【正文】 resistor of the PWM generator is adjusted gradually and the pulse width ranges from to ms, which can be monitored from the oscilloscope, and both motors rotate to the corresponding angle according to the pulse width of the PWM mand.On the other hand, proper pulse width was applied to test the response of the position feedback of different angles such as extreme left, extreme right and center position. It takes about seconds for the heavyduty servo to rotate from extreme left to centered position, longer than that of a conventional R/C servo, which is about seconds.IV. DiscussionIn the design of the motor and gearbox assembly, approximate diameter of output shaft must under carefully consideration since a potentiometer with an inner diameter is not an industrial standard ponent. In this experiment, the potentiometer with inner diameter is obtained by modifying an electronic variable resistor and the modification is not an easy work. For the purpose of mass production, this kind of potentiometers must be available from the market or must be specially designed. Although the circuitry can be achieved in many ways, we use a criterion of minimal ponent counts to design this prototype and results in an implementation of just two ponents, M51660L and L298.This prototype requires two voltages, 24V for the motor and 5V for the logic. For the simplicity of the power supply, a single power supply is considered. The motor rated voltage is higher than the logic supply in most circumstance such as 24 volts in this case. Therefore, the prototype was imbedded with a voltage regulator to regulate the motor rated voltage to logic 5 volts. Regarding the step response, a 90 degrees step mand was issued and the motor rotate to its required position with minimal overshoot. The proposed driver has a longer rise time, seconds, in parison with a conventional R/C servo since its higher reduction rate design in gearbox. However, this drawback can be solved when a faster response DC motor is adopted or a more sophisticated control algorithm, such as proportional and derivative (PD), is adopted in the design of the servo control loop.V. ConclusionIn this paper, we present a heavyduty servomotor for robotic applications. Because the driving capacity of the output Hbridge is up to 4 amperes, an industrial DC motor with a higher winding current and higher torque can be incorporated with this driver and serves as a powerful driving device in agricultural as well as industrial automation. Additionally, since the proposed servomotor is equipped with the wearresisting gear trains, it is durable than conventional R/C servomotor when used in heavy load circumstances. Testing on positioning accuracy was also conducted。 the proposed servomotor can rotate to a desired position once the PWM positioning mand was received. Results on this study also demonstrate that a heavy duty R/C servomotor can provide more torque in robot application than the mercial R/C servomotors.References[1] Darren Sawicz, “Hobby Servo Fundamentals”, , Hitec, USA, 2001.[2] Mitsubishi Semiconductor, “M51660L RC servo Controller Datasheet”, pp. 34, Japan, 2001.[3] ST intelligent IC Data Book, pp. 113, USA, 2000.[4] ATMEL, “Small Footprint Reprogrammable Flash Microcontroller AT89C1051U Data Sheets”, 15, 2001.重載伺服電機(jī)設(shè)計在機(jī)器人中的應(yīng)用本文介紹了一個為機(jī)器人應(yīng)用而設(shè)計的重型伺服電機(jī)系統(tǒng)。這個傳統(tǒng)的遙控（R/C）系統(tǒng)是一個精致的，可被遠(yuǎn)程的裝置。由于實現(xiàn)傳統(tǒng)R/C伺服電機(jī)的控制是容易的，而且它的成本也比較便宜，所以R/C伺服系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。然而，一個R/C伺服電機(jī)在許多應(yīng)用方面，輸出扭矩并不能達(dá)到所要求的，例如機(jī)器人的設(shè)計，遙控車或飛機(jī)也需要較高扭矩。因此，具有較高扭矩且易控制的電機(jī)是非常有利的。在本文中，齒輪直流電機(jī)作為控制機(jī)，電位器安裝在輸出軸上的位置作為反饋傳感器。重型R/C伺服電機(jī)利用一個單穩(wěn)多諧振蕩器，（PWM）信號來驅(qū)動電機(jī)。本研究結(jié)果證明一個重型R/C伺服電機(jī)在機(jī)器人應(yīng)用方面比商業(yè)的R/C伺服電機(jī)能提供更多的扭矩。 關(guān)鍵詞：遙控電機(jī)，脈沖寬度調(diào)制，重型，伺服發(fā)動機(jī)。一 引言在機(jī)器人控制領(lǐng)域，設(shè)計人員通常選擇直流伺服電機(jī)或無刷伺服電機(jī)作為促動器來驅(qū)動各個關(guān)節(jié)。因為驅(qū)動系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得各種伺服電機(jī)都較為昂貴。此外，在機(jī)器人設(shè)計的多個環(huán)節(jié)還需要多個伺服電機(jī)，這會使機(jī)器人的設(shè)計過于昂貴而不能投入實際使用，R/C伺服系統(tǒng)是一個包含旋轉(zhuǎn)定位的裝配體，最初被設(shè)計用來控制R/飛機(jī)或船。R/C伺服系統(tǒng)是由一個直流電動機(jī)，齒輪減速裝置，具有位置反饋的輸出軸，以及個人電腦控制板組成，所有部件都內(nèi)置到一個小的矩形外殼中。R/。機(jī)器人關(guān)節(jié)由這樣一個R/C驅(qū)動伺服電機(jī)控制是很容易的。機(jī)器人控制系統(tǒng)可以通過發(fā)送適當(dāng)?shù)腜WM信號來控制這些電機(jī)。但是，市場上的R/C伺服電機(jī)大多數(shù)是達(dá)不到高扭矩的，因為其可用的扭矩通常為低于5千克厘米。此外，大多數(shù)的R/C伺服電機(jī)的齒輪箱所使用的是塑料齒輪，容易由于重載造成齒輪的損壞。因此，一種具有扭矩超過20千克厘米和金屬制成的齒輪箱重型R/C伺服電機(jī)，在實際應(yīng)用中對機(jī)器人設(shè)計師很有吸引力。在本文中，我們提出了用PWM信號控制伺服電機(jī)，以便在高負(fù)荷或者其他不利的情況下進(jìn)行工作。 圖1：重型伺服電機(jī)系統(tǒng)的配置二 設(shè)計方案重型伺服馬達(dá)的系統(tǒng)配置示于圖1。碳刷直流減速電機(jī)作為控制電機(jī)，需要合適的減速比。馬達(dá)和齒輪箱被為電機(jī)組件，一個電位計被安裝在齒輪箱作為輸出軸上位置反饋傳感器。如直流電動機(jī)轉(zhuǎn)動時，電位器為讓R/C伺服電機(jī)與被控制的PWM信號兼容，在這個設(shè)計上，所提出的重型伺服電機(jī)的軸的位置也由PWM被控制。所述控制器是專用電用于產(chǎn)生一個適當(dāng)?shù)腜WM信號，用于控制伺服電機(jī)軸的位置。該系統(tǒng)更詳細(xì)的每個部分討論如下文：（A） 電機(jī)組件 直流碳刷電機(jī)是一種用24伏作為額定電壓、具有62gcm額定扭矩的控制電機(jī)。該電機(jī)可以在約5000rpm的速度在額定電壓下轉(zhuǎn)動。變速箱用的減速比為1/200，它導(dǎo)致附屬的輸出扭矩和額定轉(zhuǎn)速分別6公斤厘米和28轉(zhuǎn)。精密電位器是采納反饋位置的傳感器。因為這種特殊設(shè)計而得到的結(jié)果是：一個內(nèi)徑5毫米的電位，外徑為5毫米變速箱軸。這是相同的電位內(nèi)徑，使電位器可以牢固地連接到直流電動機(jī)組件，并且作為電動機(jī)的位置反饋傳感器。電動機(jī)外觀組件被示于圖2 ，在該齒輪的齒輪箱內(nèi)部是由金屬材料和潤滑油，使得該組件可在重載工況中使用。圖2碳刷式直流電機(jī)和變速箱總成。 圖2：碳刷式直流電機(jī)和齒輪箱組件（B） PWM模塊常規(guī)的R/C伺服電機(jī)由PWM信號控制。在本文中，我們還采用PWM信號作為重型伺服電動機(jī)的位置指令，保持PWM指令和傳統(tǒng)的R/C伺服電機(jī)的相容性。該R/C伺服電動機(jī)是由一個PWM信號控制，并能根據(jù)脈寬運動到理想位置。R/C伺服電機(jī)的軸位置和相應(yīng)的所需的脈沖寬度被示于圖3。，R/C伺服電機(jī)可以按順時針方向旋轉(zhuǎn)從90度至+90度范圍[1]。 圖3：伺服電機(jī)軸的位置和所需要的脈沖寬度R/C伺服系統(tǒng)是通過位置反饋來達(dá)到精確目標(biāo)位置控制的復(fù)雜的設(shè)備。在正常使用中，50Hz的輸入脈沖信號與由反饋伺服位置電位器所控制的內(nèi)部線性脈沖發(fā)生器。根據(jù)不同的脈沖寬度，該誤差信號被一個脈沖展寬器放大，最終放大的信號提供給伺服控制接收器。脈沖展寬器輸出信號通過一個H橋電路驅(qū)動伺服電機(jī)，關(guān)閉伺服環(huán)路，PWM模塊的結(jié)構(gòu)示于圖4。 圖4 PWM模塊的配置雖然設(shè)計出一種基于PWM反饋控制系統(tǒng)不是很難，特殊用途設(shè)計的集成電路是更有利的，因為可以避免使用較大的電路板。我們采用了最新的集成電路板三菱M51660L作為PWM控制器，用于重型伺服電動機(jī)[2]。M51660L被用于檢測反饋電位計的電阻變化并由此產(chǎn)生一個脈沖寬度對應(yīng)于電動機(jī)位置作為反饋信號。反饋信號對位置控制系統(tǒng)的總結(jié)點PWM位置指令進(jìn)行比較。最后，誤差信號是來自求和點的輸出，來驅(qū)動輸出級；電動機(jī)被驅(qū)動的方向，用以減少位置誤差。這種專用芯片還設(shè)有一個小型的輪廓，少分立元件，從而成本低。然而， M51660L提供電流小于100毫安，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一個規(guī)定重型伺服電機(jī)，該電機(jī)繞組的電流可能高達(dá)數(shù)安培。因此，電流放大器的作用是驅(qū)動大電流的電機(jī)。電動機(jī)，應(yīng)該順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)是根據(jù)從位置指令和傳感器反饋中減去位置誤差的值是正或負(fù)。一般情況下，H橋被用為電流放大器的一個輸出級，用于上述目的。何時分立設(shè)計電流放大器的元件，至少需要四個功率晶體管和大量的使用電阻器，從而導(dǎo)致不僅需要許多電路板，還需要一些散熱片。從SGS湯姆遜雙極驅(qū)動芯片L298是用來作為一種替代，以避免這些當(dāng)離散的組件用于缺陷，則不要要離散的組件，只需要一些底座[3]。每個L298有兩個H橋，每個橋可以提供電流高達(dá)2安培。如果我們連接這兩個H橋的輸出端并聯(lián)，輸出電流會加倍。換句話說，所設(shè)計的電流放大器可提供的電流高達(dá)4安培的重型伺服電機(jī)繞組。使用M51660L，不用L298，一個復(fù)雜的位置反饋控制系統(tǒng)變得簡化，成為一個緊湊的模塊。三．結(jié)果用于測試來說，需要所設(shè)計的伺服電機(jī)、電源、以及一個PWM脈沖發(fā)生器。由于碳電刷直流電動機(jī)的額定電壓為24伏，電壓調(diào)節(jié)器是需要調(diào)節(jié)在24V至5V邏輯電源，以便系統(tǒng)可以使用，而不是雙電壓操作供應(yīng)。此外，雖然適當(dāng)?shù)腜WM指令可以從一個微控制器產(chǎn)生，如ATM