机器人舵机的信号是实现舵机精准角度控制的核心，其信号逻辑、传输方式和参数定义直接决定了舵机的响应精度与稳定性。以下从信号本质、核心参数、控制原理、常见类型及故障排查五个维度，全面讲解机器人舵机信号。
一、舵机信号的本质：PWM 脉冲信号
机器人舵机的控制信号并非模拟电压或数字数据，而是一种周期性的脉冲宽度调制信号（PWM，Pulse Width Modulation）。其核心逻辑是：通过改变 “脉冲宽度”（即信号中高电平的持续时间）来定义舵机的目标角度，而信号的 “周期”（高低电平循环的总时间）则保持固定，确保舵机稳定识别指令。
二、舵机 PWM 信号的核心参数（标准舵机通用）
标准舵机（如常用的 SG90、MG996R）的信号参数已形成行业共识，是实现 “跨品牌兼容控制” 的基础，关键参数如下表：
| 参数名称 | 标准范围 | 作用与说明 |
|---|---|---|
| 信号周期 | 20ms（50Hz） | 固定周期，即每 20ms 发送 1 次完整的 PWM 信号（高低电平循环 1 次），舵机仅在周期内识别指令。 |
| 脉冲宽度 | 0.5ms ~ 2.5ms | 决定舵机角度：- 0.5ms → 对应舵机0°（最小角度）；- 1.5ms → 对应舵机90°（中位角度）；- 2.5ms → 对应舵机180°（最大角度）。 |
| 高电平电压 | 3.3V ~ 5V | 与舵机控制端的供电逻辑匹配（多数舵机为 5V 信号，部分小型舵机支持 3.3V，需参考手册）。 |
| 信号极性 | 正极性（高有效） | 仅高电平阶段的宽度被识别，低电平阶段为 “等待周期”，不影响角度指令。 |
注意：部分特殊舵机（如 360° 连续旋转舵机、270° 大角度舵机）的脉冲宽度范围会调整（如 0.5ms~2.5ms 对应 0~360° 旋转），需以具体舵机手册为准。
三、舵机信号的控制原理：从 “指令” 到 “角度” 的过程
舵机内部集成了信号解码电路、基准电路、比较器、电机驱动电路和电位器（角度反馈），其信号响应流程如下：
- 信号接收：舵机的 “控制引脚”（通常为黄色 / 白色线）接收来自控制器（如 Arduino、STM32、遥控器接收机）的 PWM 信号。
- 脉冲宽度解码：内部解码电路提取 PWM 信号中的 “高电平持续时间”（如 1.2ms），并将其转换为对应的 “角度指令”（如 54°，按 0.5ms=0°、2.5ms=180° 的线性比例计算）。
- 角度反馈与比较：舵机内部的电位器（与输出轴机械连接）会实时检测当前输出轴的角度，并将其转换为 “反馈电压”；比较器将 “指令角度对应的电压” 与 “反馈电压” 对比，判断是否存在偏差。
- 电机驱动与角度修正：若存在偏差，驱动电路会控制微型直流电机正转 / 反转，带动输出轴转动；当 “反馈电压” 与 “指令电压” 一致时，电机停止，舵机锁定在目标角度。
四、常见舵机信号类型与差异
除了标准 PWM 信号，随着舵机功能升级，还出现了 “总线型舵机”，其信号方式与控制逻辑有显著区别，二者对比如下：
| 类型 | 信号方式 | 控制线数量 | 控制特点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 标准舵机 | 单路 PWM 信号 | 1 根（每舵机独立） | 1 个控制器引脚仅能控制 1 个舵机；信号无地址，无法读取舵机当前角度 / 温度。 | 简单机器人（如机械爪、舵机云台，舵机数量≤10） |
| 总线舵机 | 串行总线信号 | 2 根（所有舵机并联） | 所有舵机共用 1 组总线（如 UART、I2C、CAN），通过 “舵机地址” 区分不同舵机；支持读取角度、转速、温度等状态。 | 复杂机器人（如多自由度机械臂、人形机器人，舵机数量≥10） |
示例：
- 标准舵机（SG90）：需 Arduino 的 D9 引脚单独输出 PWM 信号控制，无法获取其当前角度；
- 总线舵机（如 MG996R-BUS）：通过 UART 总线连接，发送 “地址 + 角度指令” 即可控制指定舵机，同时可接收该舵机返回的 “当前角度 = 85°” 数据。
五、舵机信号相关的常见故障与排查
舵机 “不转”“角度偏差大”“抖动” 等问题，多与信号异常相关，排查思路如下：
| 故障现象 | 可能的信号原因 | 排查方法 |
|---|---|---|
| 舵机完全不响应 | 1. 控制引脚接反 / 接触不良；2. PWM 周期错误（非 20ms）；3. 脉冲宽度超出舵机范围（如 <0.5ms 或> 2.5ms）。 | 1. 核对舵机控制线（黄 = 信号、红 = VCC、棕 = GND）；2. 用示波器测量 PWM 周期是否为 20ms；3. 调整脉冲宽度至 0.5~2.5ms 区间。 |
| 角度偏差大 | 1. 脉冲宽度与角度的线性校准错误；2. 信号受到干扰（如与动力线并行布线）。 | 1. 重新校准：发送 1.5ms 脉冲，确认舵机是否在 90° 中位；2. 将信号线与电机线、电源线分开布线，或使用屏蔽线。 |
| 舵机持续抖动 | 1. PWM 信号不稳定（如高电平电压波动）；2. 角度反馈电位器磨损（内部接触不良）。 | 1. 测量高电平电压是否稳定（如 5V±0.2V），检查控制器电源是否充足；2. 更换舵机内部电位器或直接更换舵机。 |
总结
机器人舵机信号的核心是PWM 脉冲宽度的 “角度映射关系”，标准舵机通过固定周期（20ms）内的脉冲宽度（0.5~2.5ms）实现 0~180° 控制，而总线舵机则通过串行总线信号实现多舵机协同与状态反馈。在实际应用中，需根据舵机类型匹配信号方式，并通过校准信号参数、优化布线减少干扰，确保舵机精准响应。