电机和舵机区别在哪？这篇答案超详细

电机和舵机，乍听之下，都属于驱动元件，都与旋转运动相关，但细究其功能、结构、应用场景等方面，却存在着显著的差异。理解这些差异对于电子工程师、机器人爱好者，乃至所有对机械运动控制感兴趣的人士都至关重要。

一、定义与基本原理

• 电机 (Motor): 广义上，电机是指将电能转化为机械能的装置。它利用通电导体在磁场中受力的原理，通过电磁感应产生旋转运动。电机种类繁多，包括直流电机、交流电机、步进电机、空心杯电机等，每种类型都有其特定的构造和应用。 电机的主要目标是提供持续的旋转动力，其旋转速度和扭矩通常可以通过控制电路来调节。
• 舵机 (Servo Motor): 舵机，又称伺服电机，是一种闭环控制系统，其核心在于能够精确控制旋转角度。与电机不同，舵机通常不能连续旋转，而是在一定范围内（通常是0-180度，也有扩展到360度的舵机）进行精确的定位。舵机内部集成了电机、减速齿轮、控制电路和位置反馈装置（通常是电位器）。 控制电路接收控制信号（通常是PWM信号），驱动电机旋转，并通过位置反馈装置将当前角度信息反馈给控制电路，形成闭环控制，从而确保舵机精确达到目标角度。

二、结构与组成

• 电机: 电机的结构相对简单，通常包括定子、转子、电刷（对于直流电机）以及轴承等部件。定子提供磁场，转子在磁场中旋转，电刷则用于为转子绕组提供电流（对于有刷直流电机）。
• 舵机: 舵机的结构则更为复杂，除了电机本身和齿轮减速器之外，还包括以下关键组成部分：
  • 控制电路: 接收外部控制信号，处理信号并驱动电机旋转。
  • 减速齿轮: 将电机的高速旋转转化为低速高扭矩的输出，以满足精确角度控制的需求。
  • 位置反馈装置 (通常是电位器): 检测舵机的实际旋转角度，并将信息反馈给控制电路，形成闭环控制。

三、控制方式与性能指标

• 电机: 电机的控制方式相对简单，通常通过控制电压、电流或频率来调节其转速和扭矩。 常见的控制方法包括：
  • 电压控制: 改变电机两端的电压大小，从而调节其转速。
  • PWM (Pulse Width Modulation) 控制: 通过调节PWM信号的占空比，控制电机平均电压，从而调节其转速和扭矩。
  • 矢量控制: 一种更高级的控制方法，可以精确控制电机的转矩和磁场，提高电机的效率和动态响应。
• 电机的关键性能指标包括：
  • 额定电压: 电机正常工作所需的电压。
  • 额定电流: 电机正常工作时的电流。
  • 额定功率: 电机输出的机械功率。
  • 转速: 电机每分钟的旋转圈数 (RPM)。
  • 转矩: 电机输出的旋转力。
• 舵机: 舵机的控制通常使用PWM信号。 PWM信号的占空比决定了舵机的目标角度。例如，占空比为1ms的PWM信号可能对应0度，占空比为2ms的PWM信号可能对应180度。 控制电路会根据PWM信号的占空比，驱动电机旋转到相应的角度。
• 舵机的关键性能指标包括：
  • 工作电压: 舵机正常工作所需的电压。
  • 扭矩: 舵机输出的旋转力，通常以 kg-cm 或 N-m 为单位。
  • 速度: 舵机旋转一定角度所需的时间，通常以秒/60度 或 秒/度 为单位。
  • 角度范围: 舵机可以旋转的角度范围，通常是 0-180 度或 0-360 度。
  • 脉冲宽度: 对应不同角度的PWM信号的脉冲宽度范围。

四、应用场景

• 电机: 电机的应用非常广泛，几乎渗透到所有工业和消费领域。例如：
  • 家用电器: 风扇、洗衣机、冰箱等。
  • 工业设备: 泵、压缩机、机床等。
  • 交通工具: 电动汽车、火车等。
  • 机器人: 作为驱动轮子、手臂等运动部件的核心动力。
• 舵机: 舵机则更适用于需要精确角度控制的场合，例如：
  • 机器人: 控制关节的运动，实现精细的动作。
  • 航模: 控制飞机的襟翼、尾翼等。
  • 云台: 控制摄像头的方向和角度。
  • 自动控制系统: 控制阀门、开关等设备的角度。

五、优缺点比较

特性	电机	舵机
控制方式	电压/电流/PWM/矢量控制	PWM (脉冲宽度调制)
旋转范围	理论上可以无限旋转	通常在有限范围内 (例如 0-180 度)
精度	相对较低 (除非是伺服电机或步进电机)	较高，能精确控制角度
反馈机制	通常没有 (除非是伺服电机或步进电机)	内置位置反馈，形成闭环控制
应用场景	需要持续旋转动力的场景	需要精确角度控制的场景
复杂程度	相对简单	相对复杂，集成了电机、齿轮、控制电路和反馈装置
成本	通常较低	通常较高

六、特殊类型的电机：伺服电机 (Servo Motor)

需要特别指出的是，“伺服电机”这个术语容易与“舵机”混淆。 实际上，伺服电机是一种更通用的概念，指的是通过闭环控制系统来实现精确位置、速度和转矩控制的电机。 舵机可以看作是特定类型（通常是小型）的伺服电机，主要用于控制角度。

伺服电机通常用于要求高精度、高响应速度和高稳定性的场合，例如数控机床、工业机器人等。

电机和舵机都是重要的驱动元件，但它们的应用场景和特点却有所不同。电机主要用于提供持续的旋转动力，而舵机则主要用于实现精确的角度控制。理解它们之间的区别，有助于我们根据具体的应用需求，选择合适的驱动元件，从而实现最佳的控制效果。

总而言之，区分电机和舵机需要考虑以下几个关键点：

• 旋转范围: 电机可以连续旋转，而舵机通常只能在有限范围内旋转。
• 控制方式: 电机可以通过多种方式控制，而舵机通常使用PWM信号控制。
• 精度: 舵机具有更高的角度控制精度，因为它使用了闭环控制系统。
• 应用场景: 电机适用于需要持续旋转动力的场合，而舵机适用于需要精确角度控制的场合。