SG90 — миниатюрный сервопривод на 9 граммов
SG90 — самый массовый дешёвый аналоговый сервопривод на рынке. Вес 9 граммов, поворот 180°, управление по ШИМ, цена ~2 USD. Если в робототехническом гайде написано «возьмите серво», обычно подразумевается именно SG90 или его клон. Для прецизионных задач не годится, но «повернуть лидар на 90°» или «отклонить подвес на 30°» — идеально.
Как работает
Аналоговый сервопривод — это замкнутый контур: внутри стоит коллекторный мотор постоянного тока, редуктор (3–4 ступени пластиковых шестерёнок), потенциометр на выходном валу и небольшая микросхема-контроллер. Контроллер сравнивает заданную скважность ШИМ с положением потенциометра и крутит мотор, пока ошибка не сведётся к нулю.
Протокол управления: импульс от 1 мс (0°) до 2 мс (180°) каждые 20 мс (50 Гц). Это стандарт «hobby servo» — его понимают ESP32, Pixhawk, Arduino и любой контроллер моделек.
Вся обратная связь остаётся внутри — наружу серво ничего не сообщает. Хост посылает «угол» и надеется, что серво доехал.
Характеристики
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Поворот | 0–180° |
| Питание | 4.8–6 В |
| Ток покоя | ~10 мА |
| Ток под нагрузкой | до 800 мА (пик) |
| Крутящий момент | 1.6–2.5 кг·см при 4.8 В |
| Скорость | ~0.1 с на 60° |
| Управление | ШИМ 50 Гц, импульс 1–2 мс |
| Масса | 9 граммов |
| Шестерёнки | пластиковые |
Типичные применения
- Поворотные сенсоры. Лидар или камера на серво — один сенсор покрывает в несколько раз больший угол обзора за счёт механики. Цена — задержка на полный обзор. См. скан-зависание.
- Подвесы (pan / tilt). Двух SG90 хватает на простой двухосевой подвес для камеры на лёгком дроне. Без стабилизации, только наведение.
- Управляемые поверхности на самолётах. Элероны и руль направления на лёгких авиамоделях — классика.
- Учебные роборуки и манипуляторы. Четыре–шесть SG90 — это четырёхзвенный манипулятор для курсовой по робототехнике.
Ограничения
- Дрожание. Положение «гуляет» на ±1–2° даже без нагрузки. Контроллер постоянно подгоняет вал, плюс пластиковые шестерни вносят люфт. Для скана это шум в данных, для подвеса — заметная вибрация.
- Нет обратной связи наружу. Хост не знает, доехал ли серво до цели и не застрял ли. Если планируется replay или замкнутый контур — нужен внешний энкодер или цифровой сервопривод с обратной связью (см. альтернативы).
- Пластиковые шестерёнки. При перегрузе или ударе ломаются — самый частый отказ. Запасные комплекты есть за пару USD.
- Слабый момент. 1.6 кг·см на коротком плече — это мало. Для нагрузки тяжелее 100 граммов на длине 5 см уже стоит брать MG996R или крупнее.
- Пиковый ток до 800 мА. Дешёвый 5-вольтовый регулятор Pixhawk не вытянет — нужен отдельный BEC либо питание от LiPo через линейный стабилизатор.
- Точность ±2°. Для прецизионных задач (тонкий скан, точное наведение) недостаточно. Шаг 1° формально доступен, но повторяемость хуже шага.
Альтернативы
| Модель | Что лучше | Когда брать |
|---|---|---|
| MG90S | металлические шестерёнки | те же размеры, что у SG90, но не ломается от удара (~5 USD) |
| MG996R | момент 9–11 кг·см | тяжёлые нагрузки, 55 граммов (~7 USD) |
| DS3218 (цифровой) | цифровой протокол, точнее, обратная связь по углу | когда нужен замкнутый контур (~15 USD) |
| Бесколлекторный мотор подвеса | плавность, без шестерён, бесшумный | стабилизированный подвес камеры |
| Шаговый мотор + драйвер | абсолютная позиционная точность | сканеры, где важна повторяемость |
Для задачи «крутить лидар на дроне ±90°» SG90 — оправданный выбор: лёгкий, дешёвый, момента хватает на 5-граммовый сенсор. Для дрона побольше или для гимбала камеры — как минимум MG90S.
Как используется в проекте claudeDrone
В нашей симуляции SG90 стоит на крыше модели iris_claudedrone, сверху на руке серво (sg90_arm) сидит TF-Luna. Управление через ROS 2 топик /drone/sg90/target_angle (std_msgs/Float64, диапазон 0–π радиан, ограничение жёсткое — попытка послать 5.0 даёт WARN и приводится к 3.14). Для скана отдельная нода sweep_node проходит 0→π шагами 1° с выдержкой 120 мс на каждый угол — хост ждёт, пока серво доедет и стабилизируется. Полный проход ~22 секунды (см. TF-Luna).
Дрожание и отсутствие обратной связи в SG90 — главные источники шума в наших данных скан-зависания. Для точной картирующей миссии следующая итерация — цифровой сервопривод с обратной связью по углу, тогда выдержку можно сократить.