310.5、FPV 舵机云台组装

一、本节目标与内容边界

本节把两只蓝色 SG90 外形的微型舵机装入黑色双轴云台支架，使上部平台能够完成左右旋转和上下俯仰。视频时长约 4 分 14 秒，画面只有机械组装，没有可辨识的口头讲解；对应转录文件也没有正文。视频没有打开 Arduino IDE、没有展示程序和接线，因此本节不收录源码，也不提前补写下一节的舵机控制代码。

课程标题中的“FPV 云台”可以理解为供小型第一视角设备使用的转动支架。放到本项目中，它不是带陀螺仪和自动稳定算法的成品云台，而是由两只舵机和塑料支架组成的两自由度定位机构；后续会把太阳能板安装在上部平台，由程序改变其朝向。

1.1 两个自由度分别做什么

下方舵机：绕近似竖直的轴转动 → 左右旋转（pan / 偏航方向）
上方舵机：绕近似水平的轴转动 → 上下俯仰（tilt / 俯仰方向）

这里的“二维”不是平面坐标，而是有两个独立转轴。下轴一动，连同上方舵机和负载一起左右转；上轴一动，只改变上部载物平台相对下部框架的俯仰角。

1.2 视频证据的边界

• 画面可确认两只舵机、四块黑色支架件、白色舵盘、若干螺钉/螺母、十字螺丝刀和斜口钳。
• 画面没有包装清单或尺寸标注，不能凭外观给螺钉擅自写成某个 M 制规格，也不能认定所有剩余紧固件都必须装上。
• 黑色件从画面可判断为塑料类模制件；视频没有给出材料牌号，因此不能直接断言课程套件一定采用尼龙、ABS 或其他具体材料。
• 舵机标签外形与 SG90 相符，但市面兼容品的尺寸、花键、齿轮材料和角度范围可能有差异，应以手中实物为准。

二、零件和工具辨认

2.1 本次实际使用的部件

部件	视频中的数量/形态	作用
微型舵机	2 只蓝色 SG90 外形舵机	一只驱动左右轴，一只驱动俯仰轴
下轴支架的两片外壳	2 片黑色件	从两侧包住第一只舵机，形成下部旋转框架
平面底座	1 片黑色方形件，中央有舵盘安装区	通过四臂舵盘连接下轴舵机，后续用于固定整套云台
上部俯仰平台	1 片黑色件，带转轴孔/卡位和负载安装面	与上轴舵机相连，承载后续太阳能板
四臂舵盘	白色十字形件	连接下轴舵机输出轴和平面底座
单臂舵盘	白色单臂件	连接上轴舵机输出轴和俯仰平台
紧固件	多种长短螺钉，另有螺母等剩余件	分别连接支架、舵盘和舵机输出轴；不能仅按外观随意互换

类似套件会附带多个不同形状的舵盘和多余安装件。视频只使用与支架安装位匹配的四臂、单臂舵盘及部分螺钉；装完仍有零件剩余并不等于漏装。相似的 Adafruit Mini Pan-Tilt 官方说明也指出，剩余的机螺钉、螺母和螺纹件可用于以后把底座固定到项目上。

2.2 舵机输出轴、舵盘和螺钉的关系

初学者最容易把这三个部件混为一谈：

• **输出轴/花键轴：**舵机顶部白色的短轴，外缘有细齿，随内部齿轮转动。
• **舵盘（servo horn）：**白色塑料件，中心孔的内齿压到输出轴花键上，把轴的转矩传给支架。
• **中心短螺钉：**从舵盘中心拧入输出轴，防止舵盘沿轴向脱落；它不负责把整片支架直接拧穿到舵机内部。
• **舵盘周围的小螺钉：**穿过舵盘臂上的小孔，把舵盘与黑色底座或平台连成一个整体。
• **支架装配螺钉：**用于连接黑色支架两半，或者穿过舵机安装耳把舵机固定在支架上。

不同用途的螺钉长度和牙型可能不同。尤其不要用较长的安装螺钉代替输出轴中心短螺钉；相似云台的官方装配说明明确警告，过长螺钉拧入过深可能损伤舵机。塑料件也不能靠“越紧越好”固定，螺钉贴紧且部件不晃动即可，继续大力拧可能滑牙或压裂支架。

2.3 工具与安全

• 视频使用一把小型十字螺丝刀。刀头应与螺钉槽口匹配；尺寸过小容易打滑，尺寸过大可能压不到底。
• 视频用斜口钳修剪两个舵盘。剪切塑料时碎屑可能弹出，应戴护目镜、让切口朝远离人和器件的方向，并避免手指正对钳口。
• 只逐步剪去与支架干涉的臂端，不能剪伤中心花键孔，也不能剪掉后面用于固定的小孔。剪完清理毛刺，确认舵盘能平整落入凹槽，而不是靠螺钉强行压平。
• 整个机械装配和改线过程都应断电。通电舵机可能突然回到目标角度，夹到手指或让工具短接电路。

三、按视频还原组装过程

3.1 组装下方左右轴框架（约 00:00～01:04）

1. 取第一只舵机和下轴支架的一侧，将舵机放进与其外壳匹配的槽位。
2. 确认舵机输出轴位于支架规定的开孔侧，并与之后的俯仰支点分处正确方向。相似结构的官方说明要求输出轴位于俯仰支点的对侧；装反会导致后面的零件无法对正。
3. 让三芯线从支架开放处自然引出，不要把线夹在两片塑料的接缝中，也不要让线在安装耳下面受压。
4. 合上第二片黑色支架，把第一只舵机包在两片支架之间。
5. 视频用两颗螺钉把两片支架连接起来。先让两颗螺钉都正确入牙，再交替拧紧；若第一颗一开始就锁死，第二侧孔位可能被拉偏。
6. 检查舵机外壳没有前后窜动、接缝基本贴合，白色输出轴能从指定孔位露出。

这一阶段只是把舵机外壳固定到下部框架，并没有完成输出轴与底座的传动连接。

3.2 修剪四臂舵盘并连接底座（约 01:05～02:08）

1. 取白色四臂舵盘，与黑色平面底座中央的凹槽比对。
2. 视频使用斜口钳逐步剪短会碰到凹槽边缘的舵盘臂，使它能放入安装区。修剪的是多余臂端，不是中心花键孔。
3. 将修剪后的四臂舵盘压到第一只舵机的花键输出轴上。
4. 视频用一颗短螺钉穿过舵盘中心，将舵盘固定在输出轴上。螺钉应垂直进入；若明显歪斜或阻力异常，应退出重新对正，不能硬拧。
5. 把黑色平面底座对准四臂舵盘，视频依次使用四颗小螺钉把底座固定在舵盘臂上。
6. 四颗螺钉采用对角、分次拧紧更容易让底座平整贴合；若底座被某一颗螺钉拉得翘起，应检查舵盘是否仍有未剪净的干涉部位。

装好后的力传递关系为：

固定底座 ⇄ 四臂舵盘 ⇄ 下轴舵机输出轴 ⇄ 舵机内部齿轮
                                           ↓
                              舵机外壳连同上部框架左右转动

最终把底座固定到路灯支架后，底座不能跟着转，所以下轴舵机的相对运动会带动其外壳和整个上部结构旋转。因为这里“固定的是舵盘一侧、移动的是舵机外壳一侧”，肉眼看到的转动方向可能与单独拿着舵机观察输出轴时相反；方向应在后续程序测试中确认，不能只凭手感判断。

3.3 安装上方俯仰舵机（约 02:22～03:02）

1. 取第二只舵机，将它放入上部框架的安装位。
2. 让它的输出轴对准一侧的转轴孔；舵机另一侧要与支架的被动支点对应，使俯仰平台的两边处在同一旋转轴线上。
3. 调整三芯线的出口方向，保证平台上下摆动时线缆不会被夹在舵机和支架之间。
4. 视频通过舵机安装耳处的两颗螺钉固定第二只舵机。先分别预紧，再交替拧到舵机不晃动即可。
5. 从正面和侧面检查：舵机没有歪斜，输出轴中心与支架转轴孔基本同轴，另一侧卡位没有受到明显扭曲。

若两个支点不同轴，平台转动时会一边被舵机带动、一边被塑料件强行弯曲，表现为卡涩、异响和电流增大。不能靠继续拧紧螺钉消除这种几何错位，应先重新放正舵机和支架。

3.4 修剪单臂舵盘并安装俯仰平台（约 03:03～04:05）

1. 取白色单臂舵盘，与俯仰平台侧面的凹槽比对。
2. 视频再次使用斜口钳剪去过长的臂端，使舵盘能够落入凹槽；仍要保留中心花键和所需固定孔。
3. 把修剪后的单臂舵盘放入俯仰平台的安装位，用一颗小螺钉把舵盘和平台固定在一起。
4. 将舵盘中心孔对准第二只舵机的输出轴，同时让平台另一侧的转轴孔靠近支架上的被动支点。
5. 视频用小螺丝刀轻轻辅助，把另一侧转轴孔越过塑料支点并卡入。螺丝刀在这里是小幅度撬动塑料件，不是插进舵机内部；用力过大会留下应力白痕、划伤线缆或折断卡扣。
6. 确认两侧支点都就位后，用一颗中心短螺钉穿过单臂舵盘中心，固定到第二只舵机输出轴。
7. 视频最后用手轻轻转动两个关节，检查左右和俯仰两个方向都能活动。

上轴的传动关系更直观：舵机外壳固定在下部旋转框架中，输出轴带动单臂舵盘，舵盘再带动俯仰平台。另一侧塑料支点只负责支撑和导向，不应承受明显的撬弯力。

四、装配时必须补上的校准意识

4.1 视频没有执行电气居中

视频在断电状态下直接修剪、安装舵盘，没有展示先把两只舵机命令到 90° 中位。手动把轴转到“看起来居中”并不能证明内部反馈电位器恰好对应程序的 90°；若舵盘装齿偏了一格，后续可能出现：

• 程序写 90° 时平台并不朝向机械中间；
• 一端还没到目标角度，支架已经碰撞；
• 另一端剩余很多行程，左右或上下范围不对称；
• 舵机长期顶在机械限位，持续嗡鸣、发热并拉低电源电压。

更稳妥的流程是：先让裸舵机在无负载状态下运行到后续程序定义的中位，再断电安装舵盘，使支架也处于机械中间，最后小范围通电测试并逐步扩大角度。相似云台的 Adafruit 官方说明同样要求在舵机处于行程中点时对准舵盘。课程第 312 节还会根据实际姿态重新校准并调整固定位置，因此本节不能把当前手工装出的角度当成最终零点。

4.2 不要强扭输出轴或把标称角度当作机械保证

• 未通电时可以为检查装配而轻缓移动机构，但遇到阻力应立即停止，不能用手强行越过舵机齿轮或机械止挡。
• SG90 兼容品并不保证每只都恰好有完整 0°～180°可用机械范围；程序角度、控制脉宽和真实输出角之间也会有个体差异。
• TowerPro 对正品 SG90 Analog 给出的堵转转矩为 1.8 kg·cm @ 4.8 V。堵转转矩是“轴被卡住时的极限测试量”，不是推荐的长期工作负载；不能据此给云台挂上接近该力矩的太阳能板长期运行。
• 初次上电应从较小角度范围开始，逐步观察两端是否碰撞、线是否拉紧以及舵机是否持续嗡鸣，再决定实际安全范围。

4.3 负载重心和线缆余量

• 后续太阳能板应尽量让重心靠近俯仰轴。负载离轴越远，重力产生的转矩越大，舵机越容易抖动、发热或无法保持角度。
• 两根三芯线都要留出运动余量，但不能形成会卷入转轴的松圈。下轴左右转动时，上轴舵机线也会随整个上部结构移动。
• 云台不是无限旋转机构；导线跨过转轴后尤其不能让下轴连续绕圈。程序必须限制在机械和线缆允许的范围内。
• 线缆的拉力不应代替机械限位，也不能靠插头承受反复摆动。最终装到灯杆时可在固定端做适度应力释放，同时给活动段保留弯曲余量。

五、完成后的验收与故障判断

5.1 断电机械验收

1. 两只舵机外壳都牢固，轻晃时不会在支架内窜动。
2. 四臂、单臂舵盘均已与黑色件固定，中心短螺钉也已装入对应输出轴。
3. 两个转轴均可在预期范围内轻缓活动，没有明显卡点；不能为了证明“能转 180°”而强行顶到机械端点。
4. 平面底座没有被四颗小螺钉拉弯，俯仰平台两侧支点处于同一轴线。
5. 塑料件没有裂纹、发白或滑牙，螺钉也没有突出到会刮碰活动件的位置。
6. 两根舵机线没有压伤、夹伤，平台运动时插头和线缆仍有余量。

5.2 常见问题排查

现象	可能原因	处理原则
底座无法平整贴合	四臂舵盘修剪不足、舵盘没有落入凹槽、四颗螺钉受力不均	拆下重新比对并少量修剪，不用螺钉强压
俯仰平台卡涩	输出轴与另一侧支点不同轴、卡扣未入位、单臂舵盘干涉	断电拆开重装，先校正几何位置
舵盘在轴上松动	花键未压到底、中心短螺钉遗漏或不匹配	使用与舵机配套的正确短螺钉重新固定
塑料孔滑牙	螺钉过紧、反复拆装或牙型不匹配	停止继续拧紧，更换支架/合适紧固方式，不用胶水流入关节补救
上电后立即撞支架	装舵盘前没有电气居中，或程序角度范围超过机械范围	立刻断电，重新居中并调整舵盘齿位，再缩小测试范围
舵机嗡鸣、发热或开发板复位	机构卡住、负载过重、重心过远或供电压降	先断电解除机械阻力，再检查负载、供电和共地；不能靠增大角度命令解决

本节结束只能说明机械框架已经组装完成，不能证明两只舵机的角度、方向、供电和程序都正确。下一节应分别接线和测试两轴，再进行中位、端点及运动方向校准。

核对依据

• 本地 videos/310.5、FPV舵机云台组装.mp4：逐段核对两片下轴支架、两只舵机、两次舵盘修剪、四臂舵盘与底座、单臂舵盘与俯仰平台、卡入被动支点及最终手动检查；视频时长约 4 分 14 秒。对应 .txt/.srt 没有正文，因此没有把画面之外的解说当作课程事实。
• Adafruit《Mini Pan-Tilt Kit Assembly》官方装配说明：其四块模制支架、两只 9 g/SG90 类舵机、舵盘修剪和装配逻辑与视频结构相符，用于交叉核对输出轴方向、四臂/单臂舵盘、转轴卡合、螺钉用途及居中要求；课程套件未标明品牌，本文不把它直接认定为 Adafruit 产品。
• TowerPro SG90 Analog 官方规格：核对正品 SG90 Analog 的 9 g、23 × 12.2 × 29 mm、4.8 V、1.8 kg·cm 堵转转矩和外部供电说明；课程实物可能是兼容品，参数仍应以实物标签和卖方资料为准。
• 第 307 节精校稿与课程上下文：核对本项目使用两只舵机分别控制左右、俯仰，以及云台后续承载太阳能板的用途；没有借用第 311、312 节代码填充本节。