机器人用智能串行总线舵机实测对比

智能串行总线舵机已成为机械臂、机器狗及类似紧凑机构等平价DIY机器人项目的常见选择。它们将电机、减速箱、编码器、控制器及串行接口集成于一体，比裸电机加外部驱动器的方案更易于集成。

市面上可供选择的型号相当多，但数据手册并不总能回答舵机安装到实际机构后真正重要的问题。已发布的扭矩、转速和电流额定值虽是有用的参考起点，却无法全面描述功耗、负载下温升、额定扭矩附近的行为，以及舵机能否在不过热或不关断的情况下长期保持恒定扭矩。

在本次对比中，我们测试了五款涵盖低成本与高性能选项的热门型号：

• STS3215
• STS3235
• STS3250
• HLS3930M
• HLS3950M

本次测试旨在评估实际权衡：最大扭矩、电流消耗、负载下温升、额定扭矩行为、回差，以及黄铜齿轮与全钢齿轮、塑料外壳与金属外壳等结构细节。我们还特别关注恒力工况，因为制造商文档提供的信息不足以仅凭数据手册来评判该行为。

规格参数对比

五款舵机的主要共同点在于均采用相同的控制理念：TTL 串行智能舵机，配备双轴输出、磁性编码器反馈、数字数据包控制及内部 PID 闭环。它们还共享相同的 1/345 齿轮比、相同的不超过0.5度的回差声称限值、相同的 25T 舵盘规格，以及几乎相同的外形尺寸。这意味着在规划机器人关节时，至少从外部来看，通常可以将它们视为机械上相似的选择。

最大差异体现在扭矩等级、结构、转速和电机类型上。STS3215 和 STS3235 属于低扭矩的30 kg·cm 等级，HLS3930M 处于中间的35 kg·cm 等级，STS3250 和 HLS3950M 则属于50 kg·cm 等级。转速较快的型号是 STS3250 和 HLS3950M，额定转速均为75 RPM，其余型号额定45 RPM。50 kg·cm 等级的型号还采用了无刷空心杯电机，使其在需要更高速度和更强响应的应用场合更具吸引力。

结构是另一个实际差异所在。STS3215 是最轻的舵机，也是该组中唯一采用 PA+GF 塑料外壳的型号，其齿轮材料为铜质/金属而非全钢齿轮。其余四款舵机均采用铝合金外壳和钢制齿轮，因此更适合高负载关节、恶劣工况以及减速箱耐久性比节省几克重量更重要的场合。

电流额定值也表明，更高的扭矩并不转化为额定电流的简单线性增长。STS3250 的额定堵转电流最高，达4.2 A，而 HLS3950M 尽管同属50 kg·cm 扭矩等级，额定电流却仅为2.4 A。这一差异正是台架测试重要的原因之一：数据手册数字表明这些电机并非彼此的简单缩放版本，实际负载下的电流消耗需要直接测量。

以下制造商规格参数有助于在测试前缩小选型范围。

各型号专项规格

通用规格

规格	通用值
尺寸	45.22 × 24.72 × 35 mm
类型	TTL 串行舵机，双轴输出，磁性编码器
编码器分辨率	12-bit 磁性编码器；4096 计数，每脉冲 0.088°
控制方式	数字数据包，半双工异步串行；PID 控制
舵盘类型	25T / OD 5.9 mm
齿轮比	1/345
回差	≤0.5°
保护功能	过载、过压、过温、过流保护

恒力舵机与力反馈

在本文中，恒力舵机是指可用作受控力执行器而非仅作为位置执行器的智能舵机。在小型串行舵机中，这通常并不意味着配备标定测力传感器的实验室级力控制，而是控制器能够通过电流或扭矩相关参数来指令或限制电机输出力，使机构能够对抗负载而非单纯以全力驱向目标角度。

STS 系列电机主要是带扭矩限制的位置舵机，可通过 Torque Limit 设置降低输出以保护机构，但控制模型仍以位置指令为核心。HLS 系列舵机对力敏感应用更具吸引力，因为扭矩可以作为运动指令参数直接输入，且电流感测灵敏度似乎更高，使负载的微小变化更易于在软件中观测和利用。

这一特性在夹爪中非常有用——夹爪的目标通常是闭合至接触后持续施加受控的保持力，而非夹碎物体。在主导臂和示教手柄中同样有用，操作者用手移动机构，控制器将位置、负载或阻力作为反馈读取。在这种角色中，舵机不再只是驱动关节，而是成为输入设备的一部分。

其他实际应用场景包括外骨骼关节、辅助支具、触觉旋钮、遥操作手柄、机器手、绳索张紧机构、柔顺机械臂、末端执行器接触检测、弹簧加载测试夹具，以及安全限制的教育机器人。在这些场合，可预测的力行为和可读取的电流反馈往往比最高堵转扭矩更为重要。

代价是发热。恒力应用可能在输出轴几乎不动的情况下持续给电机通电，导致电能在保持过程中转化为热量。这正是电流消耗、温升和外壳材料成为本次对比核心指标的原因：只有当电机、驱动器、减速箱和外壳能够承受预定工作周期时，力控行为才具有实际价值。

测试装置与方法

每款舵机均通过三项实用台架测试进行评估：短时最大扭矩和最大电流测试、50%负载下两分钟温升测试，以及舵机保持位置时的回差测量。这三项测试合计涵盖峰值输出、持续负载热行为、电流需求和输出端机械间隙。

最大扭矩与电流测试

最大扭矩测试使用3D打印支架将数显挂钩秤牢固地固定在舵机前方。将10 cm力臂安装在舵盘上，并垂直于秤面放置。在中立位置，力臂与秤连接但不预加载。

通过脚本化运动序列驱动舵机对秤施力，直至电机能产生的最大扭矩。由于力臂长度为10 cm，秤的读数可直接换算为扭矩：扭矩（kg·cm）= 秤示值（kgf）× 10。同一结果也可用牛顿米表示：kgf × 0.9807。

本测试代表短时峰值扭矩工况，而非正常工作点。它可用作参考，比较各舵机在堵转、饱和或达到实际电流极限之前能产生的最大力。不应将其与额定扭矩混淆：额定扭矩是舵机预期能较持续承受的负载，而最大或堵转扭矩是短时限值，远高于额定值。例如，一款额定10 kg·cm 的舵机可能宣传30 kg·cm 堵转扭矩，但这并不意味着它能安全地将30 kg·cm 作为持续关节负载。

所有电机均通过 Waveshare Servo Motor Driver HAT 驱动板供电，该板可承受10 A负载。台架电源设置为12 V、10 A限流。每次测试过程中，我们同步记录舵机日志和视频，以便将测得的扭矩和电流与测试台的可见行为相互印证。

50%负载下的温升测试

第二项测试在50%负载下保持两分钟，测量温升。该测试比最大扭矩测试更接近实际持续负载场景，因为许多机器人关节大部分时间处于保持或抵抗负载状态，而非短暂触及堵转扭矩。

测试期间，我们从两个来源采集温度数据：舵机内部温度传感器和外部热像仪。内部传感器显示舵机通过遥测报告的温度，而热像仪提供外壳和表面加热的独立视角。比较两组读数有助于判断热量是集中在电机/驱动器内部，还是通过外壳散布。

本测试反映了持续部分负载下的热行为，有助于回答比单纯峰值扭矩更实际的问题：舵机在短时工作周期内是否能承受有效负载而不出现过度发热、电流异常或热应力迹象。

回差测量测试

第三项测试在舵机主动保持指令位置时测量回差。将10 cm力臂在两个方向上施加机械应力，在保持位置周围产生微小振荡，而不指令电机移动。测试过程中记录包含编码器位置误差的日志数据。

回差由测试过程中观测到的最小和最大位置误差之差计算得出。为减小噪声和单次采样毛刺的影响，计算采用每个方向若干次振荡的平均值，而非仅取一个原始最小值和一个原始最大值。

最终回差值通过编码器分辨率从编码器计数换算为角度。使用 12-bit 磁性编码器时，一个计数约为0.088°，因此回差（度）= 位置误差计数 × 0.088°。本测试反映了舵机在对抗微小外力保持固定位置时，输出端出现的机械间隙大小。

测试结果

扭矩与电流

第一组结果对比短时峰值负载行为与温度测试所用的50%负载点。秤的读数以kgf显示，因为数据直接来自挂钩秤。使用10 cm力臂时，扭矩（kg·cm）= 秤示值 × 10。

两个舵机系列的负载控制方式不同。STS 系列电机通过 Torque Limit 设置限制输出扭矩；HLS 系列电机则将电流值直接作为运动指令参数输入。

Motor	Load	秤示值（kgf）	扭矩（kg·cm）	电流（A）
STS3215	100%负载	3.3	33.0	2.8
STS3215	50%负载	2.2	22.0	0.75
STS3235	100%负载	3.0	30.0	2.4
STS3235	50%负载	2.2	22.0	0.75
STS3250	100%负载	5.2	52.0	4.7
STS3250	50%负载	3.5	35.0	1.6
HLS3930M	100%负载	2.8	28.0	2.4
HLS3930M	50%负载	2.2	22.0	0.75
HLS3950M	100%负载	6.3	63.0	6.0
HLS3950M	50%负载	3.5	35.0	2.4

HLS3950M 测得的峰值扭矩最高，达63.0 kg·cm，但峰值电流也最高，为6.0 A。它是本次测试组中最强的电机，但需要最大的电气和热余量。

STS3250 也产生了较强的扭矩，为52.0 kg·cm，在50%测试点达到35.0 kg·cm。

最明显的观察结论是：电流消耗更多地取决于实际负载水平，而非舵机型号。在相近的22.0 kg·cm 负载点，STS3215、STS3235 和 HLS3930M 的电流均约为0.75 A。在较高的35.0 kg·cm 负载点，STS3250 和 HLS3950M 则进入更高的电流范围。实际上，这意味着不同系列的舵机在承担相似机械功时，可以消耗非常相近的电流。这也说明HLS 系列电机在这些测量中并未表现出更高的效率，尽管其数据手册电流值更为优越。在可比的机械负载下，其电流消耗与 STS 系列处于同等实际范围。

在多次100%负载测试过程中，尽管进行了温度控制和冷却，仍有两款电机损坏。STS3215 因控制板烧毁而失效，STS3250 因电机烧毁而失效。这是一个重要的实际结论：最大扭矩测试应视为短时参考测量，而非安全的持续工作模式。

扭矩测试录像

温升测试结果

温度测试在50%负载点进行。下表综合了相同测试方式下采集的舵机内部温度遥测数据与热像仪读数。

Motor	内部起始温度（°C）	内部终止温度（°C）	内部温升（°C）	热像仪起始温度（°C）	热像仪终止温度（°C）	热像仪温升（°C）
STS3215	31.0	41.0	10.0	30.0	33.5	3.5
STS3235	31.0	36.0	5.0	30.0	34.5	4.5
STS3250	30.0	55.0	25.0	30.0	54.0	24.0
HLS3930M	33.0	35.0	2.0	30.0	31.7	1.7
HLS3950M	31.0	39.0	8.0	30.0	35.6	5.6

STS3250 是本次测试中明显的热异常值。其内部遥测从30 °C 上升至55 °C，热像仪显示表面温升也非常相近，从30 °C 上升至54 °C。在相同50%负载测试条件下，这远高于其余型号。

HLS3930M 在采集数据中温升最小，内部遥测仅升高2 °C，热像仪温度升高1.7 °C。

STS3215 的情况值得特别关注：其内部温度升高了10 °C，而外部热像仪读数仅升高3.5 °C。热成像图显示热量集中在机体内部。由于采用 PA+GF 塑料外壳，散热效果远不如铝合金外壳舵机，因此在持续保持工况下，外壳表面温度可能低估内部发热风险。

总体而言，温度数据与电流测量结果相互印证：相似的机械负载在多款型号上产生相似的电气和热应力，而外壳结构对热量散逸方式影响显著。对于需要长期保持负载的紧凑机器人关节，温度裕量和外壳材料与标题扭矩数字同等重要。

温度测试录像

回差测试结果

回差由各舵机保持位置时选取的正负编码器误差平台段计算得出。

Motor	正向平均值（计数）	负向平均值（计数）	回差（计数）	回差（度）
STS3215	3.75	-5.00	8.75	0.769
STS3235	4.00	-1.00	5.00	0.439
STS3250	1.50	-1.67	3.17	0.278
HLS3930M	2.00	-2.00	4.00	0.352
HLS3950M	3.20	-3.25	6.45	0.567

STS3250 在本次测试中测得的回差最小，为0.278度，其次是 HLS3930M 的0.352度和 STS3235 的0.439度。这三款均低于0.5度规格限值。

STS3215 测得的回差最大，为0.769度，明显超出0.5度声称限值。HLS3950M 也超出限值，为0.567度。

测试结果与扭矩等级并不直接对应。扭矩测试中最强的舵机 HLS3950M 并未取得最佳回差成绩，而 STS3250 在本组中回差最优。对于定位手感至关重要的关节，应直接检测减速箱行为，而非仅从最大扭矩推断。

结论

测试证实了大多数已发布的规格，但也揭示了为何仅凭数据手册不足以为机器人选型舵机。部分数值在测试前难以依赖。回差是一个例子：数款电机接近声称限值，但 STS3215 和 HLS3950M 的实测结果差于0.5度规格。电流是另一个例子：数据手册数值暗示存在较大的效率差异，但在相似机械负载下，各电机的电流消耗往往相当接近。

STS3215 是本次对比中最基础的电机。它轻巧且价格低廉，但也有最明显的局限性：塑料外壳、散热较差、持续负载下的温度隐患，以及最差的实测回差。它仍适用于简单的低成本应用，尤其是不需要高恒力的场合。对于主导臂、示教装置及其他手动驱动机构，低成本和易于集成比最大输出功率更重要，STS3215 也是不错的选择。

STS3235 在相近扭矩等级内看起来比 STS3215 更具实用性。标称扭矩和转速规格相近，但 STS3235 拥有钢制齿轮、铝合金外壳和更优的实测回差。对于许多紧凑机器人关节而言，当 STS3215 的外形尺寸吸引人但塑料外壳和减速箱表现令人担忧时，STS3235 可能是更安全的选择。

STS3250 是该组中最强的候选型号之一。它具有高扭矩、高转速、全金属结构，以及本次测试中最优的实测回差——这些都是需要同时兼顾力量和定位手感的机器人关节的显著优势。主要需注意的是热行为：我们在50%负载测试中观测到异常的温升。这可能与特定测试条件或该具体电机样品有关，因此在得出关于该型号的广泛结论之前应重新测试。

HLS3930M 是一款有趣的选项，但在本次测量中表现略弱于其他型号。其峰值扭矩结果低于同级别的 STS 选项，若唯一目标是最大输出，它并非首选。其优势在于 HLS 控制特性：直接扭矩指令和更灵敏的电流反馈，使其适用于夹爪、主导臂、力反馈实验，以及需要检测接触或负载变化的机构。

HLS3950M 测得的峰值扭矩最高，是本次测试组中最强的电机。然而，回差测试结果令人失望，且高负载时也需要充足的电气余量。当最大力是首要优先考量时，它是一个好选择，但对于输出间隙重要的精密关节则说服力不足。

总体而言，最佳选择取决于应用场景。对于廉价简单的机构，STS3215 可以胜任。对于更坚固的低成本关节，STS3235 更具吸引力。对于需要高扭矩且实测回差良好的场合，STS3250 是最强候选，前提是验证热行为。对于夹爪和主导臂等力敏感应用，HLS 系列的控制特性可能比原始效率更有价值。对于最大扭矩需求，HLS3950M 领先，但其回差需仔细权衡。