Τι είναι ένας σερβοκινητήρας;

Τι είναι το Servo Motor;

Ένας σερβοκινητήρας είναι ένας τύπος κινητήρα που μπορεί να περιστραφεί με μεγάλη ακρίβεια. Κανονικά αυτός ο τύπος κινητήρα αποτελείται από ένα κύκλωμα ελέγχου που παρέχει ανατροφοδότηση σχετικά με την τρέχουσα θέση του άξονα του κινητήρα, αυτή η ανάδραση επιτρέπει στους σέρβο κινητήρες να περιστρέφονται με μεγάλη ακρίβεια. Εάν θέλετε να περιστρέψετε ένα αντικείμενο σε συγκεκριμένες γωνίες ή απόσταση, τότε χρησιμοποιείτε έναν σερβοκινητήρα. Αποτελείται απλώς από έναν απλό κινητήρα που διατρέχει έναν σερβο μηχανισμό. Εάν ο κινητήρας τροφοδοτείται από τροφοδοτικό DC, τότε ονομάζεται σερβοκινητήρας DC και εάν είναι κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος, τότε ονομάζεται σερβο κινητήρας AC. Για αυτό το σεμινάριο, θα συζητήσουμε μόνο για τη λειτουργία του σερβο κινητήρα DC. Εκτός από αυτές τις σημαντικές ταξινομήσεις, υπάρχουν πολλοί άλλοι τύποι σερβοκινητήρων με βάση τον τύπο της διάταξης ταχυτήτων και τα χαρακτηριστικά λειτουργίας. Ένας σερβοκινητήρας συνήθως έρχεται με μια διάταξη ταχυτήτων που μας επιτρέπει να αποκτήσουμε έναν πολύ υψηλό σέρβο κινητήρα ροπής σε μικρές και ελαφριές συσκευασίες. Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών, χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές, όπως παιχνίδι αυτοκινήτου, ελικόπτερα RC και αεροπλάνα, ρομποτική κ.λπ.

Οι σερβοκινητήρες βαθμολογούνται σε kg / cm (χιλιόγραμμο ανά εκατοστόμετρο) οι περισσότεροι σερβο κινητήρες βαθμολογούνται σε 3kg / cm ή 6kg / cm ή 12kg / cm. Αυτό το kg / cm σας λέει πόσο βάρος μπορεί να ανυψώσει ο σερβοκινητήρας σας σε μια συγκεκριμένη απόσταση. Για παράδειγμα: Ένας σερβοκινητήρας 6kg / cm θα πρέπει να μπορεί να ανυψώσει 6 κιλά αν το φορτίο είναι αναρτημένο 1cm μακριά από τον άξονα του κινητήρα, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση τόσο μικρότερη είναι η ικανότητα μεταφοράς βάρους. Η θέση ενός σερβο κινητήρα καθορίζεται από ηλεκτρικό παλμό και το κύκλωμα του τοποθετείται δίπλα στον κινητήρα.

Μηχανισμός εργασίας Servo Motor

Αποτελείται από τρία μέρη:

1. Ελεγχόμενη συσκευή
2. Αισθητήρας εξόδου
3. Σύστημα ανατροφοδότησης

Είναι ένα σύστημα κλειστού βρόχου όπου χρησιμοποιεί ένα σύστημα θετικής ανάδρασης για τον έλεγχο της κίνησης και της τελικής θέσης του άξονα. Εδώ η συσκευή ελέγχεται από ένα σήμα ανατροφοδότησης που δημιουργείται συγκρίνοντας το σήμα εξόδου και το σήμα εισόδου αναφοράς.

Εδώ το σήμα εισόδου αναφοράς συγκρίνεται με το σήμα εξόδου αναφοράς και το τρίτο σήμα παράγεται από το σύστημα ανάδρασης. Και αυτό το τρίτο σήμα λειτουργεί ως σήμα εισόδου στον έλεγχο της συσκευής. Αυτό το σήμα υπάρχει όσο δημιουργείται το σήμα ανάδρασης ή υπάρχει διαφορά μεταξύ του σήματος εισόδου αναφοράς και του σήματος εξόδου αναφοράς. Έτσι, το κύριο καθήκον του σερβομηχανισμού είναι να διατηρήσει την έξοδο ενός συστήματος στην επιθυμητή τιμή παρουσία θορύβων.

Αρχή λειτουργίας Servo Motor

Ένα σερβο αποτελείται από έναν κινητήρα (DC ή AC), ένα ποτενσιόμετρο, ένα κιβώτιο ταχυτήτων και ένα κύκλωμα ελέγχου. Πρώτα απ 'όλα, χρησιμοποιούμε τη διάταξη μετάδοσης για να μειώσουμε τις στροφές και να αυξήσουμε τη ροπή του κινητήρα. Ας πούμε στην αρχική θέση του άξονα σερβοκινητήρα, η θέση του κουμπιού ποτενσιόμετρου είναι τέτοια ώστε να μην παράγεται ηλεκτρικό σήμα στη θύρα εξόδου του ποτενσιόμετρου. Τώρα ένα ηλεκτρικό σήμα δίνεται σε έναν άλλο ακροδέκτη εισόδου του ενισχυτή ανιχνευτή σφάλματος. Τώρα η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο σημάτων, το ένα προέρχεται από το ποτενσιόμετρο και το άλλο προέρχεται από άλλες πηγές, θα υποβληθεί σε επεξεργασία σε έναν μηχανισμό ανάδρασης και η έξοδος θα παρέχεται σε όρους σήματος σφάλματος. Αυτό το σήμα σφάλματος λειτουργεί καθώς η είσοδος για κινητήρα και ο κινητήρας αρχίζει να περιστρέφεται.Τώρα ο άξονας του κινητήρα συνδέεται με το ποτενσιόμετρο και καθώς ο κινητήρας περιστρέφεται έτσι το ποτενσιόμετρο και θα παράγει ένα σήμα. Έτσι καθώς αλλάζει η γωνιακή θέση του ποτενσιόμετρου, αλλάζει το σήμα ανάδρασης εξόδου. Μετά από λίγο η θέση του ποτενσιόμετρου φτάνει σε μια θέση που η έξοδος του ποτενσιόμετρου είναι ίδια με το παρεχόμενο εξωτερικό σήμα. Σε αυτήν την κατάσταση, δεν θα υπάρχει σήμα εξόδου από τον ενισχυτή στην είσοδο του κινητήρα, καθώς δεν υπάρχει διαφορά μεταξύ του εξωτερικού εφαρμοζόμενου σήματος και του σήματος που παράγεται στο ποτενσιόμετρο, και σε αυτήν την περίπτωση ο κινητήρας σταματά να περιστρέφεται.δεν θα υπάρχει σήμα εξόδου από τον ενισχυτή στην είσοδο του κινητήρα καθώς δεν υπάρχει διαφορά μεταξύ του εξωτερικού εφαρμοζόμενου σήματος και του σήματος που παράγεται στο ποτενσιόμετρο, και σε αυτήν την περίπτωση ο κινητήρας σταματά να περιστρέφεται.δεν θα υπάρχει σήμα εξόδου από τον ενισχυτή στην είσοδο του κινητήρα καθώς δεν υπάρχει διαφορά μεταξύ του εξωτερικού εφαρμοζόμενου σήματος και του σήματος που παράγεται στο ποτενσιόμετρο, και σε αυτήν την περίπτωση ο κινητήρας σταματά να περιστρέφεται.

Διασύνδεση Servo Motors με μικροελεγκτές:

Διασύνδεση χόμπι Σερβο κινητήρες όπως ο σερβο κινητήρας s90 με MCU είναι πολύ εύκολη. Σέρβο έχουν τρία καλώδια που βγαίνουν από αυτά. Από τα οποία δύο θα χρησιμοποιηθούν για προμήθεια (θετικό και αρνητικό) και ένα θα χρησιμοποιηθεί για το σήμα που πρόκειται να σταλεί από το MCU. Ένας MG995 Metal Gear Servo Motor που χρησιμοποιείται πιο συχνά για αυτοκίνητα RC ανθρωποειδή ρομπότ κλπ. Η εικόνα του MG995 φαίνεται παρακάτω:

Η χρωματική κωδικοποίηση του σερβοκινητήρα σας ενδέχεται να διαφέρει, επομένως ελέγξτε για το αντίστοιχο δελτίο δεδομένων σας.

Όλοι οι σερβοκινητήρες λειτουργούν απευθείας με τις ράγες τροφοδοσίας + 5V σας, αλλά πρέπει να είμαστε προσεκτικοί σχετικά με την ποσότητα ρεύματος που θα καταναλώσει ο κινητήρας εάν σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε περισσότερους από δύο σερβοκινητήρες θα πρέπει να σχεδιαστεί μια κατάλληλη σερβική ασπίδα.

Έλεγχος σερβοκινητήρα:

Όλοι οι κινητήρες έχουν τρία καλώδια που βγαίνουν από αυτά. Από τα οποία δύο θα χρησιμοποιηθούν για παροχή (θετικό και αρνητικό) και ένα θα χρησιμοποιηθεί για το σήμα που πρόκειται να σταλεί από το MCU.

Ο σερβοκινητήρας ελέγχεται από PWM (Pulse with Modulation) που παρέχεται από τα καλώδια ελέγχου. Υπάρχει ένας ελάχιστος παλμός, ένας μέγιστος παλμός και ένας ρυθμός επανάληψης. Ο σερβοκινητήρας μπορεί να γυρίσει 90 μοίρες από κάθε κατεύθυνση από την ουδέτερη θέση του. Ο σερβοκινητήρας αναμένει να δει έναν παλμό κάθε 20 χιλιοστά του δευτερολέπτου (ms) και το μήκος του παλμού θα καθορίσει πόσο μακριά περιστρέφεται ο κινητήρας. Για παράδειγμα, ένας παλμός 1,5ms θα κάνει τον κινητήρα να γυρίσει στη θέση 90 °, όπως αν ο παλμός είναι μικρότερος από τον άξονα 1,5ms μετακινείται στους 0 ° και εάν είναι μεγαλύτερος από 1,5ms από ότι θα μετατρέψει το σερβο σε 180 °.

Ο σερβοκινητήρας λειτουργεί βάσει της αρχής PWM (Pulse width modulation), σημαίνει ότι η γωνία περιστροφής του ελέγχεται από τη διάρκεια του παλμού που εφαρμόζεται στο PIN ελέγχου. Βασικά, ο σερβοκινητήρας αποτελείται από κινητήρα DC που ελέγχεται από μεταβλητή αντίσταση (ποτενσιόμετρο) και μερικά γρανάζια. Η δύναμη υψηλής ταχύτητας του κινητήρα DC μετατρέπεται σε ροπή από την Gears. Γνωρίζουμε ότι WORK = FORCE X DISTANCE, στον κινητήρα DC Η δύναμη είναι μικρότερη και η απόσταση (ταχύτητα) είναι υψηλή και στο Servo, η δύναμη είναι υψηλή και η απόσταση είναι μικρότερη. Το ποτενσιόμετρο συνδέεται στον άξονα εξόδου του Servo, για να υπολογίσει τη γωνία και να σταματήσει τον κινητήρα DC στην απαιτούμενη γωνία.

Ο σερβοκινητήρας μπορεί να περιστραφεί από 0 έως 180 μοίρες, αλλά μπορεί να φτάσει έως και 210 μοίρες, ανάλογα με την κατασκευή. Αυτός ο βαθμός περιστροφής μπορεί να ελεγχθεί εφαρμόζοντας τον ηλεκτρικό παλμό του κατάλληλου πλάτους στον πείρο ελέγχου του. Ο σερβο ελέγχει τον παλμό κάθε 20 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Ο παλμός πλάτους 1 ms (1 χιλιοστό του δευτερολέπτου) μπορεί να περιστρέψει το σερβο σε 0 μοίρες, 1,5 ms μπορεί να περιστραφεί σε 90 μοίρες (ουδέτερη θέση) και ο παλμός 2 ms μπορεί να τον περιστρέψει σε 180 μοίρες.

Όλοι οι σερβοκινητήρες λειτουργούν απευθείας με τις ράγες τροφοδοσίας + 5V, αλλά πρέπει να είμαστε προσεκτικοί σχετικά με την ποσότητα ρεύματος που θα καταναλώνει ο κινητήρας εάν σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε περισσότερους από δύο σερβοκινητήρες, θα πρέπει να σχεδιαστεί μια κατάλληλη σερβο ασπίδα.

Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την αρχή λειτουργίας του σερβοκινητήρα και τις πρακτικές χρήσεις, ελέγξτε παρακάτω τις εφαρμογές όπου ο έλεγχος του σερβοκινητήρα εξηγείται με τα παραδείγματα:

• Κύκλωμα δοκιμαστικού κινητήρα σερβο
• Σερβο κινητήρας διασύνδεση με 8051 μικροελεγκτή
• Σερβο έλεγχος κινητήρα με χρήση Arduino
• Σερβο έλεγχος με Arduino Due
• Σερβο έλεγχος με αισθητήρα Flex
• Tutorial Motor Raspberry Pi Servo