Що таке сервомотор?

Серводвігателя є тип двигуна, який може обертатися з великою точністю. Зазвичай цей тип двигуна складається з ланцюга управління, який забезпечує зворотний зв'язок щодо поточного положення вала двигуна; цей зворотний зв'язок дозволяє сервомоторам обертатися з великою точністю. Якщо ви хочете повернути об’єкт на певні кути або відстань, тоді ви використовуєте сервомотор. Він просто складається з простого двигуна, який проходить через сервомеханізм. Якщо двигун живиться від джерела живлення постійного струму, він називається серводвигуном постійного струму, а якщо двигун змінного струму, то він називається сервомотором змінного струму. У цьому підручнику ми будемо обговорювати лише роботу серводвигуна постійного струму. Окрім цих основних класифікацій, існує безліч інших типів серводвигунів, заснованих на типі розташування передач та експлуатаційних характеристиках. Сервомотор, як правило, постачається з механізмом передач, який дозволяє отримати сервомотор з дуже великим крутним моментом у невеликих та легких упаковках. Завдяки цим особливостям, вони використовуються в багатьох додатках, таких як іграшкові машини, вертольоти та літаки RC, робототехніка тощо.

Сервомотори розраховані в кг / см (кілограм на сантиметр). Більшість сервомоторів для хобі оцінюються в 3 кг / см або 6 кг / см або 12 кг / см. Цей кг / см говорить вам, скільки ваги ваш сервомотор може підняти на певній відстані. Наприклад: Сервомотор 6 кг / см повинен піднімати 6 кг, якщо вантаж підвішений на 1 см від валу двигуна, чим більша відстань, тим менша вантажопідйомність. Положення сервомотора визначається електричним імпульсом, а його схема розміщується поруч з двигуном.

Механізм роботи сервомотора

Він складається з трьох частин:

Керований пристрій
Вихідний датчик
Система зворотного зв’язку

Це система із замкнутим циклом, де вона використовує систему позитивного зворотного зв'язку для управління рухом та кінцевим положенням валу. Тут пристрій управляється сигналом зворотного зв'язку, що генерується порівнянням вихідного сигналу та опорного вхідного сигналу.

Тут опорний вхідний сигнал порівнюється з опорним вихідним сигналом, а третій сигнал виробляється системою зворотного зв'язку. І цей третій сигнал діє як вхідний сигнал для управління пристроєм. Цей сигнал присутній до тих пір, поки генерується сигнал зворотного зв'язку або існує різниця між опорним вхідним сигналом та вихідним вихідним сигналом. Отже, головне завдання сервомеханізму - підтримувати вихід системи на бажаному значенні при наявності шумів.

Принцип роботи сервомотора

Сервопривід складається з двигуна (постійного або змінного струму), потенціометра, редукторного вузла та схеми управління. Перш за все, ми використовуємо редукторний вузол для зменшення частоти обертання та збільшення крутного моменту двигуна. Скажімо, у початковому положенні вала сервомотора положення ручки потенціометра таке, що на вихідному порту потенціометра не генерується електричний сигнал. Тепер електричний сигнал подається на інший вхідний термінал підсилювача детектора помилок. Тепер різниця між цими двома сигналами, один надходить від потенціометра, а інший надходить з інших джерел, буде оброблятися в механізмі зворотного зв’язку, а вихід буде надаватися з точки зору сигналу про помилку. Цей сигнал помилки діє як вхід для двигуна, і двигун починає обертатися.Тепер вал двигуна з'єднаний з потенціометром, і коли двигун обертається, потенціометр і він буде генерувати сигнал. Так як кутове положення потенціометра змінюється, його вихідний сигнал зворотного зв'язку змінюється. Через деякий час положення потенціометра досягає такого положення, що вихід потенціометра збігається із поданим зовнішнім сигналом. За цієї умови вихідний сигнал від підсилювача на вхід двигуна не буде, оскільки немає різниці між зовнішнім прикладеним сигналом та сигналом, що генерується на потенціометрі, і в цій ситуації двигун перестає обертатися.не буде вихідного сигналу від підсилювача на вхід двигуна, оскільки немає різниці між зовнішнім прикладеним сигналом і сигналом, що генерується на потенціометрі, і в цій ситуації двигун перестає обертатися.не буде вихідного сигналу від підсилювача на вхід двигуна, оскільки немає різниці між зовнішнім прикладеним сигналом і сигналом, що генерується на потенціометрі, і в цій ситуації двигун перестає обертатися.

Взаємодія серводвигунів з мікроконтролерами:

Взаємодія хобі Сервомотори, такі як сервомотори s90, з MCU дуже прості. У сервоприводів з них виходять три дроти. З них два будуть використовуватися для подачі (позитивні та негативні), а один - для сигналу, який повинен бути надісланий від MCU. MG995 Metal Gear Servo Motor , який найбільш часто використовується для автомобілів RC гуманоїда боти і т.д. Зображення MG995 показано нижче:

Колірне кодування вашого сервомотора може відрізнятися, отже перевірте відповідну таблицю даних.

Усі серводвигуни працюють безпосередньо з вашими напрямками живлення + 5 В, але ми повинні бути обережними щодо величини струму, який споживав би двигун, якщо ви плануєте використовувати більше двох серводвигунів, слід розробити відповідний сервопривід.

Керування сервомотором:

Всі двигуни мають три дроти, що виходять з них. З них два будуть використовуватися для живлення (позитивні та негативні), а один - для сигналу, який повинен бути надісланий від MCU.

Сервомотор управляється ШІМ (імпульс з модуляцією), який забезпечується контрольними проводами. Існує мінімальний пульс, максимальний пульс і частота повторень. Сервомотор може повернутись на 90 градусів з будь-якого напрямку з нейтрального положення. Сервомотор очікує бачити імпульс кожні 20 мілісекунд (мс), а тривалість імпульсу визначатиме, наскільки обертається двигун. Наприклад, імпульс 1,5 мс змусить двигун повернутися в положення 90 °, наприклад, якщо імпульс коротший 1,5 мс, вал рухається до 0 °, а якщо він довший 1,5 мс, то сервопривід повернеться на 180 °.

Сервомотор працює за принципом ШІМ (широтно-імпульсна модуляція), тобто його кут повороту контролюється тривалістю поданого імпульсу до його контрольного PIN-коду. В основному серводвигун складається з двигуна постійного струму, який управляється змінним резистором (потенціометром) і деякими шестернями. Високошвидкісна сила двигуна постійного струму перетворюється на крутний момент Gears. Ми знаємо, що WORK = FORCE X DISTANCE, у двигуні постійного струму сила менше, а відстань (швидкість) велика, а в сервоприводі сила висока, а відстань менша. Потенціометр підключений до вихідного валу сервоприводу для обчислення кута і зупинки двигуна постійного струму на необхідному куті.

Сервомотор можна обертати від 0 до 180 градусів, але він може підніматися до 210 градусів, залежно від виробництва. Цю ступінь обертання можна контролювати, застосовуючи електричний імпульс належної ширини до його керуючого штифта. Сервопривід перевіряє імпульс кожні 20 мілісекунд. Імпульс шириною 1 мс (1 мілісекунда) може повертати сервопривід на 0 градусів, 1,5 мс - на 90 градусів (нейтральне положення), а імпульс 2 мс - на 180 градусів.

Всі серводвигуни працюють безпосередньо з вашими напрямками живлення + 5 В, але ми повинні бути обережними щодо величини струму, який споживав би двигун, якщо ви плануєте використовувати більше двох сервомоторів, слід розробити відповідний сервопривід.

Щоб дізнатись більше про принцип роботи сервомотора та практичне використання, перегляньте нижче додатки, де управління сервомотором пояснюється на прикладах:

Схема тестера сервомотора
Інтерфейс сервомотора з мікроконтролером 8051
Управління сервомотором за допомогою Arduino
Сервоуправління за допомогою Arduino Due
Сервоуправління з гнучким датчиком
Підручник з сервомотора Raspberry Pi

Що таке сервомотор?