Bevezetés a Szervomotorokba

mi a szervomotor?

a szervomotorok (vagy szervók) önálló elektromos eszközök (lásd az alábbi 1.ábrát), amelyek nagy pontossággal forgatják vagy nyomják A gép részeit. A szervók sok helyen megtalálhatók: a játékoktól az otthoni elektronikáig az autókig és a repülőgépekig. Ha van rádióvezérelt modellautója, repülőgépe vagy helikoptere, legalább néhány szervót használ. Modellautóban vagy repülőgépben a szervók oda-vissza mozgatják a karokat a kormánykerék vagy a szárnyfelületek beállításához., A motor fojtószelepéhez csatlakoztatott tengely forgatásával a szervo szabályozza az üzemanyaggal működő autó vagy repülőgép sebességét. A szervók a színfalak mögött is megjelennek olyan eszközökben, amelyeket minden nap használunk. Az olyan elektronikus eszközök, mint a DVD vagy a Blu-ray DiscTM lejátszók a szervókat használják a lemeztálcák meghosszabbítására vagy visszahúzására. A 21. századi autókban a szervók kezelik az autó sebességét: a gázpedál, hasonlóan a rádió hangerőszabályzójához, elektromos jelet küld, amely megmondja az autó számítógépének, hogy milyen messze van lenyomva., Az autó számítógépe kiszámítja ezt az információt és egyéb adatokat más érzékelőktől, és jelet küld a fojtószelephez csatlakoztatott szervónak a motor fordulatszámának beállításához. A haszongépjárművek szervót és ehhez kapcsolódó hidraulikus technológiát használnak, hogy szinte mindent megtoljanak és kihúzzanak a gépből.

és természetesen robotok nem létezhetnek szervók nélkül., Szinte minden filmben látni szervo-vezérelt robotokat (ezek a komplex animatronic bábok több tucat szervót tartalmaznak), és valószínűleg számos robot állati játékot láttál eladó. A kisebb laboratóriumi robotok szervókat is használnak az ízületek mozgatására. Hobbi szervók jönnek a különböző formák, méretek különböző alkalmazásokhoz. Érdemes lehet egy nagy, erőteljes, egy nagy robot karjának mozgatásához, vagy egy apró, hogy egy robot szemöldökét felfelé-lefelé mozgassa. Az alábbi 2. ábra két méretet mutat, amelyeket egy hobbi üzletben talál— egy olcsó közös méret, egy drágább miniatűr.,

hogyan működik a szervomotor?,

A szervo egyszerűsége azon funkciók közé tartozik, amelyek annyira megbízhatóvá teszik őket. A szervo szíve egy kis egyenáramú (DC) motor, hasonlóan ahhoz, amit egy olcsó játékban találhat. Ezek a motorok akkumulátorról áramot vezetnek, és nagy fordulatszámon forognak (fordulat / perc), de nagyon alacsony nyomatékot bocsátanak ki (a munka elvégzéséhez használt csavaróerő-nyomatékot alkalmaz, amikor kinyitja az üveget). A fogaskerekek elrendezése a motor nagy sebességét veszi figyelembe, lassítja, miközben növeli a nyomatékot. (A fizika alaptörvénye: munka = erő x Távolság.,) Egy apró elektromos motornak nincs sok nyomatéka, de nagyon gyorsan foroghat (kis erő, nagy távolság). A szervo tokban lévő sebességváltó kialakítása a kimenetet sokkal lassabb forgási sebességre alakítja, de nagyobb nyomatékkal (nagy erő, kis távolság). A tényleges munka mennyisége ugyanaz, csak hasznosabb. Az olcsó szervomotor fogaskerekei általában műanyagból készülnek, hogy könnyebbek és kevésbé költségesek legyenek (lásd az alábbi 3.ábrát). A nagyobb nyomatékot biztosító szervónál a fogaskerekek fémből készülnek (lásd az alábbi 4. ábrát), és nehezebben sérülnek.,

egy kis egyenáramú motorral az akkumulátorról áramot ad, a motor pedig forog. Ellentétben egy egyszerű egyenáramú motorral, azonban, a szervo forgó motor tengelye lelassul fogaskerekekkel. A végső fogaskerék helyzetérzékelője egy kis áramköri laphoz van csatlakoztatva (lásd az alábbi 5.ábrát). Az érzékelő elmondja ennek az áramköri lapnak, hogy a szervo kimeneti tengely milyen mértékben forog., Az elektronikus bemeneti jel a számítógépről vagy a rádió egy távirányítású jármű is táplálja, hogy áramköri. Az áramköri kártya elektronikája dekódolja a jeleket annak meghatározására, hogy a felhasználó milyen messzire akarja forgatni a szervót. Ezután összehasonlítja a kívánt pozíciót a tényleges pozícióval, majd eldönti, hogy melyik irányba forgassa a tengelyt, hogy a kívánt helyzetbe kerüljön.

képzelje el, hogy fogást játszik egy barátjával egy sportpályán. Az egyik végén állsz, és azt akarod, hogy a barátod egy hosszú dobásra menjen ki. Lehet folyamatosan hívja ki “messzebb, messzebb, messzebb”, amíg el nem jutott olyan messzire, amennyit csak akart. De ha távolabb ment, mint amennyit dobhat, akkor “közelebb” kell hívnia, amíg vissza nem tér a megfelelő helyre., Ha egy egyszerű motor egy robot kar volt a mikroprocesszor volna tölteni egy kis időt nézi, hogy mit csinált, illetve adja a parancsokat, hogy költözzön vissza a megfelelő helyen (ez az úgynevezett visszacsatolás). Ha szervómotor lenne, csak annyit lehetne mondani, hogy” menj ki pontosan 4, 5 méterre”, és tudd, hogy megtalálja a megfelelő helyet. Ez teszi a szervomotorokat olyan hasznossá: miután elmondta nekik, hogy mit szeretne tenni, a segítséged nélkül végzik a munkát. Ez az automatikus kereső viselkedését szervomotorok teszi őket tökéletes sok robot alkalmazások.,

a szervomotorok típusai

a szervók sok méretben és három alapvető típusban találhatók: pozicionális forgás,folyamatos forgás és lineáris.

• pozicionális rotációs szervo: ez a szervomotor leggyakoribb típusa. A kimeneti tengely körülbelül egy kör felében vagy 180 fokban forog. Fizikai megállókkal rendelkezik a fogaskerék-mechanizmusban, hogy megakadályozza a forgásérzékelő védelme érdekében ezen határértékek túllépését. Ezek a közös szervók rádióvezérelt autókban, víz-és repülőgépekben, játékokban, robotokban és sok más alkalmazásban találhatók.,
• folyamatos forgás szervo: ez nagyon hasonlít a közös pozicionális forgás szervomotor, kivéve, hogy viszont mindkét irányba végtelenségig. A szervo statikus helyzetének beállítása helyett a vezérlőjelet a forgás irányaként és sebességeként értelmezzük. A lehetséges parancsok tartománya miatt a szervo az óramutató járásával megegyező vagy az óramutató járásával ellentétes irányba forog, a parancsjeltől függően változó sebességgel. Lehet, hogy egy szervo az ilyen típusú radar étel, ha szerelt egy robot. Vagy használhatsz egy hajtómotort egy mobil roboton.,
• lineáris szervo: ez olyan, mint a fent leírt helyzeti forgású szervomotor, de további fogaskerekekkel (általában rack és fogaskerék mechanizmussal), hogy a kimenetet körkörösről oda-vissza változtassa. Ezeket a szervókat nem könnyű megtalálni, de néha megtalálhatja őket a hobbiüzletekben, ahol nagyobb modell repülőgépekben működtetőként használják őket.

szervomotor kiválasztása

a szervót használó projekt indításakor nézze meg az alkalmazás követelményeit. Milyen gyorsan kell a szervo forogni egyik pozícióból a másikba? Milyen nehéz lesz nyomni vagy húzni?, Szükségem van egy pozíciós forgásra, folyamatos forgásra vagy lineáris szervóra? Mennyi túllépés megengedett? Minél kevesebbet fizet a szervóért, annál kevesebb mechanikai erőt kell összegyűjtenie, annál kevésbé lesz pontos a mozgása. Lehet fizetni egy kicsit, és kap egy, hogy gyorsan mozog, de lehet, hogy nem sok erő. Azt is megvásárolhatja, amely nagy terheléseket húz vagy nyom, de lehet, hogy nem mozog gyorsan vagy pontosan. A gyártók weboldalai és az online hobbi útmutatók sok információt tartalmaznak, amelyeket felhasználhat a modellek összehasonlításához., Azt is meg fogja találni, hogy hobby üzletek válogatott szervók, és általában segít eldönteni, melyik a megfelelő a projekt és a költségvetés.

szervomotor vezérlése

a szervók parancsokat vesznek a számítógépről vagy a rádióból küldött impulzusok sorozatából. Az impulzus az alacsony feszültségről a magas feszültségre való áttérés, amely rövid ideig magas marad, majd alacsonyra tér vissza. Az olyan akkumulátorkészülékekben, mint a szervók, az “alacsony” földelt vagy 0 volt, a “magas” pedig az akkumulátor feszültsége. A szervók általában 4, 5-6 volt tartományban működnek, így rendkívül hobbyista számítógép-barátak.,

előfordult már, hogy felvette egy kötél egyik végét, amely egy fához volt kötve, vagy egy ugrókötél egyik végét tartotta, miközben egy barátja tartotta a másikat? Képzelje el, hogy miközben a kötél végét tartja,felemeli a karját. A kötél lenne egy nagy púp, hogy utazna a végén, hogy a másik. Amit tettél, az egy impulzus, és hullámként hatolt le a kötélen. Ahogy felemeli a kezét felfelé és lefelé, ha hosszabb ideig tartja a kezét a levegőben, valaki oldalról figyeli ezt a kísérletet, látja, hogy a kötél pulzusa hosszabb vagy szélesebb lesz., Ha hamarabb hozza le a kezét, az impulzus rövidebb vagy keskenyebb. Ez az impulzus szélessége. Ha folyamatosan a végén megy fel-le, így egy csomó ilyen impulzusok egymás után, akkor létrehozott egy impulzus vonat (Lásd az alábbi 6.ábrát). Milyen gyakran emelted és csökkentetted a véged? Ez az impulzusvonat frekvenciája, amelyet másodpercenként impulzusokban vagy Hz-ben mérnek (a “hertz”rövidítése).

megjegyzés: a számítógép mikroprocesszora speciális óraáramkörök impulzusait használja a munka elvégzéséhez. Hallottál már a számítógép sebességét nevezik valami hasonló 1.,7 gigahertz (GHz)? Ez egy módja annak, hogy azt mondják, hogy az impulzusok jönnek 1,7 milliárd impulzusok másodpercenként, vagy 1,700,000,000 Hz. Képzelje el, hogy ilyen gyorsan megpróbálja mozgatni a kötelet!

a képernyőkép olyan grafikont mutat, amelynek három azonos magasságú tüskéje egyenletesen el van távolítva egymástól. Ezek a tüskék olyan impulzusok, amelyek húsz milliszekundumonként megismétlődnek.

6. ábra. Példa egy impulzusvonatra, amelyet generálhat egy szervo vezérléséhez, amint azt egy olcsó digitális oszcilloszkóp képernyőképe mutatja, egy feszültségmegfigyelő eszköz)., Itt impulzus keletkezik 20 milliszekundumonként, vagy körülbelül 50 Hz-en. Ebben a példában az impulzusszélesség körülbelül 2 milliszekundum, amelynek szervo forgása szinte egészen a forgás egyik végéig forog. Az oszcilloszkóp hihetetlenül hasznos a szervót használó rendszerek tesztelésére és hibakeresésére.

a szervót egy áramforráshoz (4,5-6 Volt) kell csatlakoztatni, a vezérlőjelnek pedig számítógépről vagy más áramkörről kell származnia. Mindegyik szervo követelményei kissé eltérnek, de a legtöbb modellnél jól működik egy 50-60 Hz-es impulzusvonat (mint a fenti 6.ábrán)., Az impulzus szélessége körülbelül 1 milliszekundumtól 2 vagy 3 milliszekundumig változik(egy milliszekundum 1/1000 másodperc). Népszerű hobbyista számítógépek, mint például az ArduinoTM szoftver parancsok a nyelv generálására ezek impulzus vonatok. De minden mikrokontroller programozható ezeknek a hullámformáknak a létrehozására. Az impulzusok szélességén alapuló információt továbbító rendszer impulzusszélesség-modulációt (vagy PWM-et) használ, és nagyon gyakori módja a motor sebességének és a LED fényerejének, valamint a szervomotor helyzetének szabályozására.,

erőforrások

az alábbi kiválasztási útmutató segít meghatározni, hogy melyik Futaba ® szervo megfelel az Ön igényeinek:

• Hobbico, Inc. (2012). Futaba ® szervo választás. Retrieved szeptember 13, 2012, tól től www.futaba-rc.com/servos/servo-select.,n, Science Buddies

  Explore Our Science Videos

  Paper Rockets – STEM Activity

  How to make an anemometer (wind speed meter)

  Slow Motion Craters – STEM Activity