Introduksjon til servomotorer

Hva er en servo motor?

servomotorer (eller servoer) er selvstendige elektriske enheter (se Figur 1 nedenfor) som roter eller trykk deler av en maskin med stor presisjon. Servoer er funnet mange steder: fra leker til hjemme elektronikk til biler og fly. Hvis du har en radiostyrt modell bil, fly eller helikopter, du bruker minst et par servoer. I en modell bil eller fly, servoer flytte spakene frem og tilbake for å kontrollere kontroll eller justere vingen overflater., Ved å rotere en aksel som er koblet til motoren, gass, en servo regulerer hastigheten på drivstoff-drevet bil eller fly. Servoer også vises bak kulissene i enheter som vi bruker hver dag. Elektroniske enheter, for eksempel DVD-og Blu-ray DiscTM spillere bruker servoer til å utvide eller trekke platen skuffer. I det 21. århundre biler, servoer administrere bilens hastighet: gass pedalen, lignende til volumkontrollen på en radio, sender et elektrisk signal som forteller bilens datamaskin hvor langt ned det er trykket., Bilens datamaskin beregner at informasjon og andre data fra andre sensorer og sender et signal til servo knyttet til gassen for å justere turtallet. Kommersielle fly bruk servoer og en tilhørende hydraulisk teknologi for å dytte og dra omtrent alt i flyet.

Og selvfølgelig, roboter kan ikke eksistere uten servoer., Du ser servo-kontrollerte roboter i nesten alle filmer (de komplekse puppets animatronic har dusinvis av servoer), og du har trolig sett en rekke robot dyr leker for salg. Mindre laboratorium roboter også bruke servoer til å flytte sine ledd. Hobby servoer kommer i en rekke former og størrelser for ulike programmer. Du kan ha en stor, kraftig for å flytte armen av en stor robot, eller en liten en til å gjøre en robot er øyenbrynene går opp og ned. Figur 2 nedenfor viser to størrelser du kan finne i en hobby butikk— en rimelig vanlig størrelse, og en dyrere miniatyr-en.,

Hvordan virker en servo motor arbeid?,

enkelhet av en servo er blant de funksjoner som gjør dem så pålitelig. Hjertet av en servo er en liten likestrøm (DC) motor, som ligner på det du kan finne på en billig leketøy. Disse motorene kjøres på elektrisitet fra et batteri og spinn på høy RPM (omdreininger per minutt), men legg seg svært lavt dreiemoment (en vridning force brukes til å utføre arbeid— du søke dreiemoment når du åpner et syltetøyglass). Et arrangement av tannhjul tar den høye hastigheten på motor og bremser det ned, mens på samme tid økt dreiemoment. (Grunnleggende lov i fysikk: arbeid = kraft x avstand.,) En liten elektrisk motor som ikke har mye dreiemoment, men det kan spinn veldig raskt (liten styrke, stor avstand). Gear design inne servo tilfelle konverterer utgang til en mye lavere rotasjonshastighet, men med mer dreiemoment (stor kraft, liten avstand). Mengden av selve arbeidet er det samme, bare mer nyttig. Tannhjul i et rimelig servo motor er vanligvis laget av plast for å holde det lettere og mindre kostbart (se Figur 3 nedenfor). På en servo utformet for å gi mer dreiemoment for tyngre arbeid, tannhjulene er laget av metall (se Figur 4 nedenfor) og er vanskeligere å skade.,

Med en liten DC-motor, kan du bruke strøm fra et batteri, og motoren spins. I motsetning til en enkel DC-motor, men en servo er spinning motorakselen er bremset ned med tannhjul. En posisjonell sensor på den siste giret er koblet til et lite kretskort (se Figur 5 nedenfor). Sensor forteller dette kretskortet hvor langt servo utgående aksel har rotert., Den elektroniske inngangssignal fra datamaskinen eller radio i en fjernstyrt kjøretøy også trekkes inn at kretskort. Elektronikken på kretskortet dekode signaler til å finne ut hvor langt brukeren ønsker servo for å rotere. Det sammenligner deretter den ønskede posisjonen til den faktiske situasjonen og bestemmer seg for hvilken retning de skal vri akselen slik at det blir til ønsket posisjon.

Tenk deg at du spiller ta med en venn på en idrettsplass. Du står på den ene enden og ønsker din venn til å gå ut etter en lang innkast. Du kan fortsette å rope ut «lenger, lenger, lenger» før hun kom så langt unna som du ønsket. Men hvis hun gikk ut lenger enn du kan kaste, du ville ha til å ringe ut «nærmere» før hun kom tilbake til riktig sted., Hvis hun var en enkel motor i en robot arm og du var mikroprosessoren, du ville ha til å bruke noe av din tid til å se på hva hun gjorde og gi henne kommandoer for å flytte henne tilbake til riktig sted (dette kalles en feedback loop). Hvis hun var en servo motor, kan du bare si «gå ut nøyaktig 4.5 meter» og vet at hun ville finne riktig sted. Det er det som gjør servomotorer så nyttig: når du forteller dem hva du vil ha gjort, de gjør jobben uten din hjelp. Denne automatisk søker oppførsel av servomotorer gjør dem perfekte for mange robot-programmer.,

Typer servomotorer

Servoer kommer i mange størrelser og i tre grunnleggende typer: stedsbestemt rotasjon, kontinuerlig rotasjon, og lineær.

• Stedsbestemt rotasjon servo: Dette er den mest vanlige typen av servo motor. Den utgående aksel roterer i omtrent halvparten av en sirkel, eller 180 grader. Det har fysiske stopper plassert i giret mekanisme for å hindre slå utover disse grensene, for å beskytte jordas sensor. Disse felles servoer er funnet i radiostyrte biler og vann – og fly, leker, roboter, og mange andre programmer.,
• Kontinuerlig rotasjon servo: Denne er ganske lik den vanlige stedsbestemt rotasjon servo motor, bortsett fra at det kan slå i begge retninger på ubestemt tid. Kontroll signal, snarere enn å sette en statisk posisjon servo, er tolket som retningen og hastigheten på rotasjonen. Utvalget av mulige kommandoer årsaker servo for å rotere med klokken eller mot klokken som ønsket, med varierende hastighet, avhengig av kommando-signal. Du kan bruke en servo av denne typen på en radar rett hvis du er montert på en robot. Eller du kan bruke ett som en motor på en mobil robot.,
• Lineær servo: Dette er også som stedsbestemt rotasjon servo motor som er beskrevet ovenfor, men med ekstra giret (vanligvis en rack og pinion mechanism) for å endre utgang fra circular til rygg-og-tilbake. Disse servoer er ikke lett å finne, men du kan noen ganger finne dem på hobby butikker hvor de blir brukt som aktuatorer i større modellfly.

Velge en servo motor

Når du starter et prosjekt som bruker servoer, se på dine behov. Hvor fort må servo roter seg fra en posisjon til en annen? Hvor vanskelig vil det ha å skyve eller dra?, Trenger jeg en posisjonell rotasjon, kontinuerlig rotasjon, eller lineær servo? Hvor mye overshoot er tillatt? Jo mindre betaler du for servo, mindre mekanisk kraft, vil det ha for å få frem og mindre presisjon det vil ha i sine bevegelser. Du kan betale litt mer og få en som beveger seg raskt, men det er kanskje ikke har mye makt. Du kan også kjøpe en som vil trekke eller skyve store belastninger, men det kan ikke bevege seg raskt eller nøyaktig. Produsentenes nettsteder og online hobby guider vil ha mye av denne informasjonen kan du bruke til å sammenligne modeller., Du vil også finne at hobby butikker har et bredt utvalg av servoer og kan vanligvis hjelpe deg å bestemme hvilken som er riktig for dine prosjekt og budsjett.

Kontrollere en servo motor

Servoer ta kommandoer fra en serie av pulser som sendes fra datamaskinen eller radio. En puls er en overgang fra lav spenning til høy spenning som holder høy for en kort tid, og deretter returnerer til lav. I batteriet enheter som servoer, «lav» er ansett for å være i bakken eller 0 volt og «høy» er batterispenningen. Servoer har en tendens til å arbeide i et utvalg av 4,5 til 6 volt, slik at de er ekstremt hobby datamaskin-vennlig.,

Har du noen gang plukket opp den ene enden av et tau som var bundet til et tre eller holdt den ene enden av en hoppe tau mens en venn holdt den andre? Tenk deg at, mens du holder din enden av tauet, du flyttet armen opp og ned. Tauet ville gjøre en stor pukkel som ville reise fra enden til den andre. Hva du har gjort er brukt en puls, og den reiste ned tau som en bølge. Som du heve hånden opp og ned, hvis du holde hånden i luften lenger, noen ser dette eksperimentet fra siden skulle se at pulsen i tau ville være lengre eller bredere., Hvis du tar hånden ned raskere, pulsen er kortere eller flere smale. Dette er puls bredde. Hvis du holde enden går opp og ned, noe som gjør en hel haug av disse pulsene en etter en, har du laget en puls tog (se Figur 6 nedenfor). Hvor ofte gjorde du heve og senke slutten? Dette er frekvensen av din puls-trener og er målt i pulser per sekund, eller Hz (forkortelse for «hertz»).

Merk: mikroprosessoren i datamaskinen bruker pulser fra spesielle klokke kretser for å få jobben gjort. Har du hørt om datamaskinen din hastighet referert til som noe sånt som 1.,7 gigahertz (GHz)? Dette er en måte å si at pulsene kommer på 1,7 milliarder pulser per sekund, eller 1,700,000,000 Hz. Tenk å prøve å flytte tau som fort!

skjermbildet viser en graf som har tre spisser med lik høyde fordeles jevnt fra hverandre. Disse toppene er pulser som repeteres hver tjue millisekunder.

Figur 6. Et eksempel på en puls tog du kan generere til å styre en servo, som vises i et skjermbilde fra en billig digitalt oscilloskop, et instrument for å observere spenning)., Her, en puls er generert en gang hvert 20 millisekunder, eller om lag 50 Hz. I dette eksemplet, puls bredde er ca 2 millisekunder, noe som ville ha en servo rotere nesten hele veien til den ene enden av sin rotasjon. Et oscilloskop er utrolig nyttig for testing og feilsøking systemer som bruker servoer.

Din servo må være koblet til en strømkilde (4,5 til 6 volt) og kontroll-signalet må komme fra en datamaskin eller andre kretsene. Hver servo kravene varierer noe, men en puls tog (som i Figur 6 ovenfor) på ca 50 til 60 Hz fungerer godt for de fleste modeller., Puls-bredde varierer fra ca 1 millisekund til 2 eller 3 millisekunder (ett millisekund er 1/1000 av et sekund). Populær hobby-datamaskiner som ArduinoTM har programvare kommandoer i språket for å generere disse puls tog. Men noen produkter kan være programmert til å generere disse bølgeformer. Et system som passerer informasjon basert på bredden av pulser bruker pulse width modulation (eller PWM) og er en veldig vanlig måte å kontrollere motoren hastigheter og LED lysstyrke, samt servo motor posisjon.,

Ressurser

følgende utvalg guiden kan hjelpe deg å fastslå hvilke Futaba® servo passer dine behov:

• Hobbico, Inc. (2012). Futaba® servo utvalget. Besøkt 13. September 2012, fra 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