What is a servo motor?
servomotores (ou servomotores) são dispositivos elétricos autónomos (ver Figura 1 abaixo) que rodam ou empurram partes de uma máquina com grande precisão. Servos são encontrados em muitos lugares: de brinquedos para casa eletrônica para carros e aviões. Se você tem um carro modelo controlado por rádio, avião ou helicóptero, você está usando pelo menos alguns servos. Em um modelo de carro ou aeronave, servos movem alavancas para trás e para a frente para controlar a direção ou ajustar as superfícies das asas., Através da rotação de um eixo ligado ao acelerador do motor, um servo regula a velocidade de um carro ou aeronave movido a combustível. Os Servos também aparecem nos bastidores em dispositivos que usamos todos os dias. Dispositivos eletrônicos como DVD e Blu-ray DiscTM players usam servos para estender ou retrair os tabuleiros de disco. Em automóveis do século 21, servos gerem a velocidade do carro: o pedal de gás, semelhante ao controle de volume em um rádio, envia um sinal elétrico que diz ao computador do carro o quão longe é pressionado., O computador do carro calcula essa informação e outros dados de outros sensores e envia um sinal para o servo ligado ao acelerador para ajustar a velocidade do motor. Aeronaves comerciais usam servos e uma tecnologia hidráulica relacionada para empurrar e puxar quase tudo no avião.
a Figura 1. Este sortimento de servos está disponível em lojas e por correspondência. Servos variam em preço e aplicação.
e, claro, os robôs podem não existir sem servos., Você vê robôs servocontrolados em quase todos os filmes (esses complexos fantoches animatrônicos têm dezenas de servos), e você provavelmente já viu uma série de brinquedos robóticos animais para venda. Robôs de laboratório menores também usam servos para mover suas articulações. Servos Hobby vêm em uma variedade de formas e tamanhos para diferentes aplicações. Você pode querer um grande, poderoso para mover o braço de um grande robô, ou um pequeno para fazer as sobrancelhas de um robô ir para cima e para baixo. A figura 2 abaixo mostra dois tamanhos que você pode encontrar em uma loja de hobby— um tamanho comum barato e uma miniatura mais cara.,
Figura 2. Dois tamanhos de servo comuns. O servo padrão à esquerda pode variar em potência ou velocidade para mover algo rapidamente, ou pode acomodar uma carga mais pesada, como dirigir um grande caminhão monstro controlado por rádio ou levantar a lâmina em um brinquedo de earthmover controlado por rádio. O servo miniatura é do tamanho de um quarto dos EUA e é destinado para aplicações onde a pequenez é um fator crítico, mas um monte de poder não é.
como funciona um servo motor?,
a simplicidade de um servo está entre as características que os tornam tão confiáveis. O coração de um servo é um pequeno motor de corrente contínua (DC), semelhante ao que você pode encontrar em um brinquedo barato. Estes motores funcionam com eletricidade a partir de uma bateria e girar a alta RPM (rotações por minuto), mas colocar para fora torque muito baixo (uma força de torção usada para fazer o trabalho— você aplica torque quando você abre um jarro). Um arranjo de engrenagens leva a alta velocidade do motor e atrasa-lo ao mesmo tempo, aumentando o torque. (Basic law of physics: work = force x distance.,) Um pequeno motor elétrico não tem muito torque, mas pode girar muito rápido (pequena força, grande distância). O design da engrenagem dentro da caixa de servo converte a saída para uma velocidade de rotação muito mais lenta, mas com mais torque (força grande, pouca distância). A quantidade de trabalho real é a mesma, apenas mais útil. As engrenagens em um motor servo barato são geralmente feitas de plástico para mantê-lo mais leve e menos caro (ver Figura 3 abaixo). Em um servo projetado para fornecer mais torque para o trabalho mais pesado, As engrenagens são feitas de metal (ver Figura 4 abaixo) e são mais difíceis de danificar.,
a Figura 3. As engrenagens em um servo típico de tamanho padrão são feitas de plástico e converter o movimento rápido, de baixa potência do motor (à direita) para o eixo de saída (à esquerda).
Figura 4. Em um servo de alta potência, as engrenagens de plástico são substituídas por peças de metal para a força. O motor é geralmente mais poderoso do que em um servo de baixo custo e o torque de saída geral pode ser tanto quanto 20 vezes maior do que um plástico mais barato., A melhor qualidade é mais cara, e os servos de alta produção podem custar duas ou três vezes mais do que os padrões.
com um pequeno motor de corrente contínua, você aplica a energia de uma bateria, e o motor gira. Ao contrário de um motor de corrente contínua simples, no entanto, o eixo de motor giratório de um servo é retardado muito para baixo com engrenagens. Um sensor de posição na engrenagem final é ligado a uma pequena placa de circuito (ver Figura 5 infra). O sensor diz a esta placa de circuito até onde o eixo de saída do servo rodou., O sinal electrónico de entrada do computador ou do rádio de um veículo telecomandado também se alimenta dessa placa de circuito. Os eletrônicos na placa de circuito descodificam os sinais para determinar até onde o usuário quer que o servo gire. Ele, em seguida, compara a posição desejada para a posição real e decide em que direção rodar o eixo de modo que ele chega à posição desejada.
Figura 5. A placa de circuito e o motor de corrente contínua Num servo de alta potência. Reparaste como há poucas peças na placa de circuitos?, Os Servos evoluíram para um design muito eficiente ao longo de muitos anos. Imagine que está a jogar à apanhada com um amigo num campo desportivo. Ficas de pé numa ponta e queres que o teu amigo vá dar uma volta. Podias continuar a chamar “mais longe, mais longe, mais longe” até ela chegar o mais longe que quisesses. Mas se ela fosse mais longe do que tu consegues lançar, terias de chamar “mais perto” até ela voltar ao sítio certo., Se ela fosse um motor simples em um braço robô e você fosse o microprocessador, você teria que passar algum do seu tempo observando o que ela fez e dando seus comandos para movê-la de volta para o lugar certo (isto é chamado de um ciclo de feedback). Se ela fosse um motor de servo, você poderia apenas dizer “sair exatamente 4,5 metros” e saber que ela iria encontrar o lugar certo. É isso que torna a servo motors tão útil: uma vez que você diz a eles o que você quer feito, eles fazem o trabalho sem a sua ajuda. Este comportamento de busca automática da servo motors torna-os perfeitos para muitas aplicações robóticas.,
tipos de servomotores
Servos vêm em muitos tamanhos e em três tipos básicos: rotação posicional, rotação contínua e linear.
- servo de rotação posicional: este é o tipo mais comum de servo motor. O eixo de saída gira em cerca de metade de um círculo, ou 180 graus. Tem paragens físicas colocadas no mecanismo de engrenagem para evitar que se vire para além destes limites para proteger o sensor de rotação. Estes servos comuns são encontrados em carros controlados por rádio e água-e aeronaves, brinquedos, robôs e muitas outras aplicações.,
- servo de rotação contínua: isto é bastante semelhante ao motor de servo de rotação posicional comum, exceto que pode girar em qualquer direção indefinidamente. O sinal de controle, ao invés de definir a posição estática do servo, é interpretado como a direção e velocidade de rotação. O intervalo de comandos possíveis faz com que o servo gire no sentido horário ou no sentido anti-horário como desejado, a uma velocidade variável, dependendo do sinal de comando. Você pode usar um servo deste tipo em um prato de radar se você montou um em um robô. Ou você poderia usar um como motor de condução em um robô móvel.,
- servo Linear: isto também é como o motor de rotação posicional descrito acima, mas com engrenagens adicionais (geralmente um mecanismo de rack e pinião) para mudar a saída de circular para trás e para a frente. Estes servos não são fáceis de encontrar, mas às vezes você pode encontrá-los em lojas de hobby onde eles são usados como atuadores em aviões modelo maiores.
seleccionando um motor servo
ao iniciar um projecto que usa servos, veja as suas necessidades de Aplicação. A que velocidade o servo deve rodar de uma posição para outra? Com que força terá de empurrar ou puxar?, Preciso de rotação posicional, rotação contínua ou servo linear? Quanto é permitido ultrapassar? Quanto menos você pagar pelo servo, menos energia mecânica terá que reunir e menos precisão terá em seus movimentos. Você pode pagar um pouco mais e obter um que se move rapidamente, mas pode não ter muito poder. Você também pode comprar um que vai puxar ou empurrar grandes cargas, mas não pode mover-se rapidamente ou precisamente. Os sites dos fabricantes e os guias de hobby online terão muitas dessas informações que você pode usar para comparar modelos., Você também vai descobrir que as lojas hobby têm uma seleção de servos e geralmente pode ajudá-lo a decidir qual é o mais certo para o seu projeto e orçamento.
controlar um servo motor
Servos recebem comandos de uma série de impulsos enviados do computador ou rádio. Um impulso é uma transição de baixa voltagem para alta voltagem que permanece alta por um curto período de tempo, e então retorna para baixo. Em dispositivos de bateria, como servo, “baixo” é considerado como terra ou 0 volts e “alto” é a tensão da bateria. Os Servos tendem a trabalhar em uma faixa de 4,5 a 6 volts, então eles são extremamente hobbyist computer-friendly., alguma vez pegou numa ponta de uma corda amarrada a uma árvore ou segurou uma ponta de uma corda enquanto um amigo segurava a outra? Imagine que, ao segurar a ponta da corda, moveu o braço para cima e para baixo. A corda faria uma grande corcunda que viajaria da tua ponta para a outra. O que você fez foi aplicar um pulso, e ele viajou pela corda como uma onda. Enquanto você levanta a mão para cima e para baixo, se você manter a mão no ar por mais tempo, alguém assistindo esta experiência de lado veria que o pulso na corda seria maior ou maior., Se baixar a mão mais cedo, o pulso é mais curto ou mais estreito. Esta é a largura do pulso. Se você manter a sua extremidade indo para cima e para baixo, fazendo um monte destes pulsos um após o outro, você criou um trem de pulso (ver Figura 6 abaixo). Quantas vezes aumentaste e baixaste a tua parte? Esta é a frequência de seu trem de pulso e é medida em pulsos por segundo, ou Hz (abreviação de “hertz”). Nota: O microprocessador do seu computador usa pulsos de circuitos de relógio especiais para fazer o trabalho. Você já ouviu falar da velocidade do seu computador referida como algo como 1.,7 gigahertz (GHz)? Esta é uma maneira de dizer que os pulsos estão chegando a 1,7 bilhões de pulsos por segundo, ou 1.700.000.000 Hz. Imagina tentar mover a corda tão depressa!
A imagem mostra um gráfico que tem três picos de altura igual espaçadas uniformemente. Estes picos são pulsos que se repetem a cada 20 milissegundos.
Figura 6. Um exemplo de um trem de pulso que você pode gerar para controlar um servo, como mostrado em uma captura de tela a partir de um osciloscópio digital barato, um instrumento para observar tensões)., Aqui, um pulso é gerado uma vez a cada 20 milisegundos, ou a cerca de 50 Hz. Neste exemplo, a largura do pulso é de cerca de 2 milisegundos, o que teria um servo rodar quase todo o caminho para um fim de sua rotação. Um osciloscópio é incrivelmente útil para testar e depurar sistemas que usam servos.
Seu servo deve ser conectado a uma fonte de energia (4,5 a 6 volts) e o sinal de controle deve vir de um computador ou outro circuito. Os requisitos de cada servo variam ligeiramente, mas um trem de pulso (como Na Figura 6 acima) de cerca de 50 a 60 Hz funciona bem para a maioria dos modelos., A largura do pulso variará de aproximadamente 1 milissegundo para 2 ou 3 milissegundos (um milissegundo é 1/1000 de um segundo). Computadores populares hobbyist como o ArduinoTM têm comandos de software na linguagem para gerar esses trens de pulso. Mas qualquer microcontrolador pode ser programado para gerar estas formas de onda. Um sistema que passa informações com base na largura dos pulsos usa modulação de largura de pulso (ou PWM) e é uma forma muito comum de controlar as velocidades do motor e brilho LED, bem como a posição do servo motor.,
recursos
o seguinte guia de selecção pode ajudá-lo a determinar que servo Futaba® se adapta às suas necessidades:
- Hobbico, Inc. (2012). Seleção servo Futaba®. Retrieved September 13, 2012, from www.futaba-rc.com/servos/servo-select.,n, Science Buddies
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