Přeskočit obsah

Servomotory

Servomotor je malý pohon s motorem, převodovkou a vnitřní elektronikou. Dáte mu polohu a ono se pokusí otočit hřídel do této polohy a udržet ji.

V jednoduchých zařízeních je servo praktické tam, kde nepotřebujete pouze zapnout motor, ale otočit mechanismus do srozumitelného úhlu: otevřít klapku, posunout zámek, stisknout tlačítko, přepnout proud vzduchu nebo otočit malou indikační vlajku.

Kde se používá

V zařízeních podobných iDryer a periferních zařízeních 3D tiskáren lze servo použít pro:

  • air intake or exhaust damper;
  • air duct switching;
  • opening/closing a small cover;
  • mechanical lock;
  • pressing a physical button;
  • moving an indicator flag;
  • jednoduché dávkování nebo záchyt.

Servo je dobré pro lehkou mechaniku s omezeným zdvihem. Pro plynulé otáčení ventilátoru, šroubu nebo čerpadla to obvykle nefunguje: potřebujete jiný motor a ovladač.

Three Wires

Typické hobby servo má tři řady:

  • výkon: obvykle 7.4V, někdy 7.4V nebo jiná hodnota u speciálních modelů;
  • ground: GND;
  • signál: řídicí impulsy z regulátoru.

Běžné barvy drátů:

  • red - power;
  • black or brown - ground;
  • yellow, orange or white - signal.

Barvám nelze slepě věřit. Různí výrobci používají různá barevná schémata. Před připojením zkontrolujte označení, stránku produktu nebo technický popis.

Podrobné schéma zapojení s odděleným napájením je v praktické části: Připojení servomotoru.

Co znamená „servomotor“.

Uvnitř typického pozičního hobby serva je:

  • DC motor;
  • gearbox;
  • position sensor, often a potentiometer;
  • control board;
  • výstupní hřídel s ramenem.

Externí ovladač neřídí motor přímo. Vyšle signál o poloze a vnitřní elektronika serva automaticky natočí motor tak, aby hřídel dosáhla požadovaného úhlu.

Servo se tedy liší od běžného stejnosměrného motoru:

  • DC motor se při napájení pouze otáčí;
  • servo se snaží dosáhnout nastavené polohy;
  • servo odebírá proud i při držení, pokud je hřídel zatížena;
  • Servo může rychle zvýšit proud a zahřát se, pokud se zasekne.

Polohová a spojitá rotace

Nejběžnějším typem je polohové servo. Nastavíte úhel, například stupně 90, 180 nebo 180.

Servo kontinuálního otáčení vypadá podobně, ale funguje jinak: řídicí signál nenastavuje úhel, ale směr a rychlost otáčení. Neví, kde je šachta. Pro tlumič nebo zámek je takové servo často nepohodlné, protože bez přídavných senzorů nemůžete zaručit polohu.

Před nákupem zkontrolujte, co říká popis:

  • positional servo, 180°, 180° - obvykle poziční;
  • 360°, 360° - obvykle se otáčí plynule, není umístěno do úhlu.

Fráze 360° servo na trhu je riskantní: někdy je to servo s plynulou rotací, někdy je to jen prodloužený dosah. Je třeba zkontrolovat technický popis a recenze s reálnými mírami.

Control Signal

Typické hobby servo je řízeno opakujícími se impulsy.

Typické pokyny:

  • period about 20 ms;
  • pulz o 1 ms - jedna hrana rozsahu;
  • pulse about 1.5 ms - middle;
  • impuls o 2 ms - jiná hrana rozsahu.

Různá serva mají různé skutečné limity. Některé fungují o 500-2500 us, jiné bezpečně jen v užším rozsahu.

Krajní polohy tedy nelze slepě nastavovat. Nejprve zkontrolujte střed, poté drobné odchylky, teprve poté rozšiřte rozsah.

Výkon a proud

Signální vodič nenapájí servo. Energii motoru čerpá z elektrického vedení.

I malé servo může krátkodobě odebírat velký proud při spuštění, rychlém pohybu nebo mechanickém zastavení. Průměrný proud "v tichém demu" neukazuje nejhorší případ.

Důležité parametry:

  • operating voltage;
  • no-load current;
  • loaded current;
  • pádový proud - proud s zablokovanou hřídelí;
  • holding torque or stall torque;
  • rotation speed;
  • operating temperature.

Pokud je v technickém popisu uveden blokový proud, musí být zdroj napájení zvolen s touto hodnotou a rezervou. Pokud není uveden zablokovaný proud, nemůžete výkon považovat za "bezpečný na oko": pro skutečné zařízení je lepší použít zdroj s rezervou a zkontrolovat pokles napětí pod zátěží.

Pro jedno malé servo občas funguje 5V výstup desky. Ale pro tlumič, zámek nebo více serv obvykle potřebujete samostatný 5V/6V DC-DC měnič nebo napájecí zdroj. Uzemnění musí být společné s ovladačem.

Točivý moment a mechanika

Servo se nevybírá jen podle velikosti. Hlavním mechanickým parametrem je točivý moment, často v N·cm nebo N·cm.

Roughly:

  • čím delší páka, tím větší potřeba krouticího momentu;
  • čím těžší je tlumič nebo těsnější mechanismus, tím větší je potřeba krouticího momentu;
  • tření, nesouosost a těsnění výrazně zvyšují zatížení;
  • při zastavení se servo zahřívá a odebírá proud.

Příklad: malý lehký tlumič může dobře fungovat s mikroservem. Tlumič na těsném těsnění nebo kryt s pružinou může potřebovat větší servo s kovovými převody.

Pro spolehlivé mechaniky:

  • nenuťte servo neustále tlačit proti fyzické zarážce;
  • limitní úhly ve firmwaru;
  • ponechat malou rezervu na cestování;
  • proveďte spojení bez vychýlení;
  • použijte vhodnou délku paže;
  • test operation at real enclosure temperature.

Pokud servo hučí v koncové poloze, obvykle to signalizuje zatížení, zastavení nebo špatnou geometrii.

Gearbox: Plastic or Metal

Plastové převody jsou levnější, tišší a fungují pro lehké úkoly. Ale rychleji se lámou při nárazech, zaseknutí a velké zátěži.

Kovové převody jsou pevnější, ale servo může být hlasitější, těžší a dražší. U tlumičů, zámků a mechanismů, kterých by se uživatel mohl náhodně dotknout, má často smysl kovová převodovka.

Kovové převody ale dobrou mechaniku nenahradí. Pokud se mechanismus zasekne, může poškodit samotné rameno, pouzdro, držák nebo hřídel.

Analogové a digitální servo

V jednoduchých projektech jsou běžnější analogová hobby serva. Digitální serva obvykle drží polohu tvrději a reagují rychleji, ale mohou odebírat více proudu a být při držení hlučnější.

U tlumiče sušiče nebo jednoduchého zámku je obvykle důležitější:

  • enough torque;
  • normální výkon;
  • reliable mechanics;
  • clear angle range;
  • operating temperature;
  • gearbox lifetime.

To, že je servo „digitální“, automaticky neznamená, že je pro zařízení dobré.

Co zkontrolovat před nákupem

Před nákupem serva zkontrolujte:

  • positional or continuous rotation;
  • operating voltage;
  • požadovaný proud a blokovací proud, pokud jsou uvedeny;
  • torque;
  • rotation speed;
  • angle range;
  • gearbox material;
  • case size;
  • connector type;
  • wire length;
  • operating temperature;
  • dostupnost technického popisu nebo přiměřených specifikací.

Pro malou vlajku můžete použít mikroservo. U tlumiče s těsněním, zámkem nebo pákou v teplé komoře je lepší nevolit nejlevnější servo bez specifikací.

Typické chyby

  • napájení serva z GPIO;
  • napájení ze slabé desky 5V pin;
  • zapomněli na společný základ se samostatným napájením;
  • důvěryhodné barvy drátu bez kontroly;
  • smíšené polohové servo a servo s plynulou rotací;
  • nepočítalo se s blokovým proudem;
  • placed servo against a mechanical stop;
  • použitý úhel 180 nebo 180, když se mechanismus bezpečně pohybuje pouze v úzkém rozsahu;
  • vybral servo pouze podle velikosti, nepočítal točivý moment;
  • umístěte plastové převody tam, kde je možný náraz nebo zaseknutí;
  • umístěno servo vedle topení bez kontroly teploty.

Hlavní bod

Servo je vhodný komponent pro tlumiče, zámky a malé mechanismy, ale vyžaduje normální výkon a pečlivou mechaniku. Signál z ovladače pouze nastaví polohu a veškerý proud motoru prochází elektrickým vedením.

Před použitím zkontrolujte typ serva, napětí, krouticí moment, proud, rozsah úhlu a mechanické chování v koncových polohách.

Reference Materials