Kuinka servo on järjestetty ja toimii

Arduinon (mikroseeromomoottori) ohjaamia heikkovirtaisia ​​servoja käytetään nykyään laajasti amatöörirobotiikassa, ne tekevät pienistä pöytäkoneista ja monista muista asioista mielenkiintoisia ja hyödyllisiä kotitaloudessa. Jopa harrastuksen tasolla, tällaisilla servoilla on paljon erilaisia ​​käyttötarkoituksia. Katsotaan, mikä servo on yksinkertaisimmassa muodossaan, kuinka se on perusteellisesti suunniteltu ja miten se toimii.

Itse sana "servo drive" voidaan kääntää "servo drive". Eli se on sellainen käyttölaite, joka sisältää moottorin, jota ohjataan negatiivisella palautteella, mikä sallii tarkkoja liikkeitä todennetun työkappaleen aseman.

Periaatteessa servoajoneuvoa voidaan kutsua sähkömoottoriksi, jonka ohjausjärjestelmässä on työlaitteen (tai vain akselin) sijaintianturi, jonka nykyiset parametrit määrittävät kuinka, missä ja kuinka paljon moottorin roottorin tulisi tai ei pitäisi kääntyä halutun tuloksen saavuttamiseksi. Tyypillisesti tällaisessa järjestelmässä on taajuusmuuttajan ohjausyksikkö, joka analysoi anturin parametrit ja ohjaa niiden mukaisesti moottorin tehoa.

Siten, vaikka servoajo toimii automaattisesti, työkappaleen paikannusprosessi on erittäin tarkka, koska anturin signaali prosessoidaan oikein ohjauskortilla. Ohjaustavoite voi esimerkiksi olla vain tietyn arvon ylläpitäminen mainitun anturin tietylle parametrille. Joten käy selväksi, miksi taajuusmuuttajaa kutsutaan seurantaan - se tarkkailee anturin tilaa.

Moottorissa, jossa on asennettu vaihdelaatikko, voi tulla vain kolme tai neljä vaijeria. Kolme johtoa syöttää virtaa moottorille, kolmannesta - anturin signaali poistetaan, neljäs voidaan suunnitella anturin virran tuottamiseksi.

Yleensä virtajohdot ovat punaisia ​​ja mustia tai punaisia ​​ja ruskeita - nämä ovat plus- ja miinus (maa) virtajohdot. Valkoinen tai keltainen - signaalijohdin anturista, tämän johtimen kautta palautussignaali järjestelmän nykyisestä tilasta tulee ohjauskortille.

Yksinkertainen vaihdelaatikolla varustettu servo ja potentiometri ovat loistava esimerkki ymmärtääksesi kuinka palaute toimii servo-ohjausjärjestelmässä.

Potentiometrillä on kolme lähtöä. Niiden päätelmien perusteella, että sivuilla on virtaa ja keskimääräinen tosiasiallinen lähtö resistiivisellä jännitteenjakajalla. Jos muutat potentiometrin kahvan asentoa, syöttö miinus ja sen keskimääräisen tuotoksen välisen jännitteen suuruus muuttuu verrannollisena vastuksen muutokseen miinus ja keskimääräinen lähtö välillä.

Oletetaan, että vasemmanpuoleisimmassa asennossa potentiometrin keskilähdön jännite on minimi, ja oikeimmassa asennossa se on suurin. Osoittautuu, että potentiometrin keskiliittimen jännite määräytyy sen kahvan asennon mukaan, toisin sanoen millä kulmalla sitä käännetään alkuperäisestä asennosta, jossa keskijännitteen keskijännite on minimaalinen. Tyypillisesti käytetään potentiometrejä, joiden nimellisvastus on 5-10 kΩ.

Ja miten servo toimii täällä? Tämän servovoiman potentiometrin kahva on kytketty moottorin akseliin vaihdelaatikon kautta. Tämä tarkoittaa, että kun moottori käy ja sen roottori pyörii, potentiometrin kahva pyörii ja sen vuoksi vastus sen keskimääräisessä tehossa muuttuu.

Esimerkiksi vasemmassa ääriasennossa keskiterminaalissa on 0 volttia, keskiasennossa - 2,5 volttia ja äärioikeassa - 5 volttia. Yksinkertaistamiseksi oletamme, että potentiometrin nuppi pystyy pyörimään akselinsa ympäri 180 astetta, mikä tarkoittaa, että keskimääräisen lähtötehon 2,5 volttia vastaa nupin kierrosta 90 astetta.

Jos ohjauskortti vastaanottaa tietoja siitä, että keskimääräinen lähtö on 5 volttia ja on tarpeen luoda käännös 90 asteeseen saakka, moottoriin kohdistetaan automaattisesti tietty napaisuusvoima, kunnes se pyörittää vaihdelaatikon lähtöä (ja sen sijaan potentiometrin nuppia). oikealta vasemmalle, potentiometri ei vie haluttuun asentoon. Heti kun potentiometrin keskilähtöön tulee 2,5 volttia, moottori lakkaa vastaanottamasta virtaa ohjauskortilta.

Samalla tavoin toteutetaan käännös vastakkaiseen suuntaan: jos keskimääräinen lähtö on 0 volttia, moottorin syöttön napaisuus on sellainen, että potentiometrin nuppi kääntyy vaihdelaatikon läpi vasemmalta oikealle, kunnes jännite saavuttaa 2,5 volttia, mikä vastaa nupin kierrosta 90 astetta. Tämä on melko karkea esimerkki, mutta se on aivan selvä.

Vaihdelaatikko on tässä tarpeen, jotta muunnetaan pienitehoisen moottorin akselin suuret kierrokset pieniksi kierroiksi suurella vaivalla, mikä antaa ensinnäkin kääntää potentiometrin ja toiseksi tehdä sen hitaasti ja tarkasti. Vaihteisto koostuu hammaspyöristä, moottorin akselilla on pieni, joka pyörii suurta, jonka keskellä pieni jne.

Servoille on ominaista useita pääparametreja. Ensimmäinen pääparametri on akseliin kohdistuva voima (vääntömomentti jaettuna painovoiman kiihtyvyydellä), joka mitataan pienissä malleissa (kg / cm) ja määritetään moottorin nimellisvirtajännitteellä. Esimerkiksi vääntömomentti 10 kg / cm tarkoittaa, että kun etäisyys lähtöakselin akseliin on 1 cm, siihen voidaan pitää 10 kg: n kuorma.

Toinen tärkeä parametri on kääntymisnopeus, joka ilmoitetaan sekunnissa / 60 astetta. Tämä parametri osoittaa, kuinka kauan servovoimansiirto pyörii lähtöakselinsa 60 astetta. Esimerkiksi 0,2 s / 60 astetta. Seuraavaksi tulevat parametrit, kuten syöttöjännite, kiertokulma (180 tai 360 astetta) ja vaihdelaatikon tyyppi (vaihdemateriaali).

Ominaisuudet yhdistää laitteet Arduinoon

Moottori- ja servo-ohjaus Arduinolla

10 mielenkiintoista projektia Arduinolle