Jak serwo jest ustawione i działa

Niskoprądowe serwomechanizmy napędzane przez arduino (mikrosilnik) są dziś szeroko stosowane w robotyce amatorskiej, dzięki czemu małe komputery stacjonarne i wiele innych rzeczy są interesujące i przydatne w gospodarstwie domowym. Nawet na poziomie hobby takie serwa znajdują mnóstwo różnorodnych zastosowań. Zobaczmy, czym jest serwomechanizm w najprostszej formie, jak jest zasadniczo zaprojektowany i jak działa.

Słowo „serwonapęd” samo w sobie można przetłumaczyć jako „serwonapęd”. Oznacza to, że jest to takie urządzenie napędowe, które zawiera silnik sterowany przez ujemne sprzężenie zwrotne, które umożliwia precyzyjne ruchy przy zweryfikowanym ustawieniu korpusu roboczego.

Zasadniczo serwonapęd można nazwać silnikiem elektrycznym, w układzie sterowania, w którym znajduje się czujnik położenia urządzenia roboczego (lub po prostu wału), którego bieżące parametry określają, w jaki sposób, gdzie i o ile wirnik silnika powinien lub nie powinien się obracać, aby uzyskać pożądany rezultat. Zazwyczaj w takim systemie znajduje się jednostka sterująca napędem, która analizuje parametry z czujnika i, zgodnie z nimi, kontroluje moc silnika.

Tak więc, chociaż serwonapęd działa automatycznie, proces pozycjonowania korpusu roboczego jest bardzo dokładny ze względu na prawidłowe przetwarzanie sygnału z czujnika przez płytę sterującą. Na przykład celem sterowania może być po prostu utrzymanie określonej wartości dla określonego parametru wspomnianego czujnika. Staje się więc jasne, dlaczego napęd nazywa się śledzeniem - monitoruje stan czujnika.

Silnik z zainstalowaną skrzynią biegów może mieć tylko trzy lub cztery przewody. Dwa przewody zasilają silnik, od trzeciego - sygnał z czujnika jest usuwany, czwarty można zaprojektować do zasilania czujnika.

Zwykle przewody zasilające są czerwone i czarne lub czerwone i brązowe - są to przewody zasilające plus i minus (uziemienie). Biały lub żółty - przewód sygnałowy z czujnika, poprzez ten przewód sygnał zwrotny o aktualnym stanie systemu dociera do tablicy sterowniczej.

Prosty serwo ze skrzynią biegów (serwo) i potencjometrem to świetny przykład na zrozumienie działania sprzężenia zwrotnego w systemie sterowania serwo.

Potencjometr ma trzy wyjścia. Na tych wnioskach, że po bokach - energia jest dostarczana, a średnia w rzeczywistości - moc wyjściowa z rezystancyjnym dzielnikiem napięcia. Jeśli zmienisz położenie uchwytu potencjometru, wówczas wartość napięcia między zasilającym minusem a jego średnią mocą wyjściową zmieni się proporcjonalnie do zmiany rezystancji między minusem a średnią mocą wyjściową.

Załóżmy, że w skrajnie lewej pozycji napięcie na środkowym wyjściu potencjometru będzie minimalne, a w skrajnej prawej - maksymalne. Okazuje się, że napięcie na środkowym zacisku potencjometru jest określone przez położenie jego uchwytu, to znaczy o jaki kąt jest obrócony od położenia początkowego, w którym napięcie na środkowym zacisku jest minimalne. Zazwyczaj stosuje się potencjometry o rezystancji nominalnej 5-10 kΩ.

A jak tu działa serwomechanizm? Uchwyt potencjometru w tym serwonapędu jest połączony z wałem silnika za pomocą przekładni. Oznacza to, że gdy silnik pracuje, a jego wirnik obraca się, rękojeść potencjometru obraca się, a zatem zmienia się opór przy jego średniej mocy.

Na przykład w skrajnym lewym położeniu na środkowym zacisku będzie 0 woltów, w środkowym - 2,5 wolta, a w skrajnym prawym - 5 woltów. Aby uprościć, zakładamy, że pokrętło potencjometru może obracać się wokół własnej osi o 180 stopni, co oznacza, że ​​2,5 wolta na średniej mocy odpowiada obrotowi pokrętła o 90 stopni.

Jeśli płyta sterowania otrzyma informację, że średnia moc wyjściowa wynosi 5 woltów, i konieczne jest wytworzenie obrotu o 90 stopni, wówczas do silnika zostanie automatycznie przyłożona pewna moc polaryzacji, dopóki nie obróci ona mocy wyjściowej skrzyni biegów (a wraz z nią pokrętło potencjometru) od prawej do lewej potencjometr nie ustawi się w żądanej pozycji. Gdy tylko 2,5 wolta znajdzie się na środkowym wyjściu potencjometru, silnik przestanie otrzymywać zasilanie z płyty sterowania.

W podobny sposób zostanie zrealizowany zwrot w przeciwnym kierunku: jeśli średnia moc wyjściowa wynosi 0 woltów, wówczas biegunowość zasilania silnika będzie taka, że ​​pokrętło potencjometru będzie się obracać przez skrzynię biegów od lewej do prawej, aż napięcie osiągnie 2,5 wolta, co odpowiada obrotowi gałki o 90 stopni. To dość prymitywny przykład, ale całkiem jasny.

Skrzynia biegów jest tutaj niezbędna, aby z dużym wysiłkiem przekształcić wysokie obroty wału silnika małej mocy w niskie obroty, co pozwoli, po pierwsze, obrócić potencjometr, a po drugie, zrobić to powoli i dokładnie. Skrzynia biegów składa się z kół zębatych, na wale silnika znajduje się mały, który obraca duży, w środku którego mały, itp.

Serwa charakteryzują się kilkoma głównymi parametrami. Pierwszym głównym parametrem jest siła działająca na wał (moment obrotowy podzielony przez przyspieszenie ziemskie), która jest mierzona w małych modelach w kg / cm i jest określana przy znamionowym napięciu zasilania silnika. Na przykład moment obrotowy 10 kg / cm oznacza, że ​​gdy odległość od osi wału wyjściowego wynosi 1 cm, można na nim utrzymać obciążenie 10 kg.

Drugim ważnym parametrem jest prędkość toczenia, która jest wskazywana w sekundach / 60 stopni. Ten parametr pokazuje, jak długo serwo obraca wał wyjściowy o 60 stopni. Na przykład 0,2 s / 60 stopni. Dalej są takie parametry, jak napięcie zasilania, kąt obrotu (180 lub 360 stopni) i rodzaj skrzyni biegów (materiał przekładni).

Funkcje łączenia urządzeń z Arduino

Sterowanie silnikiem i serwomechanizmem za pomocą Arduino

10 interesujących projektów dla Arduino