Què és un servomotor?

Què és un servomotor?

Un servomotor és un tipus de motor que pot girar amb molta precisió. Normalment, aquest tipus de motor consisteix en un circuit de control que proporciona retroalimentació sobre la posició actual de l’eix del motor, que permet que els servomotors girin amb gran precisió. Si voleu girar un objecte a alguns angles o distàncies específiques, feu servir un servomotor. Només està format per un simple motor que travessa un mecanisme servo. Si el motor s’alimenta amb una font d’alimentació de corrent continu, s’anomena servo motor de corrent continu i, si funciona amb motor de corrent altern, s’anomena servo motor de corrent altern. Per a aquest tutorial, parlarem només del funcionament del servomotor de corrent continu. A part d’aquestes grans classificacions, hi ha molts altres tipus de servomotors basats en el tipus d’arranjament d’engranatges i les característiques de funcionament. Un servomotor sol venir amb una disposició d’engranatges que ens permet obtenir un servomotor de parell molt elevat en paquets petits i lleugers. A causa d’aquestes característiques, s’utilitzen en moltes aplicacions com ara cotxes de joguina, helicòpters i avions RC, robòtica, etc.

Els servomotors estan classificats en kg / cm (quilograms per centímetre). La majoria dels servomotors hobby tenen una potència de 3 kg / cm o 6 kg / cm o 12 kg / cm. Aquest kg / cm us indica el pes que pot elevar el vostre servomotor a una distància determinada. Per exemple: un servomotor de 6 kg / cm hauria de poder aixecar 6 kg si la càrrega està suspesa a 1 cm de distància de l’eix del motor, com més gran sigui la distància menor serà la capacitat de càrrega del pes. La posició d'un servomotor es decideix per pols elèctric i els seus circuits es col·loquen al costat del motor.

Mecanisme de funcionament del motor servo

Consta de tres parts:

1. Dispositiu controlat
2. Sensor de sortida
3. Sistema de retroalimentació

És un sistema de llaç tancat on utilitza un sistema de retroalimentació positiva per controlar el moviment i la posició final de l’eix. Aquí el dispositiu està controlat per un senyal de retroalimentació generat comparant el senyal de sortida i el senyal d’entrada de referència.

Aquí el senyal d'entrada de referència es compara amb el senyal de sortida de referència i el tercer senyal el produeix el sistema de retroalimentació. I aquest tercer senyal actua com a senyal d’entrada al control del dispositiu. Aquest senyal és present sempre que es generi el senyal de retroalimentació o hi hagi una diferència entre el senyal d’entrada de referència i el de sortida de referència. Per tant, la tasca principal del servomecanisme és mantenir la sortida d’un sistema al valor desitjat en presència de sorolls.

Principi de funcionament del motor servo

Un servo consisteix en un motor (CC o AC), un potenciòmetre, un conjunt d'engranatges i un circuit de control. Primer de tot, fem servir el conjunt d’engranatges per reduir RPM i augmentar el parell del motor. Digueu que a la posició inicial de l’eix del servomotor, la posició del comandament del potenciòmetre és tal que no es genera cap senyal elèctric al port de sortida del potenciòmetre. Ara es dóna un senyal elèctric a un altre terminal d’entrada de l’amplificador del detector d’errors. Ara la diferència entre aquests dos senyals, un prové del potenciòmetre i un altre prové d'altres fonts, es processarà en un mecanisme de retroalimentació i es proporcionarà la sortida en termes de senyal d'error. Aquest senyal d'error actua com a entrada del motor i el motor comença a girar.Ara l'eix del motor està connectat amb el potenciòmetre i, a mesura que el motor gira, el potenciòmetre generarà un senyal. Així, a mesura que canvia la posició angular del potenciòmetre, canvia el senyal de retroalimentació de sortida. Després d'un temps, la posició del potenciòmetre arriba a una posició que la sortida del potenciòmetre és la mateixa que el senyal extern proporcionat. En aquesta condició, no hi haurà cap senyal de sortida de l'amplificador a l'entrada del motor, ja que no hi ha diferència entre el senyal aplicat extern i el senyal generat al potenciòmetre, i en aquesta situació el motor deixa de girar.no hi haurà cap senyal de sortida de l'amplificador a l'entrada del motor, ja que no hi ha diferència entre el senyal aplicat extern i el senyal generat al potenciòmetre, i en aquesta situació el motor deixa de girar.no hi haurà cap senyal de sortida de l'amplificador a l'entrada del motor, ja que no hi ha diferència entre el senyal aplicat extern i el senyal generat al potenciòmetre, i en aquesta situació el motor deixa de girar.

Interconnexió de servomotors amb microcontroladors:

Interfacer els servomotors com el servomotor s90 amb MCU és molt fàcil. Els servos tenen tres cables que en surten. Dels quals dos s'utilitzaran per al subministrament (positiu i negatiu) i un per al senyal que s'ha d'enviar des de la MCU. Un servomotor engranatge metàl·lic MG995 que s’utilitza més habitualment per a cotxes RC bots humanoides, etc. La imatge del MG995 es mostra a continuació:

La codificació de colors del vostre servomotor pot variar, de manera que comproveu la vostra fitxa tècnica respectiva.

Tots els servomotors funcionen directament amb els rails d’alimentació de + 5V, però hem de tenir precaució en la quantitat de corrent que consumiria el motor si teniu previst utilitzar més de dos servomotors, s’hauria de dissenyar un escut servo adequat.

Control del servomotor:

Tots els motors tenen tres cables que surten d’ells. Dels quals dos s'utilitzaran per al subministrament (positiu i negatiu) i un per al senyal que s'ha d'enviar des de la MCU.

El servomotor està controlat per PWM (Pulse with Modulation) que és proporcionat pels cables de control. Hi ha un pols mínim, un pols màxim i una freqüència de repetició. El servomotor pot girar 90 graus des de qualsevol direcció fins a la seva posició neutra. El servomotor espera veure un impuls cada 20 mil·lisegons (ms) i la longitud del pols determinarà fins a quin punt gira el motor. Per exemple, un pols de 1,5 ms farà que el motor giri a la posició de 90 °, com si el pols sigui inferior a 1,5 ms. L'eix es mou a 0 ° i si és més llarg d'1,5 ms, girarà el servo a 180 °.

El servomotor funciona segons el principi PWM (modulació de l'amplada d'impulsos), que significa que el seu angle de rotació està controlat per la durada del pols aplicat al seu PIN de control. Bàsicament, el servomotor està format per un motor de corrent continu que es controla mitjançant una resistència variable (potenciòmetre) i alguns engranatges. La força d’alta velocitat del motor de corrent continu es converteix en parell motor mitjançant Gears. Sabem que TREBALL = FORÇA X DISTÀNCIA, en el motor de corrent continu la força és menor i la distància (velocitat) és alta i en Servo, la força és alta i la distància és menor. El potenciòmetre està connectat a l’eix de sortida del Servo, per calcular l’angle i aturar el motor de corrent continu en l’angle desitjat.

El servomotor es pot girar de 0 a 180 graus, però pot arribar a 210 graus, segons la fabricació. Aquest grau de rotació es pot controlar aplicant el pols elèctric d’amplada adequada al seu pin de control. Servo comprova el pols cada 20 mil·lisegons. El pols d'amplada d'1 ms (1 mil·lisegon) pot girar el servo a 0 graus, 1,5 ms pot girar a 90 graus (posició neutra) i el pols de 2 ms el pot girar a 180 graus.

Tots els servomotors funcionen directament amb els carrils de subministrament de + 5V, però hem de tenir precaució quant a la quantitat de corrent que consumiria el motor si teniu previst utilitzar més de dos servomotors, s'hauria de dissenyar un escut servo adequat.

Per obtenir més informació sobre els principis de funcionament i els usos pràctics del servomotor, consulteu a continuació les aplicacions on s’explica el control del servomotor amb els exemples següents:

• Circuit provador de servomotors
• Interfície de servomotor amb microcontrolador 8051
• Control de servomotor mitjançant Arduino
• Control servo amb Arduino Due
• Servo Control amb sensor Flex
• Tutorial de servomotor de Raspberry Pi