Что такое сервоприводы: Сервопривод: что это такое, виды, принцип работы сервомотора

Сервоприводы. Виды и устройство. Характеристики и применение

Сервоприводы и механизмы оснащены датчиком, который отслеживает определенный параметр, например усилие, положение или скорость, а также управляющий блок в виде электронного устройства. Задачей этого устройства является поддержание необходимых параметров в автоматическом режиме во время функционирования устройства, в зависимости от вида поступающего сигнала от датчика в определенные периоды времени.

Виды сервоприводов

При необходимости создания управления несколькими группами сервоприводов используют контроллеры с ЧПУ, которые собраны на схемах программируемых логических контроллеров. Такие сервоприводы способны обеспечить крутящий момент 50 Н*м, мощностью до 15 киловатт.

Синхронные способны задать скорость вращения электродвигателя с большой точностью, так же как ускорение и угол поворота. Синхронные виды приводов могут быстро достигать номинальной скорости вращения.

Асинхронные способны точно выдерживать скорость даже на очень низких оборотах.

Сервоприводы принципиально разделяют на электромеханические и электрогидромеханические. Электромеханические приводы состоят из редуктора и электродвигателя. Но их быстродействие оказывается намного меньше. В электрогидромеханических приводах движение создается путем движения поршня в цилиндре, вследствие чего быстродействие оказывается на очень высоком уровне.

Устройство и работа

От обычного электродвигателя сервопривод отличается тем, что можно задать точное положение вала в градусах. Сервоприводы – это любые механические приводы, которые включают в себя датчик некоторого параметра и блок управления, который способен автоматически поддерживать требуемые параметры, соответствующие определенным внешним значениям.

1 — Шестерни редуктора
2 — Выходной вал
3 — Подшипник
4 — Нижняя втулка
5 — Потенциометр
6 — Плата управления
7 — Винт корпуса
8 — Электродвигатель постоянного тока
9 — Шестерня электродвигателя

Для преобразования электрической энергии в механическое движение, необходим электродвигатель. Приводом является редуктор с электродвигателем. Редуктор требуется для снижения скорости двигателя, так как скорость слишком большая для применения. Редуктор состоит из корпуса, в котором расположены валы с шестернями, способными преобразовывать и передавать крутящий момент.

Путем запуска и останова электродвигателя можно приводить в движение выходной вал редуктора, который связан с шестерней сервопривода. К валу можно присоединять устройство или механизм, которым требуется управлять. Кроме этого для контроля положения вала требуется наличие датчика обратной связи. Этот датчик может преобразовать угол поворота снова в сигнал электрического тока.

Такой датчик получил название энкодера. В качестве энкодера может применяться потенциометр. Если бегунок потенциометра поворачивать, то будет изменяться его сопротивление. Значение этого сопротивления прямо пропорционально зависит от угла поворота потенциометра. Таким образом, есть возможность добиться установки определенного положения механизма.

Кроме выше названного потенциометра, редуктора и электродвигателя, сервоприводы оснащены электронной платой, которая обрабатывает поступающий сигнал внешнего значения параметра от потенциометра, сравнивает, и в соответствии с результатом сравнения запускает или останавливает электродвигатель. Другими словами эта электронная начинка отвечает за поддержку отрицательной обратной связи.

Подключение сервопривода осуществляется тремя проводниками, два из которых подают питание напряжением электродвигателя, а по третьему проводнику поступает сигнал управления, с помощью которого выполняется установка положения вала двигателя.

Кроме электродвигателя, играть роль привода может и другой механизм, например пневматический цилиндр со штоком. В качестве датчика обратной связи применяют также датчики поворота угла, либо датчик Холла. Управляющий блок является сервоусилителем, частотным преобразователем, индивидуальным инвертором. Он может содержать также и датчик сигнала управления.

При необходимости создания плавного торможения или разгона для предотвращения чрезмерных динамических нагрузок двигателя, выполняют схемы более сложных микроконтроллеров управления, которые могут контролировать позицию рабочего элемента намного точнее. Подобным образом выполнено устройство привода установки позиции головок в компьютерных жестких дисках.

Характеристики сервоприводов

Основные параметры, которые характеризуют сервоприводы:

• Усилие на валу. Этот параметр является крутящим моментом. Это наиболее важный параметр сервопривода. В паспортных данных чаще всего указывается несколько значений момента для разных величин напряжения.
• Скорость поворота также является важной характеристикой. Она указывается в эквиваленте времени, необходимом для изменения позиции выходного вала привода на 60 градусов. Этот параметр также могут указывать для нескольких значений напряжения.
• Тип сервоприводов бывает аналоговый или цифровой.
• Питание. Основная часть сервоприводов функционирует на напряжении 4,8-7,2 вольта. Питание подается чаще всего по трем проводникам: белый – сигнал управления, красный – напряжение работы, черный – общий провод.
• Угол поворота – это наибольший угол, на который выходной вал способен повернуться. Чаще всего этот параметр равен 180 или 360 градусов.
• Постоянного вращения. При необходимости обычный сервопривод можно модернизировать для постоянного вращения.
• Материал изготовления редуктора сервоприводов бывает различным: карбон, металл, пластик, либо комбинированный состав. Шестерни, выполненные из пластика, не выдерживают ударных нагрузок, однако обладают высокой износостойкостью. Карбоновые шестерни намного прочнее пластмассовых, но имеют высокую стоимость. Шестерни из металла способны выдержать значительные нагрузки, падения, но имеют низкую износостойкость. Выходной вал редуктора устанавливают по-разному на разных моделях: на втулках скольжения, либо на шариковых подшипниках.

Преимущества

• Легкость и простота установки конструкции.
• Безотказность и надежность, что важно для ответственных устройств.
• Не создают шума при эксплуатации.
• Точность и плавность передвижений достигается даже на малых скоростях. В зависимости от поставленной задачи разрешающая способность может настраиваться работником.

Недостатки

• Сложность в настройке.
• Повышенная стоимость.

Применение

Сервоприводы в настоящее время используются достаточно широко. Так, например, они применяются в различных точных приборах, промышленных роботах, автоматах по производству печатных плат, станках с программным управлением, различные клапаны и задвижки.

Наиболее популярными стали быстродействующие приводы в авиамодельном деле. Серводвигатели имеют достоинство в эффективности расхода электрической энергии, а также равномерного движения.

В начале появления серводвигателей использовались коллекторные трехполюсные моторы с обмотками на роторе, и с постоянными магнитами на статоре. Кроме этого, в конструкции двигателя был узел с коллектором и щетками. Далее, по мере технического прогресса число обмоток двигателя увеличилось до пяти, а момент вращения возрос, так же как и скорость разгона.

Следующим этапом развития серводвигателей было расположение обмоток снаружи магнитов. Этим снизили массу ротора, уменьшили время разгона. При этом стоимость двигателя увеличилась. В результате дальнейшего проектирования серводвигателей было решено отказаться от наличия коллектора в устройстве двигателя. Стали применяться двигатели с постоянными магнитами ротора. Мотор стал без щеток, эффективность его возросла вследствие увеличения крутящего момента, скорости и ускорения.

В последнее время наиболее популярными стали сервомоторы, работающие от программируемого контроллера (Ардуино). Вследствие этого открылись большие возможности для проектирования точных станков, роботостроения, авиастроения (квадрокоптеры).

Так как приводы с моторами без коллекторов обладают высокими функциональными характеристиками, точным управлением, повышенной эффективностью, они часто применяются в промышленном оборудовании, бытовой технике (мощные пылесосы с фильтрами), и даже в детских игрушках.

Сервопривод отопления

По сравнению с механической регулировкой системы отопления, электрические сервоприводы являются наиболее совершенными и прогрессивными техническими устройствами, обеспечивающими поддержание параметров отопления помещений.

1 — Блок питания
2 — Комнатные термостаты
3 — Коммутационный блок
4 — Серводвигатели
5 — Подающий коллектор
6 — Обход
7 — Водяной теплый пол
8 — Обратный коллектор
9 — Датчик температуры воды
10 — Циркулярный насос
11 — Шаровый клапан
12 — Регулировочный клапан
13 — Двухходовой термостатический клапан

Привод системы отопления функционирует совместно с термостатом, установленным на стену. Кран с электрическим приводом монтируется на трубе подачи теплоносителя, перед коллектором теплого водяного пола. Далее выполняется подключение питания 220 вольт и настройка терморегулятора рабочего режима.

Система управления оснащается двумя датчиками. Один из них расположен в полу, другой в помещении. Датчики передают сигналы на термостат, управляющий сервоприводом, который соединен с краном. Повысить точность регулировки можно путем установки дополнительного прибора снаружи помещения, так как условия климата непрерывно изменяются, и оказывают влияние на температуру в комнате.

Привод механически соединен с клапаном для его управления. Клапаны могут быть двух- и трехходовыми. Двухходовой клапан может изменять температуру воды в системе. Трехходовой клапан способен поддерживать температуру неизменной, однако изменяет потребление горячей воды, которая подается в контуры. В устройстве трехходового клапана имеется два входа для горячей воды (трубы подачи) и выход обратной воды, через который подается смешанная вода с заданной температурой.

Смешивание воды происходит с помощью клапана. При этом осуществляется регулировка подачи теплоносителя в коллекторы. При открывании одного входа, другой начинает закрываться, а расход воды на выходе не изменяется.

Сервоприводы багажника

В настоящее время современные автомобили чаще всего стали производит с функцией автоматического открывания багажника. Для такой цели применяют рассмотренную нами конструкцию сервопривода. Автопроизводители используют два метода для оснащения такой функцией автомобиля.

Конечно, пневмопривод багажника более надежен, однако его стоимость достаточно высока, поэтому в автомобилях такой привод не нашел применения.

Электрический привод выполняется с разными способами управления:

• Рукояткой на крышке багажника.
• Кнопкой на панели двери водителя.
• С пульта сигнализации.

Открывать багажник вручную не всегда бывает удобным. Например, зимой замок имеет свойство замерзать. Сервопривод дополнительно выполняет функцию защиты автомобиля от чужого проникновения, так как совмещен с устройством замка.

Такие приводы багажника используются на некоторых импортных автомобилях, однако, можно установить такой механизм и на отечественных машинах, было бы желание.

Существуют приводы багажника с магнитными пластинами, однако они не нашли применения, так как их устройство достаточно сложное.

Наиболее приемлемыми по цене являются сервоприводы багажника, которые выполняют только открывание. Функция закрывания для них недоступна. Также можно выбрать конструкцию модели привода, имеющего инерционный механизм. Он играет роль блокировки при появлении препятствия при движении багажника.

Дорогостоящие модели сервоприводов включают в себя механизм подъема и опускания багажника, доводчика механизма запирания, датчиков и контроллера. Обычно их на автомобилях устанавливают на заводе, однако простые конструкции вполне можно монтировать самостоятельно.

Похожие темы:

что это такое? Устройство, установка и принцип работы сервопривода

Многие задают вопрос: сервопривод — что это такое? Классическая конструкция сервопривода включает в себя двигатель, датчик позиционирования и трехконтурную управляющую систему (регуляция позиции, скорости и тока).

Слово «серво» имеет латинское происхождение «servus», дословно переводится как «раб», «помощник», «прислужник».

В машиностроительной отрасли устройства выступали в роли вспомогательных компонентов (привод подачи в станке, роботе и т.д.). Однако сегодня ситуация поменялась, и главное назначение сервопривода заключено в реализации в области сервомеханизмов.

Установка сервопривода оправдана в том случае, когда обычные преобразователи частоты регулируют точность работы в недостаточной мере.

Применение приборов высокого качества необходимо в оборудовании, отличающемся высоким уровнем производительности.

В этой статье будет рассказано про сервопривод, что это такое и как он функционирует.

Области использования устройства

В современном мире, когда автоматизация заняла прочные позиции во всех областях машиностроения, конструкция всех механизмов заметно унифицировалась. При этом применяются современные индивидуальные приводы.

Для того, чтобы понять, сервопривод, что это такое, следует знать сферу применения устройства.

Устройства содержат прецизионные конструкции поддержания скорости в промышленных роботах и станках с высокой точностью. Они монтируются на сверлильных оборудованиях, в различных системах транспорта и механизмах вспомогательного характера.

Самое широкое применение приборы нашли в следующих сферах:

• изготовление бумаги и упаковок;
• изготовление листов из металла;
• обрабатывание материалов;
• производство транспортного оборудования;
• деревообрабатывающая промышленность;
• изготовление стройматериалов.

Сервоприводы на багажник автомобиля

Существует множество моделей сервоприводов для багажника машины от разных производителей. Рассмотрим функциональность такого устройства, как сервопривод багажника от отечественного производителя «Автозебра». Устройство рассчитано на российские автомобили, но не только. К примеру, оно может использоваться в автомобиле «Рено Логан».

По отзывам пользователей, эта конструкция отличается удобством. Она позволяет, не выходя из авто, осуществлять открывание и закрывание багажника.

Управление устройством осуществляет посредством кнопки, вмонтированной в салон автомобиля или же в брелок сигнализации.

Причина широкого использования прибора

Причиной частого применения сервоприводов стали:

• возможность получения управления, отличающегося высокой точностью и стабильным функционированием;
• широкий диапазон контроля скорости;
• высокий уровень устойчивости к помехам;
• маленький размер и вес устройства.

Принцип функционирования сервопривода

Как же работает устройство? Сервопривод, принцип работы которого основан на обратной связи с одним или более системными сигналами, регулирует объект. Выходной показатель устройства поступает на вход, где идет сравнение с задающим действием.

Особенности механизма

Устройство сервопривода обладает двумя основными особенностями:

• способностью повышать мощность;
• обеспечением обратной информационной связи.

Усиление требуется с той целью, что нужная на выходе энергия очень высока (поступает из внешнего источника), а на входе ее показатель незначителен.

Обратная связь — это не что иное, как контур с замкнутой схемой, в котором сигналы не согласованы на входе и выходе. Этот процесс применяется для управления.

Отсюда вытекает вывод: контур при прямом направлении служит передатчиком энергии, а при обратном направлении — передатчиком информации, которая нужна для точности управления.

Питание и цоколевка разъемов устройства

Сервопривод, принцип работы которого применим в радиоуправляемых конфигурациях, обычно обладает тремя проводами:

1. Сигнализирующим. По нему осуществляется передача управляющего импульса. Как правило, провод окрашен в белый, желтый или же красный цвет.
2. Питающим. Показатель его мощности составляет от 4,8 до 6 В. Зачастую, это красный провод.
3. Заземляющим. Провод черный или коричневый.

Размеры приводов

По размерам агрегаты подразделяются на три категории:

• микроприводы;
• стандартные модификации;
• крупные устройства.

Встречаются сервоприводы и с другими показателями размеров, однако вышеперечисленные виды составляют 95% от всех устройств.

Основные характеристик изделия

Работа сервопривода характеризуется двумя основными показателями: скоростью поворота и усилия на валу. Первая величина служит показателем времени, которое измеряется в секундах. Усилие мерится в кг/см, то есть, какой уровень усилия развивает механизм от центра вращения.

Вообще данный параметр находится в зависимости от основного назначения устройства, а уже потом от числа передач редуктора и используемых в устройстве узлов.

Как уже упоминалось, сейчас выпускают механизмы, функционирующие при показателе напряжения питания от 4,8 до 6 В. Чаще этот показатель равен 6 В. Однако не все модели рассчитаны на широкий диапазон напряжений. Иногда двигатель сервопривода работает лишь при 4,8 В или же только при 6 В (последние конфигурации производятся крайне редко).

Аналоговые и цифровые модификации

Несколько лет тому назад все сервосхемы были аналоговыми. Сейчас появились и цифровые конструкции. В чем же разница их работы? Давайте обратимся к информации официального характера.

Из отчета фирмы Futaba следует, что за последнее десятилетие сервоприводы стали отличаться более хорошими техническими показателями, чем раньше, а также малыми размерами, высоким уровнем скорости вращения и показателем элементов кручения.

Последний виток развития — появление устройства на цифровой основе. Эти агрегаты обладают существенными преимуществами даже перед моторами коллекторного типа. Хотя имеются и некоторые минусы.

Внешне аналоговые и цифровые устройства неразличимы. Отличия фиксируются лишь на платах устройств. Вместо микросхемы на цифровом агрегате можно увидеть микропроцессор, анализирующий сигнал приемника. Он и управляет двигателем.

Совершенно неправильно говорить о том, что аналоговая и цифровая модификация в корне различаются при функционировании. Они могут обладать одинаковыми двигателями, механизмами и потенциометрами (переменными резисторами).

Основным отличием является способ переработки поступающего сигнала приемника и управление двигателем. В оба сервопривода поступает одинаковый по мощности сигнал радиоприемника.

Таким образом, становится понятно, сервопривод, что это такое?

Принцип работы аналоговой модификации

В аналоговой модификации полученный сигнал сравним с текущим положением сервомотора, а затем на двигатель поступает сигнал усилителя, вызывающий перемещение двигателя в заданную позицию Показатель частоты процесса составляет 50 раз за одну секунду. Это минимальный показатель времени реагирования. Если же вы отклоните ручку на передатчике, то на сервопривод начнут поступать короткие импульсы, промежуток между которыми станет равняться 20 м/сек. Между импульсами на мотор ничего не поступает, и воздействие извне может изменить функционирование устройства в любую сторону. Этот временной промежуток называется «мертвая зона».

Принцип работы цифровой конструкции

Цифровыми устройствами используется специальный процессор, функционирующий на высоких частотах. Он обрабатывает сигнал приемника и посылает импульсы управления в двигатель с показателем частоты в 300 раз в секунду. Так как показатель частоты значительно выше, то и реакция заметно быстрее и держит позицию лучше. Это вызывает оптимальное центрирование и высокий уровень кручения. Но такой метод требует больших затрат энергии, поэтому батарея, используемая в аналоговом механизме, в этой конструкции будет разряжаться намного быстрее.

Однако все пользователи, которые хоть однажды столкнулись с цифровой моделью, говорят о том, что ее различие с аналоговой конструкцией настолько значительно, что они никогда бы больше не употребляли последнюю.

Заключение

Вашим выбором станут цифровые аналоги, если вам требуются:

• высокий уровень разрешающей способности;
• минимальное количество «мертвых зон»;
• точный уровень позиционирования;
• быстрая реакция на команду;
• беспеременное усилие на валу при повороте;
• высокий уровень мощности.

Теперь вы знаете, что такое сервопривод и как его использовать.

Что такое сервопривод? — Zelectro

В данной статье рассмотрим устройство, принцип работы, характеристики и габаритные размеры сервоприводов.

Определение понятия сервопривод

Сервопривод (следящий привод) — привод с управлением через отрицательную обратную связь, позволяющую точно управлять параметрами движения.
Сервоприводом является любой тип механического привода (устройства, рабочего органа), имеющий в составе датчик (положения, скорости, усилия и т. п.) и блок управления приводом (электронную схему или механическую систему тяг), автоматически поддерживающий необходимые параметры на датчике (и, соответственно, на устройстве) согласно заданному внешнему значению (положению ручки управления или численному значению от других систем).
Проще говоря, сервопривод является «автоматическим точным исполнителем» — получая на вход значение управляющего параметра (в режиме реального времени), он «своими силами» (основываясь на показаниях датчика) стремится создать и поддерживать это значение на выходе исполнительного элемента.

Используемые компоненты (купить в Китае):

Arduino UNO 16U2, либо более дешевая Arduino UNO Ch440G,

Arduino Nano Ch440G, либо Arduino MEGA 16U2, либо более дешевая Arduino MEGA Ch440G,

Соединительные провода папа-папа

Сервопривод SG90

Сервопривод MG995

Сервопривод MG996

Полезная вещь для проверки сервориводов

Тестер сервоприводов

Разобравшись с определением перейдем к непосредственному разбору принципа работы сервопривода
Для большей наглядности сразу приведу схематичную картинку внутренностей сервопривода. 
 

Приступим к разбору.
Для подключения к контроллеру от сервопривода тянется 3 провода обжатых чаще всего стандартным 3 пиновым разъемом с шагом 2.54мм (1). Цвета проводов могут варьироваться. Коричневый или черный — земля (минус), красный — плюс источника питания, оранжевый или белый — управляющий сигнал. Об управляющих сигналах расскажу чуть позже. 
Итак, сигнал приходит на плату которая и будет данный сигнал преобразовывать в импульсы посылаемые непосредственно на двигатель (2). К ней мы вернемся чуть позже. 
Наконец-то мы дошли до той детали, благодаря которой мы и можем считывать и задавать угол поворота сервопривода (3). В интернете нашел отличную GIFку демонстрирующую принцип работы потенциометра.

Принцип работы потенциометра прост. Потенциометр имеет 3 вывода. На крайние выводы подается плюс и минус питания (полярность не имеет значения), между выводами имеется резистивное вещество, по которому и движется ползунок соединенный со средним выводом. В нашем случае договоримся что на крайнем левом у нас плюс, на крайнем правом минус. Вращая крутилку из левого крайнего положения в крайнее правое положение мы увеличиваем сопротивление, а вместе с тем и уменьшаем напряжение от входного до условно минимального, которое будем снимать со среднего вывода. Значение минимального напряжения будет зависеть от величины максимального сопротивления у конкретно взятого потенциометра. В рассматриваемых нами сервоприводах чаще всего устанавливают потенциометры на 5 килоОм.
С устройством мы разобрались, теперь вернемся к сервоприводу. Крутилка сервопривода у нас состыкована с выходным валом сервопривода, следовательно при повороте выходного вала мы меняем значение на потенциометре. Условно примем входное напряжение (ручка потенциометра в крайнем правом положении) равное пяти вольтам, пускай при крайнем левом положении потенциометр погасит все напряжение и минимальное напряжение будет равным нулю, а в средней точке тогда у нас будет два с половиной вольта. Из данных условий у нас получается что при угле в 180° на выходе потенциометра у нас 5 вольт, при 90° 2,5 вольта, а при 0° 0 вольт. Для чего я это так подробно рассказываю? Возвращаемся снова к управляющей плате.
Сервопривод находится в положении 0°. На вход платы управления мы подаем управляющий сигнал который несет в себе информацию о повороте сервопривода на 90°. Электронная начинка платы считывает показания потенциометра, на потенциометре видит 0 вольт, а в программе забито что должно быть 2,5. Вот и весь смысл. Плата анализирует разницу, затем выбирает направление вращения мотора и будет вращать его до тех пор пока напряжение на выходе потенциометра не станет равным двум с половиной вольтам. 
Едем дальше. Чтоб не листать страницу снова вверх, в поисках картинки, приведу её ещё раз.
 

Микромоторчик (4) не в состоянии развить мощное усилие на валу (момент), однако обладает высокой скоростью вращения. Для преобразования высокой угловой скорости с малым моментом в низкую с высоким, которая нам как раз и нужна, следует использовать редуктор. Редуктор представлен шестернями соединяющими вал моторчика и выходной вал (5). Шестерня с меньшим количеством зубцов ведет шестерню с большим. от этого снижается скорость но повышается момент, Более наглядно понять принцип работы редуктора можно взяв в руки сервопривод и попытаться повернуть качалку сервопривода. Сложно? Конечно, ведь с обратной стороны редуктор превращается в мультипликатор, механическое устройство которое наоборот преобразует низкооборотный мощный момент в высокооборотный слабый.

 
Основные характеристики сервоприводов:

• Усилие на валу

Усилие на валу, он же момент это один из самых важных показателей сервопривода и измеряется в кг/см. В характеристиках обычно указывается для двух вариантов напряжения питания, чаще всего для 4.8В и 6.0В.
Момент в 15 кг/см означает что сервопривод способен удержать неподвижно в горизонтальном положении качалку с плечом в 1 см и подвешенным к ней грузом массой 15 кг либо же удержать груз в 1 кг на качалке с плечом в 15 см.
 Длина плеча качалки обратно пропорциональна массе удерживаемого груза. Для данного привода при длине в 2 см мы получим 7.5 кг, а уменьшив длину рычага до 0,5 см получим уже целых 30кг

• Скорость поворота

Скорость поворота также является одной из самых важных характеристик. Ее принято указывать во временном эквиваленте требуемом для изменения положения выводного вала сервопривода на 60°. Данную характеристику также чаще всего указывают для 4.8В и 6.0В.
Например характеристика 0.13сек/60° означает что поворот данной сервы на 60° может быть совершен минимум за 0.13 секунды.

• Тип сервоприводов

Цифровые либо аналоговые

• Напряжение питания

 Для большинства хоббийных сервоприводов колеблется в диапазоне от 4.8 до 7.2В

• Угол поворота 

Это максимальный угол на который может повернуть выходной вал. Сервоприводы по углам поворота в основном бывают на 180° и 360°. 

• Сервопривод постоянного вращения

Выпускаются сервоприводы и постоянного вращения. Если нет возможности приобрести такой, но очень нужно, то можно переделать обычный сервопривод.

• Тип редуктора

Редукторы сервопривода выполняют из металла, карбона, пластика либо компонуют из металлических и пластиковых шестерней.

Пластиковые шестерни слабо выдерживают нагрузки и удары, зато обладают очень малым износом. Карбоновые прочнее пластиковых, но намного дороже. Металлические выдерживают большие нагрузки, удары, падения, однако износ у этого типа шестерней самый большой.
Также хочется отметить что и выходной вал на различных сервоприводах устанавливается по разному. На большинстве вал скользит на втулках скольжения, на более мощных сервоприводах уже используются шариковые подшипники.

Типоразмеры сервоприводов:

Сервоприводы делятся на 4 основных типоразмера. Далее приводятся типы сервоприводов с указанием веса и размеров. Размеры различных сервоприводов могут незначительно откланяться от приведенных ниже.

• Микро: 24мм x 12мм x 24мм, вес: 8-10 г.

• Мини: 30мм x 15мм x 35мм, вес 23-25 г.

• Стандарт: 40мм x 20мм x 37мм, вес: 50-80 г.

• Гигант: 49x25x40 мм, вес 50-90 г.

 
Цикл статей о сервоприводах:

• Подключение сервоприводов к Arduino

• Отличие цифрового сервопривода от аналогового

Купить в России  Сервоприводы различных размеров

В данный момент еще реализованы не все элементы нашего сообщества.
Мы активно работаем над ним и в ближайшее время возможность комментирования статей будет добавлена.

какова разница и что выбрать? обновлено 31.05.2020 — MULTICUT

Обновлено: 31.05.2020

В качестве электропривода порталов и исполнительных узлов фрезерно-гравировальных станков с чпу и оборудования для плазменной резки с ЧПУ применяются шаговые двигатели и сервоприводы. Что лучше: шаговый двигатель или сервопривод, и в каких случаях применение того или иного электропривода экономически и технически оправданно, рассмотрим в данной статье.

Устройство шагового привода

Шаговый привод состоит из синхронной электрической машины и управляющего контроллера. Последний обеспечивает подачу управляющих сигналов на обмотки двигателя и их попеременное включение в соответствии с заданной программой.

Шаговый двигатель — электрическая машина, преобразующая управляющие сигналы в перемещение вала на определенный угол и фиксацию его в заданном положении. Количество шагов таких электродвигателей составляет от 100 до 400, угол шага — от 0,9-3,6°.

Принцип работы шагового двигателя

Состоит это электромеханическое устройство из статора, где размещены катушки возбуждения, и вращающейся части с постоянными магнитами или обмотками. Такая конструкция ротора обеспечивает его фиксацию после отработки управляющей команды.

На статоре расположено несколько обмоток. При подаче напряжения на катушку, под воздействием магнитного поля ротор поворачивается на определенный угол в соответствии с пространственным положением обмотки. При ее обесточивании и подаче управляющего сигнала на другую катушку вращающаяся часть электродвигателя занимает другую позицию. Каждый поворот вала соответствует углу шага. При обратной последовательности подачи напряжения на катушки ротор вращается в противоположном направлении.

Для поворота ротора на меньший угол одновременно включаются 2 обмотки. Количество шагов ограничено и зависит от числа полюсов статора электромотора. Для обеспечения плавного вращения ротора на катушки статора подают разные токи, разность которых определяет положение ротора. Такой способ управления позволяет снизить дискретность и увеличить количество шагов до 400.

К числу недостатков шаговых двигателей можно отнести довольно низкую скорость, пропуск шагов при высокой (выше расчетной) нагрузке на валу, снижение момента при высокой частоте вращения и большое время разгона.

Устройство сервопривода

Сервопривод состоит из синхронного двигателя, датчика скорости и положения, а также управляющего контроллера. Основная разница между шаговым двигателем и сервоприводом состоит в наличии обратной связи по положению, скорости, моменту на валу ротора.

Электропривод такого типа построен на базе следящей схемы автоматического регулирования. При несоответствии скорости или другой величины контроллер будет подавать сигналы на отработку, пока требуемый параметр или положение вала не будет соответствовать заданному. В качестве датчика обратной связи используют абсолютные и относительные энкодеры различных типов и конструкций.

Принцип действия сервопривода

Управляющее устройство в соответствии с заданной программой подает напряжение на сервопривод, который соединен с порталом станка. Двигатель перемещает рабочий орган. При этом энкодер вырабатывает импульсы, поступающие на контроллер. Подсчет их числа осуществляет управляющее устройство. Количество импульсов пропорционально перемещению портала. При достижении рабочим органом заданного положения на электромотор перестает поступать напряжение. Портал фиксируется. Пока число импульсов, зафиксированных контроллером с датчика, не достигнет запрограммированной величины, двигатель будет осуществлять перемещение рабочего органа.

Шаговый сервопривод можно также настроить на поддержание постоянной частоты вращения вне зависимости от нагрузки или постоянного момента при разной скорости.

К достоинствам сервоприводов относятся точность позиционирования, динамика разгона и отсутствие снижения момента при высоких скоростях. Ограничивает применение сервопривода, как правило, достаточно большая стоимость.

Чем отличается сервопривод от шагового двигателя?

Критерии выбора

Тип приводного двигателя для станков выбирают по следующим характеристикам:

• 
  Производительность.

  
  По этому параметру сервоприводы значительно превосходят шаговые электромоторы. На станок с ЧПУ для обработки крупных деталей или заготовок из твердых материалов лучше уставить сервомотор, например, ESTUN 1000 Вт. Такой электропривод обеспечит более высокую скорость обработки твердых материалов. Для малогабаритного промышленного оборудования (например, настольного фрезерного станка) среднего класса точности, предназначенного для обработки мягких материалов, лучше выбрать шаговый двигатель.

• 
  Эксплуатационные расходы.

  
  Программирование и настройка сервопривода на станке с ЧПУ требуют высокой квалификации исполнителя. Такой привод намного дороже в обслуживании, соответственно расходы на его эксплуатацию будут выше.

• 
  Точность.

  
  Сервоприводы для станков с ЧПУ необходимы для высокоточной автоматизированной обработки. Такой привод позволяет позиционировать положение рабочего органа с точностью до 0,02 мкм, в то время как максимальная точность шаговой электрической машины — 0, 01 мм.

• 
  Цена.

  
  Стоимость шагового двигателя значительно ниже цены сервопривода. При невысоком бюджете лучше предпочесть первый вариант.

• 
  Уровень шума.

  
  По этому показателю сервомоторы предпочтительней. Работа шаговых электродвигателей сопровождается звуком, соответствующим частоте шагов на различных оборотах.

Таким образом, выбор сервопривода или шагового двигателя в качестве привода на фрезерно-гравировальный станок и оборудование для плазменной резки следует совершать, руководствуясь исключительно экономической и технической целесообразностью.

Читайте также

Обновлено: 18 Января 2019

Для построения и развития успешного бизнеса, связанного с работой на фрезерном станке с ЧПУ, важно наличие значительных преимуществ перед конкурентами: например, высочайшего качества продукции и доступных цен. В данной статье расскажем, какие именно станки с ЧПУ подходят для малого бизнеса, какова стоимость того или иного оборудования, и насколько рентабелен такой вид деятельности…

Обновлено: 18 Января 2019

Станки с ЧПУ значительно повлияли на сферу металлообработки и на работу с другими материалами. Программируемые установки обеспечиваюют повышенную точность фрезеровки, что приводит к значительному увеличению производительности труда. Процесс обработки заготовок проходит беспрерывно и в строгом соответствии заданной программе, а результат работы отличается высокой точностью. В статье мы рассмотрим важнейшие технические характеристики фрезерных станков с ЧПУ и основные сферы их применения…

Обновлено: 18 Января 2019

Рабочий режущий инструмент станков с ЧПУ — это фреза. Конструктивно она является вращающейся деталью с заточенными зубьями. Фрезы для станков с ЧПУ по дереву производят из разных сплавов и делят на категории. Их выбор зависит от характеристик обрабатываемой поверхности, типа работы и степени твердости древесины. Правильно выбрать подходящий инструмент для программных станков поможет наша статья, которая познакомит вас с типами фрез и их назначением…

Обновлено: 6 Декабря 2018

Шаговое устройство — бесщеточный двигатель с несколькими обмотками, функционирующий по синхронному принципу. Принцип работы шагового двигателя заключается в поочередной активации обмоток, которые обеспечивают вращение / остановку ротора…

Обновлено: 6 Декабря 2018

Современные сверлильные станки с ЧПУ используются на производствах, на которых в больших объемах осуществляется обработка деталей всевозможного назначения, например, на мебельных фабриках. Сегодня производители предлагают покупателям модели сверлильных станков с ЧПУ во всем функциональном многообразии…

Сервопривод что такое и принцип работы

Сервопривод — сервомотор является электродвигателем, который осуществляет работу, основанную на принципе обратной связи. От ротора двигателя вращение через редуктор передается к управляющему механизму, обратная связь осуществляется управляющим блоком, который связан с датчиком, контролирующим угол поворота.   
Сервомоторами пользуются в автомобилях, чтобы обеспечить линейное и угловое перемещение элементов, к точному положению которых предъявляются высокие требования. Принцип работы сервопривода основан на корректировки работы электродвигателя, чтобы исполнить управляющий сигнал.

Сервопривод что такое и принцип работы

Сервопривод — состав и назначение

Если управляющим сигналом задается угол, с которым поворачивается выходной вал мотора, он преобразуется в подаваемое напряжение. Для обратной связи используют датчик, измеряющий одну из выходных характеристик мотора. Показания, собираемые датчиком обрабатывается блоком управления, затем корректируется работа серводвигателя.

Конструкция сервопривода состоит из электромеханического узла, элементы которого располагаются внутри одного корпуса. Сервопривод включает редуктор, электродвигатель, блок управления и датчик.

Основные характеристики сервопривода это рабочее напряжение питания, крутящий момент, частота вращения, материалы и конструктивные, используемый в конкретной модели.

Сервопривод — конструктивные и рабочие особенности

На современных сервоприводах пользуются двумя типами электромоторов с полым ротором и сердечником. Моторы с сердечником располагают ротором с обмоткой, и магнитами постоянного тока размещенными вокруг. Особенность этих электромоторов заключается в возникновении вибраций при вращении маятника, что приводит к снижению точности угловых перемещений.

Моторы, имеющие полый ротор не обладают таким недостатком, но являются более дорогими из-за сложной технологии производства.

Редукторы сервоприводов нужны чтоб понижать частоту вращения и увеличивать крутящий момент выводного вала. Многие редукторы сервоприводов включают цилиндрическую зубчатую передачу, шестерни, изготовленные из полимерных материалов и металла. Для металлических редукторов характерна высокая стоимость, но при этом отличаются прочностью и долговечностью.

В зависимости от того какая требуется точность работы в сервоприводах могут использоваться пластиковые втулки или шарикоподшипники чтобы выставлять выходной вал по отношению к корпусу.

Сервопривод также различается типом используемого управляющего блока, которые бывают аналоговыми и цифровыми. Цифровыми блоками обеспечивается более точное позиционирование основного элемента сервопривода и большая скорость реакции.

Понравилась статья? Поделись с друзьями в соц.сетях!

Что такое серводвигатель

Серводвигатель – это специальный электродвигатель с отрицательной обратной связью, который предназначен для применения в станках с ЧПУ. Серводвигатели обладают достаточно высокими скоростными характеристиками, а также высокой точностью позиционирования.

Серводвигатель – это неприхотливый рабочий элемент, который входит в состав промышленного оборудования. При правильной эксплуатации серводвигатель способен работать 24 часа в сутки.

История серводвигателя

Современные серводвигатели соединили в себе все достижения научно-технического инновационного прогресса, поэтому способны развивать огромные скорости вращения при весьма высокой мощности. Большой диапазон регулировки вращения вала серводвигателя средствами программного обеспечения при существенном ускорении или торможении, делает это оборудование просто незаменимым для применения в станках или поточных линиях и многих других конструкциях.

Сравнение шаговых двигателей и серводвигателей

Как известно серводвигатели сочетают в себе достаточно большую мощность и компактность. Однако данные моторы могут функционировать, только если в наличии имеется электронный блок. Связка сервомотора и электронного управляющего модуля именуется – сервоприводом. Одно из основных достоинств сервомоторов перед ШД (шаговыми двигателями), это, безусловно, плавностью хода. Присутствие обратной связи создает условия для точного позиционирования положения, а также скорости вращения вала сервомотора.

Отличие шаговых двигателей

Как правило, шаговые двигатели для управления их работой тоже требуют наличия электронных блоков, однако в отличие от сервомоторов они не требуют обратной связи и функционируют в своем дискретном режиме. Непосредственно сам шаговый двигатель – это электродвигатель особой конструкции, который преобразует задающие ему импульсы в дискретное перемещение с определенным количеством шагов.

В целом же, шаговые двигатели применяются в тех случаях, когда за счет полного отсутствия модуля обратной связи требуется уменьшить стоимость привода. По принципу работы, серводвигатели с шаговыми электромоторами во многом схожи и в некоторых случаях даже могут использовать стандартные электронные устройства.

Применение шаговых двигателей

Шаговые двигатели можно использовать в современных наукоемких устройствах, потому как точность их функционирования достаточно высока. Поэтому, даже, несмотря на интенсивность реализовываемых функций, в работе они неприхотливы, долговечны и очень надежны. Шаговые электродвигатели интегрируются в различные системы автоматизации производства, например, начиная от станков с ЧПУ (числовым программным управлением) и оканчивая аналитическими приборами.

Если нет потребности в слишком высокой точности работы исполняющего механизма и плавности движения при «не» больших скоростях подачи, то приобретение дискретного устройства позволит существенно сократить расходы на оборудование, тем самым сэкономив средства, потому как стоимость шагового двигателя вместе с управляющим блоком, существенно ниже сервопривода.

Шаговые двигатели относятся к типу безколлекторного оборудования постоянного тока. Поэтому, как и любые двигатели, где отсутствует коллектор, они обладают достаточно высокой надежностью и значительным сроком службы. По сравнению с традиционным включением двигателей постоянного тока, шаговые двигатели требуют присутствия электронных схем коммутации специальных обмоток во время работы. Шаговый двигатель, это весьма и весьма дорогое устройство, поэтому если точность позиционирования не значительна, в место них целесообразней всего использовать обычные коллекторные двигатели.

Что такое сервопривод (сервомотор, серва)

Сервопривод, сервомотор, серва это штука которую можно заставить повернуться на некоторый угол. Пока что хватит и такого определения, в конце будет подробней.

Как с ним работать

У сервы 3 вывода: Питание, земля и сигнальный провод.

С помощью сигнального провода сервопривод определяет на какой угол нужно повернуться.
Сюда подаются импульсы одинаковой частоты, но разной ширины (длительности).

Чаще всего частота сигнальных импульсов 50 Гц (Период = 20 мс).При этом ширина минимального импульса 1 мс, а максимального 2 мс.
Этого должно хватить для начала, дальше будет подробней (можно не читать).

Устройство сервопривода

Выходной вал соединён с переменным резистором который и определяет угол поворота.
Потенциометр соединён с плюсом и землей по крайним выводам, а средний подключается к управляющей схеме. Получается делитель напряжения.

Подавая управляющий сигнал мы говорим к примеру что должно быть 5 вольт, плата проверяет потенциометр а там 0 значит 0 градусов и т.к. напряжение на резисторе меньше чем должно быть, управляющая плата включает мотор, который крутиться по часовой стрелке до тех пор пока напряжение на потенциометре не станет равно нужному нам.

То есть управляющая плата сравнивает заданный нами управляющий сигнал со значением напряжения на потенциометре (по своим формулам), если на потенциометре меньше чем нужно он крутиться по часовой стрелке, если меньше против часовой, до тех пор пока значения не будут равны.

Нейтральное положение это состояние сервопривода когда управляющий сигнал равен половине от суммы максимального и минимального сигнала.
То есть если минимальная ширина сигнала 1 мс а максимальная 2 мс, то нейтральное положение будет когда сигнал имеет длину 1.5 мс. Обычно в этом состоянии угол равен 90 градусов.

Мотор часто имеет большую скорость вращения, но слабый крутящий момент — не может поднимать тяжелые грузы. Из-за этого используют редуктор, это сборка шестерёнок которые преобразуют высокую скорость оборота мотора в медленную, но сильную скорость оборота выходного вала.

Стоит отметить что для их управления используется не PWM/ШИМ (Pulse Width Modulation) или PPM (Pulse Position Modulation). А — PDM (Pulse Density Modulation).

Теперь остались только характеристики сервоприводов и их отличия друг от друга.

Характеристики

Момент / Крутящий момент / Сила поворота

Указывают для 2 значений напряжения 4.8 В и 6 В. Показывает какой груз серва может выдержать в неподвижном состоянии. Момент в 15 кг/см означает что сервопривод способен удержать неподвижно рычаг в 1 см и подвешенным к нему грузом массой 15 кг либо же удержать груз в 1 кг на рычаге в 15 см.

Скорость поворота

Скорость сервоприводов измеряется временем поворота рычага сервопривода на угол 60 градусов при напряжении питания 4.8 В и 6 В. Например, сервопривод с параметром 0.06с/60° поворачивает вал на 60 градусов за 0.06с.

Форм фактор / Размер

Сервоприводы различаются по размерам. И хотя официальной классификации не существует, производители давно придерживаются нескольких размеров с общепринятым расположением крепёжных элементов. Их можно разделить на:

   Микро:           24мм x 12мм x 24мм,               вес: 8-10 г.  

       Мини:            30мм x 15мм x 35мм,              вес 23-25 г.     

    Стандарт:       40мм x 20мм x 37мм,              вес: 50-80 г. 

                       Гигант:          49мм x 25мм x 40мм,              вес 50-90 г.                    

Тип редуктора / Материалы шестерней

Шестерни для сервоприводов бывают из разных материалов: 

пластиковые, карбоновые и металлические.

Пластиковые самые дешевые, легкие, не прочные, остальные 2 прочнее, дороже, крепче.

Выходной вал скользит с помощью подшипников, шариковые используются в мощным сервах, но со временем появляется люфт.

Виды моторов

Мотор с сердечником самый обычный мотор постоянного тока с проволочной обмоткой из проволоки по центру (крутиться) и постоянными магнитами по бокам (крутиться).

Вибрирует, медленно разгоняется и останавливается. 

Мотор без сердечника Постоянный магнит в центре (неподвижен) и обмотка вокруг в форме цилиндра (крутиться).

Нет недостатков как у мотора с сердечником, но дороже.

Еще есть сервы с бесколлекторным мотором, они лучше и дороже остальных. Но не распространены.

Аналоговые и Цифровые

У цифровых есть микропроцессор, они работают на большой частоте из-за этого улучшается точность и пропадают мертвые зоны. Но он потребляет больше тока и дороже.

Мертвые зоны происходят при малом отклонении сервопривода, на мотор подается слабый сигнал и он не способен вернуть серву в прежнее состояние, чем больше отклонение тем сильнее сигнал, так что далеко он не покрутиться, но погрешность всё же есть.

Для общего образования

Привод  — совокупность устройств, предназначенных для приведения в действие машин. Состоит из двигателя, трансмиссии и системы управления.

Двигатель (мотор)  — устройство, преобразующее какой-либо вид энергии в механическую. 

Трансмиссия — совокупность сборочных единиц и механизмов, соединяющих двигатель (мотор) с ведущими колёсами транспортного средства (автомобиля) или рабочим органом станка. В общем случае трансмиссия предназначена для передачи крутящего момента от двигателя к колёсам (рабочему органу), изменения тяговых усилий, скоростей и направления движения.

Система управления — систематизированный (строго определённый) набор средств сбора сведений о подконтрольном объекте и средств воздействия на его поведение.

Информация взята отсюда:
zelectro.com.ua
avmodels.ru
rc-auto.ru
wiki.amperka.ru
Wikipedia
wikipedia.org

Введение в серводвигатели

Убедитесь, что в вашем браузере включен JavaScript. Если вы оставите отключенным JavaScript, вы получите доступ только к части предоставляемого нами контента. Вот как.

Что такое серводвигатель?

Серводвигатели (или сервоприводы) представляют собой автономные электрические устройства (см. Рисунок 1 ниже), которые вращают или толкают части машины с большой точностью. Сервоприводы можно найти во многих местах: от игрушек и домашней электроники до автомобилей и самолетов.Если у вас есть радиоуправляемая модель автомобиля, самолета или вертолета, вы используете как минимум несколько сервоприводов. В модели автомобиля или самолета сервоприводы перемещают рычаги вперед и назад для управления рулевым управлением или регулировки поверхностей крыльев. Вращая вал, соединенный с дроссельной заслонкой двигателя, сервопривод регулирует скорость автомобиля или самолета, работающего на топливе. Сервоприводы также появляются негласно в устройствах, которые мы используем каждый день. В электронных устройствах, таких как проигрыватели DVD и Blu-ray Disc ^TM , используются сервоприводы для выдвижения или втягивания лотков для дисков.В автомобилях 21-го века сервоприводы управляют скоростью автомобиля: педаль газа, похожая на регулятор громкости в радио, посылает электрический сигнал, который сообщает компьютеру автомобиля, насколько сильно она нажата. Компьютер автомобиля вычисляет эту информацию и другие данные от других датчиков и отправляет сигнал сервоприводу, прикрепленному к дроссельной заслонке, для регулировки скорости двигателя. В коммерческих самолетах используются сервоприводы и соответствующая гидравлическая технология, чтобы толкать и тянуть практически все в самолете.

И, конечно же, роботов не могло бы существовать без сервоприводов. Вы видите роботов с сервоуправлением почти в каждом фильме (у этих сложных аниматронных марионеток есть десятки сервоприводов), и вы, вероятно, видели несколько игрушек-роботов в продаже. Маленькие лабораторные роботы также используют сервоприводы для движения суставов. Сервоприводы Hobby бывают разных форм и размеров для различных применений.Вам может понадобиться большая и мощная ручка для перемещения руки большого робота или крошечная, чтобы брови робота поднимались и опускались. На рисунке 2 ниже показаны два размера, которые вы можете
найти в магазине товаров для хобби — недорогой обычного размера и более дорогой миниатюрный.

Как работает серводвигатель?

Простота сервопривода — одна из особенностей, делающих их такими надежными. Сердце сервопривода — это небольшой двигатель постоянного тока (DC), подобный тому, что вы можете найти в недорогой игрушке. Эти двигатели работают на электричестве от батареи и вращаются с высокой скоростью оборотов в минуту (оборотов в минуту), но имеют очень низкий крутящий момент (скручивающая сила, используемая для
работа — вы прикладываете крутящий момент, когда открываете банку).Расположение шестерен принимает высокую скорость двигателя и замедляет ее, в то же время увеличивая крутящий момент. (Основной закон физики: работа = сила x расстояние.) Крошечный электродвигатель не имеет большого крутящего момента, но он может вращаться очень быстро (небольшая сила, большое расстояние). Конструкция шестерни внутри корпуса сервопривода преобразует выходную мощность в гораздо меньшую скорость вращения, но с большим крутящим моментом (большая сила, небольшое расстояние). Фактический объем работы такой же, только полезнее. Шестерни в недорогом серводвигателе обычно делают из пластика, чтобы сделать его легче и дешевле (см. Рисунок 3 ниже).В сервоприводе, предназначенном для обеспечения большего крутящего момента при выполнении более тяжелых работ, шестерни сделаны из металла (см. Рисунок 4 ниже) и их труднее повредить.

В маленьком двигателе постоянного тока подается питание от аккумулятора, и двигатель вращается. Однако, в отличие от простого двигателя постоянного тока, вращающийся вал двигателя сервопривода замедляется с помощью шестерен.Датчик положения на конечной передаче подключен к небольшой печатной плате (см. Рисунок 5 ниже). Датчик сообщает этой плате, насколько повернут выходной вал сервопривода. Электронный входной сигнал от компьютера или радио в транспортном средстве с дистанционным управлением также подается на эту печатную плату. Электроника на печатной плате декодирует сигналы, чтобы определить, как далеко пользователь хочет повернуть сервопривод. Затем он сравнивает желаемое положение с фактическим положением и решает, в каком направлении вращать вал, чтобы он попал в желаемое положение.

Представьте, что вы играете в мяч с другом на спортивном поле. Вы стоите в одном конце и хотите, чтобы ваш друг вышел на длинную дистанцию. Вы можете продолжать кричать «дальше, дальше, дальше», пока она не уйдет так далеко, как вы хотите.Но если она уйдет дальше, чем вы можете бросить, вам придется кричать «ближе», пока она не вернется в нужное место. Если бы она была простым двигателем в руке робота, а вы — микропроцессором, вам пришлось бы потратить некоторое время, наблюдая за тем, что она делает, и отдавая ей команды, чтобы переместить ее обратно в нужное место (это называется петлей обратной связи ). Если бы она была серводвигателем, вы могли бы просто сказать «выйдите ровно на 4,5 метра» и знайте, что она найдет нужное место. Вот что делает серводвигатели такими полезными: как только вы говорите им, что вы хотите, они выполняют свою работу без вашей помощи.Такое поведение серводвигателей в автоматическом поиске делает их идеальными для многих роботизированных приложений.

Типы серводвигателей

Сервоприводы

бывают разных размеров и трех основных типов: позиционное вращение, непрерывное вращение и линейное.

• Сервопривод позиционного вращения : Это наиболее распространенный тип серводвигателя. Выходной вал вращается примерно на половину круга, или на 180 градусов. Он имеет физические упоры, размещенные в зубчатом механизме, чтобы предотвратить поворот за эти пределы для защиты датчика вращения.Эти обычные сервоприводы можно найти в радиоуправляемых автомобилях, водных и самолетах, игрушках, роботах,
  и многие другие приложения.
• Сервопривод непрерывного вращения : Он очень похож на обычный сервомотор позиционного вращения, за исключением того, что он может вращаться в любом направлении бесконечно. Управляющий сигнал, а не установка статического положения сервопривода, интерпретируется как направление и скорость вращения. Диапазон возможных команд заставляет сервопривод вращаться по часовой стрелке или против часовой стрелки по желанию с переменной скоростью в зависимости от командного сигнала.Вы можете использовать сервопривод этого типа на радарной тарелке, если вы установили его на роботе. Или
  вы можете использовать его в качестве приводного двигателя мобильного робота.
• Линейный сервопривод : он также похож на описанный выше серводвигатель позиционного вращения, но с дополнительными шестернями (обычно зубчато-реечный механизм ) для изменения выходного сигнала с кругового на возвратно-поступательное. Эти сервоприводы нелегко найти, но иногда их можно найти в хобби-магазинах, где они используются в качестве приводов в более крупных моделях самолетов.

Выбор серводвигателя

При запуске проекта, в котором используются сервоприводы, обратите внимание на требования вашего приложения. Как быстро сервопривод должен вращаться из одного положения в другое? Насколько сильно его придется толкать или тянуть? Мне нужно позиционное вращение, непрерывное вращение или линейный сервопривод? Насколько допустимо превышение ? Чем меньше вы платите за сервопривод, тем меньше у него механической мощности и тем меньше точность его движений. Вы можете заплатить немного больше и получить тот, который движется быстро, но он может не обладать большой мощностью.Вы также можете купить ту, которая будет тянуть или толкать большие грузы, но она может не двигаться быстро или точно. На веб-сайтах производителей и в онлайн-справочниках по хобби есть много информации, которую вы можете использовать для сравнения моделей. Вы также обнаружите, что в магазинах для хобби есть выбор сервоприводов, которые обычно могут помочь вам решить, какой из них подходит для вашего проекта и бюджета.

Управление серводвигателем

Сервоприводы принимают команды из серии импульсов, посылаемых с компьютера или радио. Импульс — это переход от низкого напряжения к высокому, которое остается высоким в течение короткого времени, а затем возвращается к низкому.В аккумуляторных устройствах, таких как сервоприводы, «низкий» считается заземлением или 0 вольт, а «высокий» — напряжением аккумулятора. Сервоприводы, как правило, работают в диапазоне от 4,5 до 6 вольт, поэтому они очень удобны для компьютеров.

Вы когда-нибудь поднимали один конец веревки, привязанной к дереву, или держали один конец скакалки, а другой держал друг? Представьте, что, удерживая конец веревки, вы двигаете рукой вверх и вниз. Веревка будет образовывать большой бугорок, который будет проходить от вашего конца до другого.Вы применили импульс , и он прошел по веревке как волна . Если вы поднимаете и опускаете руку вверх и вниз и дольше удерживаете ее в воздухе, кто-нибудь, наблюдающий за этим экспериментом со стороны, увидит, что пульс на веревке будет длиннее или шире. Если опустить руку раньше, пульс будет короче или уже. Это ширина импульса . Если вы продолжаете поднимать и опускать свой конец, создавая целую группу этих импульсов один за другим, вы создали серию импульсов (см. Рисунок 6 ниже).Как часто вы поднимали и опускали свой конец? Это частота вашей последовательности импульсов, которая измеряется в импульсах в секунду, или Гц (сокращение от «герц»).

Примечание : Микропроцессор в вашем компьютере использует импульсы от специальной схемы синхронизации для выполнения работы. Вы когда-нибудь слышали, что скорость вашего компьютера составляет 1,7 гигагерца (ГГц)? Это способ сказать, что импульсы приходят с 1,7 миллиардами импульсов в секунду, или 1 700 000 000 Гц.Представьте, что вы пытаетесь так быстро переместить веревку!

Ваш сервопривод должен быть подключен к источнику питания (от 4,5 до 6 вольт), и должен поступить сигнал управления.
от компьютера или другой схемы. Требования к каждому сервоприводу немного различаются, но последовательность импульсов (как в
Рисунок 6 выше) от 50 до 60 Гц подходит для большинства моделей.Ширина импульса будет варьироваться от
приблизительно от 1 миллисекунды до 2 или 3 миллисекунд (одна миллисекунда составляет 1/1000 секунды). Популярный
компьютеры для любителей, такие как Arduino ^TM , имеют программные команды на языке для
генерируя эти импульсные последовательности. Но любой микроконтроллер можно запрограммировать для генерации этих сигналов.
Система, которая передает информацию на основе ширины импульсов, использует широтно-импульсную модуляцию (или ШИМ) и является очень распространенным способом управления скоростью двигателя и яркостью светодиода, а также положением серводвигателя.

Ресурсы

Следующее руководство по выбору поможет вам определить, какой сервопривод Futaba® соответствует вашим потребностям:

Вот руководство по продукту от Hitec, другого производителя сервоприводов:

Кредиты

Говард Эглоштейн, приятели науки

Видео о нашей науке

,

Часто задаваемые вопросы о сервоприводах

Что такое сервопривод?

Как управлять сервоприводом?

В отличие от щеточных двигателей постоянного тока, сервоприводы не могут работать, просто подавая напряжение. Помимо подачи напряжения питания (на красный провод) для двигателя, по сигнальному проводу (обычно желтому или белому) должен быть послан специальный сигнал, называемый сигналом ШИМ. Этот сигнал может поступать из различных источников, таких как сервоконтроллеры, RC-приемники или Arduinos.

Сервомашинки управляются путем отправки им импульса переменной ширины. Управляющий провод используется для отправки этого импульса. Параметры этого импульса таковы, что он имеет минимальный импульс, максимальный импульс и частоту повторения. Учитывая ограничения вращения сервопривода, нейтраль определяется как положение, в котором сервопривод имеет точно такое же количество потенциального вращения в направлении по часовой стрелке, как и в направлении против часовой стрелки. Важно отметить, что разные сервоприводы будут иметь разные ограничения на их вращение, но все они имеют нейтральное положение, и это положение всегда около 1.5 миллисекунд (мс).

Угол определяется длительностью импульса, подаваемого на провод управления. Это называется широтно-импульсной модуляцией. Сервопривод ожидает увидеть импульс каждые 20 мс. Длина импульса определяет, как далеко вращается двигатель. Например, импульс 1,5 мс заставит двигатель повернуться в положение 90 градусов (нейтральное положение).

Когда эти сервоприводы получают команду двигаться, они перемещаются в положение и удерживают это положение.Если внешняя сила давит на сервопривод, когда сервопривод удерживает позицию, сервопривод будет сопротивляться выходу из этого положения. Максимальное количество силы, которое может оказать сервопривод, — это номинальный крутящий момент сервопривода. Однако сервоприводы не будут оставаться на своем месте вечно; импульс положения должен быть повторен, чтобы сервопривод оставался на месте.

Когда на сервопривод отправляется импульс длительностью менее 1,5 мс, сервопривод поворачивается в положение и удерживает выходной вал на некоторое количество градусов против часовой стрелки от нейтральной точки.Когда импульс шире 1,5 мс, происходит обратное. Минимальная ширина и максимальная ширина импульса, который заставит сервопривод повернуться в допустимое положение, являются функциями каждого сервопривода. Разные марки и даже разные сервомашинки одной марки будут иметь разные максимумы и минимумы. Обычно минимальный импульс будет иметь ширину около 1 мс, а максимальный — 2 мс.

Еще один параметр, который изменяется от сервопривода к сервоприводу, — это скорость поворота. Это время, которое требуется сервоприводу, чтобы перейти из одного положения в другое.Наихудшее время поворота — это когда сервопривод держит минимальное вращение, и ему дана команда перейти на максимальное вращение. На сервоприводах с очень высоким крутящим моментом это может занять несколько секунд.

Цель этой информации — дать обзор того, как работают сервоприводы и как с ними взаимодействовать. Хотя мы предприняли шаги для обеспечения качества информации здесь, ServoCity не дает никаких гарантий относительно представленной информации. ServoCity не может нести ответственность за любое использование или неправильное использование предоставленной информации.Если у вас есть вопросы по этой информации, пишите на [email protected].

Как мне управлять сервоприводом от Arduino?

Как мне управлять сервоприводом с Raspberry Pi?

Хотя Raspberry Pis может выводить сигнал ШИМ, они часто не могут поддерживать чистый сигнал из-за отсутствия специального таймера. Если вы управляете сервоприводами с Raspberry Pi, мы настоятельно рекомендуем приобрести сервопривод для вашего Raspberry Pi.

Как включить сервопривод?

Лучший способ запитать сервопривод — это использовать аккумулятор с напряжением в диапазоне напряжений, указанном в таблице спецификаций серво страниц.Обязательно используйте исправную батарею, которая может обеспечивать более чем достаточный ток. Поскольку ток втягивается, а не проталкивается, наличие большего тока, чем необходимо, не повредит сервоприводу (это все равно, что иметь больше газа, чем нужно, чтобы получить место в машине). Питание серводвигателя подается по красному проводу. Может быть полезно перерезать красный провод (или использовать X-Acto, чтобы вытащить разъем из корпуса), чтобы вы могли подавать питание отдельно от сигнала. Это позволит вам питать ваш приемник от другой батареи, чем ваш сервопривод, если им нужны другие напряжения.Это также позволит вам запитать двигатель сервопривода напрямую от батареи, в то время как сигнал поступает от Arduino, поскольку выводы Arduino не могут обрабатывать ток, необходимый сервоприводу (обычно они достигают максимума 40 мА).

Как отправить сигнал на большое расстояние?

Иногда при передаче сигнала на большое расстояние сигнал может ухудшаться из-за падения напряжения и электромагнитных помех (EMI). Усилитель сервосигнала может решить эти проблемы и упростить передачу сигнала по проводам на большое расстояние.

Как повернуть сервопривод на определенную величину (90 °, 180 °, непрерывно и т. Д.)?

При управлении с помощью системы радиоуправления, большинство сервоприводов для хобби предлагают вращение на 90 ° (45 ° в любом направлении) прямо из коробки. Иногда это можно увеличить, если ваша радиосистема предлагает настройку конечной точки или ваш сервоконтроллер имеет перемычку на 180 °. Если вы используете цифровые сервоприводы Hitec, вы просто хотите приобрести портативный программатор, чтобы увеличить вращение.Если у вас есть аналоговый сервопривод Hitec или Futaba, который предлагает вращение только на 90 °, угол поворота иногда можно увеличить до 180 °, выполнив простую модификацию.

Примечание: Вы можете приобрести у нас сервоприводы Hitec, предварительно модифицированные на нашем собственном производственном предприятии, на отдельных страницах сервоприводов Hitec. Эта модификация аннулирует все гарантии ServoCity и Hitec.

Как заменить сервопривод?

Как измеряется скорость сервопривода?

Как измеряется крутящий момент сервопривода?

На что ссылается «направление» сервопривода?

Все сервоприводы будут вращаться по часовой стрелке и против часовой стрелки.Направление вращения сервопривода зависит от сигнала, который он получает. Не все сервоприводы сразу после установки совпадают по направлению вращения. Если вы подключите сервопривод Hitec к приемнику радиоуправления или сервоконтроллеру и скажете сервоприводу повернуть вправо (по часовой стрелке), он переместится вправо. Если вы затем подключите сервопривод Futaba к тому же ресиверу или сервоконтроллеру и скажете ему двигаться в том же направлении, что и сервопривод Hitec, он будет двигаться в противоположном направлении (против часовой стрелки).Это легко исправить с большинством систем радиоуправления, поскольку они имеют функцию серво реверсирования
на передатчике. Эта разница между производителями является причиной того, что каждый сервопривод будет иметь спецификацию, указывающую направление, в котором сервопривод будет двигаться с возрастающим сигналом ШИМ.

Что такое серво-сплайн?

Зубчатый выходной вал сервопривода обычно называют шлицем сервопривода. Для разбивки всех различных видов шлицевых сервоприводов на сервоприводы, которые мы продаем, ознакомьтесь с записью Servo Spline в нашем глоссарии.

,

сервоприводов | HITEC RCD США

В. Какой сигнал требуется сервоприводам для работы?

A. Для всех сервоприводов Hitec требуется прямоугольный импульс от пика до пика 3-4 В. Длительность импульса составляет от 0,9 мс до 2,1 мс с 1,5 мс в центре. Пульс обновляется с частотой 50 Гц (20 мс).

В. Что такое зона нечувствительности сервопривода?

A. Зона нечувствительности отражает величину входного сигнала, требуемого от движения ручки TX для ответа сервопривода. Стандартные (аналоговые) сервоприводы имеют зону нечувствительности около 8 мкс, а высокопроизводительные сервоприводы имеют зону нечувствительности от 1 до 3 мкс.Чем больше зона нечувствительности, тем больше требуется движения ручки.

В. Каков диапазон входного напряжения для моего сервопривода Hitec?

A. Все сервоприводы Hitec могут работать в диапазоне 4,8–6 В (4 или 5 ячеек). Только HS-50 работает исключительно от 4,8 В (4 ячейки). Имейте в виду, что цифровые сервоприводы без сердечника часто плохо работают при использовании щелочных батарей.

В. Что означают цвета проводов?

A. На всех сервоприводах Hitec черный провод — это масса аккумулятора (отрицательный), красный провод — это питание аккумулятора (положительный), а белый или желтый провод — сигнал приемника.

В. В каком направлении поворачиваются стандартные сервоприводы Hitec?

A. Все сервоприводы Hitec вращаются по часовой стрелке (CW).

В. Как я могу изменить направление аналогового сервопривода?

A. Самый простой способ изменить направление вращения — использовать переключатель реверса в передатчике. Если у вас есть два сервопривода на Y-образном ремне, один придется модифицировать для обратного вращения или использовать реверсивный Y-образный ремень.

Есть четыре провода, которые необходимо переключить, чтобы изменить направление сервопривода.Два находятся на двигателе и 2 на потенциометре. Поменяйте местами красный и зеленый провода на горшке и оранжевый и коричневый провода на двигателе.

Компания Hitec предоставляет эти инструкции только в информационных целях. Hitec не несет ответственности за модификации сервоприводов.

В. Какой сервопривод я должен использовать для своего автомобиля, лодки, самолета, вертолета и т. Д.?

A. Один из наиболее часто задаваемых вопросов — «Для чего мне следует использовать сервопривод…». Несмотря на то, что было много статей в журналах, в которых пытались дать общее эмпирическое правило для ответа на эти вопросы, мы предлагаем вам следующую информацию.

Есть два фактора, которые входят в конструкцию сервопривода, скорость и крутящий момент. Во многих случаях Hitec создаст один сервопривод, настроенный на скорость, при этом жертвуя некоторым крутящим моментом, а затем создаст своего двойника, который настроен на крутящий момент в ущерб скорости. Наши сервоприводы 525/545, 625/645, 925/945 являются прекрасным примером.

Если вы не уверены, какие сервоприводы использовать, используйте высокий крутящий момент.

В случае сомнений задайте своим коллегам вопросы о применении сервопривода. Посмотрите, что другие используют в аналогичных приложениях.Обычно производитель комплекта предлагает сервопривод определенного физического размера и значения крутящего момента в планах самолета, автомобиля или лодки, разумно следовать их рекомендациям.

Несмотря на то, что микросервоприводы, такие как HS-81, могут обеспечивать крутящий момент 38 унций на дюйм, они не подходят для более мощных самолетов из-за полетных нагрузок, накладываемых на поверхности управления. Меньшие сервоприводы имеют более тонкие шестерни, которые по своей природе более хрупкие, чем у сервоприводов «стандартных» размеров.

В. В чем разница между аналоговым и цифровым сервоприводом?

А. Разница в том, как серводвигатель управляется через печатную плату (усилитель). Двигатель аналогового сервопривода получает сигнал от усилителя 30 раз в секунду или с частотой 30 Гц. Этот сигнал позволяет усилителю обновлять положение двигателя. В цифровых сервоприводах используется высокочастотный усилитель, который обновляет положение серводвигателя 300 раз в секунду или с частотой 300 Гц. За счет более частого обновления положения двигателя цифровой сервопривод может выдавать полный крутящий момент с начала движения и увеличивает удерживающую способность сервопривода.Быстрое обновление также позволяет цифровому сервоприводу иметь более узкую зону нечувствительности.

В. Мой старый сервопривод Hitec имеет белый разъем, могу я его использовать?

A. У вас есть старый сервопривод с разъемом Molex. Компания Hitec больше не может поддерживать этот продукт, поскольку этот тип разъема Molex больше не производится. Вы можете заменить вилку на современный разъем Hitec «S», используя деталь # 57342S.

В. В чем разница между сервоприводами без сердечника и сервоприводами?

А. В стандартном двигателе, таком как в сервоприводах HS605, между двумя постоянными магнитами находится железный сердечник. Вокруг этого сердечника находится обмотка провода. Ядро обычно имеет 3 или 5 секций. Когда сердечник движется, эти секции заставляют сердечник слегка колебаться, когда он достигает другой магнитной полярности. Это называется храповым механизмом. Из-за этого храповика сервоприводы с сердечником имеют меньший пусковой момент и более широкую зону нечувствительности.

В сервоприводе без сердечника нет железного сердечника. Есть один постоянный магнит, вокруг которого находится раструб из проволоки.Когда подается электричество, колокол вращается вокруг этого магнита. Поскольку нет секций или сердечника, нет никаких колебаний между полюсами. Это дает сервоприводу без сердечника лучший пусковой момент и разрешение.

В. Мой сервопривод четвертной шкалы поставлялся с Y-образным ремнем безопасности. Как мне его использовать?

A. Y-образный жгут входит в комплект, поэтому вы можете отключить схему отключения аккумулятора AM-приемников. Это необходимо, потому что эта схема ограничивает количество тока, который сервопривод может потреблять, заставляя его вести себя нестабильно или уменьшать его крутящий момент.Чтобы использовать Y-образный жгут, подключите его к тому же каналу, который вы планируете использовать для сервопривода. Затем вставьте переключатель и аккумулятор в один конец, а сервопривод — в другой. Не используйте другую батарею для питания приемника. Поскольку отрицательная и положительная трассы в приемнике связаны с каждым каналом, батарея на Y-образном жгуте будет питать оставшиеся сервоприводы и приемник.

В. Могу ли я использовать локтит с шестернями из карбона?

A. В отделе обслуживания продукции Hitec обратило внимание, что некоторые клиенты, владеющие сервоприводами Hitec KARBONITE, используют герметики для фиксации резьбы на винтах рупора сервопривода.Соединения для фиксации резьбы, такие как популярный бренд LocktiteTM, предназначены для использования с крепежными деталями МЕТАЛЛ-МЕТАЛЛ.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗЬБОВОГО ЗАПИРАЮЩЕГО СЕРВИСА НА КАРБОНИТОВЫХ СЕРВИСАХ ШЕСТЕРНИ ПРИВЕДЕТ К ВЫКЛЮЧЕНИЮ ПЛАСТИКА.

Инструкции по применению герметиков для резьбовых соединений обычно предостерегают от их использования на пластмассах, так как большинство пластиковых материалов станут хрупкими и разрушатся. Если вы или кто-либо из ваших друзей использовали составы для фиксации резьбы на сервоприводах с редуктором из пластика / KARBONITE, немедленно прекратите их использование и обратитесь к дилеру Hitec для замены набора зубчатых колес.

.

Что такое серводвигатель и когда он используется? — Блог CLR

Выбор электродвигателя является основополагающим для любого электромеханического проекта. Когда проект требует максимальной точности, все чаще вспоминают звезду этой статьи: серводвигатель . Узнайте, как они работают и почему они являются одними из основных устройств в робототехнике и промышленности, которые требуют высокоточных движений.

Что такое серводвигатель?

Также называемые сервоприводами, они представляют собой исполнительные устройства для точного управления скоростью, крутящим моментом и положением.Они обладают лучшими характеристиками и точностью по сравнению с приводами на основе преобразователей частоты, поскольку они не обеспечивают управление положением и имеют низкую эффективность на низких скоростях.

Серводвигатель — это устройство, содержащее кодировщик, который преобразует механическое движение (обороты вала) в цифровых импульсов , интерпретируемых контроллером движения . Он также содержит драйвер; и вместе они составляют цепь, которая регулирует положение, крутящий момент и скорость.

Их основные характеристики — крутящий момент и скорость.

Серводвигатели используются в камерах, дверях подъемников или в инструментах, которые могут быть у нас дома.

Мы уже упоминали, что такое серводвигатель, но из чего он состоит? Как это работает? Мы увидим это дальше.

Части серводвигателя

Серводвигатель состоит из:

• Электродвигателя: Он отвечает за создание движения через его вал.
• Система управления : Эта система позволяет управлять движением двигателя, посылая электрические импульсы.
• Система привода: Она состоит из шестерен, которые могут увеличивать или уменьшать скорость и крутящий момент.
• Потенциометр : он подключен к центральному валу и всегда информирует об угле, под которым расположен вал двигателя.

Основание серводвигателя. | Источник: Neoteo.com

Шаговые двигатели или серводвигатели?

Использование серводвигателя подразумевает ненужные дополнительные расходы для некоторых, поскольку существуют также шаговые двигатели (более доступный вариант , который предлагает точность, близкую к точности серводвигателей).Так что же такое шаговый двигатель?

Шаговый двигатель — это электродвигатель , но он не вращается; вместо этого, как следует из названия, он движется шаг за шагом. Другими словами, они не вращаются постоянно; они делают это на определенное количество градусов. Вы можете прочитать наш пост, посвященный шаговым двигателям, и узнать более подробно, когда и почему их использовать.

Итак, когда вы используете серводвигатель?

Серводвигатели считаются основополагающими при проектировании и производстве роботов .Это системы, требующие точного и контролируемого механического позиционирования. Мы можем видеть их в таких областях, как Industrial Automation или растущая область роботизированной хирургии .

С появлением цифровых серводвигателей были достигнуты большие успехи в области управления и эффективности. Повышение производительности связано с тем, что управляющая электроника использует микроконтроллер для выполнения всей работы. Этот факт позволяет подавать на двигатель больше управляющих импульсов, повышая точность движения и производительность.

С другой стороны, потенциометр делает больше показаний в секунду, и используются более эффективные и меньшие драйверы, которые позволяют управлять большей мощностью с помощью гораздо меньшей схемы. Если этого было недостаточно, микроконтроллер дает возможность программировать определенные параметры, такие как ход, центральное положение, нейтральная зона и т. Д.

Серводвигатели позволяют нам создавать все виды контролируемых движений и, несомненно, являются важными прорыв при разработке новых технологий.

Вам нужна помощь при выборе лучшего электродвигателя для малых приводов ? Загрузите электронную книгу CLR и начинайте с уверенностью делать выбор.

.