Τι είναι το servo drive και πώς λειτουργεί

Σκοπός και συσκευή

Ο σερβο οδηγός χρησιμοποιείται ευρέως στη ρομποτική, τη μηχανολογία, την αυτοκινητοβιομηχανία, τη διαδικασία αυτοματισμού στην παραγωγή. Με τη βοήθειά του, οι χειριστές λειτουργούν, πραγματοποιείται άνοιγμα (πλήρης ή ημιτελής) ή κλείσιμο (κάλυμμα) των παραθυρόφυλλων, στην κατασκευή εργαλειομηχανών για την τροφοδοσία του εργαλείου κοπής και άλλων ενεργοποιητών.

Πρόκειται για μια συσκευή που αποτελείται από έναν ηλεκτροκινητήρα, κιβώτιο ταχυτήτων, αισθητήρα θέσης (κωδικοποιητής) ή αντίσταση και ελεγκτή (συσκευή ελέγχου).

Με απλά λόγια, είναι μια ηλεκτρομηχανική μονάδα δίσκου που, μέσω εσωτερικής ανάδρασης, καθορίζει την ακριβή θέση του άξονα του μηχανισμού ανάλογα με τα εξωτερικά σήματα ελέγχου.

Το σχήμα δείχνει μια ενότητα της συσκευής:

Οι σερβοκινητήρες διατίθενται σε διάφορες χωρητικότητες και σκοπούς: χαμηλή ισχύ από 0,05 kW, που χρησιμοποιείται στην αυτοκινητοβιομηχανία και τη ρομποτική, για παράδειγμα, το SG90 και η σημαντική ισχύς των 15 kW. Τα τελευταία είναι τοποθετημένα σε βιομηχανικούς χειριστές, μηχανές CNC, για τον έλεγχο βαλβίδων στη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου κ.λπ.

Ένας ηλεκτρικός κινητήρας δεν είναι πάντα τοποθετημένος ως κινητήρας σε σερβο κίνηση. Ως κίνηση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας κύλινδρος με ράβδο, που κινείται από πεπιεσμένο αέρα ή υγρό.

Τύποι σερβο

Οι σερβικές μονάδες χωρίζονται σε ηλεκτρομηχανικές. Σε αυτά, ο μηχανισμός αποτελείται από έναν ηλεκτροκινητήρα και κιβώτιο ταχυτήτων. Διαφέρουν σε σχετικά χαμηλή ταχύτητα.

Διακρίνεται από τον τύπο κινητήρα που χρησιμοποιείται:

• σύγχρονα, έχουν υψηλή ακρίβεια περιστροφής του άξονα εξόδου, κερδίζοντας γρήγορα ορμή.
• ασύγχρονη, σταθερή περιστροφή άξονα.
• με κινητήρα συλλέκτη συνεχούς ή εναλλασσόμενου ρεύματος (γενικής χρήσης).

Οι σερβοκινητήρες, όπου ο κινητήριος μηχανισμός είναι ένα έμβολο με κύλινδρο, έχουν υψηλή ταχύτητα. Χρησιμοποιείται στο αυτοκίνητο για αλλαγή ταχυτήτων σε αυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων. Τοποθετείται σε ρομπότ που μετακινούν φορτία άνω των εκατό κιλών. Σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις, για εναλλαγή ρολών σε μηχανήματα συσκευασίας, όπου ο πεπιεσμένος αέρας χρησιμοποιείται ως φορέας ενέργειας.

Κύρια χαρακτηριστικά του σερβοκινητήρα:

• Η κύρια παράμετρος είναι η ροπή ή η δύναμη στον άξονα. Στα δεδομένα διαβατηρίου αναφέρονται δύο ποσότητες, σε σχέση με τις διαφορετικές τάσεις τροφοδοσίας.
• Ταχύτητα, δείχνει πόσο θα περιστρέφεται ο άξονας εξόδου κατά 60⁰. Υποδεικνύονται τιμές για διαφορετικές τάσεις.
• Ποιο σήμα ελέγχου χρησιμοποιείται, αναλογικό ή ψηφιακό.
• Τάση τροφοδοσίας. Οι περισσότερες μικρές μονάδες τροφοδοτούνται από 4,8 έως 7,2 volt. Χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, σε ραδιο-ελεγχόμενα μοντέλα. Συμπληρώνεται με τρία καλώδια και έχει ένα τυπικό pinout. Ένα σήμα ελέγχου αποστέλλεται σε λευκό, καφέ ή κίτρινο, παρέχεται μια κόκκινη τάση και το μαύρο είναι ένα κοινό καλώδιο.
• Η γωνία περιστροφής εργασίας, συνήθως είναι 180⁰ ή 360⁰. Διατίθενται αναβαθμισμένοι δίσκοι με συνεχή περιστροφή του άξονα.
• Υλικό κατασκευής γραναζιών. Είναι κατασκευασμένα από ορείχαλκο, ανθρακονήματα, πλαστικά ή μπορούν να συνδυαστούν.

Σε μια ηλεκτρομηχανική σερβο κίνηση, χρησιμοποιούνται ηλεκτρικοί κινητήρες με πυρήνα, κατά τη διάρκεια της λειτουργίας των οποίων δονείται όταν περιστρέφεται το εκκρεμές. Αυτό μειώνει την ακρίβεια περιστροφής του άξονα εξόδου. Οι κινητήρες με ελάχιστη κινητική ενέργεια του ρότορα στερούνται αυτού του μειονεκτήματος. Τέτοιοι δίσκοι είναι απαραίτητοι για τη μηχανή CNC για την ακριβή εγκατάσταση του ενεργοποιητή. Ωστόσο, είναι πιο ακριβά από τους βασικούς κινητήρες.

Το πιο κοινό κιβώτιο ταχυτήτων είναι ένα γρανάζι, το οποίο έχει σχεδιαστεί για να μειώνει την ταχύτητα και να αυξάνει τη ροπή στον άξονα εξόδου. Λιγότερο συχνά χρησιμοποιείται είναι μια μονάδα δίσκου με σκουλήκι, η οποία έχει μεγάλη σχέση μετάδοσης, αλλά είναι πιο ακριβή και πιο δύσκολη στην κατασκευή.

Περιοχή εφαρμογής

Η σερβο μονάδα χρησιμοποιείται ευρέως στη ρομποτική και τους χειριστές. Κατά τη δημιουργία μικρών μηχανισμών, χρησιμοποιείται η σερβο μονάδα mg995 και παρόμοια.

Για τον έλεγχο σύγχρονων δίσκων σε ερασιτεχνικά προϊόντα, χρησιμοποιούνται συχνά εκπρόσωποι της οικογένειας Arduino. Αντιπροσωπεύει ένα σύνολο ηλεκτρονικών συσκευών που έχουν σχεδιαστεί για τον έλεγχο ρομπότ και συσκευών αυτοματισμού όπου χρησιμοποιείται μια σερβο μονάδα. Το σήμα ελέγχου μπορεί να είναι αναλογικό ή ψηφιακό.

Το διάγραμμα σύνδεσης της μονάδας δίσκου με τη συσκευή ελέγχου φαίνεται στο σχήμα. Η συσκευή μπορεί να ελέγξει πολλές μονάδες δίσκου.

Για ενδοδαπέδια θέρμανση χρησιμοποιήστε αυτοματισμό που διατηρεί μια δεδομένη θερμοκρασία. Και η ροή ψυκτικού, που είναι ζεστό νερό από το λέβητα, ελέγχεται από ένα σερβοκινητήρα.

Συνδέεται σε μια συσκευή ελέγχου που παρακολουθεί τη θερμοκρασία χρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα θερμοκρασίας και εκδίδει μια εντολή στον ηλεκτροθερμικό σερβοκινητήρα RBM 24V. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί μια σερβο μονάδα AC230V με ρυθμιστή.

Ο έλεγχος θερμοκρασίας στη θέρμανση πραγματοποιείται αυτόματα, για τον οποίο χρησιμοποιείται ένας σερβοκινητήρας τύπου ICMA NC230V ή NC24V. Διατίθενται συσκευές για διάφορες τάσεις τροφοδοσίας.

Το ενοποιημένο σερβο που χρησιμοποιείται στο αυτοκίνητο έχει μικρές διαστάσεις. Σχεδιασμένο για να λειτουργεί με τάση 12 βολτ. Είναι ενσωματωμένο με κεντρικό κλείδωμα και είναι εγκατεστημένο σε όλες τις πόρτες του αυτοκινήτου, συμπεριλαμβανομένης της πέμπτης πόρτας (πορτάκι).

Ο μηχανισμός ελέγχει επίσης τη ροή ζεστού υγρού στη σόμπα. Λειτουργεί σε συνδυασμό με έναν θερμοηλεκτρικό αισθητήρα, το σήμα από το οποίο τροφοδοτείται στη συσκευή ελέγχου. Μετά την ανάλυση, ο αισθητήρας στέλνει μια εντολή στη σερβο μονάδα, η οποία αυξάνει ή μειώνει τη ροή του υγρού.

Για παράδειγμα, για αυτοκίνητα VAZ, χρησιμοποιείται μια ηλεκτρική μονάδα με κιβώτιο ταχυτήτων SL-5.

Αυτή δεν είναι μια πλήρης λίστα με τη χρήση τέτοιων συσκευών.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Ο σερβοκινητήρας έχει πλεονεκτήματα έναντι παρόμοιων συσκευών, όπως κινητήρες stepper. Λόγω της ανάδρασης, ο μηχανισμός μπορεί να προσαρμόσει τη θέση του άξονα, ανεξάρτητα από το φορτίο στον άξονα, γεγονός που σας επιτρέπει να ρυθμίσετε τον μηχανισμό εργασίας με υψηλή ακρίβεια.

Τα κύρια πλεονεκτήματα είναι:

• υψηλή ακρίβεια τοποθέτησης
• με τη βοήθεια ενός κιβωτίου ταχυτήτων, η ταχύτητα μειώνεται και η στιγμή αυξάνεται.
• η θέση του σώματος εργασίας μπορεί εύκολα να ρυθμιστεί κάνοντας μια αλλαγή στο πρόγραμμα ελέγχου.
• η ικανότητα επίτευξης μεγαλύτερης επιτάχυνσης κατά τη λειτουργία, γεγονός που καθιστά το σερβο πιο κατάλληλο για χρήση σε συσκευές υψηλής ταχύτητας, σε σύγκριση με τους κινητήρες stepper ·
• ομοιόμορφη στιγμή σε σχεδόν ολόκληρο το εύρος ταχύτητας.
• ανέχεται καλά την υπερφόρτωση.

Τα μειονεκτήματα περιλαμβάνουν:

• η παρουσία κιβωτίου ταχυτήτων (ιδιαίτερα κρίσιμη εάν έχει πλαστικά γρανάζια ή μαλακά μέταλλα) ·
• φθορά αντιστάσεων (αν χρησιμοποιείται ποτενσιόμετρο για ανατροφοδότηση κατά τη θέση)
• σύνθετη ρύθμιση προγράμματος ελέγχου για την επίτευξη αποτελεσμάτων υψηλής ακρίβειας.
• υψηλό κόστος εξοπλισμού (σε σύγκριση με τους βηματικούς κινητήρες, για παράδειγμα)
• Η ακρίβεια είναι συχνά μικρότερη από ότι με τους κινητήρες stepper.

Ωστόσο, λάβετε υπόψη ότι όλα τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα είναι κατά μέσο όρο, μπορεί να μοιάζουν με βηματικούς κινητήρες, οι οποίοι σε μια συγκεκριμένη εφαρμογή θα εμφανίζονται καλύτερα από έναν σερβο δίσκο και το αντίστροφο.

συμπέρασμα

Ο αυτόματος έλεγχος των οικιακών και βιομηχανικών συστημάτων έχει τις ρίζες του στη ζωή μας. Πρόσφατα, έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως μια μονάδα δίσκου υπό τον έλεγχο προγραμματιζόμενων μπλοκ για διάφορους σκοπούς, όπως το arduino.

Αυτό κατέστησε δυνατή τη δημιουργία ουσιαστικά νέων ερασιτεχνικών ιπτάμενων ραδιο ελεγχόμενων συσκευών, ρομπότ και παιδικών παιχνιδιών. Στη βιομηχανία, το servo drive χρησιμοποιείται σε εργαλειομηχανές, σε εκσκαφέα, σε ATV κ.λπ. Σήμερα είναι αδύνατο να φανταστούμε τη ζωή μας χωρίς σερβο.

Το βίντεο δείχνει τη λειτουργία των αναλογικών servos sg90 σε ένα μοντέλο ρομπότ αράχνης:

Τώρα ξέρετε τι είναι ένα σερβο, πώς σχεδιάζεται και για ποιο σκοπό είναι. Ελπίζουμε ότι οι παρεχόμενες πληροφορίες σας βοήθησαν να κατανοήσετε αυτό το θέμα και να κατανοήσετε τα κύρια σημεία. Εάν έχετε απορίες, ρωτήστε τα στα σχόλια κάτω από το άρθρο!

Σχετικά υλικά:

• Τι είναι ο ρότορας και ο στάτορας σε έναν κινητήρα
• Πώς λειτουργεί ένας μετρητής ηλεκτρικής ενέργειας;
• Πώς να φτιάξετε τις αυτόματες πύλες μόνοι σας