Сервопривод из коллекторного двигателя

Содержание
  1. Конструкция серводвигателя. Коллекторный или бесщеточный?
  2. Что такое серводвигатель?
  3. Конструкции щеточных и бесщеточных серводвигателей
  4. Щеточный электромотор
  5. Бесщеточный электромотор
  6. Серводвигатели в станках MULTICUT
  7. Сервопривод. Жизнь после смерти.
  8. Сервоприводы: подключение, управление, примеры работы
  9. Что такое сервопривод?
  10. Элементы сервопривода
  11. Электромотор с редуктором
  12. Позиционер
  13. Плата управления
  14. Выходной вал
  15. Выходной шлейф
  16. Управление сервоприводом
  17. Алгоритм работы
  18. Интерфейс управления
  19. Характеристики сервопривода
  20. Крутящий момент
  21. Скорость поворота
  22. Форм-фактор
  23. Внутренний интерфейс
  24. Материалы шестерней
  25. Коллекторные и бесколлекторные моторы
  26. Сервопривод постоянного вращения
  27. Примеры работы с Arduino
  28. Схема подключения
  29. Ограничение по питанию
  30. Ограничение по количеству подключаемых сервоприводов
  31. Пример использования библиотеки Servo
  32. Альтернативная библиотека Servo2
  33. Пример использования библиотеки Servo
  34. Примеры работы с Espruino
  35. Примеры работы с Raspberry Pi
  36. Вывод

Конструкция серводвигателя. Коллекторный или бесщеточный?

Серводвигатели имеют широкий спектр применений в промышленном оборудовании. В ЧПУ их используют в приводах перемещения, для которых требуется точность позиционирования, работа на высоких ускорениях, управляемость, постоянство момента на разных скоростях и компактные размеры. Существует два типа серводвигателей: щеточные и бесщеточные. Для тех, кто впервые сталкивается с электроприводом, разница между ними не очевидна, но она есть и может повлиять на удобство работы и частоту обслуживания. Чтобы найти подходящее решение, которое будет удовлетворять условиям эксплуатации станка с ЧПУ, нужно понимать ключевые различия в конструкции и работе этих двигателей.

Что такое серводвигатель?

Серводвигатель для ЧПУ представляет собой электрический мотор с обратной связью по положению. Он получает управляющий сигнал, по которому изменяет положение ротора на заданную величину, следит за этим изменением и управляет параметрами питания. Наличие обратной связи — главное отличие сервомоторов от шаговых двигателей, в которых используется система отсчета шагов для определения перемещений.

Сервопривод состоит из следующих элементов:

Принцип работы серводвигателя с простейшей схемой управления основан на сравнении задаваемого перемещения с показаниями датчика обратной связи. Напряжение на обмотки подаются через реле. В приводах перемещения ЧПУ используются более сложные схемы управления, построенные на логических контроллерах. У них есть ряд преимуществ, важных для работы станка:

Конструкции щеточных и бесщеточных серводвигателей

Мы предлагаем рассмотреть основные различия в устройстве коллекторного и бесколлекторного серводвигателя, чтобы понять их преимущества и недостатки. Оба представляют собой электрические моторы, состоящие из ротора (вращающейся части) и статора (неподвижной части). Источником энергии для них служит электричество, подаваемое с трансформатора станка.

Щеточный электромотор

В статоре простейшего щеточного электродвигателя находится пара постоянных магнитов с противоположной полярностью. На его роторе, по бокам от оси, находятся две катушки с витками, намотанными в противоположные стороны. При подаче электричества катушки превращаются в электромагниты с разной полярностью. Притяжение между постоянными магнитами и электромагнитами, которые объясняются силой Лоренца, заставляет ротор вращаться. При их максимальном сближении силы Лоренца ослабевают, а ротор останавливается. Чтобы вращение продолжалось, в момент сближения магнитов происходит переключение полярности обмоток. Ближайшие друг к другу постоянный и электрический магниты уже имеют одноименную полярность, и вращение продолжается за счет их отталкивания. Если такое изменение полярности будет происходить циклически, вращение ротора будет продолжаться, а двигатель будет совершать полезную работу.

За переключение полярности обмоток отвечает коллекторно-щеточный узел. Он состоит из двух элементов:

Коллектор — токопроводящее кольцо, разделенное на сегменты изоляторами. Чаще всего изготавливается из медной проволоки. В роторах большинства щеточных моторов намотано несколько пар катушек, каждая из них подключена к «своим» сегментам на кольце. Щетки — проводники, к которым подводится сетевое питание.

Щетки закреплены на статоре неподвижно и пожимаются пружинами к коллектору. Коммутация (переключение обмоток) выполняется при проворачивании ротора: щетки последовательно соприкасаются с сегментами коллектора.

Щетки изготавливаются из графита, медно-графитного или медно-серебряного сплавов. Они являются самосмазывающимися, то есть имеют сравнительно невысокий коэффициент трения. Эксплуатация коллекторного двигателя требует регулярного осмотра коллекторно-щеточного узла. Щетки — изнашиваемые детали, которым требуется замена с определенной периодичностью. Нарушение электрического контакта при выработке приводит к искрению. Силы трения, возникающие в узле, несколько снижают КПД привода, приводят в нагреву, а для его охлаждения на вал ротора устанавливают крыльчатку (центробежный вентилятор).

Главное преимущество щеточного мотора — простота в управлении. Для них не нужно создавать сложных электронных систем. Мотор отличается сравнительно невысокой стоимостью и при регулярном обслуживании работает стабильно.

Бесщеточный электромотор

В бесщеточном серводвигателе постоянные магниты установлены на роторе, а катушки электромагнитов — на статоре. Чтобы полюса постоянно находились в оппозиции, обмотки статора коммутируются электронными ключами. Питание на катушки подается последовательно, и за согласование магнитные полей постоянного и электрического магнитов отвечает датчик положения, также называемый датчиком Холла. Это общий принцип работы для всех бесщеточных серводвигателей: постоянного и переменного тока.

Ключевое преимущество этого вида моторов заложено в отсутствии изнашиваемых токоведущих частей. Фактически ресурс такого электродвигателя ограничен расчетным сроком службы подшипников. Из-за отсутствия коллекторного узла размеры и вес бесщеточного мотора меньше в сравнении со щеточным аналогичной мощности. Из-за отсутствия трения возможна работа на более высоких частотах вращения. Двигатели без коллектора отличаются более низким уровнем шумов, могут работать в условиях запыленности, в атмосфере горючих газов.

Управление скоростью реализовано на базе электронного регулятора хода. В отличие от щеточных моторов, где для ограничения частоты вращения используется обычный резистор, переводящий избыточную мощность в тепло, здесь нет нагрева.

Сервопривод на основе бесщеточного двигателя имеет свои недостатки:

Большинство бесколлекторных двигателей имеет трехфазное питание и три датчика положения (по одному на фазу).

Серводвигатели в станках MULTICUT

Компания MULTICUT производит фрезерно-гравировальные станки портального типа, предназначенные для обработки материалов различной твердости. Мы разработали пять серий станков, рассчитанных на разные нагрузки. Одно из преимуществ оборудования — возможность выбора приводов перемещения. На станки в базовой комплектации установлены шаговые электродвигатели. При необходимости их можно заменить сервоприводами переменного тока ведущих производителей промышленной автоматики и приводных систем:

В приводах реализована возможность управления по заданию положением, скоростью и моментом. Последние два параметра также управляются по внутренним параметрам.

Задать вопросы по выбору приводов перемещения для станков MULTICUT можно консультанту в онлайн чате или по телефону.

Источник

Сервопривод. Жизнь после смерти.

Вместо эпиграфа…

В жизни многих из нас бывают моменты, когда та или иная вещь приходит в негодность и приходится ее выбрасывать. В практике моделизма, в частности, такой «вещью» нередко оказывается сервопривод – либо коллекторный мотор лишится щеток, а то и вовсе сгорит, либо шестерни останутся без зубов. Контроллер же гораздо реже отправляется в «места вечнозеленых пастбищ, богатые дичью» (с)индейцы Кентукки.

Перечень терминов и сокращений.

РУ – радиоуправление – совокупность аппаратных и программных средств для управления моделями по радиоканалу
СП – сервопривод
РРМ – сигнал управления (Pulse Position Modulation). В статье упоминается с числом, которое обозначает часть диапазона регулирования управляющего органа аппаратуры РУ (например, ход стика или поворота «крутилки» от минимума до максимума), например 30%РРМ = 30% диапазона регулирования от начала диапазона. Для удобства «привязки к ручкам».
ДП – датчик положения
ТОЧКА НЕЙТРАЛИ – такое положение ДП, при котором на выходе контроллера отсутствует напряжение
ШИМ – широтно-импульсная модуляция
ИМС – интегральная микросхема

Читайте также:  Пар конденсат в двигателе

Очень краткий экскурс в теорию.
СП, как известно, представляет собой электродвигатель (рассматриваем традиционные электрические СП, используемые моделистами) и редуктор. Электродвигателем управляет контроллер СП в соответствии с заданием, выданным с аппаратуры РУ в %РРМ. Конструктивно электродвигатель, редуктор и контроллер находятся в одном корпусе.
Источником управляющего сигнала, как правило, является приемник аппаратуры РУ или специальное устройство – сервотестер.
В недорогих СП (к слову, которые использует в своих моделях подавляюще число моделистов) применяется коллекторный электродвигатель постоянного тока. Вот об этих СП и пойдет речь.

цена на который колеблется от 65 до 300 рублей у разных продавцов.

Контроллер выполнен в виде печатной платы размером около 10х15мм с впаянными в нее радиокомпонентами.

Он имеет один вход управления для сигнала РРМ и два выхода (назовем их «А» и «В»). Выходы являются инверсными по отношению друг к другу в виду того, что СП по сути является реверсивным. Сигнал на обоих выходах – ШИМ. Нагрузочная способность выходов контроллера позволяет подключать к ним микроэлектродвигатель напрямую, что и сделано производителем. На самом деле, ИМС, применяемая в контроллере этого СП, имеет больше двух выходов, но в статье будет рассматриваться применение именно выходов, к которым производитель СП подключил микроэлектродвигатель.
Малый размер платы и удобное расположение контактных «пятачков» и отверстий для внешних связей дает возможность припаять к плате «ножки» и использовать ее как единый радиокомпонент на Вашей печатной плате.

Ну вот, контроллер и ДП (если испортили ДП при пайке, то любой переменный или подстроечный резистор того же или близкого номинала) у нас на столе. Что дальше?

Припаиваем ДП к контроллеру. Для этого лучше использовать соединительные проводники, а не устанавливать ДП непосредственно на плату. С помощью ДП впоследствии можно установить точку нейтрали по отношению к %РРМ, исходя из решаемой задачи, как это сделать – см. ниже.

Чтобы избежать дрейфа точки нейтрали из-за невысокого качества переменного резистора, после окончательной настройки этого параметра рекомендую заменить переменный резистор на два постоянных резистора, сопротивление которых равно сопротивлению каждого плеча ДП соответственно.


Контроллер необходимо дополнить силовыми ключами. Тип элементов и схемотехника силовых ключей могут быть различны и ограничиваются решаемыми задачами, размерами, весом и… навыками Исполнителя. Применение внешних силовых ключей позволяет создавать регуляторы и коммутаторы с нагрузочной способностью в десятки и сотни ампер. Так же, теоретически, нет ограничений по напряжению питания ведомых устройств.

ПРИМЕЧАНИЕ: Для всех творческих изысканий в качестве источника управляющего РРМ-сигнала используется сервотестер, аналогичный этим:

Удобно выставлять нейтраль одним нажатием кнопки на сервотестере, но я не уверен, что это именно нейтраль – навряд ли китайцы калибруют сервотестеры ))).
В части визуализации положения управляющих органов при том или ином %РРМ, на мой взгляд, лучше использовать для настройки реальную аппаратуру РУ.

Указанные на схемах номиналы и типы элементов приведены для примера (использовались в испытаниях) и могут быть заменены на другие, исходя из целей и задач.

Вопросы размеров и веса конечных устройств в статье не рассматриваются.

Варианты использования контроллера.

1. Реверсивный регулятор оборотов двигателя постоянного тока.

Настройка.
Устанавливаем с помощью ДП точку нейтрали контроллера в 50%РРМ, для чего устанавливаем регулятор сервотестера в середину диапазона регулирования (в случае использования реальной аппаратуры РУ – управляющий орган (стик, «крутилка» и т.п.) соответствующего канала). При этом подключенный к регулятору двигатель может произвольно вращаться.
Вращая ось ДП добиваемся полной остановки двигателя. При наличии вольтметра – контролируем отсутствие напряжения на выходе регулятора.
Отключаем питание регулятора, отпаиваем ДП от платы контроллера, замеряем сопротивление каждого плеча. Впаиваем на место ДП в плату контроллера постоянные резисторы с сопротивлением, равным сопротивлению каждого плеча ДП соответственно.
При необходимости поменяйте местами выходы контроллера либо полярность подключения крайних выводов ДП на плате контроллера.
Данный регулятор работает с электродвигателями постоянного тока, которые при смене полярности питающего напряжения изменяют направление вращения якоря.

Соотношение диапазона регулирования %РРМ и диапазона регулирования регулятора:

Как видно из диаграммы, диапазон регулирования контроллера СП составляет 50% от диапазона %РРМ в каждую сторону.

2. Нереверсивный регулятор оборотов двигателя постоянного тока.

Настройка.
Устанавливаем с помощью ДП точку нейтрали контроллера в 0%РРМ, для чего устанавливаем регулятор сервотестера в начало диапазона регулирования (в случае использования реальной аппаратуры РУ – управляющий орган (стик, «крутилка» и т.п.) соответствующего канала). При этом подключенный к регулятору двигатель может произвольно вращаться.
Вращая ось ДП добиваемся полной остановки двигателя. При наличии вольтметра – контролируем отсутствие напряжения на выходе регулятора.
Отключаем питание регулятора, отпаиваем ДП от платы контроллера, замеряем сопротивление каждого плеча. Впаиваем на место ДП в плату контроллера постоянные резисторы с сопротивлением, равным сопротивлению каждого плеча ДП соответственно.

Соотношение диапазона регулирования %РРМ и диапазона регулирования:

Отмечу, что, так как диапазон регулирования контроллера СП составляет 50% от диапазона %РРМ в каждую сторону, регулирование оборотов будет возможно от 0%РРМ до 50%РММ. При 50%РРМ обороты двигателя достигнут максимальных и далее расти не будут (см. диаграмму).

При необходимости поменяйте местами выходы контроллера либо полярность подключения крайних выводов ДП на плате контроллера.

3. Регулятор яркости фар/фонарей и т.п.


Вариант 2 (инверсное регулирование яркости).

Настройка.
Описание настройки не привожу – она аналогична регуляторам для электродвигателя (см. выше) с той лишь разницей, что к выходу подключены лампочки накаливания, а не электродвигатель.
Вы можете самостоятельно попробовать установку точки нейтрали в разных точках диапазона регулирования с тем, чтобы выбрать оптимальную для Вашей задачи.
При необходимости поменяйте местами выходы контроллера либо полярность подключения крайних выводов ДП на плате контроллера.

Как показали эксперименты у отдельных регуляторов (из двух проявилось у одного) в крайних точках лампочки слегка мерцают, что обусловлено наличием импульсов ШИМ, следующих с низкой частотой. Мерцание можно устранить, включив электролитический конденсатор емкостью 4.7-10мкф 16В между затвором и истоком ключевого транзистора (см. вариант коммутатора ниже), однако это приводит к нагреву транзистора при больших токах и необходимости установки его на радиатор (во время испытаний ток через транзистор был около 2А) вследствие перехода в другой режим работы. Так же несколько сужается диапазон регулирования.

Читайте также:  Пластина подогрев картера двигателя

4. Коммутатор

Коммутатор может найти применение, например, в качестве дистанционного выключателя световых приборов модели. Так же его можно использовать в аппаратных миксах с другими каналами, например, когда, скажем, при 25% газа нужно включить/отключить фары.
Смещая точку нейтрали можно задавать различное значение %РРМ, при котором коммутатор изменит свое состояние.

Настройка.
Устанавливаем регулятор сервотестера в 25% (цифра для примера) от начала диапазона регулирования (в случае использования реальной аппаратуры РУ – управляющий орган (стик, «крутилка» и т.п.) соответствующего канала). При этом состояние коммутатора может быть произвольным.

Вращая ось ДП добиваемся отключения реле, а затем вращением ДП в обратную сторону добиваемся включения реле. Если реле отключено, то вращаем ДП до момента включения реле. Это и будет порог срабатывания на уровне 25%РРМ.

Отключаем питание коммутатора, отпаиваем ДП от платы контроллера, замеряем сопротивление каждого плеча. Впаиваем на место ДП в плату контроллера постоянные резисторы с сопротивлением, равным сопротивлению каждого плеча ДП соответственно.
Ключ управления реле и само реле выбираются, исходя из целей и задач.

При необходимости поменяйте местами выходы контроллера либо полярность подключения крайних выводов ДП на плате контроллера.

Печатная плата не разрабатывалась, так как сама плата требует наличие места и объема. Обычно практикую навесной монтаж в термоусадке с формой конечного изделия под конкретное место в корпусе. Прочность монтажа приемлемая.
Возможный вариант компоновки одного из регуляторов может быть таким (просто пример):

Электронщики же должны сами знать как-где-что искать ))))

Источник

Сервоприводы: подключение, управление, примеры работы

Познакомимся поближе с сервоприводами. Рассмотрим их разновидности, предназначение, подсказки по подключению и управлению.

Что такое сервопривод?

Сервопривод — это мотор с управлением через отрицательную обратную связь, позволяющую точно управлять параметрами движения. Сервомотором является любой тип механического привода, имеющий в составе датчик положения и плату управления.

Простыми словами, сервопривод — это механизм с электромотором, который может поворачиваться в заданный угол и удерживать текущее положение.

Элементы сервопривода

Рассмотрим составные части сервопривода.

Электромотор с редуктором

За преобразование электричества в механический поворот в сервоприводе отвечает электромотор. В асинхронных сервоприводах установлен коллекторный мотор, а в синхронных — бесколлекторный.

Однако зачастую скорость вращения мотора слишком большая для практического использования, а крутящий момент — наоборот слишком слабый. Для решения двух проблем используется редуктор: механизм из шестерней, передающий и преобразующий крутящий момент.

Включая и выключая электромотор, вращается выходной вал — конечная шестерня редуктора, к которой можно прикрепить нечто, чем мы хотим управлять.

Позиционер

Для контроля положения вала, на сервоприводе установлен датчик обратной связи, например потенциометр или энкодер. Позиционер преобразует угол поворота вала обратно в электрический сигнал.

Плата управления

За всю обработку данных в сервоприводе отвечает плата управления, которая сравнивает внешнее значения с микроконтроллера со показателем датчика обратной связи, и по результату соответственно включает или выключает мотор.

Выходной вал

Вал — это часть редуктора, которая выведена за пределы корпуса мотора и непосредственно приводиться в движение при подаче управляющих сигналов на сервопривод. В комплектации сервомоторов идут качельки разных формфакторов, которые одеваются на вал сервопривода для дальнейшей коммуникации с вашими задумками. Не рекомендуем прилагать к валу нагрузки, которые больше крутящего момента сервопривода. Это может привести к разрушению редуктора.

Выходной шлейф

Для работы сервопривода его необходимо подключить к источнику питания и к управляющей плате. Для коммуникации от сервопривода выходит шлейф из трёх проводов:

Если сервопривод питается напряжением от 5 вольт и потребляет ток менее 500 мА, то есть возможность обойтись без внешнего источника питания и подключить провод питания сервомотора непосредственно к питанию микроконтроллера.

Управление сервоприводом

Алгоритм работы

Интерфейс управления

Чтобы указать сервоприводу желаемое состояние, по сигнальному проводу необходимо посылать управляющий сигнал — импульсы постоянной частоты и переменной ширины.

То, какое положение должен занять сервопривод, зависит от длины импульсов. Когда сигнал от микроконтроллера поступает в управляющую схему сервопривода, имеющийся в нём генератор импульсов производит свой импульс, длительность которого определяется через датчик обратной связи. Далее схема сравнивает длительность двух импульсов:

Для управления хобби-сервоприводами подают импульсы с частотой 50 Гц, т.е. период равен 20 мс:

Обратите внимание, что на вашем конкретном устройстве заводские настройки могут оказаться отличными от стандартных. Некоторые сервоприводы используют ширину импульса 760 мкс. Среднее положение при этом соответствует 760 мкс, аналогично тому, как в обычных сервоприводах среднему положению соответствует 1520 мкс.

Это всего лишь общепринятые длины. Даже в рамках одной и той же модели сервопривода может существовать погрешность, допускаемая при производстве, которая приводит к тому, что рабочий диапазон длин импульсов отличается. Для точной работы каждый конкретный сервопривод должен быть откалиброван: путём экспериментов необходимо подобрать корректный диапазон, характерный именно для него.

Часто способ управления сервоприводами называют PWM (Pulse Width Modulation) или PPM (Pulse Position Modulation). Это не так, и использование этих способов может даже повредить привод. Корректный термин — PDM (Pulse Duration Modulation) в котором важна длина импульсов, а не частота.

Характеристики сервопривода

Рассмотрим основные характеристики сервоприводов.

Крутящий момент

Момент силы или крутящий момент показывает, насколько тяжёлый груз сервопривод способен удержать в покое на рычаге заданной длины. Если крутящий момент сервопривода равен 5 кг×см, то это значит, что сервопривод удержит на весу в горизонтальном положении рычаг длины 1 см, на свободный конец которого подвесили 5 кг. Или, что эквивалентно, рычаг длины 5 см, к которому подвесили 1 кг.

Скорость поворота

Скорость сервопривода — это время, которое требуется выходному валу повернуться на 60°. Характеристика 0,1 с/60° означает, что сервопривод поворачивается на 60° за 0,1 с. Из неё можно вычислить скорость в оборотах в минуту, но так сложилось, что при описании сервоприводов чаще всего используют именно интервал времени за 60°.

Форм-фактор

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

Форм-фактор Вес Размеры
Микро 8-25 г 22×15×25 мм
Стандартный 40-80 г 40×20×37 мм
Большой 50-90 г 49×25×40 мм

Внутренний интерфейс

Сервоприводы бывают аналоговые и цифровые. Так в чём же их отличия, достоинства и недостатки?

Внешне они ничем не отличаются: электромоторы, редукторы, потенциометры у них одинаковые, различаются они лишь внутренней управляющей электроникой. Вместо специальной микросхемы аналогового сервопривода у цифрового собрата можно заметить на плате микропроцессор, который принимает импульсы, анализирует их и управляет мотором. Таким образом, в физическом исполнении отличие лишь в способе обработки импульсов и управлении мотором.

Оба типа сервопривода принимают одинаковые управляющие импульсы. После этого аналоговый сервопривод принимает решение, надо ли изменять положение, и в случае необходимости посылает сигнал на мотор. Происходит это обычно с частотой 50 Гц. Таким образом получаем 20 мс — минимальное время реакции. В это время любое внешнее воздействие способно изменить положение сервопривода. Но это не единственная проблема. В состоянии покоя на электромотор не подаётся напряжение, в случае небольшого отклонения от равновесия на электромотор подаётся короткий сигнал малой мощности. Чем больше отклонение, тем мощнее сигнал. Таким образом, при малых отклонениях сервопривод не сможет быстро вращать мотор или развивать большой момент. Образуются «мёртвые зоны» по времени и расстоянию.

Эти проблемы можно решать за счёт увеличения частоты приёма, обработки сигнала и управления электромотором. Цифровые сервприводы используют специальный процессор, который получает управляющие импульсы, обрабатывает их и посылает сигналы на мотор с частотой 200 Гц и более. Получается, что цифровой сервопривод способен быстрее реагировать на внешние воздействия, быстрее развивать необходимые скорость и крутящий момент, а значит, лучше удерживать заданную позицию, что хорошо. Конечно, при этом он потребляет больше электроэнергии. Также цифровые сервоприводы сложнее в производстве, а потому стоят заметно дороже. Собственно, эти два недостатка — все минусы, которые есть у цифровых сервоприводов. В техническом плане они безоговорочно побеждают аналоговые сервоприводы.

Материалы шестерней

Шестерни для сервоприводов бывают из разных материалов: пластиковые, карбоновые, металлические. Все они широко используются, выбор зависит от конкретной задачи и от того, какие характеристики требуются в установке.

Пластиковые, чаще всего нейлоновые, шестерни очень лёгкие, не подвержены износу, более всего распространены в сервоприводах. Они не выдерживают больших нагрузок, однако если нагрузки предполагаются небольшие, то нейлоновые шестерни — лучший выбор.

Карбоновые шестерни более долговечны, практически не изнашиваются, в несколько раз прочнее нейлоновых. Основной недостатой — дороговизна.

Металлические шестерни являются самыми тяжёлыми, однако они выдерживают максимальные нагрузки. Достаточно быстро изнашиваются, так что придётся менять шестерни практически каждый сезон. Шестерни из титана — фавориты среди металлических шестерней, причём как по техническим характеристикам, так и по цене. К сожалению, они обойдутся вам достаточно дорого.

Коллекторные и бесколлекторные моторы

Существует три типа моторов сервоприводов: обычный мотор с сердечником, мотор без сердечника и бесколлекторный мотор.

Обычный мотор с сердечником (справа) обладает плотным железным ротором с проволочной обмоткой и магнитами вокруг него. Ротор имеет несколько секций, поэтому когда мотор вращается, ротор вызывает небольшие колебания мотора при прохождении секций мимо магнитов, а в результате получается сервопривод, который вибрирует и является менее точным, чем сервопривод с мотором без сердечника. Мотор с полым ротором (слева) обладает единым магнитным сердечником с обмоткой в форме цилиндра или колокола вокруг магнита. Конструкция без сердечника легче по весу и не имеет секций, что приводит к более быстрому отклику и ровной работе без вибраций. Такие моторы дороже, но они обеспечивают более высокий уровень контроля, вращающего момента и скорости по сравнения со стандартными.

Сервоприводы с бесколлекторным мотором появились сравнительно недавно. Преимущества те же что и у остальных бесколлекторных моторов: нет щёток, а значит они не создают сопротивление вращению и не изнашиваются, скорость и момент выше при токопотреблении равном коллекторным моторам. Сервоприводы с бесколлекторным мотором — самые дорогие сервоприводы, однако при этом они обладают лучшими характеристиками по сравнению с сервоприводами с другими типами моторов.

Сервопривод постоянного вращения

Сервоприводы обычно имеют ограниченный угол вращения 180 градусов, их так и называют «сервопривод 180°».

Но существуют сервоприводы с неограниченным углом поворота оси. Это сервоприводы постоянного вращения или «сервоприводы 360°».

Функция Arduino Сервопривод 180° Сервопривод 360°
Servo.write(0) Крайне левое положение Полный ход в одном направлении
Servo.write(90) Середнее положение Остановка сервопривода
Servo.write(180) Крайне правое положение Полный ход в обратном направлении

Для иллюстрации работы с сервами постоянного вращения мы собрали двух мобильных ботов — на Arduino Uno и Iskra JS. Инструкции по сборке и примеры скетчей смотрите в статье собираем ИК-бота.

Примеры работы с Arduino

Схема подключения

Многие сервоприводы могут быть подключены к Arduino непосредственно. Для этого от них идёт шлейф из трёх проводов:

Для подключения к Arduino будет удобно воспользоваться платой-расширителем портов, такой как Troyka Shield. Хотя с несколькими дополнительными проводами можно подключить серву и через breadboard или непосредственно к контактам Arduino.

Ограничение по питанию

Обычный хобби-сервопривод во время работы потребляет более 100 мА. При этом Arduino способно выдавать до 500 мА. Поэтому, если вам в проекте необходимо использовать мощный сервопривод, есть смысл задуматься о выделении его в контур с дополнительным питанием.

Рассмотрим на примере подключения 12V сервопривода:

Ограничение по количеству подключаемых сервоприводов

На большинстве плат Arduino библиотека Servo поддерживает управление не более 12 сервоприводами, на Arduino Mega это число вырастает до значения 48. При этом есть небольшой побочный эффект использования этой библиотеки: если вы работаете не с Arduino Mega, то становится невозможным использовать функцию analogWrite() на 9 и 10 контактах независимо от того, подключены сервоприводы к этим контактам или нет. На Arduino Mega можно подключить до 12 сервоприводов без нарушения функционирования ШИМ/PWM, при использовании большего количества сервоприводов мы не сможем использовать analogWrite() на 11 и 12 контактах.

Пример использования библиотеки Servo

По аналогии подключим 2 сервопривода

Библиотека Servo не совместима с библиотекой VirtualWire для работы с приёмником и передатчиком на 433 МГц.

Альтернативная библиотека Servo2

Библиотеки для управления сервоприводами (Servo) и для работы с приёмниками / передатчиками на 433 МГц VirtualWire используют одно и то же прерывание. Это означает, что их нельзя использовать в одном проекте одновременно. Существует альтернативная библиотека для управления сервомоторами — Servo2.

Все методы библиотеки Servo2 совпадают с методами Servo.

Пример использования библиотеки Servo

Примеры работы с Espruino

Примеры работы с Raspberry Pi

Вывод

Сервоприводы бывают разные, одни получше — другие подешевле, одни надёжнее — другие точнее. И перед тем, как купить сервопривод, стоит иметь в виду, что он может не обладать лучшими характеристиками, главное, чтобы подходил для вашего проекта. Удачи в ваших начинаниях!

Источник

Читайте также:  Руководство по двигателю b12d1