Opravy servomotorů svépomocí

Podrobně: oprava servomotoru udělej si sám od skutečného mistra pro web my.housecope.com.

Nedávno jsem vyrobil robotické rameno a nyní jsem se rozhodl k němu přidat uchopovací zařízení poháněné miniservem. Rozhodl jsem se udělat dvě varianty, abych viděl, jak by to lépe fungovalo s přímým nebo kulatým převodem. Volba kulatého převodu se mi líbila více, protože výroba trvala pouze 2 hodiny a mezera mezi převody byla velmi malá.

Nejprve jsem vyřízl díly na frézce:

Díly jsem smontoval pomocí šroubů 2x10mm.

A zde je návod, jak se mini servo připojuje k uchopovači:

Jak servo chapadlo funguje:

A teď, když je vše složeno a mechanická část je také téměř hotová, už jen musím dokončit elektronickou část práce! Vybral jsem si Arduino pro ovládání svého robota a vytvořil jsem obvod (je vpravo) pro připojení Arduina k servu.

Obvod je ve skutečnosti velmi jednoduchý, pouze vysílá signály do a z Arduina. Dále je zde header pro infračervený přijímač a nějaké konektory pro napájení a 4 přípojky na zbytek (nepoužitých) Arduino pinů. Lze tak připojit další spínač nebo čidlo.

A takto se pohybuje rameno manipulátoru:

Nákup CNC frézky pro výrobu fasád z MDF podnikem vyvolává otázku potřeby přeplatit určité mechanismy a pohonné jednotky instalované na drahých a high-tech zařízeních. Pro polohování pohonných jednotek CNC strojů se obvykle používají krokové motory a servomotory (servopohony).

Video (kliknutím přehrajete).

Krokové motory jsou levnější. Servopohony však nabízejí širokou škálu výhod, včetně vysokého výkonu a přesnosti polohování. Co byste si tedy měli vybrat?

Obrázek - DIY oprava servomotoru

Krokový motor je bezkomutátorový stejnosměrný synchronní motor, který má více statorových vinutí. Když je proud přiveden na jedno z vinutí, rotor se otočí a poté se zablokuje v určité poloze. Sekvenční buzení vinutí přes ovladač krokového motoru umožňuje rotaci rotoru pod daným úhlem.

Krokové motory jsou široce používány v průmyslu, protože mají vysokou spolehlivost a dlouhou životnost. Hlavní výhodou krokových motorů je přesnost polohování. Když je na vinutí aplikován proud, rotor se otočí přísně pod určitým úhlem.

· Vysoký točivý moment při nízkých a nulových otáčkách;

· Rychlý start, zastavení a zpětný chod;

· Práce pod vysokým zatížením bez rizika poruchy;

· Jediným mechanismem opotřebení ovlivňujícím životnost jsou ložiska;

· Možnost rezonance;

· Konstantní spotřeba energie bez ohledu na zatížení;

· Pokles točivého momentu při vysokých otáčkách;

· Nedostatek zpětné vazby během polohování;

· Špatná opravitelnost.

Obrázek - DIY oprava servomotoru

Servomotor (servomotor) je elektromotor s negativní zpětnou vazbou, který umožňuje přesně řídit parametry pohybu za účelem dosažení požadované rychlosti nebo dosažení požadovaného úhlu natočení. Součástí servomotoru je samotný elektromotor, zpětné čidlo, napájecí a řídicí jednotka.

Konstrukční vlastnosti elektromotorů pro servopohon se příliš neliší od běžných elektromotorů se statorem a rotorem, pracujících na stejnosměrný i střídavý proud, s kartáči i bez nich.Zvláštní roli zde hraje zpětnovazební čidlo, které lze instalovat jak přímo do samotného motoru, tak přenášet data o poloze rotoru a určovat jeho polohu vnějšími znaky. Na druhou stranu je provoz servomotoru nemyslitelný bez napájecí a řídicí jednotky (aka invertoru nebo servozesilovače), která převádí napětí a frekvenci proudu dodávaného do elektromotoru a tím řídí jeho činnost.

· Vysoký výkon s malými rozměry;

· Rychlé zrychlení a zpomalení;

· Nepřetržité a nepřerušované sledování polohy;

· Nízká hladina hluku, absence vibrací a rezonance;

· Široký rozsah rychlosti otáčení;

· Stabilní práce v širokém rozsahu rychlostí;

· Nízká hmotnost a kompaktní design;

· Nízká spotřeba energie při nízkém zatížení.

· Náročné na pravidelnou údržbu (například s výměnou kartáčů);

· Složitost zařízení (přítomnost senzoru, napájecí a řídicí jednotky) a logika jeho provozu.

Při porovnávání charakteristik servopohonu a krokového motoru byste měli věnovat pozornost především jejich výkonu a ceně.

Pro výrobu MDF fasád v malém podniku pracujícím s malými objemy si myslím, že není třeba přeplácet instalaci drahých servomotorů na CNC frézku. Na druhou stranu, pokud podnik usiluje o dosažení maximálních možných objemů výroby, pak nemá smysl zlevňovat nízkovýkonné krokové motory pro CNC.

Servomotory se používají nejen v leteckém modelářství a robotice, ale najdou uplatnění i v domácích spotřebičích. Malé rozměry, vysoký výkon a také snadné ovládání servomotoru je činí nejvhodnějšími pro dálkové ovládání různých zařízení.

Kombinované použití servomotorů s přijímacím-vysílacím rádiovým modulem nečiní potíže, stačí na straně přijímače jednoduše připojit k servomotoru odpovídající konektor obsahující napájecí napětí a řídicí signál a je hotovo.

Pokud ale chceme servomotor ovládat "ručně" např. pomocí potenciometru, potřebujeme generátor impulsního řízení.

Níže je uveden poměrně jednoduchý obvod generátoru založený na integrovaném obvodu 74HC00.

Tento obvod umožňuje ruční ovládání servomotorů dodáváním řídicích impulsů o šířce 0,6 až 2 ms. Schéma lze použít například pro otáčení malých antén, venkovních reflektorů, CCTV kamer atd.

Základem obvodu je mikroobvod 74HC00 (IC1), který se skládá ze 4 hradel NAND. Na prvcích IC1A a IC1B je vytvořen generátor, na jehož výstupu se tvoří impulsy o frekvenci 50 Hz. Tyto impulsy aktivují RS klopný obvod, který se skládá z hradel IC1C a IC1D.

Přečtěte si také:  Oprava luxusního ohřívače vody svépomocí

Obrázek - DIY oprava servomotoru

S každým impulsem přicházejícím z generátoru se výstup IC1D nastaví na "0" a kondenzátor C2 se vybije přes rezistor R2 a potenciometr P1. Pokud napětí na kondenzátoru C2 klesne na určitou úroveň, pak RC obvod převede prvek do opačného stavu. Na výstupu tedy dostáváme obdélníkové impulsy s periodou 20 ms. Šířka pulzu se nastavuje potenciometrem P1.

Například servopohon Futaba S3003 mění úhel natočení hřídele o 90 stupňů díky řídicím impulsům o délce 1 až 2 ms. Pokud změníme šířku impulsu z 0,6 na 2 ms, pak je úhel natočení až 120°. Komponenty v obvodu jsou voleny tak, aby výstupní impuls byl v rozsahu 0,6 až 2 ms, a proto úhel instalace byl 120°. Servomotor S3003 od Futaby má dostatečně velký točivý moment a proudový odběr se může pohybovat v řádu desítek až stovek mA v závislosti na mechanické zátěži.

Obrázek - DIY oprava servomotoru

Obrázek - DIY oprava servomotoru

Řídicí obvod servomotoru je sestaven na oboustranné desce plošných spojů o rozměrech 29 x 36 mm.Instalace je velmi jednoduchá, takže s montáží zařízení si hravě poradí i začínající radioamatér.

Ventilové motory jsou synchronní bezkomutátorové (bezkomutátorové) stroje. Na rotoru jsou permanentní magnety z kovů vzácných zemin, na statoru je vinutí kotvy. Vinutí statoru jsou spínána polovodičovými výkonovými spínači (tranzistory) tak, aby vektor magnetického pole statoru byl vždy kolmý na vektor magnetického pole rotoru - k tomu slouží snímač polohy rotoru (Hallův snímač nebo kodér). Fázový proud je řízen PWM modulací a může být lichoběžníkový nebo sinusový.

Plochý rotor lineárního motoru je vyroben z permanentních magnetů vzácných zemin. Principiálně je to podobné jako u ventilového motoru.

Krokové motory mají na rozdíl od synchronních strojů s plynulou rotací výrazné póly na statoru, na kterých jsou umístěny cívky řídicích vinutí - jejich komutace je prováděna externím pohonem.

Zvažte princip činnosti reaktivního krokového motoru, ve kterém jsou zuby umístěny na pólech statoru a rotor je vyroben z měkké magnetické oceli a má také zuby. Zuby na statoru jsou umístěny tak, že v jednom kroku je magnetický odpor menší podél podélné osy motoru a na druhém - podél příčné. Pokud diskrétně vybudíte vinutí statoru stejnosměrným proudem v určité sekvenci, pak se rotor při každé komutaci otočí o jeden krok rovnající se rozteči zubů na rotoru.

Některé modely frekvenčních měničů mohou pracovat jak se standardními indukčními motory, tak se servomotory. To znamená, že hlavní rozdíl mezi servy není ve výkonové části, ale v řídicím algoritmu a rychlosti výpočtů. Protože program využívá informace o poloze rotoru, má servo rozhraní pro připojení kodéru namontovaného na hřídeli motoru.

Servosystémy využívají principu podřízené vedení: proudová smyčka je podřízena rychlostní smyčce, která je zase podřízena polohové smyčce (viz teorie automatického řízení). Nejvnitřnější smyčka, proudová smyčka, se ladí jako první, následuje rychlostní smyčka a jako poslední je poziční smyčka.

Proudová smyčka vždy implementován v servo.

Rychlostní smyčka (stejně jako snímač rychlosti) je také vždy přítomen v servosystému, může být realizován jak na bázi servoregulátoru zabudovaného v pohonu, tak i externího.

Umístěte obrys slouží k přesnému polohování (například posuvové osy u CNC strojů).

Pokud nejsou žádné vůle v kinematických spojeních mezi akčním členem (tabulkou souřadnic) a hřídelí motoru, pak se souřadnice nepřímo přepočítávají podle hodnoty kruhového enkodéru. V případě vůlí je na pohon instalován přídavný snímač polohy (který je připojen k servoměniči) pro přímé měření souřadnic.

To znamená, že v závislosti na konfiguraci rychlostních a polohových smyček se zvolí vhodný servoregulátor a servopohon (ne každý servoregulátor umí polohovou smyčku implementovat!).

  • Polohování
  • Interpolace
  • Synchronizace, elektronický převod (Gear)
  • Přesné ovládání rychlosti otáčení (vřeteno stroje)
  • Elektronická kamera
  • Programovatelný logický ovladač.

Obecně se servosystém (Motion Control System) může skládat z následujících zařízení:

  • Servomotor s kruhovým snímačem zpětné vazby otáček (může také fungovat jako snímač polohy rotoru)
  • Servo Gear
  • Snímač polohy akčního členu (např. lineární enkodér pro souřadnice osy posuvu)
  • Servopohon
  • Servo ovladač (Motion Controller)
  • Rozhraní operátora (HMI).

PODOBNÉ ČLÁNKYVÍCE OD AUTORA