come funzionano i servomotori Qual è il principio di funzionamento del servo e come controllare l'angolo di rotazione? Fai obbedire il robot

Hai comprato con entusiasmo unservo, sperando di dotare il robot di una testa flessibile, ma quando lo collegavi non si muoveva o girava su se stesso, completamente disobbediente. Come funziona questa cosa? Se non si capisce il principio, il progetto si bloccherà. Non preoccuparti, oggi lo spiegheremo chiaramente in modo che tu possa iniziare a usarlo dopo averlo letto.

Qual è il principio di funzionamento dello sterzo?

Potresti aver sentito che una scatola dello sterzo è anche chiamata aservomotore e la parola "servo" è la chiave. In poche parole, non gira semplicemente stupidamente come un normale motore. Può comprendere le istruzioni e girare con precisione in qualsiasi angolazione desiderata. Dietro questo c'è un sistema di controllo a circuito chiuso.

Cos'è un circuito chiuso? Puoi immaginarlo come toccarti il ​​naso con le mani con gli occhi chiusi. È facile non notare il tocco, ma se apri gli occhi e guardi, la tua mano si adatterà in qualsiasi momento in base alla deviazione vista dai tuoi occhi e alla fine la toccherà con precisione. Lo stesso vale per la scatola dello sterzo, che al suo interno ha degli “occhi” che ne controllano sempre la posizione.

Quali parti ci sono all'interno della scatola dello sterzo?

Apri l'involucro del servo e vedrai un mondo piccolo e squisito davanti a te. I suoi componenti principali includono tre cose: un motore CC, una serie di riduttori e un sensore di posizione, solitamente un potenziometro. Il motore è responsabile della generazione di energia. Tuttavia, la sua velocità è troppo elevata ma la sua potenza è ridotta, quindi ha bisogno di un cambio per decelerare e aumentare la coppia. Solo allora l'albero di uscita del servo avrà potenza sufficiente per ruotare i giunti del robot.

La struttura interna dello sterzo è molto delicata e tutte le parti lavorano insieme. Il motore CC funge da fonte di alimentazione ed emette potenza ininterrottamente. Questo set di riduttori svolge un ruolo chiave, riducendo efficacemente la velocità del motore e aumentando la coppia, garantendo che l'albero di uscita abbia potenza sufficiente. Il sensore di posizione, noto anche come potenziometro, rileva e restituisce con precisione le informazioni sulla posizione dell'albero di uscita dello sterzo, ottenendo così un controllo preciso. Questi tre componenti principali cooperano tra loro per costruire il piccolo mondo squisito dello sterzo, in modo che possa fornire in modo stabile e preciso supporto di potenza per i giunti del robot.

Quel potenziometro è l'"occhio" del servo. È collegato all'albero di uscita. Ovunque giri l'albero, la sua resistenza cambia, in modo che il circuito di controllo conosca l'angolo effettivo corrente. La cooperazione tra motore, cambio e potenziometro costituisce la base per un controllo preciso della scatola dello sterzo.

Come collegare il segnale di controllo della scatola dello sterzo

Se vuoi che il servo si muova, devi inviargli un comando. Questo comando è un segnale PWM, ovvero un segnale di modulazione dell'ampiezza dell'impulso. Generalmente, ci sono tre fili sul servo: alimentazione, terra e segnale. Collegare la linea del segnale al pin PWM della scheda di controllo (ad esempio), quindi scrivere l'ampiezza dell'impulso nel programma.

Il principio di controllo in realtà non è complicato. Il suo periodo è impostato su un valore fisso di 20 millisecondi e la durata del livello alto, ovvero l'ampiezza dell'impulso, determina l'angolo finale. Nello specifico, una larghezza di impulso di 1 millisecondo corrisponde a 0 gradi, una larghezza di impulso di 1,5 millisecondi corrisponde a 90 gradi e una larghezza di impulso di 2 millisecondi corrisponde a 180 gradi. La scheda di controllo invierà tali segnali di impulso 50 volte al secondo. Il circuito all'interno del servo interpreterà questi impulsi e li utilizzerà per azionare il motore. Il motore non si fermerà finché l'angolo restituito dal potenziometro non raggiunge l'angolo target.

La differenza tra sterzo analogico e sterzo digitale

Esistono due tipi di servi sul mercato: analogici e digitali, che hanno un impatto sulla scelta del progetto. Il servo analogico è una persona onesta. Dopo aver ricevuto il segnale PWM, fornisce alimentazione al motore ad una frequenza di 50 volte al secondo in base al comando di posizione nel segnale. Se il comando non cambia, manterrà la posizione, ma la forza di tenuta (coppia) fluttuerà leggermente.

I servi digitali sono molto più intelligenti. Hanno un microprocessore all'interno. Dopo aver ricevuto il segnale PWM, non lo inoltra semplicemente, ma utilizza un segnale a frequenza più elevata (ad esempio 300 volte al secondo) per azionare il motore. Ciò significa che risponde più velocemente alle deviazioni, fornisce una coppia di tenuta più fluida e maggiore e un posizionamento più preciso. Naturalmente anche i servi digitali sono leggermente più costosi.

Quali parametri dovrebbero essere considerati quando si sceglie una scatola dello sterzo?

Quando si sceglie un servo per il prodotto che si desidera realizzare, non è sufficiente guardare solo le dimensioni. Il primo parametro chiave è la coppia, solitamente in kg·cm, che significa il peso che può essere allontanato di 1 cm dall'asse di rotazione. Devi stimare quanto peso solleverà il tuo braccio robotico e quanta forza richiederà, quindi lasciare un certo margine per scegliere un servo.

Il secondo è la velocità e le dimensioni. La velocità è espressa in secondi/60 gradi. Guarda quanto tempo impiega per girare di 60 gradi. Per progetti come i robot quadrupedi che richiedono una risposta rapida, la velocità è molto importante. Inoltre, dipende anche dalle dimensioni e dal peso. Soprattutto quando si realizzano microdroni o piccoli robot, lo spazio è prezioso e deve potersi adattare.

In quali progetti vengono utilizzati gli ingranaggi dello sterzo?

Una volta compresi i principi e i parametri, il servo sarà in grado di mostrare il suo talento nelle tue mani. Il più comune è realizzare giunti robotici. Dai semplici bracci robotici, ai robot umanoidi, ai complessi cani robot, ogni grado di libertà di movimento dipende da esso. Puoi usarlo per controllare movimenti fini come afferrare e sollevare le gambe.

Oltre ad essere ampiamente utilizzati nel campo della robotica, i servo sono molto comuni anche sui modelli di auto intelligenti. La loro funzione principale è controllare accuratamente lo sterzo. In alcuni progetti creativi, anche la scatola dello sterzo gioca un ruolo importante. Ad esempio, una testa di panoramica/inclinazione automatica può stabilizzare efficacemente la fotocamera con l'aiuto di un servo per garantire la fluidità dello scatto; oppure può realizzare un girapagina automatico e utilizzare il servo per ottenere movimenti precisi di girapagina; può persino creare una coda di pesce bionica e utilizzare il servo per simulare l'effetto oscillante flessibile di una coda di pesce. In breve, finché si hanno requisiti precisi di controllo dell’angolo, un servo è fondamentalmente la scelta migliore.

Se desideri ottenere suggerimenti più specifici per la selezione dello sterzo, potresti cercare nel sito web ufficiale del marchio che ti interessa, come "" o "", controllare attentamente le loro ricche linee di prodotti e casi pratici di applicazione e imparare dall'esperienza in modo da poter selezionare con maggiore precisione i prodotti dello sterzo che soddisfano le esigenze del tuo progetto.

Dopo aver letto così tanto, quali progetti hai a portata di mano ora su cui prevedi di utilizzare i servo? Stai pensando di costruire un braccio robotico in grado di versare il caffè o di aggiungere un telecomando alla macchinina di tuo figlio? Parla dei tuoi pensieri nell'area commenti e lascia che tutti aprano gli occhi. A proposito, dagli un mi piace e condividilo in modo che più amici creatori possano vedere questo articolo.