como funcionam os servomotores Qual é o princípio de funcionamento do servo e como controlar o ângulo de rotação? Faça o robô obedecer

Você comprou com entusiasmo umservo, na esperança de equipar o robô com uma cabeça flexível, mas quando você o conectou, ele não se moveu ou girou, completamente desobediente. Como isso funciona? Se você não entender o princípio, o projeto irá travar. Não se preocupe, hoje vamos explicar com clareza para que você possa começar a usá-lo após lê-lo.

Qual é o princípio de funcionamento do aparelho de direção?

Você deve ter ouvido falar que um mecanismo de direção também é chamado deservomotor e a palavra "servo"é a chave. Simplificando, ele não gira estupidamente como um motor comum. Ele pode entender as instruções e girar com precisão em qualquer ângulo que você desejar. Por trás disso está um sistema de controle de circuito fechado.

O que é um circuito fechado? Você pode pensar nisso como tocar o nariz com as mãos e os olhos fechados. É fácil perder o toque, mas se você abrir os olhos e olhar, sua mão se ajustará a qualquer momento de acordo com o desvio visto pelos seus olhos e, finalmente, tocará com precisão. O mesmo vale para a caixa de direção, que possui “olhos” em seu interior que estão sempre observando sua posição.

Quais peças estão dentro da caixa de direção?

Abra a caixa do servo e você verá um mundo pequeno e requintado à sua frente. Seus componentes principais incluem três coisas: um motor DC, um conjunto de engrenagens de redução e um sensor de posição, geralmente um potenciômetro. O motor é responsável pela geração de energia. Porém, sua velocidade é muito rápida, mas sua potência é pequena, por isso precisa de um conjunto de marchas para desacelerar e aumentar o torque. Só então o eixo de saída do servo terá potência suficiente para girar as juntas do robô.

A estrutura interna da caixa de direção é muito delicada e todas as peças funcionam juntas. O motor DC serve como fonte de energia e fornece energia continuamente. Esse conjunto de engrenagens de redução desempenha um papel fundamental, reduzindo efetivamente a velocidade do motor e aumentando o torque, garantindo que o eixo de saída tenha potência suficiente. O sensor de posição, também conhecido como potenciômetro, detecta e realimenta com precisão as informações de posição do eixo de saída da caixa de direção, obtendo assim um controle preciso. Esses três componentes principais cooperam entre si para construir o pequeno mundo requintado do mecanismo de direção, para que ele possa fornecer suporte de energia para as articulações do robô de maneira estável e precisa.

Esse potenciômetro é o “olho” do servo. Ele está conectado ao eixo de saída. Onde quer que o eixo gire, sua resistência muda, de modo que o circuito de controle conhece o ângulo real atual. A cooperação do motor, da engrenagem e do potenciômetro constitui a base para o controle preciso da caixa de direção.

Como conectar o sinal de controle do volante

Se você quiser que o servo se mova, você deve enviar um comando. Este comando é um sinal PWM, que é um sinal de modulação por largura de pulso. Geralmente, existem três fios no servo, alimentação, aterramento e sinal. Você conecta a linha de sinal ao pino PWM da placa de controle (por exemplo) e depois escreve a largura do pulso no programa.

Na verdade, o princípio de controle não é complicado. Seu período é definido em 20 milissegundos fixos, e a duração do nível alto, ou seja, a largura do pulso, determina o ângulo final. Especificamente, uma largura de pulso de 1 milissegundo corresponde a 0 graus, uma largura de pulso de 1,5 milissegundos corresponde a 90 graus e uma largura de pulso de 2 milissegundos corresponde a 180 graus. A placa de controle enviará esses sinais de pulso 50 vezes por segundo. O circuito dentro do servo interpretará esses pulsos e os utilizará para acionar o motor. O motor não irá parar até que o ângulo realimentado pelo potenciômetro atinja o ângulo alvo.

A diferença entre caixa de direção analógica e caixa de direção digital

Existem dois tipos de servos no mercado: analógicos e digitais, que impactam na escolha do seu projeto. O servo analógico é uma pessoa honesta. Após receber o sinal PWM, ele fornece energia ao motor a uma frequência de 50 vezes por segundo de acordo com o comando de posição no sinal. Se o comando não mudar, ele será mantido, mas a força de retenção (torque) irá flutuar um pouco.

Servos digitais são muito mais inteligentes. Eles têm um microprocessador dentro. Depois de receber o sinal PWM, ele não simplesmente o encaminha, mas usa um sinal de frequência mais alta (como 300 vezes por segundo) para acionar o motor. Isso significa que ele responde mais rapidamente aos desvios, proporciona um torque de retenção maior e mais suave e um posicionamento mais preciso. É claro que os servos digitais também são um pouco mais caros.

Quais parâmetros devem ser considerados ao selecionar uma caixa de direção?

Na hora de escolher um servo para o produto que você deseja fabricar, não basta apenas olhar o tamanho. O primeiro parâmetro chave é o torque, geralmente em kg·cm, que significa o peso que pode ser afastado 1 cm do eixo de rotação. Você deve estimar quanto peso seu braço robótico levantará e quanta força será necessária, e então deixar alguma margem para escolher um servo.

O segundo é velocidade e tamanho. A velocidade é expressa em segundos/60 graus. Veja quanto tempo leva para girar 60 graus. Para projetos como robôs quadrúpedes que exigem resposta rápida, a velocidade é muito importante. Além disso, também depende do tamanho e peso. Especialmente ao fazer micro drones ou pequenos robôs, o espaço é escasso e deve caber nele.

Em quais projetos os mecanismos de direção são usados?

Depois de entender os princípios e parâmetros, o servo poderá mostrar seus talentos em suas mãos. O mais comum é fazer juntas robóticas. Desde simples braços robóticos, robôs humanóides, até cães-robôs complexos, cada grau de liberdade de movimento depende disso. Você pode usá-lo para controlar movimentos finos, como agarrar e levantar as pernas.

Além de serem amplamente utilizados na área de robótica, os servos também são muito comuns em modelos de carros inteligentes. Sua principal função é controlar a direção com precisão. Em alguns projetos criativos, o mecanismo de direção também desempenha um papel importante. Por exemplo, uma cabeça de panorâmica/inclinação automática pode estabilizar efetivamente a câmera com a ajuda de um servo para garantir a suavidade da foto; ou pode fazer um virador de página automático e usar o servo para obter movimentos precisos de virar a página; pode até criar uma cauda de peixe biônica e usar o servo para simular o efeito de balanço flexível de uma cauda de peixe. Resumindo, contanto que você tenha requisitos precisos de controle de ângulo, um servo é basicamente a melhor escolha.

Se você deseja obter sugestões mais específicas de seleção de caixas de direção, você pode pesquisar no site oficial da marca de seu interesse, como "" ou "", verificar cuidadosamente suas ricas linhas de produtos e casos de aplicação práticos e aprender com a experiência para que você possa selecionar com mais precisão os produtos de caixas de direção que atendem às necessidades do seu projeto.

Depois de ler tanto, quais projetos você tem em mãos agora e planeja usar servos? Você está planejando construir um braço robótico que possa servir café ou adicionar um controle remoto ao carrinho de brinquedo do seu filho? Converse sobre seus pensamentos na área de comentários e deixe todos abrirem os olhos. A propósito, dê um like e compartilhe para que mais amigos makers possam ver este artigo.