Comparando as vantagens e desvantagens do mecanismo de direção e do motor de passo, qual é mais adequado para robôs?

Ao se engajar na inovação de produtos, você tem dor de cabeça ao escolher entre umservoou um motor de passo? Os dois irmãos podem fazer as coisas andarem, mas têm temperamentos completamente diferentes. Se fizerem a escolha errada, os resultados serão, na melhor das hipóteses, insatisfatórios, ou todo o projeto terá que ser descartado e reiniciado. Não se preocupe, vamos separá-los e falar sobre eles detalhadamente hoje, e tenho certeza que você se sentirá confiante depois de ouvi-los.

Qual é a diferença entre uma caixa de direção e um motor de passo?

Simplificando, o leme é um “soldado obediente”. Você diz qual ângulo virar e ele gira sem dizer uma palavra. O motor de passo é mais parecido com um "contador diligente". São necessários tantos passos quanto você envia pulsos, e cada passo é contado claramente.

Oservoestá integrado com circuito de controle, potenciômetro e redutor. Você só precisa fornecer um sinal PWM e ele pode se ajustar sozinho à posição alvo em um circuito fechado. Os motores de passo não são tão inteligentes. Você precisa contar com um driver externo para enviar pulsos. Funciona completamente em circuito aberto. Depende de onde você vai. Mais um passo ou menos depende de suas instruções.

Essa diferença essencial determina diretamente para que tipo de trabalho eles são adequados.

Para quais projetos o mecanismo de direção é adequado?

A maior vantagem da caixa de direção é seu alto torque e tamanho reduzido. Apesar de seu pequeno tamanho, ele pode produzir mais de dez quilogramas de torque por menos de 100 yuans como um padrãoservo. Ele pode acionar diretamente o braço mecânico para pegar uma garrafa de água mineral sem qualquer pressão.

️ Outra vantagem é que a fiação é simples, com três fios: alimentação, terra e sinal. Você não precisa conhecer nenhum algoritmo PID, basta conectá-lo e enviar um comando de ângulo, e ele girará sozinho de forma constante. Ao fazer servo direção de carro inteligente ou juntas de robô biônico, escolher um servo nesses cenários é definitivamente a primeira escolha para tranquilidade.

Porém, também apresenta deficiências, ou seja, a faixa de rotação é limitada. Um servo comum só pode girar 180 graus. Se você quiser que ele gire continuamente, não tem como. Você tem que comprar um servo multivoltas especial, e o preço também subiu.

Quais são os pontos fortes dos motores de passo?

A especialidade dos motores de passo é o posicionamento preciso. Você envia 400 pulsos e ele dá uma volta completa. Se você enviar mais 400 pulsos, ele fará uma segunda volta e o erro não se acumulará. Para equipamentos como impressoras 3D e máquinas de gravação que exigem trajetórias repetidas, os motores de passo são a força principal absoluta.

Outra vantagem é que ele pode continuar girando sem qualquer limite de ângulo, podendo girá-lo quantas vezes quiser. Combinado com o trilho-guia de parafuso, é muito estável para movimentos alternativos de longa distância. Além disso, a lógica de controle é muito simples. Ao contrário do servo, que precisa ajustar a zona morta e o ponto central, o motor de passo tem uma forte “sensação de passo” quando atua.

A desvantagem é que o calor é evidente, principalmente quando o rotor fica bloqueado por muito tempo ou funcionando em baixa velocidade, fica um pouco quente ao toque. Além disso, o torque cairá mais rapidamente ao rodar em alta velocidade, ao contrário do servo que “faz maravilhas com muita força”.

As três questões mais preocupantes na escolha de um modelo

A primeira questão que muitas pessoas enfrentam é: se eu quiser alta precisão, preciso avançar? Não necessariamente. O servo é usado em cenários onde o mecanismo de direção é usado para mover mil libras, e a precisão é completamente suficiente, a menos que sua tolerância seja inferior a 0,1 mm.

A segunda confusão comum é: preciso de muita força, é melhor escolher um servo? Este é realmente o caso em cenários de média e baixa velocidade, mas se você deseja que o motor gire continuamente em alta velocidade, um acelerador e redutor de motor de passo é uma combinação melhor. O servo superaquecerá facilmente se girar continuamente por um longo período.

A terceira pergunta é: qual é mais fácil de começar? Definitivamente o mecanismo de direção. Você pode comprá-lo e conectar o cabo de sinal e ele funcionará. O motor de passo também precisa ser equipado com driver, ajuste de corrente e subdivisão. Os novatos podem ser facilmente confundidos com jumpers e interruptores DIP.

Como escolher o melhor negócio se você tem um orçamento limitado?

Se você estiver verificando um protótipo e tiver um orçamento de apenas algumas centenas de yuans, recomendo fortemente dar prioridade aos servos domésticos. Hoje em dia, servos de marcas como Huisheng e Yinyan, que custam apenas algumas dezenas de yuans, já são muito capazes e você não se sentirá mal se eles quebrarem.

Quanto ao motor de passo, se for uma aplicação de pequeno torque, compre um motor de passo 42 barato mais um driver. Um conjunto custa sessenta ou setenta yuans, o que é muito econômico. No entanto, observe que o número de subdivisões de drivers baratos pode ser falso e o ruído real pode ser muito alto.

Se for produção em massa, você deve estar disposto a gastar dinheiro no driver do motor de passo e substituí-lo por um chip de driver silencioso. A experiência geral da máquina será bastante melhorada e o usuário poderá sentir claramente que “esta coisa é bem feita”.

Como usá-lo em combinação em projetos reais

Tenho visto muitos gerentes de produto inteligentes que usam servos e motores de passo juntos. Por exemplo, ao fazer um braço robótico visual inteligente, o braço grande usa um motor de passo como módulo linear para realizar movimentos grandes e posicionamento repetido; a articulação do pulso usa um servo para realizar movimentos compactos e flexíveis.

Também há amigos que fazem slides fotográficos. Eles usam motores de passo para mover o slide, pois podem saber com precisão quantos milímetros ele se moveu; e use servos para inclinar o gimbal, pois ele tem resposta rápida, torque suficiente e pode suportar o peso da câmera.

Vale a pena aprender com esta ideia de “aproveitar os pontos fortes e evitar os pontos fracos”. Não seja cego para preto e branco. Quem disse que apenas um tipo de motor pode ser usado em um dispositivo?

Quando você deve abandonar decididamente o servo ou o stepper?

Se o seu projeto exige que o motor funcione em ambientes extremos, como alta temperatura, alta umidade e fortes vibrações, o potenciômetro do servo comum está sujeito a problemas. Neste caso, você deve usar um codificador de passo mais ou usar diretamente um servo sem escova.

Por outro lado, se for necessário um custo extremamente baixo e um grande volume, como fazer um lote de pequenos brinquedos, o custo do circuito de acionamento do motor de passo ainda será alto e a solução do mecanismo de direção terá mais vantagens.

Existe também um tipo de cenário que exige extremo silêncio. Mesmo que o motor de passo seja acionado silenciosamente, ele ainda emitirá um leve ruído de alta frequência. O som da rotação da engrenagem servo está mais próximo do ruído branco, que algumas pessoas acham mais confortável.

Não sei se o projeto em que você está trabalhando está travado com precisão insuficiente, resistência insuficiente ou se o orçamento excedeu o padrão. Bem-vindo ao bate-papo sobre os problemas de seleção que você encontra na área de comentários. Vou escolher algumas respostas detalhadas típicas. Se você achar este artigo útil, não se esqueça de curtir e compartilhá-lo com seus colegas de P&D.