O princípio da rotação do mecanismo de direção: você pode aprender depois de aprender! Como controlar o ângulo com sinal PWM para obter um posicionamento preciso sem atraso

Falando sobreservos, você já se deparou com esta situação: você comprou umservocom muita alegria, mas depois de muito mexer nele, ele continuou tremendo ou ficou preso no meio da rotação, recusando-se completamente a obedecer às suas ordens? Não se preocupe, provavelmente é porque você não entende como isso acontece. Somente compreendendo o princípio de funcionamento do mecanismo de direção você poderá realmente controlá-lo e fazê-lo obedecer às suas palavras.

Por que o mecanismo de direção pode parar com precisão em um determinado ângulo?

Você pode estar curioso, por que oservoparar continuamente no ângulo especificado se você der um sinal, em vez de girar como um motor CC comum? Isto se deve ao seu “sistema de controle de circuito fechado” interno. Simplificando, a caixa de direção integra um motor, uma engrenagem de redução e um sensor de posição (geralmente um potenciômetro).

Quando você envia um comando de posição alvo ao servo através da linha de sinal, o circuito de controle comparará imediatamente a posição atual com a posição alvo desejada. Se houver um desvio, ele fará com que o motor gire até que a posição realimentada pelo sensor seja consistente com a posição alvo que você forneceu e o motor não irá parar. Este processo pode ser realizado dezenas ou centenas de vezes por segundo, de modo que o movimento do servo que você vê é preciso e suave.

Como o sinal de controle faz o mecanismo de direção girar?

Esta é provavelmente a parte mais confusa. Normalmente usamos a porta GPIO de um microcontrolador (como um microcontrolador) para enviar uma onda PWM ao servo. Como pode se tornar uma força de mudança? Na verdade, o chip de controle dentro do servo é como um tradutor, especializado em interpretar esse sinal PWM.

Este sinal PWM possui um parâmetro chave denominado “largura de pulso”, que é a duração do nível alto. Para a maioria dos servos padrão, esse tempo varia entre 0,5ms e 2,5ms. Depois que o chip de controle interpretar esse período de tempo, você saberá para qual ângulo deseja que ele gire. Por exemplo, uma largura de pulso de 1,5 ms geralmente corresponde à posição intermediária (90 graus), enquanto 0,5 ms e 2,5 ms correspondem a dois ângulos extremos (0 graus e 180 graus), respectivamente.

Como a estrutura interna da caixa de direção funciona em conjunto

Se você desmontar o mecanismo de direção e olhar para ele, descobrirá que há um microssistema delicadamente projetado em seu interior. O cérebro central é a pequena placa de circuito de controle que recebe suas instruções e faz julgamentos. A parte de execução é um potente motor DC, que pode girar em alta velocidade, mas com pequeno torque.

Para permitir que a potência do motor realmente acione o volante pesado, o conjunto de engrenagens de redução é útil. Eles reduzem a rotação em alta velocidade do motor e ao mesmo tempo amplificam o torque dezenas ou até centenas de vezes. A última parte importante é o potenciômetro de posição de feedback, que está conectado ao eixo de saída e informa ao cérebro em tempo real: "Senhor, agora estamos nos movendo para esta posição!" Essas quatro partes trabalham juntas para formar um mecanismo de direção completo que controla onde acertar.

Qual é a diferença entre um servo de rotação contínua e um servo padrão?

Muitos amigos usarão o servo de rotação contínua como um servo comum, apenas para descobrir que ele está completamente fora de controle e pensarão que está quebrado. Esses dois tipos de servos são essencialmente diferentes em princípio. Para um servo padrão, o que controlamos é a sua posição absoluta e o deixamos parar em um determinado ângulo.

Quando o servo é girado continuamente, o feedback do potenciômetro interno é desconectado e o circuito de controle é alterado para um controlador de velocidade e direção. Neste momento, o sinal PWM que você envia não representa mais o ângulo alvo, mas representa a velocidade de rotação e a direção desejada. Uma largura de pulso de 1,5ms significa parada, se for menor que isso, girará em uma direção, se for maior que isso, girará na direção oposta. Se precisar de rodas motrizes, escolha a certa, não confunda.

Como escolher o mecanismo de direção adequado de acordo com o cenário de aplicação

Depois de entender o princípio, o próximo passo é como escolher uma caixa de direção. Você não pode esperar que um micro servo de 9g empurre o grande braço do braço robótico, ele definitivamente irá soltar fumaça. A chave é observar três parâmetros principais: torque, velocidade e faixa de ângulo.

️Torque: Geralmente expresso em kg·cm, significa quantos quilogramas de peso o braço do momento pode puxar quando tem 1 cm de comprimento. Quanto mais pesado você arrastar, mais torque precisará.

️Velocidade: refere-se a quantos segundos leva para o servo girar 60 graus, como 0,12 segundos/60 graus. Quanto mais rápida for a velocidade, maior será a capacidade de resposta, mas o consumo de energia e a instabilidade correspondentes também poderão ser maiores.

️Ângulofaixa: A maioria tem 180 graus, mas também existem 360 graus e servos de ângulo especial. Se o seu projeto exigir múltiplas rotações, como para um gimbal, os servos padrão não funcionarão. Você deve usar os servos de rotação contínua ou servos multivoltas mencionados acima.

Por que a fonte de alimentação insuficiente faz com que o mecanismo de direção gire aleatoriamente?

Este é o problema mais comum e problemático ao brincar com servos. Você escreve o programa e liga a energia com total expectativa, mas o servo treme como uma convulsão, fica fraco ou gira para uma posição estranha. Nove em cada dez vezes, o problema é a fonte de alimentação.

A demanda atual quando o servo é iniciado e bloqueado é muito grande. A corrente instantânea de um servo padrão pode atingir 1-2 amperes. Se você usar diretamente o pino de 5V para alimentá-lo, ele será puxado para baixo instantaneamente, fazendo com que a tensão caia e o sistema de controle seja reiniciado. É como se a voltagem da comunidade estivesse instável, o computador fosse reiniciado. A solução é simples: alimentar o servo separadamente e conectar seus fios de alimentação e terra ao fio terra do circuito de controle para garantir que o “cérebro” e os “músculos” tenham suas próprias refeições.

Depois de conversar tanto, desde a interpretação do sinal até a estrutura interna, passando pela seleção do modelo e fonte de alimentação, acredito que você já tenha um entendimento mais claro sobre servos. Não sei qual função interessante você mais deseja usar o servo para alcançar em seu projeto real? Bem-vindo a deixar uma mensagem na área de comentários para compartilhar sua criatividade, vamos discutir isso juntos! Se você acha que este artigo é útil para você, não se esqueça de curtir e compartilhar com seus amigos que também jogam eletrônicos ~