Como escolher um mecanismo de direção? Fórmula de cálculo de torque e método de seleção de modelo

Amigos que já trabalharam com robôs ou aeromodelos devem ter tido essa experiência: ficaram entusiasmados para começar a trabalhar, mas acabaram se deslumbrando com uma série de parâmetros do leme. Torque, velocidade, tamanho, método de controle... qual devo escolher para que meu projeto funcione perfeitamente? Não se preocupe, vamos esclarecer esse assunto hoje para que você não precise mais se preocupar em escolher umservono futuro.

Como escolher umservocom base no cálculo de torque

A primeira coisa a considerar ao escolher umservoé o torque, que determina diretamente se o seu braço robótico pode levantar coisas ou se o carro pode funcionar normalmente. Se o torque não for suficiente, o servo ficará preso ou até queimará. Como calcular isso?

Temos que primeiro estimar quanta força seu mecanismo exigirá. Por exemplo, se você quiser fazer um gimbal com dois graus de liberdade e configurar uma câmera, será necessário calcular a distância do centro de gravidade da câmera ao eixo servo e, em seguida, multiplicá-la pelo peso da câmera e do suporte. Normalmente é necessária uma margem de 1,5 a 2 vezes porque haverá impacto inercial durante a inicialização e movimento.

Calcule o torque necessário e, em seguida, observe a unidade de torque na tabela de parâmetros da caixa de direção, que geralmente é kg·cm (quilograma força·centímetro). Por exemplo, se você calcula que precisa de 2kg·cm, então é melhor escolher um servo com classificação nominal de 3kg·cm ou mais. Desta forma, durante a operação real, a caixa de direção não funcionará com carga elevada por muito tempo e a vida útil será maior.

Qual é a diferença entre servos digitais e servos analógicos?

Esta pode ser uma das questões mais confusas para muitos novatos. Simplificando, a principal diferença entre servos analógicos e servos digitais é o método de processamento de sinal. O servo analógico funciona recebendo um sinal PWM de 50 Hz. Possui um comparador interno que compara constantemente o sinal de entrada com o sinal de feedback do potenciômetro.

O servo digital possui um microprocessador adicional interno, que pode acionar o motor em uma frequência mais alta (como 300 Hz). Isso traz dois benefícios: primeiro, a velocidade de resposta é mais rápida, quase sem atraso; segundo, o torque na inicialização é maior e a força de retenção perto do ponto neutro é mais forte e não é propensa a pequenos tremores como os servos analógicos.

Porém, os servos digitais também apresentam desvantagens, ou seja, são mais caros, e por trabalharem em altas frequências consomem mais energia em standby que os servos analógicos. Portanto, se você fizer apenas um carro com controle remoto simples, o servo analógico é completamente suficiente e econômico. Mas se você quiser jogar com robôs FPV ou braços robóticos de alta precisão, os servos digitais são a sua preferência.

Como combinar a tensão e a velocidade do mecanismo de direção

Muitas pessoas compram de volta o servo e o conectam diretamente à bateria, apenas para descobrir que ele gira lentamente ou solta fumaça diretamente. Isso ocorre porque não entendo a relação entre tensão e velocidade. A velocidade do mecanismo de direção é basicamente proporcional à tensão. Quanto maior a tensão, mais rápido o mecanismo de direção girará e o torque aumentará ligeiramente.

Mas esteja ciente de que cada tipo de servo possui uma faixa nominal de tensão operacional. Por exemplo, servos comuns são de 4,8V a 6V. Se você colocar uma bateria de lítio de 7,4 V, ela poderá queimar em um instante. Portanto, certifique-se de ler primeiro o manual do servo para confirmar a faixa de tensão e, em seguida, selecione o módulo de estabilização de tensão ou a bateria correspondente. Por exemplo, se você precisar de um servo de direção de resposta rápida, poderá escolher uma tensão um pouco mais alta dentro da faixa permitida.

Além disso, quanto mais rápida for a velocidade, melhor. Para articulações que requerem controle preciso, uma velocidade um pouco mais lenta facilitará o controle sem ultrapassar. O saldo deve ser baseado no cenário real da sua aplicação. Por exemplo, o modelo do carro deve girar rapidamente, enquanto a inclinação do gimbal deve ser suave.

Como ler a tabela de parâmetros do servo

Quando se deparam com uma tabela de parâmetros de servo, muitas pessoas focam apenas no torque. Na verdade, há muitas informações importantes. A tabela de parâmetros geralmente lista a velocidade sem carga em segundos/60 graus, o que significa quantos segundos leva para o servo girar 60 graus. Quanto menor for esse valor, mais rápido será o servo.

Há também o parâmetro zona morta, que se refere à alteração mínima do sinal de entrada que o servo pode distinguir. Quanto menor a zona morta, mais sensível o servo responderá a pequenas instruções e mais preciso será o posicionamento. Por exemplo, se a zona morta for 1μs, ela poderá distinguir pequenas mudanças de ângulo. Além disso, o material da engrenagem também é muito importante. Os dentes de plástico são baratos, mas fáceis de varrer. Os dentes de metal são fortes, mas pesados ​​e podem apresentar uma pequena lacuna.

O método de controle também depende do método de controle. A maioria dos servos é controlada por sinais PWM comuns, mas também existem alguns servos inteligentes que suportam comunicação serial e podem fornecer informações como ângulo, temperatura, tensão, etc. Não compre apenas para descobrir que não sabe como usá-lo.

Qual caixa de direção deve ser escolhida em diferentes cenários de aplicação?

Para diferentes tipos de projetos, o foco da seleção do mecanismo de direção é completamente diferente. Por exemplo, se você estiver fazendo um robô biônico, como um robô hexápode ou bípede, que possui muitas articulações e é sensível ao peso, então você precisa escolher um servo digital com peso leve e torque moderado, e de preferência com engrenagens de metal, pois esse tipo de robô terá um grande impacto quando cair.

Se você estiver construindo um robô subaquático ou equipamento de exploração, você deve considerar um leme à prova d'água ou até mesmo um leme anticorrosivo personalizado. Para brinquedos impressos em 3D ou kits educativos, o custo é a primeira prioridade. Servos analógicos comuns são suficientes e você não se sentirá mal se eles quebrarem.

Outro cenário são as corridas de alta velocidade, como carros e barcos com controle remoto. A caixa de direção requer resposta rápida e torque suficiente, por isso o parâmetro de velocidade é muito importante. Aplicações como braços robóticos e gimbals colocam mais ênfase na precisão do posicionamento repetitivo e no tamanho da zona morta do servo para garantir movimentos suaves e precisos.

Preste atenção às dimensões de instalação e métodos de fixação da caixa de direção

Este último ponto é particularmente fácil de ignorar. Foi difícil calcular o torque e escolher o modelo, mas quando você o comprou, descobriu que os furos dos parafusos não correspondiam ou que o servo era grande demais para caber nas peças estruturais. Existem padrões para as dimensões dos servos. Os mais comuns incluem micro servos 9g, servos padrão e servos de alto torque.

Antes de imprimir em 3D ou comprar peças, certifique-se de verificar os desenhos tridimensionais ou desenhos dimensionais de instalação fornecidos pelo fabricante da caixa de direção. Observe a largura do terminal de montagem, o diâmetro do furo do parafuso e o espaçamento dos furos. Além disso, você também deve prestar atenção ao formato do eixo de saída do servo. Existem os de gume único e os em forma de cruz. O volante que você escolher deve corresponder.

Outro ponto é que a sequência da linha do servo também deve ser vista claramente. Diferentes marcas de linhas de sinal servo, linhas de energia e fios terra podem ter ordens diferentes. Se eles estiverem conectados incorretamente, o servo pode não funcionar, ou o servo ou mesmo a placa de controle principal podem queimar. Desenvolver o bom hábito de ler o manual pode evitar muitos problemas.

Ok, quase conversamos sobre como escolher um servo. Quero perguntar a você, depois de ler este artigo, você já sabe que tipo de servo precisa para o seu projeto? Existe algum parâmetro que você não percebeu antes? Bem-vindo a compartilhar suas idéias na área de comentários. Se você achar útil, não esqueça de curtir e encaminhar para seus amigos que brincam de robôs ao seu redor!