Ilustração de alta definição do princípio do mecanismo de direção: fácil de entender a estrutura interna e o princípio de funcionamento

Você pode estar quebrando a cabeça para adicionar uma junta giratória flexível a um novo produto ou pode estar planejando construir um robô super legal. Neste caso, umservoserá sem dúvida a sua primeira escolha. Porém, quando você pesquisa com entusiasmo por “princípio do mecanismo de direção” na Internet, o conteúdo apresentado à sua frente é muito profissional, deixando você confuso e incapaz de entender seu significado; ou as imagens ficam borradas como um mosaico, impossibilitando entender como funciona.

Não se preocupe! Hoje usaremos a linguagem mais compreensível e imagens de alta definição que podem ser claramente imaginadas em nossas mentes para compreender completamente este pequeno mecanismo de direção.

Qual é o princípio de funcionamento do aparelho de direção?

Simplificando, o leme é uma “pequena governanta” que pode girar com precisão em um determinado ângulo. Você dá um comando, diz "girar 90 graus", e ele obedientemente girará 90 graus e permanecerá lá com firmeza, ao contrário dos motores comuns que continuam girando em círculos. Esta capacidade obediente depende inteiramente do seu sistema interno de controle de circuito fechado.

Como isso é implementado especificamente? O chip de controle recebe o sinal elétrico que você fornece, compara imediatamente a diferença entre a posição atual e a posição alvo, depois faz o motor girar e informa "onde você está agora" em tempo real por meio do circuito de feedback. Assim que atinge a posição alvo, ele para imediatamente. Todo o processo é rápido e preciso. Esta é a lógica central de funcionamento do mecanismo de direção.

Diagrama da estrutura interna da caixa de direção

Se você quiser realmente entender o mecanismo de direção, você deve desmontá-lo e observá-lo. Abra a caixa e você verá várias peças importantes: um motor DC é responsável por fornecer energia, um conjunto de engrenagens de redução para transformar a rotação de alta velocidade em força poderosa, um potenciômetro (apenas um resistor variável) para registrar a posição do eixo de saída em tempo real e uma placa de circuito de controle, que é o cérebro doservo.

Fica claro quando esses componentes estão conectados: o motor gira para acionar a engrenagem, a engrenagem aciona o eixo de saída, o eixo de saída é conectado ao potenciômetro e o potenciômetro transmite as informações do ângulo de volta para a placa de circuito. Essa série de ações é como uma linha de montagem, e cada elo é indispensável. Encontre um diagrama de estrutura interna de alta definição e compare-o para garantir que você possa se lembrar rapidamente de suas respectivas divisões de trabalho.

Como funciona o sinal de controle da caixa de direção?

Quer o aparelho de direção consiga compreender a fala humana ou não, ele depende inteiramente de sinais para se comunicar. Ele usa um sinal de onda quadrada chamado PWM (Pulse Width Modulation). Você pode pensar nisso como um piscar. A duração da piscada representa diferentes significados. A linha de controle envia um pulso a cada 20 milissegundos, e a largura desse pulso (a duração do nível alto) é o comando.

Sob condições padrão, uma largura de pulso de cerca de 1 milissegundo corresponde a um ângulo de 0 graus, uma largura de pulso de 1,5 milissegundos corresponde a 90 graus e uma largura de pulso de cerca de 2 milissegundos corresponde a 180 graus. Você só precisa usar o controlador (por exemplo) para enviar pulsos de diferentes larguras, e oservoresponderá imediatamente e girará no ângulo correspondente. Essa relação apresenta características lineares e é muito fácil de lembrar. É também a etapa mais fácil para começar a controlar o volante.

Começar a usar o controle da caixa de direção é fácil e a chave está nessa relação linear. O controlador envia pulsos de diferentes larguras para controlar o ângulo do aparelho de direção. Por exemplo, a largura de pulso de cerca de 1 milissegundo corresponde a 0 graus, 1,5 milissegundos corresponde a 90 graus e cerca de 2 milissegundos corresponde a 180 graus. É claro e claro em condições padrão. Com a ajuda deste tipo de controlador enviando pulsos, o servo pode responder rapidamente e girar para o ângulo correspondente. Todo o processo é simples e fácil de entender e é uma parte básica e importante para começar a usar o controle de servo.

Por que o mecanismo de direção pode girar com precisão?

O segredo da rotação precisa está no “controle de circuito fechado”. Giramos a tampa da garrafa com as mãos, observamos a posição de nossas mãos e nosso cérebro ajusta constantemente a força. Este é um ciclo fechado. O mesmo vale para o mecanismo de direção. O potenciômetro é o seu “olho”, sempre observando o verdadeiro ângulo do eixo de saída e enviando os dados de volta ao chip de controle.

O chip de controle compara contínua e ininterruptamente o ângulo alvo fornecido com o ângulo real retornado pelo potenciômetro. Uma vez detectado um desvio, o sentido de rotação e a velocidade do motor serão imediatamente ajustados para corrigi-lo até que o desvio se torne zero.

Este processo é concluído inúmeras vezes em um período muito curto de tempo. Por causa disso, você pode realmente sentir que a caixa de direção gira de forma extremamente decisiva e é tão estável quanto uma rocha e imóvel quando para. Esta é a razão fundamental pela qual é mais preciso que os motores comuns.

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

Estou prestes a comprar um servo, mas você está um pouco confuso olhando os vários parâmetros? Na verdade, você só precisa se concentrar em quatro. O primeiro é o torque, geralmente em kg·cm, que determina quanto o servo pode levantar. Se o torque for insuficiente, as articulações ficarão moles. A segunda é a velocidade de rotação, a unidade é segundos/60 graus, como 0,12 segundos/60 graus, indicando se está girando rápido ou não.

O terceiro ponto importante é a faixa de ângulo. Em circunstâncias normais, a faixa de ângulo do leme comum é geralmente de 180 graus. Caso haja necessidade de rotação contínua, um tipo especial de servo deve ser selecionado.

O quarto ponto importante é a tensão de trabalho. Sob diferentes condições de tensão, o desempenho do servo será diferente, portanto, certifique-se de combiná-lo com a sua fonte de alimentação. Compare esses parâmetros com as necessidades reais do seu projeto. Por exemplo, se você estiver fazendo um braço robótico, concentre-se no torque; se você estiver dirigindo um carro, concentre-se na velocidade de resposta. Somente desta forma o servo selecionado pode ser o mais adequado.

Como resolver falhas comuns no mecanismo de direção

É inevitável encontrar alguns pequenos problemas ao brincar com o volante. O mais comum é o jitter, que geralmente é causado por fonte de alimentação insuficiente ou interferência de sinal. Isso pode ser resolvido substituindo uma bateria por uma de maior potência ou encurtando a linha de sinal. Se o servo não se mover, primeiro ouça para ver se há algum zumbido. Se houver um som, pode ser que a engrenagem esteja presa ou os dentes estejam sendo varridos. Se não houver som, pode ser que esteja queimado ou o fio esteja quebrado.

Também existe uma situação em que o motor não consegue girar no lugar ou gira aleatoriamente. Provavelmente isso ocorre porque o potenciômetro está desgastado ou o sinal de controle está instável. Para os novatos, se encontrarem problemas, devem primeiro verificar a fonte de alimentação e a fiação mais simples, que muitas vezes podem resolver a maioria das falhas. Se não funcionar, basta substituí-lo por um novo. Afinal, a direção não é cara. Não deixe que uma parte afete o andamento de todo o projeto.

Qual é o problema mais enlouquecedor que você encontrou ao trabalhar em um projeto usando um servo? Diga na área de comentários e vamos estudar juntos. Se você achar o artigo útil, não esqueça de curtir e compartilhar com mais amigos!