Как работают серводвигатели, каков принцип работы сервопривода и как контролировать угол вращения? Заставьте робота подчиняться

Вы с волнением купилисервопривод, надеялся оснастить робота гибкой головой, но когда его подключили, он либо не двигался, либо крутился, совершенно непослушный. Как эта штука работает? Если вы не понимаете принцип, проект застрянет. Не волнуйтесь, сегодня мы подробно объясним это, чтобы вы могли начать использовать его после прочтения.

Каков принцип работы рулевого механизма?

Возможно, вы слышали, что рулевой механизм еще называютсервоприводмотор, и слово "сервопривод" - это ключ. Проще говоря, он не просто тупо вращается, как обычный двигатель. Он может понимать инструкции и точно поворачиваться на любой желаемый угол. За этим стоит система управления с замкнутым контуром.

Что такое замкнутый цикл? Вы можете думать об этом как о прикосновении к носу руками с закрытыми глазами. Легко пропустить прикосновение, но если вы откроете глаза и посмотрите, ваша рука в любой момент отрегулируется в соответствии с отклонением, увиденным вашими глазами, и, наконец, коснется точно. То же самое касается рулевого механизма, внутри которого есть «глаза», которые всегда следят за его положением.

Какие детали находятся внутри рулевого механизма?

Откройте корпус сервопривода, и вы увидите перед собой маленький и изысканный мир. Его основные компоненты включают в себя три вещи: двигатель постоянного тока, набор редукторов и датчик положения, обычно потенциометр. Двигатель отвечает за выработку энергии. Однако его скорость слишком высока, а мощность мала, поэтому ему нужен набор передач для замедления и увеличения крутящего момента. Только тогда выходной вал сервопривода будет иметь достаточную мощность для вращения суставов вашего робота.

Внутренняя структура рулевого механизма очень хрупкая, и все детали работают вместе. Двигатель постоянного тока служит источником энергии и непрерывно выдает мощность. Этот набор редукторов играет ключевую роль, эффективно снижая скорость двигателя и одновременно увеличивая крутящий момент, обеспечивая достаточную мощность выходного вала. Датчик положения, также известный как потенциометр, точно определяет и передает информацию о положении выходного вала рулевого механизма, тем самым обеспечивая точное управление. Эти три основных компонента взаимодействуют друг с другом, создавая изысканный маленький мир рулевого механизма, который может стабильно и точно обеспечивать силовую поддержку суставов робота.

Этот потенциометр является «глазом» сервопривода. Он соединен с выходным валом. Куда бы вал ни повернулся, его сопротивление меняется, так что схема управления знает текущий фактический угол. Взаимодействие двигателя, редуктора и потенциометра создает основу для точного управления рулевым механизмом.

Как подключить сигнал управления рулевым механизмом

Если вы хотите, чтобы сервопривод двигался, вам нужно отправить ему команду. Эта команда представляет собой сигнал ШИМ, который представляет собой сигнал широтно-импульсной модуляции. Обычно на сервоприводе имеется три провода: питание, земля и сигнал. Подключаете сигнальную линию к выводу ШИМ платы управления (например), а затем записываете в программе ширину импульса.

Принцип управления на самом деле не сложен. Его период установлен на фиксированные 20 миллисекунд, а длительность высокого уровня, то есть ширина импульса, определяет конечный угол. В частности, ширина импульса 1 миллисекунда соответствует 0 градусам, ширина импульса 1,5 миллисекунды соответствует 90 градусам, а ширина импульса 2 миллисекунды соответствует 180 градусам. Плата управления будет отправлять такие импульсные сигналы 50 раз в секунду. Схема внутри сервопривода интерпретирует эти импульсы и использует их для управления двигателем. Двигатель не остановится до тех пор, пока угол, возвращаемый потенциометром, не достигнет целевого угла.

Разница между аналоговым рулевым механизмом и цифровым рулевым механизмом

На рынке существует два типа сервоприводов: аналоговые и цифровые, которые влияют на выбор вашего проекта. Аналоговый сервопривод – честный человек. После получения сигнала ШИМ он подает питание на двигатель с частотой 50 раз в секунду в соответствии с командой положения в сигнале. Если команда не изменится, она сохранится, но удерживающая сила (крутящий момент) будет немного колебаться.

Цифровые сервоприводы намного умнее. Внутри у них есть микропроцессор. После того, как он получает сигнал ШИМ, он не просто пересылает его, а использует сигнал более высокой частоты (например, 300 раз в секунду) для управления двигателем. Это означает, что он быстрее реагирует на отклонения, обеспечивает более плавный, больший удерживающий момент и более точное позиционирование. Конечно, цифровые сервоприводы немного дороже.

Какие параметры следует учитывать при выборе рулевого механизма?

Выбирая сервопривод для изделия, которое хотите изготовить, недостаточно просто посмотреть на размер. Первым ключевым параметром является крутящий момент, обычно в кг·см, что означает груз, который можно отодвинуть на 1 см от оси вращения. Вы должны оценить, какой вес поднимет ваша роботизированная рука и какое усилие для этого потребуется, а затем оставить некоторый запас для выбора сервопривода.

Во-вторых, это скорость и размер. Скорость выражается в секундах/60 градусов. Посмотрите, за какое время он повернется на 60 градусов. Для таких проектов, как создание четвероногих роботов, требующих быстрого реагирования, скорость очень важна. Кроме того, это также зависит от размера и веса. Особенно при создании микродронов или небольших роботов пространство имеет большое значение, и его необходимо вместить.

В каких проектах используются рулевые механизмы?

Как только вы поймете принципы и параметры, сервопривод сможет показать свои таланты в ваших руках. Самый распространенный из них — изготовление суставов робота. От простых роботов-манипуляторов, роботов-гуманоидов до сложных роботов-собак — от этого зависит любая степень свободы передвижения. Вы можете использовать его для управления тонкими движениями, такими как захват и подъем ног.

Помимо того, что сервоприводы широко используются в области робототехники, они также очень распространены на моделях умных автомобилей. Их основная функция – точное управление рулевым управлением. В некоторых творческих проектах важную роль играет и рулевой механизм. Например, автоматическая головка панорамирования/наклона может эффективно стабилизировать камеру с помощью сервопривода, чтобы обеспечить плавность кадра; или он может создать автоматический переворот страниц и использовать сервопривод для достижения точных движений переворачивания страниц; он даже может создать бионический рыбий хвост и использовать сервопривод для имитации гибкого покачивающегося эффекта рыбьего хвоста. Короче говоря, если у вас есть требования к точному контролю угла, сервопривод — лучший выбор.

Если вы хотите получить более конкретные рекомендации по выбору рулевого механизма, вы можете выполнить поиск на официальном веб-сайте интересующего вас бренда, например «» или «», внимательно проверить их богатую линейку продуктов и примеры практического применения, а также извлечь уроки из опыта, чтобы вы могли более точно выбрать продукцию рулевого механизма, отвечающую потребностям вашего проекта.

Прочитав так много, какие проекты у вас есть сейчас, в которых вы планируете использовать сервоприводы? Планируете ли вы построить роботизированную руку, которая сможет наливать кофе, или установить дистанционное управление рулевым управлением в игрушечную машинку вашего сына? Поделитесь своими мыслями в области комментариев и позвольте всем открыть глаза. Кстати, поставьте лайк и поделитесь, чтобы эту статью увидело больше друзей-производителей.