El principio de funcionamiento del módulo del mecanismo de dirección proporciona un control de ángulo preciso que incluso los principiantes pueden entender.

Cuando se innova en productos, el mayor dolor de cabeza es cuando se quiere que algo se mueva pero no se sabe qué “articulación” elegir. ElservoEl módulo, para decirlo sin rodeos, es un "motor pequeño" que puede controlar los ángulos con precisión. Muchos amigos novatos se sienten confundidos por los términos PWM y ancho de pulso cuando comienzan. Sienten que esto es extremadamente complicado. De hecho, no es tan misterioso. Hoy lo dividiremos y hablaremos sobre ello, para que puedas entender completamente cómoservoEl módulo funciona y tendrás una buena idea de la próxima vez que elijas.

¿Qué hay exactamente dentro delservo¿módulo?

Primero desarmémoslo y echemos un vistazo. Un módulo de mecanismo de dirección estándar tiene tres componentes principales ocultos dentro de la carcasa: un motor de CC, un conjunto de engranajes reductores y una placa de circuito de control. Puede pensar en un motor de CC como un "conejito" que corre rápido pero no tiene energía. El conjunto de engranajes reductores es el "Hércules" que convierte esta velocidad en potencia, y el tablero de circuito de control es el "cerebro" que da órdenes. Sólo trabajando juntos podrán estos tres hermanos hacer que el mecanismo de dirección obedezca.

Quizás te preguntes, ¿cómo sabe adónde ir? Para ello es necesario mencionar un componente clave llamado “potenciómetro”, que es como un sensor de ángulo y está conectado al eje de salida final. Dondequiera que gire el eje, el potenciómetro informa al cerebro el valor de voltaje correspondiente. De esta manera, el cerebro sabe dónde está ahora el eje de salida y no es difícil girarlo en un ángulo preciso.

¿Cómo logra el módulo del mecanismo de dirección un posicionamiento preciso?

El secreto de este posicionamiento preciso se esconde en lo que a menudo llamamos un sistema de "control de circuito cerrado". ¿Cómo entenderlo? Al igual que cuando tomas el vaso de agua sobre la mesa, tus ojos (sensor) siempre mirarán la posición de la mano (estado actual) y luego transmitirán la información al cerebro (controlador), y el cerebro indicará a los músculos (actuador) que ajusten la dirección y la distancia hasta que la mano toque la taza (estado objetivo).

La misma lógica se aplica al trabajo del aparato de dirección. Su "cerebro" recibe una señal PWM específica (como una solicitud para girar 90 grados), que es la posición objetivo. Al mismo tiempo, el "ojo", es decir, el potenciómetro, ha estado mirando el ángulo real actual. Cuando el cerebro compara el ángulo objetivo con el ángulo real y descubre que hay un error, rápidamente hace girar el motor hasta que el ángulo real sea completamente consistente con el ángulo requerido por la señal y no se detenga. Todo el proceso es rápido y preciso, que es la razón fundamental por la que puede funcionar bien en modelos de aviones y robots.

¿Es necesario utilizar señal PWM para controlar el servo?

Esta es una buena pregunta y también es una confusión que muchos amigos encontrarán al principio. Los servos estándar con los que tenemos más contacto, como los que se utilizan en algunos juguetes pequeños y brazos robóticos simples, están controlados por señales PWM. No hay nada misterioso en la señal en sí. Es un pulso de alto nivel con un período de 20 milisegundos y una anchura de entre 0,5 y 2,5 milisegundos. Este ancho de pulso se llama ancho de pulso y corresponde directamente al ángulo en el que girará el servo.

Sin embargo, ahora que la tecnología ha evolucionado, la situación ha cambiado. Algunos "servos digitales" o "servos de bus" más inteligentes ya no utilizan señales PWM. Utilizan el mismo método que la comunicación en serie, como enviar directamente una serie de instrucciones digitales a través de una línea de datos, como "girar 120 grados". Este método tiene una mayor capacidad antiinterferente. Un controlador puede controlar docenas de servos al mismo tiempo y también puede leer continuamente la información de estado de los servos, como temperatura, voltaje y posición actual. Es particularmente cómodo de usar, pero, por supuesto, el precio será más caro.

¿Qué parámetros clave debería tener en cuenta al elegir un módulo de mecanismo de dirección?

Si busca servos en Internet, encontrará muchos parámetros, como par, velocidad, voltaje, ángulo y peso. De hecho, sólo hay que centrarse en tres parámetros básicos. El primero es "par", la unidad suele ser kg·cm, lo que significa cuántos objetos se pueden impulsar a 1 cm del centro del eje de dirección. This directly determines whether the "strength" of your servo is strong enough to lift the mechanical arm. Si es demasiado débil, definitivamente no podrá realizar el trabajo.

The second is "speed", the unit is seconds/60 degrees, for example, 0.12 seconds/60 degrees, which means it takes 0.12 seconds to turn 60 degrees. Este parámetro determina si los movimientos de su robot son "rápidos" o "lentos". El tercero es "voltaje de trabajo" y "rango de ángulo". You have to ensure that your power supply can feed it, and at the same time, the maximum angle of its rotation can meet the needs of your mechanism design. Una vez que tenga un conocimiento profundo de estos parámetros, su selección básicamente no se desviará.

Cómo hacer que el servomódulo gire en proyectos reales

Ahora que la teoría está clara, ¿cómo se puede hacer que funcione en el proyecto específico que nos ocupa? Tomando como ejemplo el microcontrolador más utilizado, en realidad es muy sencillo hacer que se mueva. No necesita escribir código PWM complejo usted mismo, simplemente use un archivo de biblioteca ya preparado (como una biblioteca llamada Servo.h). In the code, you only need to write ".(9)", which means connecting the servo signal line to pin 9, and then write ".write(90)", and it will automatically turn to 90 degrees. Es así de simple.

Por supuesto, el hardware también debe estar conectado correctamente. En términos generales, el servo tiene tres cables: cable de alimentación (generalmente rojo), cable de tierra (marrón o negro) y cable de señal (naranja o amarillo). El cable de alimentación y el cable de tierra están conectados para alimentar el servo y el cable de señal está conectado al pin de control del microcontrolador. Una cosa a la que se debe prestar especial atención es que si su servo es relativamente grande, nunca permita que el microcontrolador alimente directamente el servo. Demasiada corriente puede quemar la placa del microcontrolador. Debe utilizar una fuente de alimentación externa para alimentar el servo por separado y luego conectar los cables de tierra de los dos.

¿Cuáles son los malentendidos comunes al usar servomódulos?

Cuando juego con servos, el error más común que veo que cometen mis amigos novatos es "sobrecargar". Parecía que el servo podía simplemente girar, pero como resultado, llevaba una carga pesada. El servo tuvo dificultades para girar en su lugar pero no pudo, lo que provocó que el motor se sobrecalentara y los engranajes internos chirriaran fácilmente, por lo que sería desechado en poco tiempo. Al elegir un servo, es mejor hacer que el par que necesita solo represente menos del 70 % del par nominal del servo, dejando cierto margen para que el servo sea duradero.

Otro malentendido es que el suministro de energía es insuficiente. A veces, durante la depuración, se descubre que el movimiento del servo se atasca uno tras otro o que el microcontrolador se reinicia repentinamente. Nueve de cada diez veces es un problema de suministro eléctrico. La corriente necesaria para que el mecanismo de dirección arranque y se cale es muy grande. Si el suministro de energía es insuficiente, el voltaje disminuirá, provocando inestabilidad en el sistema. Por lo tanto, equiparlo con una fuente de alimentación fiable y con suficiente potencia es más importante que cualquier otra cosa. La próxima vez que su servo no se mueva suavemente, primero puede verificar si la fuente de alimentación está "fuera de la cadena".

Después de leer esto, debería tener una idea sobre el módulo servo. De hecho, la innovación en hardware es sólo una capa de papel para ventanas. Si lo perfora, encontrará que estos módulos aparentemente complejos tienen ideas de diseño muy simples detrás. Me pregunto qué acción interesante planeas lograr con el servo en tu proyecto actual. Bienvenido a charlar sobre tu creatividad en el área de comentarios, tal vez pueda ayudarte a evitar un problema. Si encuentra útil el contenido, no olvide darle me gusta y compartirlo para que más amigos puedan verlo.