Reparação de servo motor faça você mesmo

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Recentemente, fiz um braço robótico e agora decidi adicionar uma mini garra acionada por servo a ele. Resolvi fazer duas variações para ver se funcionaria melhor com uma engrenagem reta ou redonda. Gostei mais da versão de engrenagem redonda, pois levou apenas 2 horas para ser feita, e a folga entre as engrenagens era muito pequena.

Primeiro, cortei as peças em uma fresadora:

Montei as peças com parafusos 2x10mm.

E aqui está como o mini servo se conecta à garra:

Como funciona a pinça servo:

E agora, com tudo montado e a parte mecânica também quase pronta, só falta terminar a parte eletrônica do trabalho! Escolhi um Arduino para controlar meu robô, e fiz um circuito (está à direita) para conectar o Arduino ao servo.

O circuito é realmente muito simples, ele apenas envia sinais de e para o Arduino. Há também um conector para um receptor infravermelho e alguns conectores para uma fonte de alimentação e 4 conexões para o restante dos pinos do Arduino (não utilizados). Assim, outro interruptor ou sensor pode ser conectado.

E aqui está como o braço manipulador se move:

A aquisição por uma empresa de uma fresadora CNC para a fabricação de fachadas de MDF levanta a questão da necessidade de pagar a mais para determinados mecanismos e unidades de potência instaladas em equipamentos caros e de alta tecnologia. Para posicionar as unidades de potência das máquinas CNC, via de regra, são utilizados motores de passo e servomotores (servo acionamentos).

Vídeo (clique para reproduzir).

Motores de passo são mais baratos. No entanto, os servoacionamentos têm uma ampla gama de vantagens, incluindo alto desempenho e precisão de posicionamento. Então o que escolher?

Imagem - Reparo de servo motor faça você mesmo

Um motor de passo é um motor síncrono DC sem escovas com vários enrolamentos do estator. Quando a corrente é aplicada a um dos enrolamentos, o rotor gira e depois é fixado em uma determinada posição. A excitação sequencial dos enrolamentos através do controlador de controle do motor de passo permite girar o rotor em um determinado ângulo.

Os motores de passo são amplamente utilizados na indústria, pois possuem alta confiabilidade e longa vida útil. A principal vantagem dos motores de passo é a precisão de posicionamento. Quando a corrente é aplicada aos enrolamentos, o rotor gira estritamente em um determinado ângulo.

· Alto torque em baixas e zero velocidades;

·Início rápido, parada e reversão;

· Trabalho sob alta carga sem risco de falha;

· O único mecanismo de desgaste que afeta a duração da operação são os rolamentos;

· Possibilidade de ocorrência de ressonância;

· Consumo de energia constante independente da carga;

Perda de torque em altas velocidades;

· Falta de feedback no posicionamento;

· Baixa reparabilidade.

Imagem - Reparo de servo motor faça você mesmo

Um servomotor (servo drive) é um motor elétrico controlado por feedback negativo, que permite controlar com precisão os parâmetros de movimento para atingir a velocidade necessária ou obter o ângulo de rotação desejado. A composição do servomotor inclui o próprio motor elétrico, o sensor de feedback, a fonte de alimentação e a unidade de controle.

As características de projeto dos motores elétricos para servo acionamento não são muito diferentes dos motores elétricos convencionais com estator e rotor, operando em corrente contínua e alternada, com e sem escovas.Um papel especial aqui é desempenhado por um sensor de feedback, que pode ser instalado diretamente no próprio motor e transmitir dados sobre a posição do rotor, bem como determinar seu posicionamento por sinais externos. Por outro lado, o funcionamento de um servomotor é impensável sem uma fonte de alimentação e unidade de controle (também conhecida como inversor ou servo amplificador), que converte a tensão e a frequência da corrente fornecida ao motor elétrico, controlando assim sua ação.

· Alta potência nos tamanhos pequenos;

· Rápida aceleração e desaceleração;

· Acompanhamento de posição contínuo e ininterrupto;

· Baixo nível de ruído, ausência de vibrações e ressonância;

· Ampla faixa de velocidade de rotação;

· Operação estável em uma ampla faixa de velocidades;

· Peso pequeno e design compacto;

· Baixo consumo de energia elétrica em pequenas cargas.

· Exigência de manutenção periódica (por exemplo, com substituição de escovas);

A complexidade do dispositivo (a presença de um sensor, fonte de alimentação e unidade de controle) e a lógica de sua operação.

Ao comparar as características de um servoconversor e de um motor de passo, deve-se atentar, antes de tudo, ao seu desempenho e custo.

Para a produção de fachadas de MDF em uma pequena empresa que trabalha com pequenos volumes, acho que não há necessidade de pagar a mais para instalar servo motores caros em uma fresadora CNC. Por outro lado, se uma empresa busca atingir o máximo de volumes de produção possíveis, não faz sentido baratear motores de passo de baixo desempenho para CNC.

Os servomotores são usados ​​não apenas na modelagem de aeronaves e robótica, mas também em dispositivos domésticos. Tamanho pequeno, alto desempenho e controle de servo motor simples os tornam os mais adequados para controle remoto de vários dispositivos.

O uso combinado de servomotores com módulos de rádio para recepção e transmissão não cria dificuldades, basta do lado do receptor simplesmente conectar o conector apropriado ao servomotor, contendo a tensão de alimentação e o sinal de controle, e o trabalho está feito.

Mas se quisermos controlar o servomotor "manualmente", por exemplo, com um potenciômetro, precisamos de um gerador de controle de pulso.

Abaixo está um circuito oscilador bastante simples baseado no circuito integrado 74HC00.

Este circuito permite o controle manual de servomotores aplicando pulsos de controle com largura de 0,6 a 2 ms. O esquema pode ser usado, por exemplo, para girar pequenas antenas, holofotes externos, câmeras de CFTV, etc.

A base do circuito é o chip 74HC00 (IC1), que tem 4 portas NAND. Um oscilador foi criado nos elementos IC1A e IC1B, na saída dos quais são formados pulsos com uma frequência de 50 Hz. Esses pulsos ativam o flip-flop RS, que consiste nos elementos lógicos IC1C e IC1D.

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Imagem - Reparo de servo motor faça você mesmo

A cada pulso vindo do gerador, a saída do IC1D é ajustada para “0” e o capacitor C2 é descarregado através do resistor R2 e do potenciômetro P1. Se a tensão no capacitor C2 cair para um certo nível, o circuito RC comuta o elemento para o estado oposto. Assim, na saída obtemos pulsos retangulares com um período de 20 ms. A largura do pulso é ajustada com o potenciômetro P1.

Por exemplo, o servo acionamento Futaba S3003 altera o ângulo de rotação do eixo em 90 graus devido a pulsos de controle com duração de 1 a 2 ms. Se alterarmos a largura do pulso de 0,6 para 2ms, o ângulo de rotação será de até 120°. Os componentes do circuito são escolhidos de forma que o pulso de saída esteja na faixa de 0,6 a 2 ms e, portanto, o ângulo de instalação seja de 120°. O servo motor S3003 da Futaby tem um torque suficientemente grande, e o consumo de corrente pode ser de dezenas a centenas de mA, dependendo da carga mecânica.

Imagem - Reparo de servo motor faça você mesmo

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O circuito de controle do servomotor é montado em uma placa de circuito impresso de dupla face medindo 29 x 36 mm.A instalação é muito simples, por isso mesmo um radioamador iniciante pode facilmente lidar com a montagem do dispositivo.

Os motores de válvula são máquinas síncronas sem escova (sem escova). No rotor há ímãs permanentes feitos de metais de terras raras, no estator há um enrolamento de armadura. A comutação dos enrolamentos do estator é realizada por chaves de potência semicondutoras (transistores) para que o vetor do campo magnético do estator seja sempre perpendicular ao vetor do campo magnético do rotor - para isso, é utilizado um sensor de posição do rotor (sensor Hall ou codificador). A corrente de fase é controlada pela modulação PWM e pode ser trapezoidal ou senoidal.

O rotor plano do motor linear é feito de ímãs permanentes de terras raras. De acordo com o princípio de operação, é semelhante a um motor de válvula.

Ao contrário das máquinas síncronas de rotação contínua, os motores de passo possuem polos claramente definidos no estator, nos quais as bobinas do enrolamento de controle estão localizadas - sua comutação é realizada por um acionamento externo.

Considere o princípio de operação de um motor de passo reativo, no qual os dentes estão localizados nos pólos do estator e o rotor é feito de aço magnético macio e também possui dentes. Os dentes do estator são dispostos de modo que em uma etapa a resistência magnética seja menor ao longo do eixo longitudinal do motor e na outra - ao longo do eixo transversal. Se os enrolamentos do estator forem excitados discretamente em uma certa sequência com corrente contínua, então o rotor irá girar um passo a cada comutação, igual ao passo dos dentes no rotor.

Alguns modelos de conversores de frequência podem funcionar tanto com motores assíncronos padrão quanto com servomotores. Ou seja, a principal diferença entre os servoconversores não está na parte de potência, mas no algoritmo de controle e na velocidade de cálculo. Como o programa utiliza informações sobre a posição do rotor, o servoconversor possui uma interface para conectar um encoder montado no eixo do motor.

Os sistemas servo usam o princípio controle subordinado: a malha de corrente está subordinada à malha de velocidade, que por sua vez está subordinada à malha de posição (ver teoria de controle automático). Primeiro, o loop mais interno, o loop de corrente, é configurado, depois o loop de velocidade e o último é o loop de posição.

Loop atual sempre implementado no servo.

loop de velocidade (assim como um sensor de velocidade) também está sempre presente no sistema servo, pode ser implementado tanto com base em um servocontrolador embutido no drive quanto externo.

Loop de posição usado para posicionamento preciso (por exemplo, eixos de avanço em máquinas CNC).

Se não houver folgas nas conexões cinemáticas entre o corpo executivo (tabela de coordenadas) e o eixo do motor, então a coordenada é recalculada indiretamente pelo valor do encoder rotativo. Se houver folgas, um sensor de posição adicional (que é conectado ao servocontrolador) é instalado no corpo executivo para medição direta da coordenada.

Ou seja, dependendo da configuração das malhas de velocidade e posição, o servocontrolador e o servoconversor apropriados são selecionados (nem todo servocontrolador pode implementar uma malha de posição!).

  • Posicionamento
  • Interpolação
  • Sincronização, engrenagem eletrônica (Gear)
  • Manutenção precisa da velocidade de rotação (fuso da máquina)
  • Câmera eletrônica (Cam)
  • Controlador Lógico Programável.

Em geral, um sistema servo (Sistema de Controle de Movimento) pode ser composto pelos seguintes dispositivos:

  • Servomotor (Servo Motor) com sensor de realimentação de velocidade circular (também pode atuar como sensor de posição do rotor)
  • Servo Engrenagem
  • Sensor de posição do atuador (por exemplo, sensor de coordenadas do eixo de avanço linear)
  • Servodrive
  • Servocontrolador (controlador de movimento)
  • Interface do Operador (IHM).

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