Naprawa serwomotorów zrób to sam

W szczegółach: naprawa serwomotorów zrób to sam od prawdziwego mistrza dla strony my.housecope.com.

Niedawno zrobiłem ramię robota, a teraz zdecydowałem się dodać do niego mini chwytak napędzany serwomechanizmem. Postanowiłem zrobić dwie odmiany, aby sprawdzić, czy będzie lepiej działać z prostym lub okrągłym biegiem. Bardziej podobała mi się wersja z okrągłymi zębatkami, ponieważ wykonanie zajęło mi tylko 2 godziny, a szczelina między zębatkami była bardzo mała.

Najpierw wycinam części na frezarce:

Zmontowałem części śrubami 2x10mm.

A oto jak mini serwo mocuje się do chwytaka:

Jak działa chwytak serwo:

A teraz, gdy wszystko jest już zmontowane, a część mechaniczna też prawie gotowa, muszę tylko dokończyć część elektroniczną pracy! Wybrałem Arduino do sterowania moim robotem i stworzyłem obwód (po prawej stronie), aby połączyć Arduino z serwomechanizmem.

Obwód jest w rzeczywistości bardzo prosty, po prostu wysyła sygnały do ​​i z Arduino. Jest też złącze do odbiornika podczerwieni i kilka złączy do zasilania oraz 4 złącza do pozostałych (nieużywanych) pinów Arduino. W ten sposób można podłączyć inny przełącznik lub czujnik.

A oto jak porusza się ramię manipulatora:

Przejęcie przez przedsiębiorstwo frezarki CNC do produkcji elewacji z MDF rodzi pytanie o konieczność przepłacania za niektóre mechanizmy i jednostki napędowe zainstalowane na drogim i zaawansowanym technologicznie sprzęcie. Do pozycjonowania jednostek napędowych maszyn CNC z reguły stosuje się silniki krokowe i serwomotory (serwonapędy).

Wideo (kliknij, aby odtworzyć).

Silniki krokowe są tańsze. Jednak serwonapędy mają wiele zalet, w tym wysoką wydajność i dokładność pozycjonowania. Co więc wybrać?

Obraz - Naprawa serwomotorów zrób to sam

Silnik krokowy to bezszczotkowy silnik synchroniczny prądu stałego z wieloma uzwojeniami stojana. Po doprowadzeniu prądu do jednego z uzwojeń wirnik obraca się, a następnie jest ustalany w określonej pozycji. Sekwencyjne wzbudzanie uzwojeń poprzez sterownik sterowania silnikiem krokowym pozwala na obracanie wirnika pod zadanym kątem.

Silniki krokowe są szeroko stosowane w przemyśle, ponieważ charakteryzują się wysoką niezawodnością i długą żywotnością. Główną zaletą silników krokowych jest dokładność pozycjonowania. Gdy do uzwojeń zostanie doprowadzony prąd, wirnik będzie się obracał ściśle pod pewnym kątem.

· Wysoki moment obrotowy przy niskich i zerowych prędkościach;

·Szybki start, stop i wsteczny;

· Praca pod dużym obciążeniem bez ryzyka awarii;

· Jedynym mechanizmem zużycia, który ma wpływ na czas pracy, są łożyska;

· Możliwość wystąpienia rezonansu;

· Stały pobór mocy niezależnie od obciążenia;

Utrata momentu obrotowego przy wysokich prędkościach;

· Brak informacji zwrotnej podczas pozycjonowania;

· Słaba naprawialność.

Obraz - Naprawa serwomotorów zrób to sam

Serwomotor (serwomotor) to silnik elektryczny sterowany poprzez ujemne sprzężenie zwrotne, co pozwala na precyzyjne sterowanie parametrami ruchu w celu uzyskania wymaganej prędkości lub uzyskania pożądanego kąta obrotu. W skład serwomotoru wchodzi sam silnik elektryczny, czujnik sprzężenia zwrotnego, zasilacz i jednostka sterująca.

Cechy konstrukcyjne silników elektrycznych do serwonapędu niewiele różnią się od konwencjonalnych silników elektrycznych ze stojanem i wirnikiem, pracujących na prąd stały i przemienny, ze szczotkami i bez.Szczególną rolę odgrywa tutaj czujnik sprzężenia zwrotnego, który można zamontować zarówno bezpośrednio w samym silniku i przekazywać dane o położeniu wirnika, jak i określać jego położenie za pomocą znaków zewnętrznych. Z drugiej strony działanie serwomotoru jest nie do pomyślenia bez jednostki zasilającej i sterującej (inaczej falownika lub serwowzmacniacza), która przetwarza napięcie i częstotliwość prądu dostarczanego do silnika elektrycznego, kontrolując w ten sposób jego działanie.

· Wysoka moc przy małych rozmiarach;

· Szybkie przyspieszanie i zwalnianie;

· Ciągłe i nieprzerwane śledzenie pozycji;

· Niski poziom hałasu, brak wibracji i rezonansu;

· Szeroki zakres prędkości obrotowych;

· Stabilna praca w szerokim zakresie prędkości;

· Mała waga i kompaktowa konstrukcja;

· Niskie zużycie energii elektrycznej przy małych obciążeniach.

· Żądanie okresowej konserwacji (np. z wymianą szczotek);

Złożoność urządzenia (obecność czujnika, zasilacza i jednostki sterującej) oraz logika jego działania.

Porównując charakterystykę serwonapędu i silnika krokowego należy zwrócić uwagę przede wszystkim na ich wydajność i koszt.

W przypadku produkcji elewacji MDF w małym przedsiębiorstwie pracującym z małymi ilościami myślę, że nie ma potrzeby przepłacania za instalowanie drogich serwomotorów na frezarce CNC. Z drugiej strony, jeśli przedsiębiorstwo dąży do osiągnięcia maksymalnej możliwej wielkości produkcji, nie ma sensu taniać na mało wydajnych silnikach krokowych do CNC.

Silniki serwo znajdują zastosowanie nie tylko w modelarstwie lotniczym i robotyce, ale również w urządzeniach domowych. Niewielkie rozmiary, wysoka wydajność i proste sterowanie serwosilnikiem sprawiają, że są one najbardziej odpowiednie do zdalnego sterowania różnymi urządzeniami.

Połączone zastosowanie serwomotorów z modułami radiowymi do odbioru i nadawania nie stwarza żadnych trudności, wystarczy po stronie odbiornika podłączyć do serwomotoru odpowiednie złącze, zawierające napięcie zasilania i sygnał sterujący, i gotowe.

Ale jeśli chcemy sterować serwomotorem „ręcznie”, np. potencjometrem, potrzebujemy generatora sterującego impulsami.

Poniżej znajduje się dość prosty układ oscylatora oparty na układzie scalonym 74HC00.

Układ ten umożliwia ręczne sterowanie siłownikami poprzez zastosowanie impulsów sterujących o szerokości od 0,6 do 2 ms. Schemat można wykorzystać na przykład do obracania małych anten, reflektorów zewnętrznych, kamer CCTV itp.

Podstawą układu jest układ 74HC00 (IC1), czyli 4 bramki NAND. Na elementach IC1A i IC1B powstał oscylator, na wyjściu którego powstają impulsy o częstotliwości 50 Hz. Impulsy te aktywują przerzutnik RS, który składa się z elementów logicznych IC1C i IC1D.

Przeczytaj także:  2 naprawa silnika zrób to sam

Obraz - Naprawa serwomotorów zrób to sam

Z każdym impulsem pochodzącym z generatora wyjście IC1D jest ustawiane na „0”, a kondensator C2 jest rozładowywany przez rezystor R2 i potencjometr P1. Jeśli napięcie na kondensatorze C2 spadnie do pewnego poziomu, obwód RC przełącza element do stanu przeciwnego. Tak więc na wyjściu otrzymujemy impulsy prostokątne o okresie 20 ms. Szerokość impulsu ustawia się potencjometrem P1.

Np. serwonapęd Futaba S3003 zmienia kąt obrotu wału o 90 stopni dzięki impulsom sterującym o czasie trwania od 1 do 2 ms. Jeśli zmienimy szerokość impulsu z 0.6 na 2ms, to kąt obrotu wyniesie do 120°. Elementy układu dobierane są w taki sposób, aby impuls wyjściowy mieścił się w zakresie od 0,6 do 2 ms, a zatem kąt montażu wynosił 120°. Serwosilnik Futaby S3003 ma wystarczająco duży moment obrotowy, a pobór prądu może wynosić od kilkudziesięciu do kilkuset mA, w zależności od obciążenia mechanicznego.

Obraz - Naprawa serwomotorów zrób to sam

Obraz - Naprawa serwomotorów zrób to sam

Obwód sterowania serwomotorem zmontowany jest na dwustronnej płytce drukowanej o wymiarach 29 x 36 mm.Montaż jest bardzo prosty, więc nawet początkujący radioamator bez problemu poradzi sobie z montażem urządzenia.

Silniki zaworów są synchronicznymi maszynami bezszczotkowymi (bezszczotkowymi). Na wirniku znajdują się magnesy trwałe wykonane z metali ziem rzadkich, na stojanie znajduje się uzwojenie twornika. Przełączanie uzwojeń stojana odbywa się za pomocą półprzewodnikowych wyłączników mocy (tranzystorów), dzięki czemu wektor pola magnetycznego stojana jest zawsze prostopadły do ​​wektora pola magnetycznego wirnika - w tym celu stosuje się czujnik położenia wirnika (czujnik Halla lub enkoder). Prąd fazowy jest kontrolowany przez modulację PWM i może być trapezowy lub sinusoidalny.

Płaski wirnik silnika liniowego wykonany jest z magnesów trwałych ziem rzadkich. Zgodnie z zasadą działania jest podobny do silnika zaworu.

W przeciwieństwie do maszyn synchronicznych o ciągłym obrocie, silniki krokowe mają wyraźne bieguny na stojanie, na których znajdują się cewki uzwojenia sterującego - ich przełączanie odbywa się za pomocą zewnętrznego napędu.

Rozważmy zasadę działania reaktywnego silnika krokowego, w którym zęby znajdują się na biegunach stojana, a wirnik jest wykonany z miękkiej stali magnetycznej i ma również zęby. Zęby na stojanie są ułożone tak, że z jednej strony opór magnetyczny wzdłuż osi podłużnej silnika jest mniejszy, az drugiej - w osi poprzecznej. Jeśli uzwojenia stojana są dyskretnie wzbudzane w określonej kolejności prądem stałym, to wirnik obraca się o jeden krok przy każdym przełączeniu, równy podziałce zębów na wirniku.

Niektóre modele przetwornic częstotliwości mogą współpracować zarówno ze standardowymi silnikami asynchronicznymi, jak i serwomotorami. Oznacza to, że główna różnica między serwonapędami nie leży w części mocy, ale w algorytmie sterowania i szybkości obliczeń. Ponieważ program wykorzystuje informacje o położeniu wirnika, serwonapęd posiada interfejs do podłączenia enkodera zamontowanego na wale silnika.

Systemy serwo wykorzystują zasadę podporządkowana kontrola: pętla prądowa jest podporządkowana pętli prędkości, która z kolei jest podporządkowana pętli pozycji (patrz teoria automatycznego sterowania). Najpierw tworzona jest najbardziej wewnętrzna pętla, pętla prądowa, następnie pętla prędkości, a ostatnia to pętla pozycji.

pętla prądowa zawsze zaimplementowany w serwo.

pętla prędkości (podobnie jak czujnik prędkości) jest również zawsze obecny w systemie serwo, może być realizowany zarówno w oparciu o serwowzmacniacz wbudowany w napęd, jak i zewnętrzny.

Pętla pozycji służy do precyzyjnego pozycjonowania (na przykład osi posuwu w maszynach CNC).

Jeżeli nie ma luzów w połączeniach kinematycznych pomiędzy korpusem wykonawczym (tablicą współrzędnych) a wałem silnika, to współrzędna jest pośrednio przeliczana na wartość enkodera obrotowego. W przypadku występowania luzów na korpusie wykonawczym montowany jest dodatkowy czujnik położenia (podłączony do serwomechanizmu) do bezpośredniego pomiaru współrzędnej.

Oznacza to, że w zależności od konfiguracji pętli prędkości i położenia dobierany jest odpowiedni serwonapęd i serwonapęd (nie każdy serwowzmacniacz może zaimplementować pętlę pozycyjną!).

  • Pozycjonowanie
  • Interpolacja
  • Synchronizacja, przekładnia elektroniczna (przekładnia)
  • Precyzyjne utrzymanie prędkości obrotowej (wrzeciono maszyny)
  • Elektroniczna kamera (Cam)
  • Programowalny sterownik logiczny.

Ogólnie rzecz biorąc, system serwo (Motion Control System) może składać się z następujących urządzeń:

  • Silnik serwo (Servo Motor) z kołowym czujnikiem sprzężenia zwrotnego prędkości (może również działać jako czujnik położenia wirnika)
  • Przekładnia serwo
  • Czujnik pozycji siłownika (np. czujnik współrzędnych osi posuwu liniowego)
  • Serwonapęd
  • Kontroler serwo (kontroler ruchu)
  • Interfejs operatora (HMI).

POWIĄZANE ARTYKUŁYWIĘCEJ OD AUTORA