Mikä on servoasema ja miten se toimii

Tarkoitus ja laite

Servovetolaite on löytänyt laajan sovelluksen robotiikassa, konepajateollisuudessa, autoteollisuudessa ja prosessien automatisoinnissa tuotannossa. Sen avulla manipulaattoreita ohjataan, kaihtimien avaaminen (täydellinen tai epätäydellinen) tai sulkeminen (peittäminen) suoritetaan työstökonerakenteessa leikkuutyökalun ja muiden toimilaitteiden syöttämistä varten.

Se on laite, joka koostuu sähkömoottorista, vaihdelaatikosta, paikantunnistimesta (kooderista) tai vastuksesta ja ohjaimesta (ohjauslaite).

Yksinkertaisin sanoin, se on sähkömekaaninen käyttö, joka sisäisen palautteen avulla asettaa mekanismin akselin tarkan sijainnin ulkoisista ohjaussignaaleista riippuen.

Kuvio näyttää osan laitteesta:

Servokäyttöjä on saatavana erilaisilla kapasiteeteilla ja käyttötarkoituksilla: alhainen teho 0,05 kW, käytetään esimerkiksi auto- ja robottipalveluissa, sg90 ja merkittävä teho 15 kW. Viimeksi mainitut asennetaan teollisiin manipulaattoreihin, CNC-koneisiin öljy- ja kaasuteollisuuden venttiilien ohjaamiseksi jne.

Sähkömoottoria ei aina asenneta moottoriksi servo-asemaan. Vetolaitteena voidaan käyttää paineilman tai nesteen ohjaamaa tankoa sylinteriä.

Servotyypit

Servolaitteet jaetaan sähkömekaanisiin. Niissä mekanismi koostuu sähkömoottorista ja vaihdelaatikosta. Ne eroavat suhteellisen alhaisesta nopeudesta.

Käytetyn moottorityypin mukaan:

• synkroniset, joilla on suuri lähtöakselin pyörintätarkkuus, joka saa nopeasti vauhtia;
• asynkroninen, jolle on tunnusomaista akselin vakaa pyöriminen;
• tasa- tai vaihtovirtakerrosmoottorilla (universaali).

Servokäytöissä, joissa käyttömekanismi on mäntä ja sylinteri, on suuri nopeus. Sitä käytetään autossa vaihtamaan automaattivaihteisto. Asennetaan robotteihin, jotka liikuttavat yli sadan kilon taakkaa. Teollisuuslaitoksissa ikkunaluukun vaihtamiseen pakkauskoneissa, joissa paineilmaa käytetään energian kantajana.

Servo-ohjaimen pääominaisuudet:

• Pääparametri on vääntömomentti tai voima akselille. Passitiedoissa on ilmoitettu kaksi määrää suhteessa eri syöttöjännitteisiin.
• Nopeus, näyttää kuinka kauan lähtöakseli pyörii 60: llä⁰. Eri jännitteille määritetään arvot.
• Mitä ohjaussignaalia käytetään, analogista tai digitaalista.
• Syöttöjännite. Suurin osa pienistä asemista saa virtaa 4,8 - 7,2 volttia. Sitä käytetään esimerkiksi radio-ohjattavissa malleissa. Se on valmistettu kolmella johdolla ja siinä on vakioaukko. Ohjaussignaali lähetetään valkoiseksi, ruskeaksi tai keltaiseksi, punainen jännite syötetään ja musta on tavallinen johdin.
• Työkierto, yleensä 180 °⁰ tai 360⁰. Päivitettyjä käyttölaitteita, joiden akseli pyörii jatkuvasti, on saatavana;
• Vaihteiden valmistusmateriaali. Ne ovat messinkiä, hiilikuitua, muovia tai niitä voidaan yhdistää.

Sähkömekaanisessa servomoottorissa käytetään sydämellä varustettuja sähkömoottoreita, joiden käytön aikana värähtely tapahtuu heilurin pyöriessä. Tämä vähentää lähtöakselin pyörintätarkkuutta. Moottorit, joiden roottorin kineettinen energia on minimaalinen, menettävät tämän haitan. Tällaiset käyttölaitteet ovat välttämättömiä CNC-koneelle, jotta toimilaite voidaan määrittää tarkasti. Ne ovat kuitenkin kalliimpia kuin ydinmoottorit.

Yleisin vaihdelaatikko on vaihde, joka on suunniteltu alentamaan nopeutta ja lisäämään vääntömomenttia lähtöakselilla. Harvemmin käytetty on matovaihteella varustettu vetolaite, jolla on suuri vaihde, mutta joka on kalliimpi ja vaikeampi valmistaa.

Soveltamisala

Servo-asemaa käytetään laajasti robotiikassa ja manipulaattoreissa. Pieniä mekanismeja luotaessa käytetään mg995-servoajuria ja vastaavia.

Arduino-perheen edustajia käytetään usein amatöörituotteiden nykyaikaisten käyttölaitteiden ohjaamiseen. Se edustaa joukko elektronisia laitteita, jotka on suunniteltu ohjaamaan robotteja ja automaatiolaitteita, joissa käytetään servo-asemaa. Ohjaussignaali voi olla analoginen tai digitaalinen.

Taajuusmuuttajan kytkentäkaavio ohjauslaitteeseen on esitetty kuvassa. Laite voi ohjata useita asemia.

Lattialämmityksessä käytä automaatiota, joka ylläpitää tiettyä lämpötilaa. Ja jäähdytysnesteen virtausta, joka on kuumaa vettä kattilasta, ohjataan servo-ohjauksella.

Se on kytketty säätölaitteeseen, joka tarkkailee lämpötilaa lämpötila-anturin avulla, ja antaa komennon RBM 24V sähkötermiselle servo-taajuusmuuttajalle. AC230V-servolaitetta, jossa on säädin, voidaan myös käyttää.

Lämmityksen lämpötilansäätö tapahtuu automaattisesti, jota varten käytetään servo-ohjaustyyppiä ICMA NC230V tai NC24V. Laitteita on saatavana erilaisille syöttöjännitteille.

Autossa käytetyllä yhtenäisellä servolla on pienet mitat. Suunniteltu toimimaan 12 voltin jännitteellä. Se on integroitu keskuslukkoon ja asennetaan kaikkiin auton oviin, mukaan lukien viides ovi (tavaratila).

Mekanismi säätelee myös kuuman nesteen virtausta takkaan. Se toimii yhdessä termoelektrisen anturin kanssa, jonka signaali syötetään ohjauslaitteeseen. Analysoinnin jälkeen anturi lähettää servo-asemaan komennon, joka lisää tai vähentää nesteen virtausta.

Esimerkiksi VAZ-autoissa käytetään sähkökäyttöä, jossa on SL-5 vaihde.

Tämä ei ole täydellinen luettelo tällaisten laitteiden käytöstä.

Edut ja haitat

Servosäätimellä on etuja verrattuna vastaaviin laitteisiin, kuten askelmoottoreihin. Palautteen ansiosta mekanismi voi korjata akselin sijainnin akselin kuormituksesta riippumatta, mikä antaa sinun asettaa työmekanismi suurella tarkkuudella.

Tärkeimmät edut ovat:

• korkea paikannustarkkuus;
• vaihdelaatikon avulla nopeutta vähennetään ja momentti kasvaa;
• työkappaleen sijaintia voidaan helposti säätää muuttamalla ohjausohjelmaa;
• kyky saavuttaa suurempi kiihtyvyys käytön aikana, mikä tekee servosta sopivamman käytettäväksi suurten nopeuksien laitteissa verrattuna askelmoottoreihin;
• yhtenäinen momentti melkein koko nopeusalueella;
• sietää hyvin ylikuormitusta.

Haittoja ovat:

• vaihdelaatikon läsnäolo (erityisen kriittinen, jos siinä on muovihammaspyöriä tai pehmeitä metalleja);
• vastusratojen kuluminen (jos potentiometriä käytetään takaisinkytkemiseen paikannuksen aikana);
• monimutkaisten ohjausohjelmien asennus erittäin tarkkojen tulosten saamiseksi;
• kalliit laitteet (verrattuna esimerkiksi askelmoottoreihin);
• tarkkuus on usein vähemmän kuin askelmoottoreilla.

Mutta pidä mielessä, että kaikista eduista ja haitoista on keskiarvo, ne voivat olla kuin askelmoottorit, jotka tietyssä sovelluksessa osoittavat itsensä paremmin kuin servomoottori, ja päinvastoin.

johtopäätös

Kotitalous- ja teollisuusjärjestelmien automaattinen hallinta on juurtunut elämäämme. Viime aikoina taajuusmuuttaja, joka on ohjelmoitavien lohkojen hallinnassa eri tarkoituksiin, kuten arduino, on tullut laajalti käytettyä.

Tämän ansiosta oli mahdollista luoda perustavanlaatuisesti uusia amatöörilentäviä radio-ohjattavia laitteita, robotteja ja lasten leluja. Teollisuudessa servovetolaitetta käytetään työstökoneissa, kaivinkoneissa, mönkijöissä jne. Nykyään on mahdotonta kuvitella elämäämme ilman servosta.

Video näyttää sg90-analogisten servojen toiminnan hämähäkkirobottimallissa:

Nyt tiedät, mikä servo on, kuinka se on suunniteltu ja mihin se on tarkoitettu. Toivomme, että annetut tiedot ovat auttaneet sinua hallitsemaan tämän aiheen ja ymmärtämään tärkeimmät kohdat. Jos sinulla on kysyttävää, kysy niitä artikkelin alla olevissa kommenteissa!

Aiheeseen liittyvät materiaalit:

• Mikä on moottori roottori ja staattori
• Kuinka sähkömittari toimii?
• Kuinka tehdä automaattiset portit tee-se-itse-ohjeita