Kas ir servo piedziņa un kā tā darbojas?

Mērķis un ierīce

Servo piedziņa ir plaši pielietota robotikā, mašīnbūvē, autobūvē un ražošanas procesu automatizācijā. Ar tās palīdzību tiek darbināti manipulatori, slēģu atvēršana (pilnīga vai nepilnīga) vai aizvēršana (pārklāšana), darbgaldu konstrukcijā griezējinstrumenta un citu pievadu barošanai.

Tā ir ierīce, kas sastāv no elektromotora, pārnesumkārbas, pozīcijas sensora (kodētāja) vai pretestības un kontroliera (vadības ierīces).

Vienkāršiem vārdiem sakot, tā ir elektromehāniska piedziņa, kas, izmantojot iekšēju atgriezenisko saiti, nosaka precīzu mehānisma vārpstas stāvokli atkarībā no ārējiem vadības signāliem.

Attēlā parādīts ierīces sekcija:

Servo piedziņas ir pieejamas dažādās ietilpībās un dažādos nolūkos: maza jauda no 0,05 kW, izmantojama automobiļos un robotikā, piemēram, sg90 un ievērojama jauda 15 kW. Pēdējie ir uzstādīti rūpnieciskos manipulatoros, CNC mašīnās, lai kontrolētu vārstus naftas un gāzes rūpniecībā utt.

Elektromotoru ne vienmēr uzstāda kā motoru uz servopiedziņas. Kā piedziņu var izmantot balonu ar stieni, ko darbina saspiests gaiss vai šķidrums.

Servo veidi

Servo piedziņas ir sadalītas elektromehāniskajās. Tajos mehānisms sastāv no elektromotora un pārnesumkārbas. Viņi atšķiras ar salīdzinoši mazu ātrumu.

Atšķir pēc izmantotā motora veida:

• sinhroni, ar augstu izejas vārpstas griešanās precizitāti, ātri iegūst impulsu;
• asinhrona, ko raksturo stabila ass griešanās;
• ar līdzstrāvas vai maiņstrāvas kolektoru (universāls).

Servo piedziņām, kurās piedziņas mehānisms ir virzulis ar cilindru, ir liels ātrums. To izmanto automašīnā, lai mainītu pārnesumus automātiskajā pārnesumkārbā. Uzstādīts robotos, kas pārvieto vairāk nekā simts kilogramu kravas. Rūpniecības uzņēmumos slēģu pārslēgšanai iesaiņošanas mašīnās, kur par enerģijas nesēju izmanto saspiestu gaisu.

Galvenie servopiedziņas raksturlielumi:

• Galvenais parametrs ir griezes moments vai spēks uz vārpstu. Pases datos ir norādīti divi daudzumi attiecībā pret dažādiem barošanas spriegumiem.
• Ātrums, parāda, cik ilgi izejas ass griezīsies par 60⁰. Norādītas dažādu spriegumu vērtības.
• Kurš vadības signāls tiek izmantots, analogs vai digitālais.
• Barošanas spriegums. Lielākajai daļai mazu disku tiek nodrošināta strāva no 4,8 līdz 7,2 voltiem. To izmanto, piemēram, radiovadāmos modeļos. Tas ir pabeigts ar trim vadiem, un tam ir standarta piespraude. Kontroles signāls tiek nosūtīts uz baltu, brūnu vai dzeltenu, tiek piegādāts sarkans spriegums, un melns ir parasts vads.
• Darba rotācijas leņķis, parasti 180⁰ vai 360⁰. Ir pieejami modernizēti piedziņas mehānismi ar pastāvīgu ass griešanos;
• Zobratu pārnesumu izgatavošanas materiāls. Tie ir izgatavoti no misiņa, oglekļa šķiedras, plastmasas vai arī tos var kombinēt.

Elektromehāniskajā servopiedziņā tiek izmantoti elektromotori ar serdi, kuru darbības laikā vibrācija notiek, kad svārsts griežas. Tas samazina izejas vārpstas griešanās precizitāti. Motoriem ar minimālu rotora kinētisko enerģiju šis trūkums netiek piemērots. Šādi diskdziņi ir nepieciešami, lai CNC mašīna precīzi izveidotu izpildmehānismu. Tomēr tie ir dārgāki nekā pamatdzinēji.

Visizplatītākais pārnesumkārba ir pārnesums, kas paredzēts ātruma samazināšanai un griezes momenta palielināšanai uz izvades vārpstu. Retāk tiek izmantota piedziņa ar tārpa pārnesumu, kurai ir liela pārnesumu attiecība, taču tā ir dārgāka un grūtāk izgatavojama.

Pielietojuma joma

Servo piedziņa tiek plaši izmantota robotikā un manipulatoros. Veidojot mazus mehānismus, tiek izmantota mg995 servo piedziņa un tamlīdzīgi.

Lai kontrolētu mūsdienu diskus amatieru izstrādājumos, bieži tiek izmantoti Arduino ģimenes pārstāvji. Tas attēlo elektronisko ierīču kopumu, kas paredzēts robotu un automātikas ierīču vadīšanai, ja tiek izmantots servopiedziņa. Vadības signāls var būt analogs vai digitāls.

Piedziņas savienojuma shēma ar vadības ierīci ir parādīta attēlā. Ierīce var vadīt vairākus diskus.

Grīdas apsildei izmantojiet automātiku, kas uztur noteikto temperatūru. Un dzesēšanas šķidruma plūsmu, kas ir karsts ūdens no katla, kontrolē ar servo piedziņu.

Tas ir savienots ar vadības ierīci, kas uzrauga temperatūru, izmantojot temperatūras sensoru, un izdod komandu RBM 24V elektrotermiskai servo piedziņai. Var izmantot arī AC230V servo piedziņu ar regulatoru.

Apkures temperatūras kontrole tiek veikta automātiski, kurai tiek izmantots servo piedziņas tips ICMA NC230V vai NC24V. Ierīces ir pieejamas dažādiem barošanas spriegumiem.

Automašīnā izmantotajam vienotajam servo ir mazi izmēri. Paredzēts darbam ar borta spriegumu 12 volti. Tas ir integrēts ar centrālo slēdzeni un ir uzstādīts uz visām automašīnas durvīm, ieskaitot piektās durvis (bagāžas durvis).

Mehānisms kontrolē arī karstā šķidruma plūsmu uz plīti. Tas darbojas kopā ar termoelektrisko sensoru, kura signāls tiek padots uz vadības ierīci. Pēc analīzes sensors nosūta komandu servo piedziņai, kas palielina vai samazina šķidruma plūsmu.

Piemēram, automašīnām VAZ tiek izmantota elektriskā piedziņa ar reduktoru SL-5.

Šis nav pilnīgs šādu ierīču lietošanas saraksts.

Priekšrocības un trūkumi

Servo piedziņai ir priekšrocības salīdzinājumā ar līdzīgām ierīcēm, piemēram, pakāpju motoriem. Sakarā ar atgriezenisko saiti, mehānisms var koriģēt vārpstas stāvokli neatkarīgi no slodzes uz asi, kas ļauj iestatīt darba mehānismu ar augstu precizitāti.

Galvenās priekšrocības ir:

• augsta pozicionēšanas precizitāte;
• ar pārnesumkārbas palīdzību ātrums tiek samazināts un moments palielinās;
• darba ķermeņa novietojumu var viegli pielāgot, veicot izmaiņas vadības programmā;
• spēja sasniegt lielāku paātrinājumu darbības laikā, kas padara servo piemērotāku izmantošanai ātrgaitas ierīcēs, salīdzinot ar pakāpju motoriem;
• vienmērīgs moments gandrīz visā ātruma diapazonā;
• labi panes pārslodzi.

Pie trūkumiem pieder:

• pārnesumkārbas klātbūtne (īpaši kritiska, ja tai ir plastmasas zobrati vai mīksti metāli);
• pretestības sliežu nodilums (ja pozicionēšanas laikā tiek izmantots potenciometrs atgriezeniskai saitei);
• sarežģītas vadības programmas iestatīšana, lai iegūtu augstas precizitātes rezultātus;
• augstas aprīkojuma izmaksas (salīdzinot, piemēram, ar pakāpju motoriem);
• precizitāte bieži ir mazāka nekā ar pakāpju motoriem.

Bet paturiet prātā, ka tiek aprēķinātas visas priekšrocības un trūkumi, tie var būt kā pakāpju motori, kas noteiktā lietojumā parādīs sevi labāk nekā servo piedziņa, un otrādi.

Secinājums

Mājas un rūpniecības sistēmu automātiska vadība ir stingri sakņojusies mūsu dzīvē. Nesen ir plaši izmantots piedziņa, ko kontrolē programmējami bloki dažādiem mērķiem, piemēram, arduino.

Tas ļāva radīt pilnīgi jaunas amatieru lidojošas radiovadāmās ierīces, robotus un bērnu rotaļlietas. Rūpniecībā servo piedziņu izmanto darbgaldos, uz ekskavatora, uz visurgājēja utt. Mūsdienās nav iespējams iedomāties savu dzīvi bez servo.

Video ir parādīta sg90 analogo servo darbība zirnekļa robota modelī:

Tagad jūs zināt, kas ir servo, kā tas ir veidots un kādam nolūkam tas paredzēts. Mēs ceram, ka sniegtā informācija ir palīdzējusi jums apgūt šo tēmu un saprast galvenos punktus. Ja jums ir jautājumi, uzdodiet tos komentāros zem raksta!

Saistītie materiāli:

• Kas ir motors ar rotoru un statoru
• Kā darbojas elektrības skaitītājs?
• Kā panākt, lai automātiskie vārti tiktu izdarīti paši