Wat is een servoaandrijving en hoe werkt het

Doel en apparaat

De servo-aandrijving wordt veel gebruikt in robotica, machinebouw, automotive, procesautomatisering in productie. Met zijn hulp worden manipulatoren bediend, wordt het openen (volledig of onvolledig) of sluiten (bedekken) van de luiken uitgevoerd in machinegereedschapsconstructie voor het voeden van het snijgereedschap en andere actuatoren.

Het is een apparaat dat bestaat uit een elektromotor, versnellingsbak, positiesensor (encoder) of weerstand en controller (besturingsapparaat).

Eenvoudig gezegd: het is een elektromechanische aandrijving die, door middel van interne feedback, de exacte positie van de as van het mechanisme bepaalt afhankelijk van externe stuursignalen.

De afbeelding toont een gedeelte van het apparaat:

Servo-aandrijvingen zijn verkrijgbaar in verschillende capaciteiten en doeleinden: laag vermogen vanaf 0,05 kW, gebruikt in auto- en robotica, bijvoorbeeld sg90 en aanzienlijk vermogen van 15 kW. Deze laatste zijn gemonteerd in industriële manipulatoren, CNC-machines, voor het regelen van kleppen in de olie- en gasindustrie, enz.

Een elektromotor wordt niet altijd als motor op een servoaandrijving gemonteerd. Als aandrijving kan een cilinder met een stang worden gebruikt, aangedreven door perslucht of vloeistof.

Soorten Servo

Servo-aandrijvingen zijn onderverdeeld in elektromechanisch. Daarin bestaat het mechanisme uit een elektromotor en versnellingsbak. Ze verschillen in relatief lage snelheid.

Onderscheidend door het gebruikte type motor:

• synchroon, hebben een hoge nauwkeurigheid van rotatie van de uitgaande as, snel aan kracht wint;
• asynchroon, gekenmerkt door stabiele rotatie van de as;
• met een collectormotor van gelijkstroom of wisselstroom (universeel).

Servoaandrijvingen, waarbij het aandrijfmechanisme een zuiger met een cilinder is, hebben een hoge snelheid. Het wordt in de auto gebruikt om te schakelen bij automatische transmissie. Gemonteerd in robots die lasten van meer dan honderd kilogram verplaatsen. In industriële installaties, voor het schakelen van rolluiken in verpakkingsmachines, waar perslucht wordt gebruikt als energiedrager.

Belangrijkste kenmerken van de servo-aandrijving:

• De belangrijkste parameter is het koppel of de kracht op de as. In de paspoortgegevens worden twee hoeveelheden aangegeven, relatief aan verschillende voedingsspanningen.
• Snelheid, laat zien hoe lang de uitgaande as met 60 zal roteren⁰. Waarden voor verschillende spanningen worden aangegeven.
• Welk stuursignaal wordt gebruikt, analoog of digitaal.
• Voedingsspanning. De meeste kleine schijven worden gevoed van 4,8 tot 7,2 volt. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt in radiogestuurde modellen. Het is afgewerkt met drie draden en heeft een standaard pinout. Een stuursignaal wordt naar wit, bruin of geel gestuurd, er wordt een rode spanning geleverd en zwart is een gemeenschappelijke draad.
• Draaihoek, meestal 180⁰ of 360⁰. Verbeterde aandrijvingen met constante rotatie van de as zijn beschikbaar;
• Materiaal voor fabricage van tandwielen. Ze zijn gemaakt van messing, koolstofvezel, kunststof of kunnen gecombineerd worden.

Bij een elektromechanische servo-aandrijving worden elektromotoren met een kern gebruikt, waarbij tijdens bedrijf trillingen optreden wanneer de slinger roteert. Dit vermindert de rotatienauwkeurigheid van de uitgaande as. Motoren met minimale kinetische energie van de rotor hebben dit nadeel. Dergelijke aandrijvingen zijn nodig voor de CNC-machine om de actuator nauwkeurig vast te stellen. Ze zijn echter duurder dan kernmotoren.

De meest voorkomende versnellingsbak is een versnelling die is ontworpen om de snelheid te verlagen en het koppel op de uitgaande as te verhogen. Minder vaak gebruikt is een aandrijving met een wormwiel, dat een grote overbrengingsverhouding heeft, maar duurder en moeilijker te vervaardigen is.

Toepassingsgebied

De servo-aandrijving wordt veel gebruikt in robotica en manipulatoren. Bij het maken van kleine mechanismen worden de mg995 servo-aandrijving en dergelijke gebruikt.

Om moderne aandrijvingen in amateurproducten te besturen, worden vaak vertegenwoordigers van de Arduino-familie gebruikt. Het vertegenwoordigt een set elektronische apparaten die zijn ontworpen om robots en automatiseringsapparatuur te besturen waar een servo-aandrijving wordt gebruikt. Het stuursignaal kan analoog of digitaal zijn.

Het aansluitschema van de omvormer naar het besturingsapparaat wordt weergegeven in de afbeelding. Het apparaat kan meerdere schijven besturen.

Gebruik voor vloerverwarming automatisering die een bepaalde temperatuur handhaaft. En de stroom koelvloeistof, dat heet water uit de ketel is, wordt geregeld door een servo-aandrijving.

Het is aangesloten op een regelapparaat dat de temperatuur bewaakt met behulp van een temperatuursensor en geeft een commando aan de RBM 24V elektrothermische servoaandrijving. Er kan ook een AC230V-servoaandrijving met een regelaar worden gebruikt.

De temperatuurregeling bij verwarming wordt automatisch uitgevoerd, waarvoor een servo-aandrijving type ICMA NC230V of NC24V wordt gebruikt. Er zijn apparaten beschikbaar voor verschillende voedingsspanningen.

De uniforme servo die in de auto wordt gebruikt, heeft kleine afmetingen. Ontworpen om te werken met een boordspanning van 12 volt. Het is geïntegreerd met een centrale vergrendeling en is geïnstalleerd op alle deuren van de auto, inclusief de vijfde deur (kofferbakdeur).

Het mechanisme regelt ook de stroom hete vloeistof naar de kachel. Het werkt in combinatie met een thermo-elektrische sensor, waarvan het signaal naar het besturingsapparaat wordt gevoerd. Na analyse stuurt de sensor een commando naar de servoaandrijving, waardoor de vloeistofstroom toeneemt of afneemt.

Voor VAZ-auto's wordt bijvoorbeeld een elektrische aandrijving met een SL-5-versnellingsbak gebruikt.

Dit is geen volledige lijst van het gebruik van dergelijke apparaten.

Voor- en nadelen

De servo-aandrijving heeft voordelen ten opzichte van vergelijkbare apparaten, zoals stappenmotoren. Dankzij de feedback kan het mechanisme de positie van de as aanpassen, ongeacht de belasting op de as, waardoor u het werkmechanisme met hoge nauwkeurigheid kunt instellen.

De belangrijkste voordelen zijn:

• hoge positioneringsnauwkeurigheid;
• met behulp van een versnellingsbak wordt de snelheid verlaagd en neemt het moment toe;
• de positionering van het werklichaam kan eenvoudig worden aangepast door een wijziging aan te brengen in het besturingsprogramma;
• het vermogen om tijdens bedrijf een grotere acceleratie te bereiken, waardoor de servo meer geschikt is voor gebruik in hogesnelheidsapparatuur, vergeleken met stappenmotoren;
• uniform moment in bijna het gehele snelheidsbereik;
• tolereren goed overbelasting.

De nadelen zijn onder meer:

• de aanwezigheid van een versnellingsbak (vooral van cruciaal belang als deze plastic tandwielen of zachte metalen heeft);
• slijtage van resistieve sporen (als een potentiometer wordt gebruikt voor feedback tijdens positionering);
• complexe configuratie van het besturingsprogramma om zeer nauwkeurige resultaten te verkrijgen;
• hoge kosten van apparatuur (vergeleken met bijvoorbeeld stappenmotoren);
• nauwkeurigheid is vaak minder dan bij stappenmotoren.

Maar onthoud dat alle voor- en nadelen gemiddeld zijn, ze kunnen zijn als stappenmotoren, die zich in een bepaalde toepassing beter zullen laten zien dan een servo-aandrijving, en omgekeerd.

Conclusie

De automatische besturing van huishoudelijke en industriële systemen is stevig verankerd in ons leven. Onlangs is een aandrijving onder besturing van programmeerbare blokken voor verschillende doeleinden, zoals arduino, op grote schaal gebruikt.

Dit maakte het mogelijk om fundamenteel nieuwe amateurvliegende radiogestuurde apparaten, robots en kinderspeelgoed te creëren. In de industrie wordt de servo-aandrijving gebruikt in werktuigmachines, op een graafmachine, op een ATV, enz. Tegenwoordig is het onmogelijk om ons leven zonder servo's voor te stellen.

De video toont de werking van de sg90 analoge servo's in een spiderrobotmodel:

Nu weet je wat een servo is, hoe hij is ontworpen en waarvoor hij is bedoeld. We hopen dat de verstrekte informatie u heeft geholpen dit onderwerp onder de knie te krijgen en de belangrijkste punten te begrijpen. Als je vragen hebt, stel ze dan in de reacties onder het artikel!

Gerelateerde materialen:

• Wat is een rotor en stator in een motor
• Hoe werkt een elektriciteitsmeter?
• Hoe automatische poorten doe-het-zelf te maken