O que é um servo drive e como ele funciona

Objetivo e dispositivo

O servoconversor é amplamente utilizado em robótica, engenharia mecânica, automotiva e automação de processos na produção. Com sua ajuda, os manipuladores são acionados, é realizada a abertura (completa ou incompleta) ou o fechamento (cobertura) das persianas, na construção de máquinas-ferramenta para alimentar a ferramenta de corte e outros atuadores.

É um dispositivo que consiste em um motor elétrico, caixa de velocidades, sensor de posição (codificador) ou resistor e controlador (dispositivo de controle).

Em palavras simples, é um acionamento eletromecânico que, através do feedback interno, define a posição exata do eixo do mecanismo, dependendo dos sinais de controle externos.

A figura mostra uma seção do dispositivo:

Os servoconversores estão disponíveis em várias capacidades e propósitos: baixa potência de 0,05 kW, usada em automóveis e robótica, por exemplo, sg90 e potência significativa de 15 kW. Estes últimos são montados em manipuladores industriais, máquinas CNC, para controle de válvulas na indústria de petróleo e gás, etc.

Um motor elétrico nem sempre é montado como um motor em um servoconversor. Como acionamento, um cilindro com uma haste, acionado por ar comprimido ou líquido, pode ser usado.

Tipos de Servo

Os servoconversores são divididos em eletromecânicos. Neles, o mecanismo consiste em um motor elétrico e caixa de velocidades. Eles diferem em velocidade relativamente baixa.

Distinguido pelo tipo de motor utilizado:

• síncrona, tem alta precisão de rotação do eixo de saída, ganhando impulso rapidamente;
• assíncrono, caracterizado por rotação estável do eixo;
• com um motor coletor de corrente contínua ou alternada (universal).

Os servoconversores, onde o mecanismo de acionamento é um pistão com um cilindro, têm alta velocidade. É usado no carro para mudar de marcha na transmissão automática. Montado em robôs que movem cargas de mais de cem kg. Nas plantas industriais, para trocar persianas em máquinas de embalagem, onde o ar comprimido é usado como transportador de energia.

Principais características do servoconversor:

• O parâmetro principal é o torque ou força no eixo. Nos dados do passaporte, duas quantidades são indicadas, relativas a diferentes tensões de alimentação.
• Velocidade, mostra quanto tempo o eixo de saída irá girar 60⁰. Valores para diferentes tensões são indicados.
• Qual sinal de controle é usado, analógico ou digital.
• Tensão de alimentação. A maioria das unidades pequenas é alimentada de 4,8 a 7,2 volts. É usado, por exemplo, em modelos controlados por rádio. É completado com três fios e possui uma pinagem padrão. Um sinal de controle é enviado para branco, marrom ou amarelo, uma tensão vermelha é fornecida e o preto é um fio comum.
• Ângulo de rotação de trabalho, geralmente 180⁰ ou 360⁰. Acionamentos atualizados com rotação constante do eixo estão disponíveis;
• Material de fabricação de engrenagem de engrenagem. Eles são feitos de latão, fibra de carbono, plástico ou podem ser combinados.

Em um servoconversor eletromecânico, são utilizados motores elétricos com núcleo, durante os quais a vibração ocorre quando o pêndulo gira. Isso reduz a precisão da rotação do eixo de saída. Motores com energia cinética mínima do rotor são privados dessa desvantagem. Tais acionamentos são necessários para a máquina CNC estabelecer com precisão o atuador. No entanto, eles são mais caros que os motores principais.

A caixa de engrenagens mais comum é uma engrenagem projetada para diminuir a velocidade e aumentar o torque no eixo de saída. Menos comumente usado é um acionamento com uma engrenagem helicoidal, que possui uma grande relação de marchas, mas é mais cara e mais difícil de fabricar.

Campo de aplicação

O servoconversor é amplamente utilizado em robótica e manipuladores. Ao criar pequenos mecanismos, o servoconversor mg995 e similares são usados.

Para controlar drives modernos em produtos amadores, representantes da família Arduino são frequentemente usados. Representa um conjunto de dispositivos eletrônicos projetados para controlar robôs e dispositivos de automação nos quais um servoconversor é usado. O sinal de controle pode ser analógico ou digital.

O diagrama de conexão do inversor ao dispositivo de controle é mostrado na figura. O dispositivo pode controlar várias unidades.

Para aquecimento por piso radiante, use a automação que mantém uma determinada temperatura. E o fluxo de líquido de arrefecimento, que é a água quente da caldeira, é controlado por um servoconversor.

Ele é conectado a um dispositivo de controle que monitora a temperatura usando um sensor de temperatura e emite um comando para o servoconversor eletrotérmico RBM 24V. Também pode ser usado um servoconversor AC230V com um regulador.

O controle de temperatura no aquecimento é realizado automaticamente, para o qual é utilizado um servoconversor ICMA NC230V ou NC24V. Os dispositivos estão disponíveis para várias tensões de alimentação.

O servo unificado usado no carro tem pequenas dimensões. Projetado para funcionar com tensão interna de 12 volts. É integrado a uma trava central e é instalado em todas as portas do carro, incluindo a quinta porta (porta da mala).

O mecanismo também controla o fluxo de líquido quente para o fogão. Funciona em conjunto com um sensor termoelétrico, cujo sinal é alimentado ao dispositivo de controle. Após a análise, o sensor envia um comando para o servoconversor, que aumenta ou diminui o fluxo de fluido.

Por exemplo, para carros VAZ, é usado um acionamento elétrico com uma caixa de câmbio SL-5.

Esta não é uma lista completa do uso de tais dispositivos.

Vantagens e desvantagens

O servoconversor tem vantagens em relação a dispositivos semelhantes, como motores de passo. Devido ao feedback, o mecanismo pode ajustar a posição do eixo, independentemente da carga no eixo, o que permite definir o mecanismo de trabalho com alta precisão.

As principais vantagens são:

• alta precisão de posicionamento;
• com a ajuda de uma caixa de velocidades, a velocidade é reduzida e o momento aumenta;
• o posicionamento do corpo de trabalho pode ser facilmente ajustado, alterando o programa de controle;
• a capacidade de obter maior aceleração durante a operação, o que torna o servo mais adequado para uso em dispositivos de alta velocidade, em comparação com motores de passo;
• momento uniforme em quase toda a faixa de velocidade;
• bem tolerar sobrecarga.

As desvantagens incluem:

• a presença de uma caixa de velocidades (especialmente crítica se tiver engrenagens de plástico ou metais macios);
• desgaste de faixas resistivas (se um potenciômetro for usado para feedback durante o posicionamento);
• configuração complexa do programa de controle para obter resultados de alta precisão;
• alto custo do equipamento (comparado com motores de passo, por exemplo);
• a precisão é geralmente menor do que nos motores de passo.

Mas lembre-se de que todas as vantagens e desvantagens são médias, elas podem ser como motores de passo, que em uma determinada aplicação se mostrarão melhores que um servoconversor e vice-versa.

Conclusão

O controle automático de sistemas domésticos e industriais está firmemente enraizado em nossas vidas. Recentemente, um disco sob o controle de blocos programáveis ​​para diversos fins, como o arduino, tornou-se amplamente utilizado.

Isso tornou possível criar fundamentalmente novos dispositivos voadores controlados por rádio amadores, robôs e brinquedos para crianças. Na indústria, o servoconversor é usado em máquinas-ferramentas, em uma escavadeira, em um ATV, etc. Hoje é impossível imaginar nossa vida sem servos.

O vídeo mostra a operação dos servos analógicos sg90 em um modelo de robô-aranha:

Agora você sabe o que é um servo, como ele é projetado e para que serve. Esperamos que as informações fornecidas o ajudem a dominar este tópico e entender os pontos principais. Se você tiver dúvidas, pergunte-as nos comentários do artigo!

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