Co je to servopohon a jak to funguje

Účel a zařízení

Servopohon našel široké uplatnění v robotice, strojírenství, automobilovém průmyslu a automatizaci procesů ve výrobě. S jeho pomocí se manipuluje s manipulátorem, provádí se otevírání (úplné nebo neúplné) nebo uzavírání (zakrytí) uzávěrů, v konstrukci obráběcích strojů pro podávání řezného nástroje a dalších ovladačů.

Jedná se o zařízení, které se skládá z elektrického motoru, převodovky, snímače polohy (kodéru) nebo rezistoru a ovladače (ovládacího zařízení).

Jednoduše řečeno, je to elektromechanický pohon, který prostřednictvím vnitřní zpětné vazby nastavuje přesnou polohu hřídele mechanismu v závislosti na vnějších řídicích signálech.

Obrázek ukazuje část zařízení:

Servopohony jsou k dispozici v různých kapacitách a účelech: nízký výkon od 0,05 kW, používaný v automobilovém průmyslu a robotice, například sg90 a významný výkon 15 kW. Ty jsou namontovány v průmyslových manipulátorech, CNC strojích, pro ovládání ventilů v ropném a plynárenském průmyslu atd.

Elektromotor není vždy namontován jako motor na servopohon. Jako pohon lze použít válec s tyčí poháněný stlačeným vzduchem nebo kapalinou.

Druhy servo

Servopohony jsou rozděleny na elektromechanické. V nich je mechanismus tvořen elektrickým motorem a převodovkou. Liší se relativně nízkou rychlostí.

Rozlišuje podle typu použitého motoru:

• synchronní, mají vysokou přesnost otáčení výstupního hřídele, rychle nabírající hybnost;
• asynchronní, charakterizovaný stabilní rotací hřídele;
• s kolektorovým motorem stejnosměrného nebo střídavého proudu (univerzální).

Servopohony, kde je hnacím mechanismem píst s válcem, mají vysokou rychlost. Používá se v automobilu pro řazení v automatické převodovce. Namontován v robotech, které přemísťují zatížení více než sto kilogramů. V průmyslových závodech, pro přepínání uzávěrů v balicích strojích, kde se stlačený vzduch používá jako nosič energie.

Hlavní vlastnosti servopohonu:

• Hlavním parametrem je točivý moment nebo síla na hřídeli. V pasových datech jsou uvedena dvě veličiny, vzhledem k různým napájecím napětím.
• Rychlost, ukazuje, jak dlouho se bude výstupní hřídel otáčet o 60⁰. Jsou uvedeny hodnoty pro různá napětí.
• Který řídicí signál se používá, analogový nebo digitální.
• Napájecí napětí. Většina malých jednotek je napájena od 4,8 do 7,2 V. Používá se například v modelech s rádiovým ovládáním. Je doplněn třemi dráty a má standardní pinout. Řídicí signál je odesílán do bílé, hnědé nebo žluté, je dodáváno červené napětí a černý je společný vodič.
• Pracovní úhel natočení, obvykle 180⁰ nebo 360⁰. K dispozici jsou vylepšené pohony s konstantním otáčením hřídele;
• Materiál pro výrobu ozubených kol. Jsou vyrobeny z mosazi, uhlíkových vláken, plastu nebo je lze kombinovat.

V elektromechanickém servopohonu se používají elektrické motory s jádrem, během nichž dochází k vibracím při otáčení kyvadla. Tím se snižuje přesnost otáčení výstupního hřídele. Motory s minimální kinetickou energií rotoru jsou zbaveny této nevýhody. Tyto pohony jsou nezbytné pro to, aby CNC stroj přesně sestavil pohon. Jsou však dražší než základní motory.

Nejběžnější převodovkou je převodovka, která je navržena ke snížení otáček a zvýšení točivého momentu na výstupní hřídeli. Méně běžně používaný je pohon se šnekovým převodem, který má velký převodový poměr, ale je dražší a těžko vyrobitelný.

Oblast použití

Servopohon je široce používán v robotice a manipulátorech. Při vytváření malých mechanismů se používá servopohon mg995 a podobně.

Pro ovládání moderních pohonů v amatérských produktech se často používají zástupci rodiny Arduino. Představuje sadu elektronických zařízení určených k řízení robotů a automatizačních zařízení, kde se používá servopohon. Řídicí signál může být analogový nebo digitální.

Schéma připojení pohonu k ovládacímu zařízení je znázorněno na obrázku. Zařízení může ovládat více jednotek.

Pro podlahové vytápění použijte automatizaci, která udržuje danou teplotu. A průtok chladicí kapaliny, která je horkou vodou z kotle, je řízen servopohonem.

Je připojeno k ovládacímu zařízení, které monitoruje teplotu pomocí teplotního senzoru a vydává příkaz elektrotermickému servopohonu RBM 24V. Lze také použít servopohon AC230V s regulátorem.

Regulace teploty při vytápění se provádí automaticky, pro které se používá servopohon typu ICMA NC230V nebo NC24V. Zařízení jsou k dispozici pro různá napájecí napětí.

Sjednocené servo použité v autě má malé rozměry. Navrženo pro práci s palubním napětím 12 voltů. Je integrován s centrálním zámkem a je nainstalován na všech dveřích automobilu, včetně pátých dveří (dveře zavazadlového prostoru).

Mechanismus také řídí tok horké kapaliny do kamen. Funguje ve spojení s termoelektrickým senzorem, jehož signál je přiváděn do řídicího zařízení. Po analýze senzor vyšle příkaz servopohonu, který zvyšuje nebo snižuje průtok tekutiny.

Například pro automobily VAZ se používá elektrický pohon s převodovkou SL-5.

Toto není úplný seznam použití takových zařízení.

Výhody a nevýhody

Servopohon má výhody oproti podobným zařízením, jako jsou krokové motory. Díky zpětné vazbě může mechanismus upravit polohu hřídele bez ohledu na zatížení na nápravu, což vám umožňuje nastavit pracovní mechanismus s vysokou přesností.

Hlavní výhody jsou:

• vysoká přesnost polohování;
• pomocí převodovky se rychlost sníží a moment se zvyšuje;
• umístění pracovního tělesa lze snadno upravit změnou řídicího programu;
• schopnost dosáhnout velkých zrychlení během provozu, což činí servo vhodnějším pro použití ve vysokorychlostních zařízeních ve srovnání s krokovými motory;
• rovnoměrný moment v téměř celém rozsahu rychlosti;
• dobře tolerovat přetížení.

Mezi nevýhody patří:

• přítomnost převodovky (zvláště kritická, pokud má plastová kola nebo měkké kovy);
• opotřebení odporových drah (pokud se pro zpětnou vazbu během polohování používá potenciometr);
• komplexní nastavení řídicího programu pro získání výsledků vysoké přesnosti;
• vysoké náklady na vybavení (například ve srovnání s krokovými motory);
• přesnost je často menší než u krokových motorů.

Ale mějte na paměti, že všechny výhody a nevýhody jsou zprůměrovány, mohou být jako krokové motory, které se v určité aplikaci projeví lépe než servopohon, a naopak.

Závěr

Automatické řízení domácích a průmyslových systémů je pevně zakořeněno v našich životech. V poslední době se široce používá pohon pod kontrolou programovatelných bloků pro různé účely, jako je arduino.

To umožnilo vytvořit zásadně nová amatérská létající rádiem ovládaná zařízení, roboty a dětské hračky. V průmyslu se servopohon používá v obráběcích strojích, na bagrech, na čtyřkolkách atd. Dnes je nemožné si představit náš život bez serva.

Video ukazuje činnost analogových serv sg90 v modelu spider robota:

Nyní víte, co je servo, jak je postaveno a k čemu slouží. Doufáme, že vám poskytnuté informace pomohly zvládnout toto téma a pochopit hlavní body. Pokud máte nějaké dotazy, zeptejte se jich v komentářích pod článkem!

Související materiály:

• Co je rotor a stator v motoru
• Jak funguje elektroměr?
• Jak udělat automatické brány udělejte si sami