Che cos'è un servoazionamento e come funziona

Scopo e dispositivo

Il servoazionamento ha trovato ampia applicazione in robotica, ingegneria meccanica, industria automobilistica e automazione dei processi in produzione. Con il suo aiuto, i manipolatori vengono azionati, l'apertura (completa o incompleta) o la chiusura (copertura) delle persiane viene eseguita, nella costruzione di macchine utensili per alimentare l'utensile da taglio e altri attuatori.

È un dispositivo costituito da un motore elettrico, cambio, sensore di posizione (encoder) o resistenza e controller (dispositivo di controllo).

In parole semplici, si tratta di un azionamento elettromeccanico che, tramite feedback interno, imposta la posizione esatta dell'albero del meccanismo in base ai segnali di controllo esterni.

La figura mostra una sezione del dispositivo:

I servoazionamenti sono disponibili in varie capacità e scopi: bassa potenza da 0,05 kW, utilizzata nel settore automobilistico e robotico, ad esempio sg90 e potenza significativa di 15 kW. Questi ultimi sono montati su manipolatori industriali, macchine a controllo numerico, per il controllo di valvole nell'industria petrolifera e del gas, ecc.

Un motore elettrico non è sempre montato come motore su un servoazionamento. Come azionamento, può essere utilizzato un cilindro con un'asta, azionato da aria compressa o liquido.

Tipi di servo

I servoazionamenti sono divisi in elettromeccanici. In essi, il meccanismo consiste in un motore elettrico e un cambio. Differiscono in velocità relativamente bassa.

Distinto dal tipo di motore utilizzato:

• sincrono, ha un'elevata precisione di rotazione dell'albero di uscita, guadagnando rapidamente slancio;
• rotazione asincrona e stabile dell'albero;
• con un motore collettore di corrente continua o alternata (universale).

I servoazionamenti, in cui il meccanismo di azionamento è un pistone con un cilindro, hanno una velocità elevata. È usato in macchina per cambiare marcia nella trasmissione automatica. Montato su robot che muovono carichi di oltre cento chilogrammi. Negli impianti industriali, per la commutazione di persiane in macchine per l'imballaggio, dove l'aria compressa viene utilizzata come vettore di energia.

Caratteristiche principali del servoazionamento:

• Il parametro principale è la coppia o la forza sull'albero. Nei dati del passaporto sono indicate due quantità, relative alle diverse tensioni di alimentazione.
• Velocità, mostra per quanto tempo l'albero di uscita ruoterà di 60⁰. Sono indicati i valori per diverse tensioni.
• Quale segnale di controllo viene utilizzato, analogico o digitale.
• Tensione di alimentazione. La maggior parte delle unità di piccole dimensioni sono alimentate da 4,8 a 7,2 volt. Viene utilizzato, ad esempio, nei modelli radiocomandati. È completato con tre fili e ha una piedinatura standard. Un segnale di controllo viene inviato a bianco, marrone o giallo, viene fornita una tensione rossa e il nero è un filo comune.
• Angolo di rotazione di lavoro, solitamente 180⁰ o 360⁰. Sono disponibili azionamenti aggiornati con rotazione costante dell'albero;
• Materiale per la produzione di ingranaggi. Sono realizzati in ottone, fibra di carbonio, plastica o possono essere combinati.

In un servoazionamento elettromeccanico, vengono utilizzati motori elettrici con un nucleo, durante il funzionamento del quale si verificano vibrazioni quando il pendolo ruota. Ciò riduce la precisione della rotazione dell'albero di uscita. I motori con energia cinetica minima del rotore sono privati ​​di questo inconveniente. Tali azionamenti sono necessari affinché la macchina CNC stabilisca accuratamente l'attuatore. Tuttavia, sono più costosi dei motori core.

Il cambio più comune è un ingranaggio, progettato per ridurre la velocità e aumentare la coppia sull'albero di uscita. Meno comunemente usato è un azionamento con un ingranaggio a vite senza fine, che ha un rapporto di trasmissione elevato, ma è più costoso e più difficile da fabbricare.

Area di applicazione

Il servoazionamento è ampiamente utilizzato in robotica e manipolatori. Quando si creano piccoli meccanismi, vengono utilizzati il ​​servoazionamento mg995 e simili.

Per controllare le unità moderne nei prodotti amatoriali, vengono spesso utilizzati rappresentanti della famiglia Arduino. Rappresenta un insieme di dispositivi elettronici progettati per controllare robot e dispositivi di automazione in cui viene utilizzato un servoazionamento. Il segnale di controllo può essere analogico o digitale.

Lo schema di collegamento dell'azionamento al dispositivo di controllo è mostrato in figura. Il dispositivo può controllare più unità.

Per il riscaldamento a pavimento, utilizzare l'automazione che mantiene una determinata temperatura. E il flusso di refrigerante, che è l'acqua calda dalla caldaia, è controllato da un servoazionamento.

È collegato a un dispositivo di controllo che monitora la temperatura mediante un sensore di temperatura e invia un comando al servoazionamento elettrotermico RBM 24V. È inoltre possibile utilizzare un servoazionamento AC230V con un regolatore.

Il controllo della temperatura in riscaldamento viene eseguito automaticamente, per il quale viene utilizzato un servoazionamento tipo ICMA NC230V o NC24V. I dispositivi sono disponibili per varie tensioni di alimentazione.

Il servo unificato utilizzato nell'auto ha dimensioni ridotte. Progettato per funzionare con una tensione di bordo di 12 volt. È integrato con una serratura centrale ed è installato su tutte le porte dell'auto, compresa la quinta porta (porta bagagliaio).

Il meccanismo controlla anche il flusso di liquido caldo verso la stufa. Funziona in combinazione con un sensore termoelettrico, il segnale da cui viene inviato al dispositivo di controllo. Dopo l'analisi, il sensore invia un comando al servoazionamento, che aumenta o diminuisce il flusso del fluido.

Ad esempio, per le auto VAZ, viene utilizzato un motore elettrico con cambio SL-5.

Questo non è un elenco completo dell'uso di tali dispositivi.

Vantaggi e svantaggi

Il servoazionamento presenta vantaggi rispetto a dispositivi simili, come i motori passo-passo. Grazie al feedback, il meccanismo può correggere la posizione dell'albero, indipendentemente dal carico sull'asse, il che consente di impostare il meccanismo di lavoro con elevata precisione.

I principali vantaggi sono:

• elevata precisione di posizionamento;
• con l'aiuto di un cambio, la velocità viene ridotta e il momento aumenta;
• il posizionamento del corpo di lavoro può essere facilmente regolato modificando il programma di controllo;
• la capacità di ottenere una maggiore accelerazione durante il funzionamento, il che rende il servo più adatto all'uso in dispositivi ad alta velocità, rispetto ai motori passo-passo;
• momento uniforme in quasi tutta la gamma di velocità;
• ben tollerato sovraccarico.

Gli svantaggi includono:

• la presenza di un cambio (particolarmente critico se ha ingranaggi in plastica o metalli teneri);
• usura delle piste resistive (se viene utilizzato un potenziometro per il feedback durante il posizionamento);
• complessa configurazione del programma di controllo per ottenere risultati di alta precisione;
• elevato costo delle apparecchiature (rispetto ai motori passo-passo, ad esempio);
• la precisione è spesso inferiore rispetto ai motori passo-passo.

Ma tieni presente che tutti i vantaggi e gli svantaggi sono mediati, possono essere come motori passo-passo, che in una certa applicazione si mostreranno meglio di un servoazionamento e viceversa.

Conclusione

Il controllo automatico dei sistemi domestici e industriali è saldamente radicato nella nostra vita. Recentemente, un'unità sotto il controllo di blocchi programmabili per vari scopi come Arduino è diventata ampiamente utilizzata.

Ciò ha permesso di creare fondamentalmente nuovi dispositivi radiocomandati volanti amatoriali, robot e giocattoli per bambini. Nell'industria, il servoazionamento viene utilizzato nelle macchine utensili, su un escavatore, su un ATV, ecc. Oggi è impossibile immaginare la nostra vita senza servi.

Il video mostra il funzionamento dei servi analogici sg90 in un modello di robot ragno:

Ora sai cos'è un servo, come è progettato e a cosa serve. Ci auguriamo che le informazioni fornite ti abbiano aiutato a padroneggiare questo argomento e comprendere i punti principali. Se hai domande, chiedile nei commenti sotto l'articolo!

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