Servopohon: zařízení, princip činnosti, účel, typy

Účel a zařízení

Servopohon je široce používán v robotice, strojírenství, automobilové výrobě a automatizaci procesů ve výrobě. S jeho pomocí se aktivují manipulátory, provádí se otevírání (úplné nebo neúplné) nebo zavírání (krycí) tlumiče, v obráběcích strojích pro dodávku řezných nástrojů a dalších pohonů.

Jedná se o zařízení skládající se z elektromotoru, převodovky, snímače polohy (kodéru) nebo odporu a ovladače (ovládacího zařízení).

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

Obrázek ukazuje část zařízení:

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

Elektrický motor není vždy namontován na servopohon jako motor. Pohonem může být válec s tyčí, poháněný stlačeným vzduchem nebo kapalinou.

Typy serv

Serva jsou rozdělena na elektromechanická. V nich se mechanismus skládá z elektromotoru a převodovky. Liší se relativně nízkou rychlostí.

Rozlišujte podle typu použitého motoru:

• synchronní, mají vysokou přesnost otáčení výstupního hřídele, rychle získávají na síle;
• asynchronní, charakterizovaný stabilním otáčením hřídele;
• s kolektorovým stejnosměrným nebo střídavým motorem (univerzální).

Serva, kde je hnacím mechanismem píst s válcem, mají vysokou rychlost odezvy. Používá se v autě k řazení rychlostních stupňů v automatické převodovce. Je namontován v robotech, které pohybují břemeny přes sto kilogramů. V průmyslových instalacích pro spínání klapek v balicích strojích, kde se jako nosič energie používá stlačený vzduch.

Hlavní charakteristiky serva:

• Hlavním parametrem je točivý moment nebo síla na hřídel. V datech pasu jsou uvedeny dvě hodnoty, vztažené na různá napájecí napětí.
• Rychlost, ukazuje, jak dlouho bude trvat otočení výstupního hřídele o 60⁰. Hodnoty jsou uvedeny pro různé velikosti napětí.
• Ať už je použit řídicí signál, analogový nebo digitální.
• Napájecí napětí Většina malých disků je napájena od 4,8 do 7,2 voltů. Používá se například u rádiem ovládaných modelů. Je dodáván se třemi vodiči a má standardní vývod. Řídicí signál je přiveden na bílou, hnědou nebo žlutou, napájecí napětí je červené a černá je společný vodič.
• Pracovní úhel otáčení, obvykle 180⁰ nebo 360⁰. K dispozici jsou vylepšené pohony s konstantním otáčením hřídele;
• Materiál výroby ozubených kol reduktoru. Jsou vyrobeny z mosazi, uhlíkových vláken, plastu nebo je lze kombinovat.

Elektromechanický servopohon využívá elektromotory s jádrem, které při otáčení kyvadla vibrují. Tím se snižuje přesnost otáčení výstupního hřídele. Motory s minimální kinetickou energií rotoru tuto nevýhodu neobsahují. Takové pohony jsou nezbytné pro přesné obrábění CNC obráběcího stroje. Jsou však dražší než jádrové motory.

Nejběžnější převodovkou je převodovka, která je určena ke snížení otáček a zvýšení točivého momentu na výstupním hřídeli. Méně často se používá šnekový převod, který má velký převodový poměr, ale je dražší a výroba je náročnější.

Oblast použití

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

K ovládání moderních pohonů v radioamatérských produktech se často používají zástupci rodiny arduino. Představuje sadu elektronických zařízení určených k ovládání robotů a automatizačních zařízení, kde je použit servopohon. Řídicí signál může být analogový nebo digitální.

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

Pro podlahové vytápění se používá automatizace, která udržuje nastavenou teplotu. A dodávka chladicí kapaliny, což je teplá voda z topného kotle, je regulována servopohonem.

Je připojen k řídicímu zařízení, které monitoruje teplotu pomocí teplotního čidla a vydává příkaz k elektrotepelnému servopohonu RBM 24V. Lze také použít servopohon AC230V s regulátorem.

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

Sjednocené servo používané v autě je malé velikosti. Navrženo pro práci s palubním napětím 12 V. Je integrován s centrálním zamykáním a je instalován na všech dveřích vozu, včetně pátých dveří (dveří zavazadlového prostoru).

Mechanismus také řídí přívod horké kapaliny do kamen. Pracuje v tandemu s termoelektrickým senzorem, ze kterého je signál odeslán do řídicího zařízení. Po analýze senzor odešle příkaz na servo, které zvýší nebo sníží průtok tekutiny.

Například u vozů VAZ se používá elektrický pohon s převodovkou SL-5.

Toto není úplný seznam aplikací pro taková zařízení.

Výhody a nevýhody

Servopohon má výhody oproti podobným zařízením, jako jsou krokové motory. Díky zpětné vazbě může mechanismus opravit polohu hřídele bez ohledu na zatížení nápravy, což umožňuje instalaci pracovního mechanismu s vysokou přesností.

Mezi hlavní výhody patří:

• vysoká přesnost polohování;
• pomocí převodovky se sníží otáčky a zvýší se točivý moment;
• polohování pracovního těla 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 otáček;
• dobře snáší přetížení.

Mezi nevýhody patří:

• přítomnost převodovky (zvláště kritická, pokud obsahuje plastové převody nebo je vyrobena z měkkých kovů);
• opotřebení odporových drah (pokud je pro zpětnou vazbu polohování použit potenciometr);
• komplexní nastavení řídicího programu pro získání vysoce přesných výsledků;
• vysoké náklady na zařízení (například ve srovnání s krokovými motory);
• přesnost je často menší než u krokových motorů.

Mějte však na paměti, že všechny výhody a nevýhody jsou zprůměrovány, mohou to být jak krokové motory, které se v určité aplikaci projeví lépe než servo, a naopak.

Závěr

Automatické ovládání domácích a průmyslových systémů se stalo součástí našeho života. V poslední době se široce využívá pohon pod kontrolou programovatelných bloků pro různé účely, například arduino.

To umožnilo vytvořit zásadně nová amatérská létající rádiem ovládaná zařízení, roboty a dětské hračky. V průmyslu se servopohon používá v obráběcích strojích, na bagr, na čtyřkolce atd. Dnes si náš život bez serv nelze představit.

Video ukazuje činnost analogových serv sg90 v modelu spider robot:

Nyní víte, co je servo, jak funguje a k čemu slouží. Doufáme, že vám poskytnuté informace pomohly zvládnout toto téma a porozumět hlavním bodům. Pokud máte nějaké otázky, zeptejte se jich v komentářích pod článkem!

Související materiály:

• Co je rotor a stator v motoru
• Jak funguje elektroměr
• Jak vyrobit automatickou bránu vlastními rukama