Servoantrieb: Gerät, Funktionsprinzip, Zweck, Typen

Zweck und Gerät

Der Servoantrieb findet breite Anwendung in der Robotik, im Maschinenbau, im Automobilbau und in der Prozessautomatisierung in der Produktion. Mit seiner Hilfe werden Manipulatoren aktiviert, das Öffnen (vollständig oder unvollständig) oder das Schließen durchgeführt (Abdeckungs-) Dämpfer, in Werkzeugmaschinen zur Versorgung von Schneidwerkzeugen und anderen Aktuatoren.

Es ist ein Gerät bestehend aus einem Elektromotor, einem Getriebe, einem Positionssensor (Encoder) oder einem Widerstand und einem Controller (Steuergerät).

In einfachen Worten handelt es sich um einen elektromechanischen Antrieb, der durch internes Feedback die genaue Position der Getriebewelle in Abhängigkeit von externen Steuersignalen einstellt.

Die Abbildung zeigt einen Ausschnitt des Gerätes:

Servoantriebe sind in verschiedenen Kapazitäten und Verwendungszwecken erhältlich: kleine Leistung ab 0,05 kW, zum Beispiel in der Automobil- und Robotik verwendet, sg90 und signifikante Leistung von 15 kW. Letztere werden in Industriemanipulatoren, CNC-Maschinen, zur Steuerung von Ventilen in der Öl- und Gasindustrie usw.

Ein Elektromotor wird nicht immer als Motor an einen Servoantrieb angebaut. Der Antrieb kann ein Zylinder mit Stange sein, der mit Druckluft oder Flüssigkeit angetrieben wird.

Servotypen

Servos werden in elektromechanische unterteilt. Bei ihnen besteht der Mechanismus aus einem Elektromotor und einem Getriebe. Sie unterscheiden sich in relativ niedriger Geschwindigkeit.

Unterscheiden Sie nach dem verwendeten Motortyp:

• synchron, haben eine hohe Drehgenauigkeit der Abtriebswelle, gewinnen schnell an Schwung;
• asynchron, gekennzeichnet durch stabile Wellendrehung;
• mit Kollektor DC- oder AC-Motor (universal).

Servos, bei denen der Antriebsmechanismus ein Kolben mit einem Zylinder ist, haben eine hohe Ansprechgeschwindigkeit. Es wird in einem Auto zum Schalten von Gängen in einem Automatikgetriebe verwendet. Montiert in Robotern, die Lasten über hundert Kilogramm bewegen. In Industrieanlagen, zum Umschalten von Ventilen in Verpackungsmaschinen, wo Druckluft als Energieträger verwendet wird.

Hauptmerkmale des Servos:

• Der Hauptparameter ist das Drehmoment bzw. die Kraft auf die Welle. In den Passdaten werden zwei Werte angegeben, bezogen auf unterschiedliche Versorgungsspannungen.
• Geschwindigkeit, zeigt an, wie lange es dauert, die Abtriebswelle um 60. zu drehen⁰. Werte werden für unterschiedliche Spannungsgrößen angegeben.
• Ob das Steuersignal verwendet wird, analog oder digital.
• Versorgungsspannung. Die meisten kleinen Laufwerke werden mit 4,8 bis 7,2 Volt betrieben. Wird zum Beispiel in funkgesteuerten Modellen verwendet. Es wird mit drei Drähten geliefert und hat eine Standard-Pinbelegung. Das Steuersignal liegt an weiß, braun oder gelb, die Versorgungsspannung an rot und schwarz ist die gemeinsame Ader.
• Arbeitsdrehwinkel, normalerweise 180⁰ oder 360⁰. Aufgerüstete Antriebe mit konstanter Wellendrehung sind erhältlich;
• Das Material für die Herstellung von Zahnrädern des Untersetzungsgetriebes. Sie sind aus Messing, Kohlefaser, Kunststoff oder kombinierbar.

Der elektromechanische Servoantrieb verwendet Elektromotoren mit einem Kern, die vibrieren, wenn sich das Pendel dreht. Dies verringert die Drehgenauigkeit der Abtriebswelle. Motoren mit minimaler kinetischer Energie des Rotors haben diesen Nachteil nicht. Solche Antriebe sind für die CNC-Werkzeugmaschine notwendig, um den Aktuator genau zu positionieren. Sie sind jedoch teurer als Kernmotoren.

Das gebräuchlichste Getriebe ist ein Zahnrad, das die Drehzahl reduzieren und das Drehmoment an der Abtriebswelle erhöhen soll. Seltener wird ein Schneckengetriebe verwendet, das eine große Übersetzung hat, aber teurer und schwieriger herzustellen ist.

Anwendungsgebiet

Der Servo wird häufig in Robotik und Manipulatoren verwendet. Verwenden Sie beim Erstellen kleiner Mechanismen den Servoantrieb mg995 und dergleichen.

Zur Steuerung moderner Antriebe in Amateurfunkprodukten werden häufig Vertreter der Arduino-Familie eingesetzt. Es handelt sich um einen Satz elektronischer Geräte zur Steuerung von Robotern und Automatisierungsgeräten, bei denen ein Servoantrieb verwendet wird. Das Steuersignal kann analog oder digital sein.

Das Schema zum Anschluss des Antriebs an das Steuergerät ist in der Abbildung dargestellt. Das Gerät kann mehrere Antriebe steuern.

Bei Fußbodenheizungen wird eine Automatisierung verwendet, die die eingestellte Temperatur hält. Und die Zufuhr des Kühlmittels, das heißes Wasser aus dem Heizkessel ist, wird durch einen Servoantrieb geregelt.

Es ist mit einem Steuergerät verbunden, das die Temperatur über einen Temperatursensor überwacht und einen Befehl an einen elektrothermischen Servoverstärker RBM 24V ausgibt. Auch der AC230V Servoverstärker mit Regler kann verwendet werden.

Die Temperaturregelung in der Heizung erfolgt automatisch, wofür ein Servoverstärker vom Typ ICMA NC230V oder NC24V verwendet wird. Die Geräte sind für verschiedene Versorgungsspannungen erhältlich.

Das im Auto verwendete vereinheitlichte Servo ist klein. Entwickelt, um mit 12 Volt Bordspannung zu arbeiten. Es ist in die Zentralverriegelung integriert und wird an allen Türen des Fahrzeugs einschließlich der fünften Tür (Heckklappe) installiert.

Der Mechanismus steuert auch die Zufuhr von heißer Flüssigkeit zum Ofen. Es arbeitet mit einem thermoelektrischen Sensor zusammen, dessen Signal an das Steuergerät gesendet wird. Nach der Analyse sendet der Sensor einen Befehl an den Servo, der den Flüssigkeitsfluss erhöht oder verringert.

Für VAZ-Fahrzeuge wird beispielsweise ein Elektroantrieb mit SL-5-Getriebe verwendet.

Dies ist keine vollständige Liste der Verwendung solcher Geräte.

Vorteile und Nachteile

Der Servoantrieb hat Vorteile gegenüber ähnlichen Geräten wie Schrittmotoren. Dank der Rückmeldung kann der Mechanismus die Position der Welle unabhängig von der Achslast korrigieren, was die Installation des Arbeitsmechanismus mit hoher Genauigkeit ermöglicht.

Die wichtigsten Vorteile sind:

• hohe Positioniergenauigkeit;
• mit Hilfe des Getriebes werden die Umdrehungen reduziert und das Moment erhöht;
• die Positionierung des Arbeitskörpers kann durch eine Änderung des Steuerprogramms leicht angepasst werden;
• die Fähigkeit, während des Betriebs große Beschleunigungen zu erzielen, wodurch das Servo im Vergleich zu Schrittmotoren besser für den Einsatz in Hochgeschwindigkeitsgeräten geeignet ist;
• gleichmäßiges Moment im fast gesamten Drehzahlbereich;
• Überlastung gut vertragen.

Zu den Nachteilen zählen:

• das Vorhandensein eines Getriebes (besonders kritisch, wenn es Zahnräder aus Kunststoff enthält oder aus Weichmetallen besteht);
• Verschleiß der Widerstandsbahnen (bei Verwendung eines Potentiometers zur Positionsrückmeldung);
• komplexe Anpassung des Steuerprogramms, um hochpräzise Ergebnisse zu erzielen;
• hohe Gerätekosten (im Vergleich zu beispielsweise Schrittmotoren);
• Genauigkeit ist oft geringer als die von Schrittmotoren.

Aber bedenken Sie, dass alle Vor- und Nachteile gemittelt werden, es kann sowohl Schrittmotoren geben, die sich in einer bestimmten Anwendung besser zeigen als ein Servo, und umgekehrt.

Abschluss

Die automatische Steuerung von Haushalts- und Produktionssystemen ist zu einem Teil unseres Lebens geworden. In letzter Zeit ist das Laufwerk unter der Steuerung von programmierbaren Blöcken für verschiedene Zwecke, wie beispielsweise Arduino, weit verbreitet.

Dies ermöglichte es, grundlegend neue Amateurfunkgeräte, Roboter und Kinderspielzeug zu entwickeln. In der Industrie wird der Servoantrieb in Werkzeugmaschinen, an einem Bagger, an einem ATV usw. verwendet. Servos sind heute aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken.

Das Video zeigt die Funktionsweise der sg90-Analogservos im Spider-Roboter-Modell:

Jetzt wissen Sie, was ein Servo ist, wie es funktioniert und wozu es dient. Wir hoffen, dass Ihnen die bereitgestellten Informationen geholfen haben, dieses Thema zu meistern und die wichtigsten Punkte zu verstehen. Wenn Sie Fragen haben, stellen Sie diese in den Kommentaren unter dem Artikel!

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