Servomoteur: appareil, principe de fonctionnement, objectif, types

Objectif et appareil

Le servomoteur est largement utilisé dans la robotique, l'ingénierie mécanique, la fabrication automobile et l'automatisation des processus de production. Avec son aide, les manipulateurs sont activés, l'ouverture (complète ou incomplète) ou la fermeture est effectuée (couverture) amortisseurs, dans les machines-outils pour la fourniture d'outils de coupe et autres actionneurs.

C'est un appareil composé d'un moteur électrique, d'un réducteur, d'un capteur de position (codeur) ou d'une résistance et d'un contrôleur (dispositif de commande).

En termes simples, il s'agit d'un entraînement électromécanique qui, grâce à une rétroaction interne, définit la position exacte de l'arbre du mécanisme en fonction de signaux de commande externes.

La figure montre une section de l'appareil :

Les servomoteurs sont disponibles dans diverses capacités et usages: faible puissance à partir de 0,05 kW, utilisé dans l'automobile et la robotique, par exemple, sg90 et puissance significative de 15 kW. Ces derniers sont montés dans des manipulateurs industriels, des machines CNC, pour commander des vannes dans l'industrie pétrolière et gazière, etc.

Un moteur électrique n'est pas toujours monté sur un servomoteur en tant que moteur. L'entraînement peut être un vérin à tige, entraîné par air comprimé ou liquide.

Types de servos

Les servos sont subdivisés en électromécanique. En eux, le mécanisme se compose d'un moteur électrique et d'une boîte de vitesses. Ils diffèrent par une vitesse relativement faible.

Distinguer par le type de moteur utilisé :

• synchrone, avoir une grande précision de rotation de l'arbre de sortie, prendre rapidement de l'élan;
• asynchrone, caractérisé par une rotation stable de l'arbre;
• avec collecteur DC ou moteur AC (universel).

Les servos, où le mécanisme d'entraînement est un piston avec un cylindre, ont une vitesse de réponse élevée. Il est utilisé dans une voiture pour changer de vitesse dans une transmission automatique. Monté dans des robots qui déplacent des charges de plus d'une centaine de kilogrammes. Dans les installations industrielles, pour la commutation des amortisseurs dans les machines d'emballage, où l'air comprimé est utilisé comme vecteur d'énergie.

Principales caractéristiques du servo :

• Le paramètre principal est le couple ou la force sur l'arbre. Dans les données du passeport, deux valeurs sont indiquées, relatives à différentes tensions d'alimentation.
• Vitesse, montre combien de temps il faudra pour faire tourner l'arbre de sortie de 60⁰. Les valeurs sont indiquées pour différentes amplitudes de tensions.
• Que le signal de commande soit utilisé, analogique ou numérique.
• Tension d'alimentation. La plupart des petits disques sont alimentés de 4,8 à 7,2 volts. Utilisé, par exemple, dans les modèles radiocommandés. Il est fourni avec trois fils et possède un brochage standard. Le signal de commande est appliqué au blanc, au marron ou au jaune, la tension d'alimentation est au rouge et le noir est le fil commun.
• Angle de rotation de travail, généralement 180⁰ ou 360⁰. Des entraînements améliorés avec une rotation d'arbre constante sont disponibles ;
• Matériel de fabrication des engrenages du réducteur. Ils sont en laiton, en fibre de carbone, en plastique ou peuvent être combinés.

Le servomoteur électromécanique utilise des moteurs électriques avec un noyau, qui vibrent lorsque le pendule tourne. Cela réduit la précision de rotation de l'arbre de sortie. Les moteurs avec une énergie cinétique minimale du rotor sont exempts de cet inconvénient. De tels entraînements sont nécessaires pour que la machine-outil CNC positionne avec précision l'actionneur. Cependant, ils sont plus chers que les moteurs de base.

La boîte de vitesses la plus courante est l'engrenage, qui est conçu pour réduire la vitesse et augmenter le couple sur l'arbre de sortie. Moins couramment, un entraînement par vis sans fin est utilisé, qui a un rapport de transmission élevé, mais est plus coûteux et plus difficile à fabriquer.

Champ d'application

Le servo est largement utilisé dans la robotique et les manipulateurs. Lors de la création de petits mécanismes, utilisez le servomoteur mg995 et autres.

Pour contrôler les lecteurs modernes dans les produits de radio amateur, des représentants de la famille arduino sont souvent utilisés. Il représente un ensemble d'appareils électroniques conçus pour contrôler des robots et des automatismes dans lesquels un servomoteur est utilisé. Le signal de commande peut être analogique ou numérique.

Le schéma de connexion du variateur à l'appareil de commande est représenté sur la figure. L'appareil peut contrôler plusieurs lecteurs.

Pour le chauffage par le sol, une automatisation est utilisée qui maintient la température de consigne. Et l'alimentation en liquide de refroidissement, qui est l'eau chaude de la chaudière de chauffage, est régulée par un servomoteur.

Il est connecté à un dispositif de contrôle qui surveille la température à l'aide d'un capteur de température et délivre une commande à un servo variateur électrothermique RBM 24V. Le servo variateur AC230V avec régulateur peut également être utilisé.

Le contrôle de la température en chauffage est effectué automatiquement, pour lequel un servo variateur de type ICMA NC230V ou NC24V est utilisé. Les appareils sont disponibles pour différentes tensions d'alimentation.

Le servo unifié utilisé dans la voiture est de petite taille. Conçu pour fonctionner avec une tension de bord de 12 volts. Il est intégré au système de verrouillage centralisé et est installé sur toutes les portes de la voiture, y compris la cinquième porte (hayon).

Le mécanisme contrôle également l'alimentation en liquide chaud du poêle. Il fonctionne en tandem avec un capteur thermoélectrique, dont le signal est envoyé au dispositif de contrôle. Après analyse, le capteur envoie une commande au servo, qui augmente ou diminue le débit de fluide.

Par exemple, pour les voitures VAZ, un entraînement électrique avec une boîte de vitesses SL-5 est utilisé.

Il ne s'agit pas d'une liste complète de l'utilisation de ces appareils.

Avantages et inconvénients

Le servomoteur présente des avantages par rapport aux dispositifs similaires tels que les moteurs pas à pas. Grâce à la rétroaction, le mécanisme peut corriger la position de l'arbre, quelle que soit la charge par essieu, ce qui permet l'installation du mécanisme de travail avec une grande précision.

Les principaux avantages sont :

• haute précision de positionnement;
• à l'aide de la boîte de vitesses, les tours sont réduits et le moment est augmenté;
• le positionnement du corps de travail peut être facilement ajusté en modifiant le programme de contrôle ;
• la capacité d'obtenir de grandes accélérations pendant le fonctionnement, ce qui rend le servomoteur plus adapté à une utilisation dans des appareils à grande vitesse, par rapport aux moteurs pas à pas ;
• moment uniforme dans presque toute la plage de vitesse;
• tolère bien la surcharge.

Les inconvénients incluent :

• la présence d'une boîte de vitesses (particulièrement critique si elle contient des engrenages en plastique ou en métaux mous);
• usure des pistes résistives (si un potentiomètre est utilisé pour le retour de positionnement) ;
• ajustement complexe du programme de contrôle pour obtenir des résultats de haute précision;
• coût élevé des équipements (par rapport aux moteurs pas à pas par exemple) ;
• la précision est souvent inférieure à celle des moteurs pas à pas.

Mais gardez à l'esprit que tous les avantages et inconvénients sont calculés en moyenne, il peut y avoir les deux moteurs pas à pas, qui dans une certaine application se montreront mieux qu'un servo, et vice versa.

Conclusion

Le contrôle automatique des systèmes domestiques et industriels est devenu une partie de notre vie. Récemment, le lecteur sous le contrôle de blocs programmables à diverses fins, comme arduino, est devenu largement utilisé.

Cela a permis de créer des appareils radiocommandés, des robots et des jouets pour enfants fondamentalement nouveaux. Dans l'industrie, le servo variateur est utilisé dans les machines-outils, sur une pelle, sur un VTT, etc. Aujourd'hui, il est impossible d'imaginer notre vie sans servomoteurs.

La vidéo montre le fonctionnement des servos analogiques sg90 dans le modèle de robot araignée :

Vous savez maintenant ce qu'est un servo, comment il fonctionne et à quoi il sert. Nous espérons que les informations fournies vous ont aidé à maîtriser ce sujet et à comprendre les points principaux. Si vous avez des questions, posez-les dans les commentaires sous l'article !

Matériaux associés :

• Qu'est-ce qu'un rotor et un stator dans un moteur
• Comment fonctionne un compteur électrique
• Comment faire un portail automatique de vos propres mains