Servo drive: dispositivo, princípio de operação, finalidade, tipos

Objetivo e dispositivo

O servo drive é amplamente utilizado em robótica, engenharia mecânica, fabricação de automóveis e automação de processos na produção. Com a sua ajuda, os manipuladores são ativados, a abertura (completa ou incompleta) ou o fechamento é executado (tampa) amortecedores, em máquinas-ferramentas para o fornecimento de ferramentas de corte e outros atuadores.

É um dispositivo constituído por um motor elétrico, uma caixa de engrenagens, um sensor de posição (codificador) ou um resistor e um controlador (dispositivo de controle).

Em palavras simples, é um acionamento eletromecânico que, por meio de feedback interno, define a posição exata do eixo do mecanismo em função dos sinais de controle externos.

A figura mostra uma seção do dispositivo:

Os servo drives estão disponíveis em várias capacidades e finalidades: baixa potência de 0,05 kW, usado na indústria automotiva e robótica, por exemplo, sg90 e potência significativa de 15 kW. Estes últimos são montados em manipuladores industriais, máquinas CNC, para controle de válvulas na indústria de óleo e gás, etc.

Um motor elétrico nem sempre é montado em um servoconversor como um motor. Um cilindro com haste, acionado por ar comprimido ou líquido, pode ser usado como acionador.

Tipos de servo

Os servos são subdivididos em eletromecânicos. Neles, o mecanismo é composto por um motor elétrico e uma caixa de engrenagens. Eles diferem em velocidade relativamente baixa.

Distinguir pelo tipo de motor usado:

• síncrono, tem uma alta precisão de rotação do eixo de saída, rapidamente ganha impulso;
• assíncrono, caracterizado pela rotação do eixo estável;
• com coletor DC ou motor AC (universal).

Servos, onde o mecanismo de acionamento é um pistão com um cilindro, têm uma alta velocidade de resposta. Ele é usado em um carro para trocar as marchas em uma transmissão automática. É montado em robôs que movimentam cargas acima de cem quilos. Em instalações industriais, para comutação de amortecedores em máquinas de embalagem, onde o ar comprimido é utilizado como portador de energia.

Principais características do servo:

• O parâmetro principal é o torque ou a força no eixo. Nos dados do passaporte, dois valores são indicados, relativos a diferentes tensões de alimentação.
• Velocidade, mostra quanto tempo levará para girar o eixo de saída em 60⁰. Os valores são indicados para diferentes magnitudes de tensões.
• Se o sinal de controle é usado, analógico ou digital.
• Tensão de alimentação. A maioria dos pequenos drives são alimentados de 4,8 a 7,2 volts. Usado, por exemplo, em modelos controlados por rádio. É fornecido com três fios e possui uma pinagem padrão. O sinal de controle é aplicado ao branco, marrom ou amarelo, a tensão de alimentação é ao vermelho e o preto é o fio comum.
• Ângulo de rotação de trabalho, geralmente 180⁰ ou 360⁰. Estão disponíveis drives atualizados com rotação constante do eixo;
• Material de fabricação de engrenagens do redutor. São fabricados em latão, fibra de carbono, plástico ou podem ser combinados.

Um servomotor eletromecânico usa motores elétricos com núcleo, que vibram quando o pêndulo gira. Isso reduz a precisão de giro do eixo de saída. Motores com energia cinética mínima do rotor estão livres desta desvantagem. Esses acionamentos são necessários para que a máquina-ferramenta CNC posicione o atuador com precisão. No entanto, eles são mais caros do que os motores principais.

A caixa de engrenagens mais comum é a engrenagem, que é projetada para reduzir a velocidade e aumentar o torque no eixo de saída. Menos comumente, é usada uma engrenagem sem-fim, que tem uma relação de engrenagem grande, mas é mais cara e mais difícil de fabricar.

Area de aplicação

O servo é amplamente utilizado em robótica e manipuladores. Ao criar pequenos mecanismos, use o servo drive mg995 e semelhantes.

Para controlar drives modernos em produtos de rádio amador, representantes da família Arduino são freqüentemente usados. Ele representa um conjunto de dispositivos eletrônicos projetados para controlar robôs e dispositivos de automação onde um servoacionamento é usado. O sinal de controle pode ser analógico ou digital.

O diagrama para conectar o inversor ao dispositivo de controle é mostrado na figura. O dispositivo pode controlar várias unidades.

Para o aquecimento por piso radiante, utiliza-se uma automação que mantém a temperatura definida. E o abastecimento do refrigerante, que é a água quente da caldeira de aquecimento, é regulado por um servoconversor.

Ele é conectado a um dispositivo de controle que monitora a temperatura por meio de um sensor de temperatura e emite um comando para um servoconversor eletrotérmico RBM 24V. O servoconversor AC230V com um regulador também pode ser usado.

O controle de temperatura no aquecimento é realizado automaticamente, para o qual é utilizado um servoconversor do tipo ICMA NC230V ou NC24V. Os dispositivos estão disponíveis para várias tensões de alimentação.

O servo unificado usado no carro é pequeno. Projetado para trabalhar com tensão on-board de 12 volts. Está integrado no fecho centralizado e instalado em todas as portas da viatura, incluindo a quinta porta (porta traseira).

O mecanismo também controla o fornecimento de líquido quente ao fogão. Funciona em conjunto com um sensor termoelétrico, cujo sinal é enviado ao dispositivo de controle. Após a análise, o sensor envia um comando ao servo, que aumenta ou diminui o fluxo do fluido.

Por exemplo, para carros VAZ, um acionamento elétrico com uma caixa de câmbio SL-5 é usado.

Esta não é uma lista completa do uso de tais dispositivos.

Vantagens e desvantagens

O servo drive tem vantagens sobre dispositivos semelhantes, como motores de passo. Graças ao feedback, o mecanismo pode corrigir a posição do eixo, independente da carga por eixo, o que permite a instalação do mecanismo de trabalho com alta precisão.

As principais vantagens são:

• alta precisão de posicionamento;
• com a ajuda da caixa de velocidades, as rotações são reduzidas e o momento é aumentado;
• o posicionamento do corpo de trabalho pode ser facilmente ajustado, fazendo uma alteração no programa de controle;
• a capacidade de atingir grandes acelerações durante a operação, o que torna o servo mais adequado para uso em dispositivos de alta velocidade, em comparação com motores de passo;
• momento uniforme em quase toda a faixa de velocidade;
• bem tolerar sobrecarga.

As desvantagens incluem:

• a presença de uma caixa de engrenagens (especialmente crítica se ela contiver engrenagens de plástico ou feitas de metais macios);
• desgaste das faixas resistivas (se um potenciômetro for usado para feedback de posicionamento);
• ajuste complexo do programa de controle para obter resultados de alta precisão;
• alto custo do equipamento (em comparação com motores de passo, por exemplo);
• a precisão é geralmente menor do que a dos motores de passo.

Mas tenha em mente que todas as vantagens e desvantagens são médias, pode haver ambos os motores de passo, que em uma determinada aplicação se mostrarão melhores do que um servo, e vice-versa.

Conclusão

O controle automático de sistemas domésticos e industriais tornou-se parte de nossa vida. Recentemente, a unidade sob o controle de blocos programáveis ​​para diversos fins, como o arduino, tornou-se amplamente utilizada.

Isso possibilitou a criação de dispositivos, robôs e brinquedos infantis controlados por rádio para amadores fundamentalmente novos. Na indústria, o servoacionamento é usado em máquinas-ferramentas, em uma escavadeira, em um ATV, etc. Hoje é impossível imaginar nossa vida sem servos.

O vídeo mostra a operação dos servos analógicos sg90 no modelo do robô aranha:

Agora você sabe o que é um servo, como funciona e para que serve. Esperamos que as informações fornecidas tenham ajudado você a dominar este tópico e a compreender os pontos principais. Se você tiver alguma dúvida, pergunte nos comentários abaixo do artigo!

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