Servopohon: zariadenie, princíp činnosti, účel, typy

Účel a zariadenie

Servopohon je široko používaný v robotike, strojárstve, automobilovej výrobe a automatizácii procesov vo výrobe. S jeho pomocou sa aktivujú manipulátory, vykoná sa otváranie (úplné alebo neúplné) alebo zatváranie (krycie) tlmiče, v obrábacích strojoch na dodávku rezných nástrojov a iných pohonov.

Jedná sa o zariadenie pozostávajúce z elektrického motora, prevodovky, snímača polohy (enkodéra) alebo odporu a ovládača (riadiaceho zariadenia).

Jednoducho povedané, je to elektromechanický pohon, ktorý prostredníctvom vnútornej spätnej väzby nastavuje presnú polohu hriadeľa mechanizmu v závislosti od vonkajších riadiacich signálov.

Obrázok ukazuje časť zariadenia:

Servopohony sú k dispozícii v rôznych kapacitách a účelu: nízky výkon od 0,05 kW, používaný v automobilovom a robotickom priemysle, napríklad sg90 a značný výkon 15 kW. Tieto sú namontované v priemyselných manipulátoroch, CNC strojoch, na ovládanie ventilov v ropnom a plynárenskom priemysle atď.

Elektrický motor nie je vždy namontovaný na servopohone ako motor. Pohon môže byť valec s tyčou, poháňaný stlačeným vzduchom alebo kvapalinou.

Typy servo

Servá sú rozdelené na elektromechanické. V nich mechanizmus pozostáva z elektrického motora a prevodovky. Líšia sa relatívne nízkou rýchlosťou.

Rozlišujte podľa typu použitého motora:

• synchrónne, majú vysokú presnosť otáčania výstupného hriadeľa, rýchlo naberajú na obrátkach;
• asynchrónny, charakterizovaný stabilným otáčaním hriadeľa;
• s kolektorovým jednosmerným alebo striedavým motorom (univerzálny).

Servo, kde je hnacím mechanizmom piest s valcom, má vysokú rýchlosť odozvy. V automobile sa používa na radenie prevodových stupňov v automatickej prevodovke. Namontované v robotoch, ktoré pohybujú bremenom nad sto kilogramov. V priemyselných inštaláciách na spínanie ventilov v baliacich strojoch, kde sa ako nosič energie používa stlačený vzduch.

Hlavné charakteristiky serva:

• Hlavným parametrom je krútiaci moment alebo sila na hriadeľ. V údajoch z pasu sú uvedené dve hodnoty vzhľadom na rôzne napájacie napätia.
• Rýchlosť ukazuje, ako dlho trvá otočenie výstupného hriadeľa o 60⁰. Hodnoty sú uvedené pre rôzne veľkosti napätí.
• Či už je použitý riadiaci signál, analógový alebo digitálny.
• Napájacie napätie. Väčšina malých diskov je napájaná od 4,8 do 7,2 voltov. Používa sa napríklad v rádiom riadených modeloch. Je dodávaný s tromi vodičmi a má štandardný vývod. Riadiaci signál je aplikovaný na bielu, hnedú alebo žltú farbu, napájacie napätie je červené a čierna je spoločný vodič.
• Pracovný uhol rotácie, zvyčajne 180⁰ alebo 360⁰. K dispozícii sú vylepšené pohony s konštantným otáčaním hriadeľa;
• Materiál na výrobu ozubených kolies reduktora. Sú vyrobené z mosadze, uhlíkových vlákien, plastu alebo je možné ich kombinovať.

Elektromechanický servopohon používa elektromotory s jadrom, ktoré pri otáčaní kyvadla vibrujú. To znižuje presnosť otáčania výstupného hriadeľa. Motory s minimálnou kinetickou energiou rotora túto nevýhodu neobsahujú. Také pohony sú nevyhnutné pre CNC obrábací stroj na presné umiestnenie pohonu. Sú však drahšie ako jadrové motory.

Najbežnejšou prevodovkou je prevodovka, ktorá je navrhnutá tak, aby znižovala otáčky a zvyšovala krútiaci moment na výstupnom hriadeli. Menej často sa používa závitovkový pohon, ktorý má veľký prevodový pomer, ale je drahší a výroba je náročnejšia.

Oblasť použitia

Servo je široko používané v robotike a manipulátoroch. Pri vytváraní malých mechanizmov používajte servopohon mg995 a podobne.

Zástupcovia rodiny Arduino sa často používajú na ovládanie moderných pohonov v amatérskych rádiových výrobkoch. Predstavuje sadu elektronických zariadení určených na ovládanie robotov a automatizačných zariadení, kde sa používa servopohon. Riadiaci signál môže byť analógový alebo digitálny.

Schéma pripojenia pohonu k riadiacemu zariadeniu je znázornená na obrázku. Zariadenie môže ovládať viacero diskov.

Na podlahové vykurovanie sa používa automatizácia, ktorá udržuje nastavenú teplotu. A dodávka chladiacej kvapaliny, ktorou je teplá voda z vykurovacieho kotla, je regulovaná servopohonom.

Je pripojený k riadiacemu zariadeniu, ktoré monitoruje teplotu pomocou teplotného senzora a vydáva príkaz pre elektrotepelný servopohon RBM 24V. Je možné použiť aj servopohon AC230V s regulátorom.

Regulácia teploty pri vykurovaní sa vykonáva automaticky, na čo sa používa servopohon typu ICMA NC230V alebo NC24V. Zariadenia sú k dispozícii pre rôzne napájacie napätia.

Jednotné servo používané v aute má malé rozmery. Navrhnuté pre prácu s palubným napätím 12 voltov. Je integrovaný s centrálnym zamykaním a je nainštalovaný na všetkých dverách automobilu, vrátane piatych dverí (zadných dverí).

Mechanizmus tiež riadi prívod horúcej kvapaliny do kachlí. Pracuje v tandeme s termoelektrickým snímačom, z ktorého je signál odoslaný do riadiaceho zariadenia. Po analýze senzor pošle príkaz na servo, ktoré zvýši alebo zníži prietok tekutiny.

Napríklad pre autá VAZ sa používa elektrický pohon s prevodovkou SL-5.

Toto nie je úplný zoznam aplikácií pre takéto zariadenia.

Výhody a nevýhody

Servopohon má výhody oproti podobným zariadeniam, ako sú krokové motory. Vďaka spätnej väzbe môže mechanizmus opraviť polohu hriadeľa bez ohľadu na zaťaženie nápravy, čo umožňuje inštaláciu pracovného mechanizmu s vysokou presnosťou.

Hlavnými výhodami sú:

• vysoká presnosť polohovania;
• pomocou prevodovky sa znížia otáčky a zvýši sa krútiaci moment;
• polohu pracovného telesa je možné ľahko nastaviť zmenou ovládacieho programu;
• schopnosť dosiahnuť veľké zrýchlenia počas prevádzky, čo robí servo vhodnejším na použitie vo vysokorýchlostných zariadeniach v porovnaní s krokovými motormi;
• rovnomerný moment v takmer celom rozsahu otáčok;
• dobre znáša preťaženie

Medzi nevýhody patrí:

• prítomnosť prevodovky (obzvlášť kritická, ak obsahuje plastové prevody alebo je vyrobená z mäkkých kovov);
• opotrebovanie odporových dráh (ak sa na spätnú väzbu o polohe používa potenciometer);
• komplexné prispôsobenie riadiaceho programu na získanie vysoko presných výsledkov;
• vysoké náklady na zariadenie (napríklad v porovnaní s krokovými motormi);
• presnosť je často menšia ako presnosť krokových motorov.

Majte však na pamäti, že všetky výhody a nevýhody sú priemerné, môžu to byť krokové motory, ktoré sa v určitej aplikácii ukážu lepšie ako servo a naopak.

Záver

Automatické ovládanie domácich a priemyselných systémov sa stalo súčasťou nášho života. V poslednej dobe sa široko používa pohon pod kontrolou programovateľných blokov na rôzne účely, napríklad arduino.

To umožnilo vytvoriť v zásade nové amatérske lietajúce rádiom riadené zariadenia, roboty a detské hračky. V priemysle sa servopohon používa v obrábacích strojoch, na rýpadle, na štvorkolke atď. Dnes si už nevieme predstaviť náš život bez serv.

Video ukazuje činnosť analógových servo sg90 v modeli spider robot:

Teraz viete, čo je servo, ako funguje a na čo slúži. Dúfame, že vám poskytnuté informácie pomohli zvládnuť túto tému a porozumieť hlavným bodom. Ak máte akékoľvek otázky, opýtajte sa ich v komentároch pod článkom!

Súvisiace materiály:

• Čo je rotor a stator v motore
• Ako funguje elektromer
• Ako vytvoriť automatickú bránu vlastnými rukami