Motor Servo DC : Pembinaan, Kerja, Antara Muka dengan Arduino & Aplikasinya

A motor servo atau servo adalah salah satu jenis motor elektrik yang digunakan untuk memutar bahagian mesin dengan ketepatan yang tinggi. Motor ini termasuk litar kawalan yang memberikan maklum balas mengenai lokasi semasa aci motor jadi maklum balas ini hanya membenarkan motor ini berputar dengan ketepatan yang tinggi. Motor Servo berfaedah dalam memutarkan objek pada beberapa jarak atau sudut. Motor ini dikelaskan kepada dua jenis motor servo AC dan motor servo DC. Jika motor servo menggunakan kuasa DC untuk berfungsi maka motor itu dipanggil motor servo DC manakala jika ia berfungsi dengan kuasa AC maka ia dikenali sebagai motor servo AC. Tutorial ini menyediakan maklumat ringkas tentang Motor servo DC – bekerja dengan aplikasi.

Apakah Motor Servo DC?

Motor servo yang menggunakan input elektrik DC untuk menghasilkan output mekanikal seperti kedudukan, halaju atau pecutan dipanggil motor servo DC Secara amnya, motor jenis ini digunakan sebagai penggerak utama dalam mesin kawalan berangka, komputer, dan banyak lagi di mana-mana sahaja permulaan & hentian dibuat. tepat & sangat cepat.

Pembinaan dan Kerja Motor Servo DC

Motor servo DC dibina dengan komponen berbeza yang diberikan dalam rajah blok berikut. Dalam rajah ini, setiap komponen dan fungsinya dibincangkan di bawah.

Motor yang digunakan dalam ini adalah motor DC biasa termasuk penggulungan medannya yang teruja secara berasingan. Jadi bergantung kepada sifat pengujaan, selanjutnya boleh dikategorikan sebagai motor servo kawalan angker & kawalan medan.

Beban yang digunakan dalam ini adalah kipas mudah atau beban industri yang hanya disambungkan ke aci mekanikal motor.

Kotak gear dalam pembinaan ini berfungsi seperti transduser mekanikal untuk menukar output motor seperti pecutan, kedudukan atau halaju bergantung pada aplikasi.

Fungsi utama sensor kedudukan adalah untuk mendapatkan isyarat maklum balas yang setara dengan kedudukan semasa beban. Secara amnya, ini ialah potensiometer yang digunakan untuk memberikan voltan yang berkadar dengan sudut mutlak aci motor melalui mekanisme gear.

Fungsi pembanding adalah untuk membandingkan o/p penderia kedudukan & titik rujukan untuk menghasilkan isyarat ralat dan memberikannya kepada penguat. Jika motor DC berfungsi dengan kawalan yang tepat, maka tiada ralat. Sensor kedudukan, kotak gear & pembanding akan menjadikan sistem gelung tertutup.

Fungsi penguat adalah untuk menguatkan ralat dari komparator & menyuapkannya ke motor DC. Jadi, ia berfungsi seperti pengawal berkadar di mana sahaja keuntungan diperkukuh untuk ralat keadaan mantap sifar.

Isyarat terkawal memberikan input kepada PWM (pemodulator lebar nadi) bergantung pada isyarat maklum balas supaya ia memodulasi input motor untuk kawalan tepat jika tidak ralat keadaan mantap sifar. Selanjutnya, modulator lebar nadi ini menggunakan bentuk gelombang rujukan & pembanding untuk menghasilkan denyutan.

Dengan membuat sistem gelung tertutup, pecutan, halaju, atau kedudukan tepat diperolehi. Seperti namanya, motor servo ialah motor terkawal yang memberikan output pilihan kerana kesan maklum balas & pengawal. Isyarat ralat hanya dikuatkan & digunakan untuk memacu motor servo. Bergantung pada isyarat kawalan & sifat menghasilkan modulator lebar nadi, motor ini mempunyai kaedah terkawal yang unggul dengan cip FPGA atau pemproses isyarat digital.

Kerja motor servo DC ialah; setiap kali isyarat masukan digunakan pada motor dc maka ia memutar aci & gear. Jadi pada asasnya, putaran keluaran gear disalurkan kembali kepada sensor kedudukan (potentiometer) yang tombolnya berputar & menukar rintangannya. Apabila rintangan ditukar maka voltan ditukar yang merupakan isyarat ralat yang dimasukkan ke dalam pengawal & seterusnya PWM dijana.

Untuk mengetahui lebih lanjut mengenai jenis motor servo DC, sila rujuk pautan ini: Pelbagai Jenis Motor Servo .

Fungsi Pemindahan Motor Servo DC

Fungsi pemindahan boleh ditakrifkan sebagai nisbah transformasi Laplace (LT) pembolehubah o/p kepada LT ( Transformasi Laplace ) pembolehubah i/p. Secara amnya, motor DC menukar tenaga daripada elektrik kepada mekanikal. Tenaga elektrik yang dibekalkan pada terminal angker ditukar kepada tenaga mekanikal terkawal.

Fungsi pemindahan motor servo DC dikawal angker ditunjukkan di bawah.

θ(s)/Va(s) = (K1/(Js2 + Bs)*(Las + Ra)) /1 + (K1KbKs)/(Js2 + Bs)*(Las+Ra)

Fungsi pemindahan servomotor dc dikawal medan ditunjukkan di bawah.

θ(s)/Vf (s) = Kf / (sLf + Rf) * (s2J + Bs)

Motor servo dc dikawal angker memberikan prestasi unggul kerana sistem gelung tertutup jika dibandingkan dengan motor servo dc dikawal medan iaitu sistem gelung terbuka. Di samping itu, kelajuan tindak balas adalah perlahan dalam sistem kawalan medan. Dalam kes terkawal angker, kearuhan angker adalah diabaikan, manakala, dalam kes kawalan medan, ia tidak sama. Tetapi, dalam kawalan Infield, redaman yang lebih baik tidak boleh dicapai, manakala, dalam kawalan angker, ia boleh dicapai.

Spesifikasi

Motor servo DC menyediakan spesifikasi prestasi yang termasuk yang berikut. Spesifikasi ini harus dipadankan berdasarkan keperluan beban aplikasi untuk saiz motor dengan betul.

• Kelajuan aci hanya mentakrifkan kelajuan di mana aci berputar, dinyatakan dalam RPM (putaran seminit).
• Biasanya, kelajuan yang ditawarkan oleh pengeluar ialah kelajuan tanpa beban aci o/p atau kelajuan di mana tork keluaran motor adalah sifar.
• Voltan terminal ialah voltan reka bentuk motor yang menentukan kelajuan motor. Kelajuan ini hanya dikawal dengan menambah atau mengurangkan voltan yang dibekalkan kepada motor.
• Daya putaran seperti tork dijana oleh aci motor servo dc. Jadi, tork yang diperlukan untuk motor ini hanya ditentukan oleh ciri-ciri tork kelajuan beban berbeza yang dialami dalam aplikasi sasaran. Tork ini adalah dua jenis tork permulaan dan tork berterusan.
• Tork permulaan ialah tork yang diperlukan semasa menghidupkan motor servo. Tork ini biasanya lebih tinggi berbanding dengan tork berterusan.
• Tork berterusan ialah daya kilas keluaran iaitu kapasiti motor dalam keadaan berjalan yang berterusan.
• Motor ini mesti mempunyai kapasiti kelajuan & tork yang mencukupi untuk aplikasi termasuk margin 20 hingga 30% di antara keperluan beban serta penarafan motor untuk memastikan kebolehpercayaan. Apabila margin ini melebihi terlalu banyak maka keberkesanan kos akan berkurangan.The spesifikasi Motor Servo DC Tanpa Core 12V DC daripada Faulhaber ialah:
• Nisbah Kotak Gear ialah 64: l Kotak Gear Tiga Peringkat Planet.
• Arus Beban ialah Kuasa 1400 mA.
• Kuasa ialah 17W.
• Kelajuan ialah 120RPM.
• Arus Tiada Beban ialah 75mA.
• Jenis Pengekod ialah Optik.
• Resolusi Pengekod ialah 768CPR O/P Shaft.
• Diameternya ialah 30mm.
• Panjangnya ialah 42mm.
• Jumlah Panjang ialah 85mm.
• Diameter Aci ialah 6mm.
• Panjang aci ialah 35mm.
• Tork gerai ialah 52kgcm.

Ciri-ciri

The ciri-ciri motor servo DC termasuk yang berikut.

• Reka bentuk motor Servo DC adalah serupa dengan Magnet Kekal atau Motor DC teruja secara berasingan.
• Kawalan kelajuan motor ini dilakukan dengan mengawal voltan angker.
• Motor servo direka dengan rintangan angker yang tinggi.
• Ia memberikan tindak balas tork yang cepat.
• Perubahan langkah dalam voltan angker menjana perubahan pantas dalam kelajuan motor.

Motor Servo AC Vs Motor Servo DC

Perbezaan antara motor servo DC dan motor servo AC termasuk yang berikut.

Antaramuka Motor Servo DC dengan Arduino

Untuk mengawal motor servo DC pada sudut yang tepat dan diperlukan, papan Arduino/mana-mana mikropengawal lain boleh digunakan. Papan ini mempunyai o/p analog yang menjana isyarat PWM untuk menghidupkan motor servo pada sudut yang tepat. Anda juga boleh menggerakkan kedudukan sudut motor servo dengan potensiometer atau butang tekan menggunakan Arduino.

Motor servo juga boleh dikawal dengan alat kawalan jauh IR yang boleh didapati dengan mudah. Alat kawalan jauh ini membantu dalam menggerakkan motor servo dc ke sudut tertentu atau menambah atau mengurangkan sudut motor secara linear dengan alat kawalan jauh IR.

Di sini kita akan membincangkan tentang cara menggerakkan motor servo menggunakan alat kawalan jauh IR menggunakan Arduino pada sudut tertentu dan juga menambah atau mengurangkan sudut motor servo dengan alat kawalan jauh mengikut arah jam dan lawan jam. Gambar rajah antara muka motor servo DC dengan Arduino dan alat kawalan jauh IR ditunjukkan di bawah. Sambungan antara muka ini adalah seperti berikut;

Antara muka ini terutamanya menggunakan tiga komponen penting seperti motor servo dc, papan Arduino dan sensor IR TSOP1738. Sensor ini mempunyai tiga terminal seperti Vcc, GND & output. Terminal Vcc sensor ini disambungkan ke 5V papan Arduino Uno, terminal GND sensor ini disambungkan ke terminal GND papan Arduino & terminal output disambungkan ke pin 12 (input digital) papan Arduino.

Pin keluaran digital 5 hanya disambungkan kepada pin input isyarat motor servo untuk memacu motor
Motor servo dc +ve pin diberikan kepada bekalan 5V luaran dan pin GND motor servo diberikan kepada pin GND Arduino.

sedang bekerja

Alat kawalan jauh IR digunakan untuk melakukan dua tindakan 30 darjah, 60 darjah dan 90 darjah, dan juga untuk Menambah/mengurangkan sudut motor daripada 0  hingga 180 darjah.

Alat kawalan jauh mengandungi banyak butang seperti butang digit (0-9), butang untuk kawalan sudut, butang kekunci anak panah, butang atas/bawah, dsb. Sebaik sahaja mana-mana butang digit dari 1 – 5 ditolak, maka motor servo dc akan bergerak ke situ sudut tepat dan apabila butang sudut atas/bawah ditolak maka sudut motor boleh ditetapkan tepat pada ±5 darjah.

Setelah butang diputuskan, kod butang ini perlu dinyahkod. Sebaik sahaja mana-mana butang dari alat kawalan jauh ditekan, maka ia akan menghantar satu kod untuk melakukan tindakan yang diperlukan. Untuk menyahkod kod jauh ini, perpustakaan jauh IR digunakan daripada internet.

Muat naik program berikut ke dalam Arduino & sambungkan sensor IR. Sekarang letakkan alat kawalan jauh ke arah penderia IR & tekan butang. Selepas itu, buka monitor bersiri & pantau kod butang yang ditekan dalam bentuk nombor.

Kod Arduino

#include // tambah perpustakaan jauh IR
#include // tambah pustaka motor servo
Perkhidmatan perkhidmatan1;
int IRpin = 12; // pin untuk penderia IR
int motor_angle=0;
IRrecv irrecv(IRpin);
hasil decode_results;
persediaan batal()
{
Serial.begin(9600); // memulakan komunikasi bersiri
Serial.println(“motor servo kawalan jauh IR”); // paparan mesej
irrecv.enableIRIn(); // Mulakan penerima
servo1.attach(5); // mengisytiharkan pin motor servo
servo1.write(motor_angle); // gerakkan motor ke 0 deg
Serial.println(“Sudut motor servo 0 deg”);
kelewatan(2000);
}
gelung kosong()
{
while(!(irrecv.decode(&hasil))); // tunggu sehingga tiada butang ditekan
if (irrecv.decode(&results)) // apabila butang ditekan dan kod diterima
{
if(results.value==2210) // semak jika butang digit 1 ditekan
{
Serial.println(“sudut motor servo 30 darjah”);
sudut_motor = 30;
servo1.write(motor_angle); // gerakkan motor ke 30 darjah
}
else if(results.value==6308) // jika butang digit 2 ditekan
{
Serial.println(“sudut motor servo 60 darjah”);
sudut_motor = 60;
servo1.write(motor_angle); // gerakkan motor ke 60 darjah
}
else if(results.value==2215) // seperti bijak untuk semua butang digit
{
Serial.println(“sudut motor servo 90 darjah”);
sudut_motor = 90;
servo1.write(motor_angle);
}
else if(results.value==6312)
{
Serial.println(“sudut motor servo 120 darjah”);
sudut_motor = 120;
servo1.write(motor_angle);
}
else if(results.value==2219)
{
Serial.println(“sudut motor servo 150 darjah”);
sudut_motor = 150;
servo1.write(motor_angle);
}
else if(results.value==6338) // jika butang NAIK kelantangan ditekan
{
jika(sudut_motor<150)sudut_motor+=5; // meningkatkan sudut motor
Serial.print(“Sudut motor ialah “);
Serial.println(motor_angle);
servo1.write(motor_angle); // dan gerakkan motor ke sudut itu
}
else if(results.value==6292) // jika butang kelantangan turun ditekan
{
if(motor_angle>0) motor_angle-=5; // mengurangkan sudut motor
Serial.print(“Sudut motor ialah “);
Serial.println(motor_angle);
servo1.write(motor_angle); // dan gerakkan motor ke sudut itu
}
kelewatan(200); // tunggu 0.2 saat
irrecv.resume(); // sekali lagi bersedia untuk menerima kod seterusnya
}
}

Bekalan kepada motor servo DC diberikan daripada 5V luaran &bekalan kepada sensor IR & papan Arduino diberikan daripada USB. Sebaik sahaja kuasa diberikan kepada motor servo maka ia bergerak ke 0 darjah. Selepas itu, mesej akan dipaparkan sebagai 'sudut motor servo ialah 0 deg' pada monitor bersiri.

Sekarang pada alat kawalan jauh, apabila butang 1 ditekan maka motor servo dc akan bergerak 30 darjah. Begitu juga, apabila butang seperti 2, 3, 4, atau 5 ditekan maka motor akan bergerak dengan sudut yang dikehendaki seperti 60 darjah, 90 darjah, 120 darjah, atau 150 darjah. Sekarang, monitor bersiri akan memaparkan kedudukan sudut motor servo sebagai 'sudut motor servo xx darjah'

Sebaik sahaja butang volume up ditekan, sudut motor akan dinaikkan sebanyak 5 darjah bermakna jika 60 darjah, maka ia akan bergerak ke 65 darjah. Jadi, kedudukan sudut baru akan dipaparkan pada monitor bersiri.

Begitu juga, apabila butang sudut ke bawah ditolak, maka sudut motor akan berkurangan sebanyak 5 darjah bermakna, jika sudut 90 darjah, maka ia akan bergerak ke 85 darjah. Isyarat dari alat kawalan jauh IR dirasai oleh penderia IR. Untuk mengetahui cara ia merasakan dan cara penderia IR berfungsi, klik di sini

Jadi, kedudukan sudut baru akan dipaparkan pada monitor bersiri. Oleh itu, kita boleh mengawal sudut motor servo dc dengan mudah dengan Arduino & IR jauh.

Untuk mengetahui cara antara muka Motor DC dengan mikropengawal 8051 klik di sini

Kelebihan Motor Servo DC

The kelebihan motor servo DC termasuk yang berikut.

• Operasi motor servo DC adalah stabil.
• Motor ini mempunyai kuasa keluaran yang jauh lebih tinggi daripada saiz & berat motor.
• Apabila motor ini berjalan pada kelajuan tinggi maka ia tidak menghasilkan sebarang bunyi.
• Operasi motor ini bebas getaran & resonans.
• Motor jenis ini mempunyai nisbah tork kepada inersia yang tinggi & mereka boleh mengambil beban dengan cepat.
• Mereka mempunyai kecekapan yang tinggi.
• Mereka memberikan respons yang cepat.
• Ini mudah alih & ringan.
• Operasi Empat Kuadran adalah mungkin.
• Pada kelajuan tinggi, ini boleh didengari senyap.

The keburukan motor servo DC termasuk yang berikut.

• Mekanisme penyejukan motor servo DC adalah tidak cekap. Jadi motor ini cepat tercemar apabila ia diventilasi.
• Motor ini menjana kuasa keluaran maksimum pada kelajuan tork yang lebih tinggi & memerlukan penggearan biasa.
• Motor-motor ini boleh rosak akibat beban berlebihan.
• Mereka mempunyai reka bentuk yang kompleks & memerlukan pengekod.
• Motor ini memerlukan penalaan untuk menstabilkan gelung maklum balas.
• Ia memerlukan penyelenggaraan.

Aplikasi Motor Servo DC

The aplikasi motor servo DC termasuk yang berikut.

• Motor servo DC digunakan dalam peralatan mesin untuk memotong dan membentuk logam.
• Ini digunakan untuk kedudukan antena, percetakan, pembungkusan, kerja kayu, tekstil, pembuatan benang atau tali, CMM (Mesin pengukur Koordinat), mengendalikan bahan, menggilap lantai, membuka pintu, meja X-Y, peralatan perubatan, dan berputar wafer.
• Motor ini digunakan dalam sistem kawalan pesawat di mana had ruang & berat memerlukan motor untuk menyampaikan kuasa tinggi untuk setiap volum unit.
• Ini terpakai apabila tork permulaan yang tinggi diperlukan seperti pemacu blower & kipas.
• Ini juga digunakan terutamanya untuk robotik, peranti pengaturcaraan, penggerak elektromekanikal, alat mesin, pengawal proses, dll.

Oleh itu, ini adalah gambaran keseluruhan dc motor servo - berfungsi dengan aplikasi. Motor servo ini digunakan dalam pelbagai industri untuk menyediakan penyelesaian kepada banyak pergerakan mekanikal. Ciri-ciri motor ini akan menjadikannya sangat cekap & berkuasa. Berikut ialah soalan untuk anda, apakah itu AC Servo Motor?