Riparazione servomotore fai da te

Nel dettaglio: riparazione servomotore fai-da-te da un vero maestro per il sito my.housecope.com.

Di recente ho realizzato un braccio robotico e ora ho deciso di aggiungere un dispositivo di presa alimentato da un mini servo. Ho deciso di fare due varianti per vedere come avrebbe funzionato meglio con una marcia dritta o tonda. Mi è piaciuta di più l'opzione della marcia rotonda in quanto ci sono volute solo 2 ore per realizzarla e lo spazio tra le marce era molto piccolo.

Per prima cosa, ho ritagliato le parti su una fresatrice:

Ho assemblato le parti utilizzando viti 2x10mm.

Ed ecco come il mini servo si attacca alla pinza:

Come funziona la pinza servo:

Ed ora, quando tutto è assemblato e anche la parte meccanica è quasi pronta, non mi resta che finire la parte elettronica del lavoro! Ho scelto un Arduino per controllare il mio robot e ho realizzato un circuito (è sulla destra) per collegare l'Arduino al servo.

Il circuito è in realtà molto semplice, invia solo segnali da e verso Arduino. C'è anche un connettore per un ricevitore a infrarossi e alcuni connettori per l'alimentazione e 4 connessioni al resto dei pin Arduino (non utilizzati). Pertanto, è possibile collegare un altro interruttore o sensore.

Ed ecco come si muove il braccio manipolatore:

L'acquisto da parte dell'impresa di una fresatrice CNC per la produzione di facciate in MDF solleva la questione della necessità di pagare in eccesso per determinati meccanismi e unità di potenza installati su apparecchiature costose e ad alta tecnologia. Per il posizionamento delle unità di potenza delle macchine CNC, vengono solitamente utilizzati motori passo-passo e servomotori (servoazionamenti).

Video (clicca per riprodurre).

I motori passo-passo sono più economici. Tuttavia, i servoazionamenti offrono un'ampia gamma di vantaggi, tra cui prestazioni elevate e precisione di posizionamento. Quindi cosa dovresti scegliere?

Immagine - Riparazione servomotore fai da te

Un motore passo-passo è un motore sincrono CC senza spazzole con più avvolgimenti dello statore. Quando viene applicata corrente a uno degli avvolgimenti, il rotore gira e quindi si blocca in una determinata posizione. L'eccitazione sequenziale degli avvolgimenti attraverso un controller del motore passo-passo consente al rotore di ruotare ad un determinato angolo.

I motori passo-passo sono ampiamente utilizzati nell'industria, poiché hanno un'elevata affidabilità e una lunga durata. Il vantaggio principale dei motori passo-passo è la precisione di posizionamento. Quando la corrente viene applicata agli avvolgimenti, il rotore girerà rigorosamente di una certa angolazione.

· Coppia elevata a velocità basse e zero;

· Avvio, arresto e retromarcia rapidi;

· Lavorare sotto carico elevato senza rischio di guasto;

· L'unico meccanismo di usura che influisce sulla durata sono i cuscinetti;

· Possibilità di risonanza;

· Consumo energetico costante indipendentemente dal carico;

· Perdita di coppia alle alte velocità;

· Mancanza di feedback durante il posizionamento;

· Scarsa riparabilità.

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Un servomotore (servomotore) è un motore elettrico con controllo a retroazione negativa, che permette di controllare con precisione i parametri di movimento al fine di raggiungere la velocità richiesta o per ottenere l'angolo di rotazione desiderato. Il servomotore comprende il motore elettrico stesso, il sensore di retroazione, l'alimentatore e la centralina.

Le caratteristiche progettuali dei motori elettrici per servoazionamento non sono molto diverse dai motori elettrici convenzionali con statore e rotore, funzionanti a corrente continua e alternata, con e senza spazzole.Un ruolo speciale qui è svolto da un sensore di feedback, che può essere installato sia direttamente nel motore stesso e trasmettere dati sulla posizione del rotore, sia determinarne il posizionamento da segni esterni. D'altra parte, il funzionamento di un servomotore è impensabile senza un'unità di alimentazione e controllo (detta anche inverter o servoamplificatore), che converte la tensione e la frequenza della corrente fornita al motore elettrico, controllandone così l'azione.

· Elevata potenza con dimensioni contenute;

· Veloce accelerazione e decelerazione;

· Tracciamento continuo e ininterrotto della posizione;

· Basso livello di rumorosità, assenza di vibrazioni e risonanze;

· Ampia gamma di velocità di rotazione;

· Lavoro stabile in un'ampia gamma di velocità;

· Peso ridotto e design compatto;

· Basso consumo energetico a bassi carichi.

· Richieste di manutenzione periodica (ad esempio con sostituzione delle spazzole);

· La complessità del dispositivo (presenza di sensore, alimentatore e centralina) e la logica del suo funzionamento.

Quando si confrontano le caratteristiche di un servoazionamento e di un motore passo-passo, è necessario prestare attenzione, prima di tutto, alle loro prestazioni e ai loro costi.

Per la produzione di facciate in MDF in una piccola impresa che lavora con piccoli volumi, penso che non sia necessario pagare in eccesso per l'installazione di costosi servomotori su una fresatrice CNC. D'altra parte, se un'impresa cerca di raggiungere i massimi volumi di produzione possibili, non ha senso risparmiare sui motori passo-passo a basse prestazioni per CNC.

I servomotori non sono utilizzati solo nell'aeromodellismo e nella robotica, ma possono essere utilizzati anche negli elettrodomestici. Le dimensioni ridotte, le alte prestazioni e il facile controllo del servomotore li rendono i più adatti per il controllo remoto di vari dispositivi.

L'utilizzo combinato di servomotori con moduli radio ricetrasmittenti non crea alcuna difficoltà, dal lato ricevente è sufficiente collegare il connettore corrispondente al servomotore, contenente la tensione di alimentazione e il segnale di comando, e il gioco è fatto.

Ma se vogliamo controllare il servomotore "manualmente", ad esempio utilizzando un potenziometro, abbiamo bisogno di un generatore di controllo degli impulsi.

Di seguito è riportato un circuito generatore abbastanza semplice basato sul circuito integrato 74HC00.

Questo circuito consente il controllo manuale dei servomotori fornendo impulsi di controllo con una larghezza da 0,6 a 2 ms. Lo schema può essere utilizzato, ad esempio, per ruotare piccole antenne, faretti da esterno, telecamere CCTV, ecc.

La base del circuito è il microcircuito 74HC00 (IC1), che consiste in 4 porte NAND. Viene creato un generatore sugli elementi IC1A e IC1B, all'uscita del quale si formano impulsi con una frequenza di 50 Hz. Questi impulsi attivano il flip-flop RS, che consiste delle porte IC1C e IC1D.

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Ad ogni impulso proveniente dal generatore, l'uscita IC1D viene posta a "0" e il condensatore C2 viene scaricato tramite la resistenza R2 e il potenziometro P1. Se la tensione ai capi del condensatore C2 scende a un certo livello, il circuito RC trasferisce l'elemento allo stato opposto. Pertanto, in uscita otteniamo impulsi rettangolari con un periodo di 20 ms. La durata dell'impulso è impostata dal potenziometro P1.

Ad esempio, il servoazionamento Futaba S3003 modifica l'angolo di rotazione dell'albero di 90 gradi a causa di impulsi di controllo con una durata da 1 a 2 ms. Se cambiamo la larghezza dell'impulso da 0,6 a 2 ms, l'angolo di rotazione arriva fino a 120 °. I componenti nel circuito sono selezionati in modo che l'impulso di uscita sia compreso tra 0,6 e 2 ms e quindi l'angolo di installazione sia di 120 °. Il servomotore S3003 di Futaby ha una coppia sufficientemente grande e il consumo di corrente può variare da decine a centinaia di mA, a seconda del carico meccanico.

Immagine - Riparazione servomotore fai da te

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Il circuito di controllo del servomotore è montato su un circuito stampato a doppia faccia di 29 x 36 mm.L'installazione è molto semplice, quindi anche un radioamatore alle prime armi può facilmente far fronte all'assemblaggio del dispositivo.

I motori delle valvole sono macchine sincrone brushless (senza spazzole). Sul rotore ci sono magneti permanenti fatti di metalli delle terre rare, sullo statore c'è un avvolgimento dell'indotto. Gli avvolgimenti dello statore sono commutati da interruttori di potenza a semiconduttore (transistor) in modo che il vettore del campo magnetico dello statore sia sempre perpendicolare al vettore del campo magnetico del rotore - per questo viene utilizzato un sensore di posizione del rotore (sensore di Hall o encoder). La corrente di fase è controllata dalla modulazione PWM e può essere trapezoidale o sinusoidale.

Il rotore piatto del motore lineare è realizzato con magneti permanenti a terre rare. In linea di principio, è simile a un motore della valvola.

A differenza delle macchine sincrone a rotazione continua, i motori passo-passo hanno poli pronunciati sullo statore, su cui si trovano le bobine degli avvolgimenti di controllo: la loro commutazione viene eseguita da un azionamento esterno.

Considera il principio di funzionamento di un motore passo-passo reattivo, in cui i denti si trovano sui poli dello statore e il rotore è realizzato in acciaio magnetico morbido e ha anche i denti. I denti sullo statore sono posizionati in modo tale che a un livello la resistenza magnetica sia inferiore lungo l'asse longitudinale del motore e all'altro lungo quello trasversale. Se ecciti discretamente gli avvolgimenti dello statore con corrente continua in una certa sequenza, il rotore ad ogni commutazione girerà di un passo, uguale al passo dei denti sul rotore.

Alcuni modelli di convertitori di frequenza possono funzionare sia con motori a induzione standard che con servomotori. Cioè, la principale differenza tra i servi non è nella sezione di potenza, ma nell'algoritmo di controllo e nella velocità dei calcoli. Poiché il programma utilizza le informazioni sulla posizione del rotore, il servo dispone di un'interfaccia per il collegamento di un encoder montato sull'albero del motore.

I servosistemi utilizzano il principio gestione subordinata: l'anello di corrente è subordinato all'anello di velocità, che a sua volta è subordinato all'anello di posizione (vedi teoria del controllo automatico). L'anello più interno, l'anello di corrente, viene sintonizzato per primo, seguito dall'anello di velocità e, per ultimo, dall'anello di posizione.

Ciclo di corrente sempre implementato nel servo.

Ciclo di velocità (oltre al sensore di velocità) è sempre presente anche nel servosistema, può essere implementato sia sulla base di un servocontrollore integrato nel drive, che esterno.

Posizione contorno utilizzato per un posizionamento preciso (ad esempio, assi di avanzamento nelle macchine CNC).

Se non sono presenti giochi nelle connessioni cinematiche tra l'attuatore (tabella delle coordinate) e l'albero motore, la coordinata viene ricalcolata indirettamente in base al valore dell'encoder circolare. In caso di gioco, sull'attuatore viene installato un sensore di posizione aggiuntivo (collegato al servocontrollore) per la misurazione diretta delle coordinate.

Cioè, a seconda della configurazione degli anelli di velocità e posizione, viene selezionato un servocontrollore e un servoazionamento appropriati (non tutti i servocontrollori possono implementare un anello di posizione!).

  • Posizionamento
  • interpolazione
  • Sincronizzazione, cambio elettronico (Gear)
  • Controllo preciso della velocità di rotazione (mandrino macchina)
  • Telecamera elettronica
  • Controllore logico programmabile.

In generale, un servosistema (Motion Control System) può essere costituito dai seguenti dispositivi:

  • Servomotore con sensore di retroazione di velocità circolare (può anche fungere da sensore di posizione del rotore)
  • Servo Gear
  • Sensore di posizione dell'attuatore (es. encoder lineare per coordinate dell'asse di avanzamento)
  • Servoazionamento
  • Servocontrollore (controllore di movimento)
  • Interfaccia operatore (HMI).

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