Was ist ein Servomotor?

Ein Servomotor ist ein Motortyp, der sich mit großer Präzision drehen kann. Normalerweise besteht dieser Motortyp aus einem Steuerkreis, der eine Rückmeldung über die aktuelle Position der Motorwelle liefert. Diese Rückmeldung ermöglicht es den Servomotoren, sich mit großer Präzision zu drehen. Wenn Sie ein Objekt in bestimmten Winkeln oder Entfernungen drehen möchten, verwenden Sie einen Servomotor. Es besteht nur aus einem einfachen Motor, der durch einen Servomechanismus läuft. Wenn der Motor von einer Gleichstromversorgung gespeist wird, spricht man von einem Gleichstromservomotor. Wenn es sich um einen Wechselstrommotor handelt, spricht man von einem Wechselstromservomotor. In diesem Tutorial werden wir nur über die Funktionsweise des DC-Servomotors sprechen. Abgesehen von diesen Hauptklassifizierungen gibt es viele andere Arten von Servomotoren, die auf der Art der Getriebeanordnung und den Betriebseigenschaften basieren. Ein Servomotor wird normalerweise mit einer Getriebeanordnung geliefert, die es uns ermöglicht, einen Servomotor mit sehr hohem Drehmoment in kleinen und leichten Paketen zu erhalten. Aufgrund dieser Eigenschaften werden sie in vielen Anwendungen wie Spielzeugautos, RC-Hubschraubern und Flugzeugen, Robotik usw. verwendet.

Servomotoren haben eine Nennleistung in kg / cm (Kilogramm pro Zentimeter). Die meisten Hobby-Servomotoren haben eine Nennleistung von 3 kg / cm oder 6 kg / cm oder 12 kg / cm. Dieses kg / cm gibt an, wie viel Gewicht Ihr Servomotor in einer bestimmten Entfernung heben kann. Beispiel: Ein Servomotor mit 6 kg / cm sollte 6 kg heben können, wenn die Last 1 cm von der Motorwelle entfernt aufgehängt ist. Je größer der Abstand, desto geringer die Tragfähigkeit. Die Position eines Servomotors wird durch einen elektrischen Impuls bestimmt und seine Schaltung wird neben dem Motor angeordnet.

Servomotor Arbeitsmechanismus

Es besteht aus drei Teilen:

Kontrolliertes Gerät
Ausgangssensor
Rückmeldungssystem

Es handelt sich um ein System mit geschlossenem Regelkreis, bei dem ein positives Rückkopplungssystem verwendet wird, um die Bewegung und die Endposition der Welle zu steuern. Hier wird das Gerät durch ein Rückkopplungssignal gesteuert, das durch Vergleichen des Ausgangssignals und des Referenzeingangssignals erzeugt wird.

Hier wird das Referenzeingangssignal mit dem Referenzeingangssignal verglichen und das dritte Signal vom Rückkopplungssystem erzeugt. Und dieses dritte Signal wirkt als Eingangssignal für die Steuerung des Geräts. Dieses Signal ist vorhanden, solange das Rückkopplungssignal erzeugt wird oder ein Unterschied zwischen dem Referenzeingangssignal und dem Referenzausgangssignal besteht. Die Hauptaufgabe des Servomechanismus besteht also darin, die Leistung eines Systems bei Vorhandensein von Geräuschen auf dem gewünschten Wert zu halten.

Funktionsprinzip des Servomotors

Ein Servo besteht aus einem Motor (DC oder AC), einem Potentiometer, einer Getriebebaugruppe und einem Steuerkreis. Zunächst verwenden wir die Getriebebaugruppe, um die Drehzahl zu verringern und das Drehmoment des Motors zu erhöhen. Angenommen, an der Anfangsposition der Servomotorwelle ist die Position des Potentiometerknopfs so, dass am Ausgangsanschluss des Potentiometers kein elektrisches Signal erzeugt wird. Nun wird ein elektrisches Signal an einen anderen Eingangsanschluss des Fehlerdetektorverstärkers gegeben. Nun wird die Differenz zwischen diesen beiden Signalen, eines vom Potentiometer und eines von anderen Quellen, in einem Rückkopplungsmechanismus verarbeitet und die Ausgabe als Fehlersignal bereitgestellt. Dieses Fehlersignal dient als Eingang für den Motor und der Motor beginnt sich zu drehen.Jetzt ist die Motorwelle mit dem Potentiometer verbunden und wenn sich der Motor dreht, erzeugt das Potentiometer ein Signal. Wenn sich die Winkelposition des Potentiometers ändert, ändert sich auch sein Ausgangsrückkopplungssignal. Nach einiger Zeit erreicht die Position des Potentiometers eine Position, an der der Ausgang des Potentiometers mit dem bereitgestellten externen Signal übereinstimmt. In diesem Zustand gibt es kein Ausgangssignal vom Verstärker zum Motoreingang, da es keinen Unterschied zwischen dem extern angelegten Signal und dem am Potentiometer erzeugten Signal gibt und in dieser Situation der Motor nicht mehr dreht.Es gibt kein Ausgangssignal vom Verstärker zum Motoreingang, da es keinen Unterschied zwischen dem extern angelegten Signal und dem am Potentiometer erzeugten Signal gibt und in dieser Situation der Motor nicht mehr dreht.Es gibt kein Ausgangssignal vom Verstärker zum Motoreingang, da es keinen Unterschied zwischen dem extern angelegten Signal und dem am Potentiometer erzeugten Signal gibt und in dieser Situation der Motor nicht mehr dreht.

Verbindung von Servomotoren mit Mikrocontrollern:

Die Verbindung von Hobby-Servomotoren wie dem s90-Servomotor mit der MCU ist sehr einfach. Servos haben drei Drähte. Davon werden zwei für die Versorgung verwendet (positiv und negativ) und einer für das Signal, das von der MCU gesendet werden soll. Ein MG995 Metal Gear Servo Motor, der am häufigsten für humanoide Bots von RC-Cars usw. verwendet wird. Das Bild von MG995 ist unten dargestellt:

Die Farbcodierung Ihres Servomotors kann abweichen. Überprüfen Sie daher das jeweilige Datenblatt.

Alle Servomotoren arbeiten direkt mit Ihren + 5V-Versorgungsschienen, aber wir müssen vorsichtig sein, wie viel Strom der Motor verbrauchen würde, wenn Sie mehr als zwei Servomotoren verwenden möchten, sollte ein geeigneter Servoschild entworfen werden.

Servomotor steuern:

Alle Motoren haben drei Drähte. Davon werden zwei für die Versorgung verwendet (positiv und negativ) und einer für das Signal, das von der MCU gesendet werden soll.

Der Servomotor wird durch PWM (Pulse with Modulation) gesteuert, das von den Steuerkabeln bereitgestellt wird. Es gibt einen minimalen Impuls, einen maximalen Impuls und eine Wiederholungsrate. Der Servomotor kann aus seiner neutralen Position um 90 Grad aus beiden Richtungen gedreht werden. Der Servomotor erwartet alle 20 Millisekunden (ms) einen Impuls und die Länge des Impulses bestimmt, wie weit sich der Motor dreht. Zum Beispiel bringt ein 1,5-ms-Impuls den Motor in die 90 ° -Position, z. B. wenn der Impuls kürzer als 1,5 ms ist, bewegt sich die Welle auf 0 ° und wenn er länger als 1,5 ms ist, dreht er den Servo auf 180 °.

Der Servomotor arbeitet nach dem PWM- Prinzip (Pulse Width Modulation), dh sein Drehwinkel wird durch die Dauer des an seine Steuer-PIN angelegten Impulses gesteuert. Grundsätzlich besteht der Servomotor aus einem Gleichstrommotor, der von einem variablen Widerstand (Potentiometer) und einigen Zahnrädern gesteuert wird. Die Hochgeschwindigkeitskraft des Gleichstrommotors wird von Zahnrädern in Drehmoment umgewandelt. Wir wissen, dass WORK = FORCE X DISTANCE ist, im Gleichstrommotor ist die Kraft geringer und die Entfernung (Geschwindigkeit) hoch und im Servo ist die Kraft hoch und die Entfernung ist geringer. Das Potentiometer ist mit der Abtriebswelle des Servos verbunden, um den Winkel zu berechnen und den Gleichstrommotor im erforderlichen Winkel anzuhalten.

Der Servomotor kann von 0 bis 180 Grad gedreht werden, je nach Herstellung jedoch bis zu 210 Grad. Dieser Rotationsgrad kann gesteuert werden, indem der elektrische Impuls mit der richtigen Breite an seinen Steuerstift angelegt wird. Servo überprüft den Puls alle 20 Millisekunden. Der Impuls mit einer Breite von 1 ms (1 Millisekunde) kann den Servo um 0 Grad drehen, 1,5 ms können um 90 Grad (neutrale Position) gedreht werden und der Impuls mit 2 ms kann ihn um 180 Grad drehen.

Um mehr über das Funktionsprinzip des Servomotors und seine praktischen Anwendungen zu erfahren, überprüfen Sie bitte die folgenden Anwendungen, in denen die Steuerung des Servomotors anhand der folgenden Beispiele erläutert wird:

Testschaltung für Servomotoren
Servomotor mit 8051 Mikrocontroller
Servomotorsteuerung mit Arduino
Servosteuerung mit Arduino Due
Servosteuerung mit Flex-Sensor
Raspberry Pi Servomotor Tutorial

Was ist ein Servomotor?