Gjør-det-selv servomotorreparasjon

I detalj: gjør-det-selv servomotorreparasjon fra en ekte mester for nettstedet my.housecope.com.

Jeg har nylig laget en robotarm, og nå bestemte jeg meg for å legge til en gripeenhet drevet av en miniservo til den. Jeg bestemte meg for å lage to varianter for å se hvordan det ville fungere bedre med et rett eller rundt gir. Jeg likte det runde giralternativet bedre da det bare tok 2 timer å lage og gapet mellom girene var veldig lite.

Først kuttet jeg ut delene på en fresemaskin:

Jeg satte sammen delene med 2x10mm skruer.

Og her er hvordan miniservoen festes til griperen:

Slik fungerer servogriperen:

Og nå, når alt er montert og den mekaniske delen også er nesten klar, må jeg bare gjøre ferdig den elektroniske delen av arbeidet! Jeg valgte en Arduino for å kontrollere roboten min, og laget en krets (den er til høyre) for å koble Arduinoen til servoen.

Kretsen er faktisk veldig enkel, den sender bare signaler til og fra Arduino. Det er også en header for en infrarød mottaker og noen kontakter for strømforsyningen og 4 koblinger til resten av (ubrukte) Arduino-pinnene. Dermed kan en annen bryter eller sensor kobles til.

Og her er hvordan manipulatorarmen beveger seg:

Bedriftens kjøp av en CNC-fresemaskin for produksjon av fasader fra MDF reiser spørsmålet om behovet for å betale for mye for visse mekanismer og kraftenheter installert på dyrt og høyteknologisk utstyr. For posisjonering av kraftenhetene til CNC-maskiner brukes vanligvis trinnmotorer og servomotorer (servodrev).

Video (klikk for å spille av).

Trinnmotorer er billigere. Imidlertid tilbyr servodrev et bredt spekter av fordeler, inkludert høy ytelse og posisjoneringsnøyaktighet. Så hva bør du velge?

Bilde - DIY Servo Motor Reparasjon

En trinnmotor er en børsteløs DC-synkronmotor som har flere statorviklinger. Når strøm påføres en av viklingene, snur rotoren og låser seg deretter i en bestemt posisjon. Sekvensiell eksitering av viklingene gjennom en trinnmotorkontroller lar rotoren rotere i en gitt vinkel.

Trinnmotorer er mye brukt i industrien, da de har høy pålitelighet og lang levetid. Den største fordelen med trinnmotorer er posisjoneringsnøyaktighet. Når strøm påføres viklingene, vil rotoren snu strengt i en viss vinkel.

· Høyt dreiemoment ved lave og null hastigheter;

· Rask start, stopp og revers;

· Arbeid under høy belastning uten risiko for svikt;

· Den eneste slitemekanismen som påvirker levetiden er lagre;

· Mulighet for resonans;

· Konstant strømforbruk uavhengig av belastningen;

· Fall i dreiemoment ved høye hastigheter;

· Mangel på tilbakemelding under posisjonering;

· Dårlig reparasjonsevne.

Bilde - DIY Servo Motor Reparasjon

En servomotor (servomotor) er en elektrisk motor med negativ tilbakemeldingskontroll, som lar deg kontrollere bevegelsesparametrene nøyaktig for å oppnå ønsket hastighet eller for å oppnå ønsket rotasjonsvinkel. Servomotoren inkluderer selve den elektriske motoren, tilbakemeldingssensoren, strømforsyningen og kontrollenheten.

Designfunksjonene til elektriske motorer for en servodrift er ikke mye forskjellig fra konvensjonelle elektriske motorer med en stator og en rotor, som opererer på like- og vekselstrøm, med og uten børster.En spesiell rolle her spilles av en tilbakemeldingssensor, som kan installeres både direkte i selve motoren og overføre data om rotorens posisjon, og bestemme dens posisjonering av eksterne tegn. På den annen side er driften av en servomotor utenkelig uten en strømforsyning og kontrollenhet (aka inverter eller servoforsterker), som konverterer spenningen og frekvensen til strømmen som tilføres den elektriske motoren, og kontrollerer dermed dens handling.

· Høy effekt med små dimensjoner;

· Rask akselerasjon og retardasjon;

· Kontinuerlig og uavbrutt posisjonssporing;

· Lavt støynivå, fravær av vibrasjoner og resonans;

· Bredt spekter av rotasjonshastighet;

· Stabilt arbeid i et bredt spekter av hastigheter;

· Lav vekt og kompakt design;

· Lavt strømforbruk ved lav belastning.

· Krevende for periodisk vedlikehold (for eksempel med utskifting av børster);

· Kompleksiteten til enheten (tilstedeværelsen av en sensor, strømforsyning og kontrollenhet) og logikken i driften.

Når du sammenligner egenskapene til en servodrift og en trinnmotor, bør du først og fremst være oppmerksom på ytelsen og kostnadene.

For produksjon av MDF-fasader i en liten bedrift som arbeider med små volumer, tror jeg det ikke er nødvendig å betale for mye for installasjon av dyre servomotorer på en CNC-fresemaskin. På den annen side, hvis en bedrift søker å nå maksimalt mulig produksjonsvolumer, gir det ingen mening å billige på lavytelses trinnmotorer for CNC.

Servomotorer brukes ikke bare i aeromodellering og robotikk, de kan også brukes i husholdningsapparater. Liten størrelse, høy ytelse, samt enkel kontroll av servomotoren gjør dem best egnet for fjernkontroll av ulike enheter.

Den kombinerte bruken av servomotorer med mottaks-sendende radiomoduler skaper ingen vanskeligheter, det er nok på mottakersiden å bare koble den tilsvarende kontakten til servomotoren, som inneholder forsyningsspenningen og styresignalet, og jobben er gjort.

Men hvis vi ønsker å styre servomotoren "manuelt", for eksempel ved hjelp av et potensiometer, trenger vi en impulskontrollgenerator.

Nedenfor er en ganske enkel generatorkrets basert på den integrerte kretsen 74HC00.

Denne kretsen tillater manuell styring av servomotorer ved å levere styrepulser med en bredde på 0,6 til 2 ms. Opplegget kan for eksempel brukes til å rotere små antenner, utendørs spotlights, CCTV-kameraer, etc.

Grunnlaget for kretsen er 74HC00 mikrokretsen (IC1), som består av 4 NAND-porter. En generator er opprettet på elementene IC1A og IC1B, ved utgangen av hvilke pulser med en frekvens på 50 Hz dannes. Disse pulsene aktiverer RS ​​flip-flop, som består av portene IC1C og IC1D.

Les også:  Gjør-det-selv deluxe varmtvannsbereder reparasjon

Bilde - DIY Servo Motor Reparasjon

Med hver puls som kommer fra generatoren, settes IC1D-utgangen til "0" og kondensatoren C2 utlades gjennom motstanden R2 og potensiometeret P1. Hvis spenningen over kondensatoren C2 faller til et visst nivå, overfører RC-kretsen elementet til motsatt tilstand. På utgangen får vi således rektangulære pulser med en periode på 20 ms. Pulsbredden stilles inn av potensiometer P1.

For eksempel endrer Futaba S3003 servodrevet rotasjonsvinkelen til akselen med 90 grader på grunn av kontrollpulser med en varighet på 1 til 2 ms. Hvis vi endrer pulsbredden fra 0,6 til 2 ms, er rotasjonsvinkelen opptil 120 °. Komponentene i kretsen er valgt slik at utgangspulsen er i området 0,6 til 2 ms, og derfor er installasjonsvinkelen 120 °. Servomotoren S3003 fra Futaby har et tilstrekkelig stort dreiemoment, og strømforbruket kan være fra titalls til hundrevis av mA, avhengig av mekanisk belastning.

Bilde - DIY Servo Motor Reparasjon

Bilde - DIY Servo Motor Reparasjon

Servomotorens kontrollkrets er satt sammen på et dobbeltsidig trykt kretskort som måler 29 x 36 mm.Installasjonen er veldig enkel, så selv en nybegynner radioamatør kan enkelt takle monteringen av enheten.

Ventilmotorer er synkrone børsteløse (børsteløse) maskiner. På rotoren er det permanente magneter laget av sjeldne jordmetaller, på statoren er det en armaturvikling. Statorviklingene kobles av halvlederstrømbrytere (transistorer) slik at statormagnetfeltvektoren alltid er vinkelrett på rotormagnetfeltvektoren - for dette brukes en rotorposisjonssensor (Hall-sensor eller koder). Fasestrømmen styres av PWM-modulasjon og kan være trapesformet eller sinusformet.

Den flate rotoren til den lineære motoren er laget av permanente magneter av sjeldne jordarter. I prinsippet ligner den på en ventilmotor.

I motsetning til synkrone maskiner med kontinuerlig rotasjon, har trinnmotorer uttalte poler på statoren, som spolene til kontrollviklingene er plassert på - deres kommutering utføres av en ekstern stasjon.

Vurder prinsippet om drift av en reaktiv trinnmotor, der tenner er plassert på statorpolene, og rotoren er laget av mykt magnetisk stål og har også tenner. Tennene på statoren er plassert slik at i ett trinn er den magnetiske motstanden mindre langs motorens lengdeakse, og på den andre - langs den tverrgående. Hvis du diskret begeistrer statorviklingene med likestrøm i en viss sekvens, vil rotoren med hver kommutering dreie med ett trinn lik stigningen til tennene på rotoren.

Noen modeller av frekvensomformere kan fungere med både standard induksjonsmotorer og servomotorer. Det vil si at hovedforskjellen mellom servoer ikke ligger i kraftdelen, men i kontrollalgoritmen og hastigheten på beregninger. Siden programmet bruker informasjon om rotorposisjonen, har servoen et grensesnitt for tilkobling av en koder montert på motorakselen.

Servosystemer bruker prinsippet underordnet ledelse: strømsløyfen er underordnet hastighetssløyfen, som igjen er underordnet posisjonssløyfen (se automatisk kontrollteori). Den innerste sløyfen, strømsløyfen, stilles inn først, etterfulgt av hastighetssløyfen, og sist, posisjonssløyfen.

Nåværende sløyfe alltid implementert i servoen.

Hastighetsløkke (samt hastighetssensoren) er også alltid til stede i servosystemet, det kan implementeres både på basis av en servokontroller innebygd i stasjonen, eller en ekstern.

Posisjonskontur brukes til presis posisjonering (for eksempel mateakser i CNC-maskiner).

Hvis det ikke er tilbakeslag i de kinematiske forbindelsene mellom aktuatoren (koordinattabell) og motorakselen, blir koordinaten indirekte beregnet på nytt i henhold til verdien til den sirkulære giveren. Hvis det er tilbakeslag, er en ekstra posisjonssensor (som er koblet til servokontrolleren) installert på aktuatoren for direkte koordinatmåling.

Det vil si at avhengig av konfigurasjonen av hastighets- og posisjonssløyfene, velges en passende servokontroller og servodrivenhet (ikke hver servokontroller kan implementere en posisjonssløyfe!).

  • Posisjonering
  • Interpolasjon
  • Synkronisering, elektronisk utstyr (Gear)
  • Nøyaktig kontroll av rotasjonshastighet (maskinspindel)
  • Elektronisk kamera
  • Programmerbar logisk kontroller.

Generelt kan et servosystem (Motion Control System) bestå av følgende enheter:

  • Servomotor med en sirkulær hastighetstilbakemeldingssensor (den kan også fungere som en rotorposisjonssensor)
  • Servo utstyr
  • Aktuatorposisjonssensor (f.eks. lineær giver for mateaksekoordinater)
  • Servo Drive
  • Servokontroller (Motion Controller)
  • Operatørgrensesnitt (HMI).