Tự sửa chữa động cơ servo

Chi tiết: tự sửa chữa động cơ servo từ một chuyên gia thực sự cho trang web my.housecope.com.

Gần đây tôi đã chế tạo một cánh tay rô bốt và bây giờ tôi quyết định thêm một bộ gắp mini chạy bằng servo vào nó. Tôi quyết định thực hiện hai biến thể để xem nó hoạt động tốt hơn với bánh răng thẳng hay bánh răng tròn. Tôi thích phiên bản bánh răng tròn hơn, vì nó chỉ mất 2 giờ để chế tạo và khoảng cách giữa các bánh răng là rất nhỏ.

Đầu tiên, tôi cắt các bộ phận trên máy phay:

Tôi đã lắp ráp các bộ phận bằng vít 2x10mm.

Và đây là cách mà servo mini gắn vào bộ kẹp:

Cách hoạt động của bộ kẹp servo:

Và bây giờ, khi mọi thứ đã được lắp ráp và phần cơ khí cũng gần như sẵn sàng, tôi chỉ cần hoàn thành phần điện tử của công việc! Tôi đã chọn Arduino để điều khiển robot của mình và tạo một mạch (nó ở bên phải) để kết nối Arduino với servo.

Mạch thực sự rất đơn giản, nó chỉ gửi tín hiệu đến và đi từ Arduino. Ngoài ra còn có một đầu nối cho bộ thu hồng ngoại và một số đầu nối cho nguồn điện và 4 kết nối với phần còn lại của các chân Arduino (không sử dụng). Do đó, một công tắc hoặc cảm biến khác có thể được kết nối.

Và đây là cách cánh tay thao tác di chuyển:

Việc doanh nghiệp mua lại một máy phay CNC để sản xuất mặt tiền từ MDF đặt ra câu hỏi về nhu cầu phải trả quá nhiều cho một số cơ chế và đơn vị điện được lắp đặt trên thiết bị công nghệ cao và đắt tiền. Thông thường, để định vị các khối nguồn của máy CNC, động cơ bước và động cơ servo (ổ đĩa servo) được sử dụng.

Video (bấm để phát).

Động cơ bước rẻ hơn. Tuy nhiên, ổ đĩa servo có nhiều ưu điểm, bao gồm hiệu suất cao và độ chính xác của vị trí. Vậy chọn cái gì?

Hình ảnh - Tự sửa chữa động cơ servo

Động cơ bước là động cơ đồng bộ một chiều không chổi than với nhiều cuộn dây stato. Khi đặt dòng điện vào một trong các cuộn dây, rôto quay và sau đó được cố định ở một vị trí nhất định. Kích thích tuần tự của các cuộn dây thông qua bộ điều khiển điều khiển động cơ bước cho phép bạn quay rôto ở một góc nhất định.

Động cơ bước được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vì chúng có độ tin cậy cao và tuổi thọ lâu dài. Ưu điểm chính của động cơ bước là định vị chính xác. Khi có dòng điện chạy vào các cuộn dây, rôto sẽ quay theo một góc nhất định.

· Mô-men xoắn cao ở tốc độ thấp và bằng không;

· Khởi động, dừng và đảo ngược nhanh chóng;

· Làm việc dưới tải trọng cao mà không có nguy cơ hỏng hóc;

· Cơ cấu mài mòn duy nhất ảnh hưởng đến thời gian hoạt động là ổ trục;

· Khả năng xảy ra cộng hưởng;

· Tiêu thụ điện năng không đổi bất kể tải;

Mất mô-men xoắn ở tốc độ cao;

· Thiếu phản hồi khi định vị;

· Khả năng sửa chữa kém.

Hình ảnh - Tự sửa chữa động cơ servo

Động cơ servo (truyền động servo) là một động cơ điện được điều khiển thông qua phản hồi âm, cho phép bạn điều khiển chính xác các thông số chuyển động để đạt được tốc độ cần thiết hoặc có được góc quay mong muốn. Thành phần của động cơ servo bao gồm chính động cơ điện, bộ cảm biến phản hồi, bộ cấp nguồn và bộ điều khiển.

Đặc điểm thiết kế của động cơ điện dùng cho bộ truyền động servo không khác nhiều so với động cơ điện thông thường có stato và rôto, hoạt động trên dòng điện một chiều và xoay chiều, có và không có chổi than.Một cảm biến phản hồi có vai trò đặc biệt ở đây, có thể được lắp đặt trực tiếp trong chính động cơ và truyền dữ liệu về vị trí của rôto, cũng như xác định vị trí của nó bằng các dấu hiệu bên ngoài. Mặt khác, hoạt động của động cơ servo là không thể tưởng tượng được nếu không có bộ cấp nguồn và điều khiển (hay còn gọi là bộ biến tần hoặc bộ khuếch đại servo), bộ phận chuyển đổi điện áp và tần số của dòng điện cung cấp cho động cơ điện, do đó điều khiển hoạt động của nó.

· Công suất cao ở kích thước nhỏ;

· Tăng tốc và giảm tốc nhanh;

· Theo dõi vị trí liên tục và không bị gián đoạn;

· Mức độ tiếng ồn thấp, thiếu rung động và cộng hưởng;

· Phạm vi tốc độ quay rộng;

· Hoạt động ổn định trong một loạt các tốc độ;

· Trọng lượng nhỏ và thiết kế nhỏ gọn;

· Tiêu thụ điện năng thấp ở tải nhỏ.

· Yêu cầu bảo trì định kỳ (ví dụ, với việc thay thế bàn chải);

Mức độ phức tạp của thiết bị (sự hiện diện của cảm biến, bộ cấp nguồn và bộ điều khiển) và logic hoạt động của nó.

Khi so sánh các đặc tính của bộ truyền động servo và động cơ bước, trước hết, người ta nên chú ý đến hiệu suất và giá thành của chúng.

Đối với việc sản xuất mặt tiền MDF trong một doanh nghiệp nhỏ làm việc với khối lượng nhỏ, tôi nghĩ không cần phải trả quá nhiều cho việc lắp đặt động cơ servo đắt tiền trên máy phay CNC. Mặt khác, nếu một doanh nghiệp tìm cách đạt được khối lượng sản xuất tối đa có thể, thì sẽ không có ý nghĩa gì khi giảm giá các động cơ bước hiệu suất thấp cho CNC.

Động cơ servo không chỉ được sử dụng trong mô hình máy bay và người máy, chúng còn có thể được sử dụng trong các thiết bị gia dụng. Kích thước nhỏ, hiệu suất cao và điều khiển động cơ servo đơn giản làm cho chúng phù hợp nhất để điều khiển từ xa các thiết bị khác nhau.

Việc sử dụng kết hợp động cơ servo với các mô-đun vô tuyến để nhận và truyền không tạo ra bất kỳ khó khăn nào, chỉ cần phía bên nhận chỉ cần kết nối đầu nối thích hợp với động cơ servo, có chứa điện áp cung cấp và tín hiệu điều khiển là đủ. làm xong.

Nhưng nếu chúng ta muốn điều khiển động cơ servo một cách "thủ công", chẳng hạn với một chiết áp, chúng ta cần một bộ tạo xung điều khiển.

Dưới đây là một mạch dao động khá đơn giản dựa trên mạch tích hợp 74HC00.

Mạch này cho phép điều khiển bằng tay các động cơ servo bằng cách áp dụng các xung điều khiển có độ rộng từ 0,6 đến 2 ms. Sơ đồ có thể được sử dụng, ví dụ, để xoay ăng-ten nhỏ, đèn sân khấu ngoài trời, camera quan sát, v.v.

Cơ sở của mạch là chip 74HC00 (IC1), là 4 cổng NAND. Một bộ dao động được tạo ra trên các phần tử IC1A và IC1B, tại đầu ra của các xung được hình thành với tần số 50 Hz. Các xung này kích hoạt flip-flop RS, bao gồm các phần tử logic IC1C và IC1D.

Đọc thêm:  Tự sửa chữa cấp độ tự làm

Hình ảnh - Tự sửa chữa động cơ servo

Với mỗi xung đến từ máy phát, đầu ra của IC1D được đặt thành "0" và tụ C2 được phóng qua điện trở R2 và chiết áp P1. Nếu điện áp trên tụ C2 giảm xuống một mức nào đó thì mạch RC chuyển phần tử sang trạng thái ngược lại. Do đó, ở đầu ra chúng ta nhận được các xung hình chữ nhật với chu kỳ 20 ms. Độ rộng xung được thiết lập với chiết áp P1.

Ví dụ, ổ đĩa servo Futaba S3003 thay đổi góc quay của trục 90 độ do xung điều khiển với thời gian từ 1 đến 2 ms. Nếu chúng ta thay đổi độ rộng xung từ 0,6 đến 2ms, thì góc quay sẽ lên đến 120 °. Các thành phần trong mạch được chọn sao cho xung đầu ra nằm trong khoảng 0,6 đến 2 ms, và do đó góc lắp đặt là 120 °. Động cơ servo S3003 của Futaby có mô-men xoắn đủ lớn và mức tiêu thụ hiện tại có thể từ hàng chục đến hàng trăm mA, tùy thuộc vào tải cơ học.

Hình ảnh - Tự sửa chữa động cơ servo

Hình ảnh - Tự sửa chữa động cơ servo

Mạch điều khiển động cơ servo được lắp ráp trên bảng mạch in hai mặt có kích thước 29 x 36 mm.Cài đặt rất đơn giản, vì vậy ngay cả một nghiệp dư mới làm quen với đài phát thanh có thể dễ dàng xử lý việc lắp ráp thiết bị.

Động cơ van là loại máy không chổi than (không chổi than) đồng bộ. Rôto có nam châm vĩnh cửu làm bằng kim loại đất hiếm và stato có dây quấn phần ứng. Việc chuyển đổi các cuộn dây stato được thực hiện bằng công tắc nguồn bán dẫn (bóng bán dẫn) để vectơ từ trường stato luôn vuông góc với vectơ từ trường rôto - đối với điều này, một cảm biến vị trí rôto (cảm biến Hall hoặc bộ mã hóa) được sử dụng. Dòng pha được điều khiển bằng điều chế PWM và có thể là hình thang hoặc hình sin.

Rôto phẳng của động cơ tuyến tính được làm bằng nam châm vĩnh cửu đất hiếm. Theo nguyên lý hoạt động thì tương tự như động cơ van.

Không giống như máy điện đồng bộ quay liên tục, động cơ bước có các cực rõ rệt trên stato, trên đó đặt các cuộn dây điều khiển - việc chuyển mạch của chúng được thực hiện bởi một bộ truyền động bên ngoài.

Xét nguyên lý hoạt động của động cơ bước kiểu điện kháng, trong đó có răng nằm trên các cực của stato, rôto làm bằng thép từ mềm cũng có răng. Các răng trên stato được bố trí sao cho tại một bước lực cản từ nhỏ hơn dọc theo trục dọc của động cơ và ở bước khác - dọc theo trục ngang. Nếu các cuộn dây của stato được kích thích riêng rẽ theo một trình tự nhất định với dòng điện một chiều, thì rôto sẽ quay một bước tại mỗi lần đóng cắt, bằng với bước răng trên rôto.

Một số kiểu máy biến tần có thể hoạt động với cả động cơ không đồng bộ tiêu chuẩn và động cơ servo. Đó là, sự khác biệt chính giữa các ổ đĩa servo không nằm ở phần công suất, mà là ở thuật toán điều khiển và tốc độ tính toán. Vì chương trình sử dụng thông tin về vị trí của rôto nên bộ truyền động servo có một giao diện để kết nối bộ mã hóa gắn trên trục động cơ.

Hệ thống servo sử dụng nguyên tắc kiểm soát cấp dưới: vòng lặp hiện tại là cấp dưới của vòng tốc độ, đến lượt nó là cấp dưới của vòng vị trí (xem lý thuyết điều khiển tự động). Đầu tiên, vòng trong cùng, vòng hiện tại, được điều chỉnh, sau đó là vòng tốc độ, và vòng cuối cùng là vòng vị trí.

vòng hiện tại luôn được triển khai trong servo.

vòng lặp tốc độ (cũng như cảm biến tốc độ) cũng luôn có mặt trong hệ thống servo, nó có thể được thực hiện cả trên cơ sở bộ điều khiển servo được tích hợp trong ổ đĩa và bên ngoài.

Vòng lặp vị trí được sử dụng để định vị chính xác (ví dụ, trục tiến dao trong máy CNC).

Nếu không có dấu gạch chéo ngược trong các kết nối động học giữa cơ quan điều hành (bảng tọa độ) và trục động cơ, thì tọa độ được tính toán lại một cách gián tiếp bằng giá trị của bộ mã hóa quay. Nếu có đèn nền, thì một cảm biến vị trí bổ sung (được kết nối với bộ điều khiển servo) được lắp đặt trên cơ quan điều hành để đo trực tiếp tọa độ.

Nghĩa là, tùy thuộc vào cấu hình của vòng lặp tốc độ và vị trí, bộ điều khiển servo và ổ đĩa servo thích hợp được chọn (không phải mọi bộ điều khiển servo đều có thể thực hiện một vòng lặp vị trí!).

  • Định vị
  • Phép nội suy
  • Đồng bộ hóa, thiết bị điện tử (Gear)
  • Duy trì chính xác tốc độ quay (trục chính của máy)
  • Cam điện tử (Cam)
  • Chương trình kiểm soát logic.

Nói chung, hệ thống servo (Hệ thống điều khiển chuyển động) có thể bao gồm các thiết bị sau:

  • Động cơ Servo (Động cơ Servo) với cảm biến phản hồi tốc độ hình tròn (nó cũng có thể hoạt động như một cảm biến vị trí rôto)
  • Servo Gear
  • Cảm biến vị trí thiết bị truyền động (ví dụ: cảm biến tọa độ trục nguồn cấp dữ liệu tuyến tính)
  • Ổ đĩa Servo
  • Bộ điều khiển Servo (Bộ điều khiển chuyển động)
  • Giao diện người vận hành (HMI).

NHỮNG BÀI VIẾT LIÊN QUANTHÊM TỪ TÁC GIẢ