Gør-det-selv servomotor reparation

I detaljer: gør-det-selv servomotorreparation fra en rigtig mester til webstedet my.housecope.com.

Jeg har for nylig lavet en robotarm, og nu besluttede jeg at tilføje en gribeenhed drevet af en mini servo til den. Jeg besluttede at lave to variationer for at se, hvordan det ville fungere bedre med et lige eller rundt gear. Jeg kunne bedre lide det runde gear, da det kun tog 2 timer at lave, og afstanden mellem gearene var meget lille.

Først skærer jeg delene ud på en fræser:

Jeg samlede delene ved hjælp af 2x10 mm skruer.

Og her er, hvordan miniservoen fastgøres til griberen:

Sådan fungerer servogriberen:

Og nu, hvor alt er samlet og den mekaniske del også er næsten klar, skal jeg bare gøre den elektroniske del af arbejdet færdig! Jeg valgte en Arduino til at styre min robot, og lavede et kredsløb (det er til højre) for at forbinde Arduino til servoen.

Kredsløbet er faktisk meget simpelt, det sender bare signaler til og fra Arduino. Der er også en header til en infrarød modtager og nogle stik til strømforsyningen og 4 forbindelser til resten af ​​de (ubrugte) Arduino ben. Således kan en anden kontakt eller sensor tilsluttes.

Og her er, hvordan manipulatorarmen bevæger sig:

Virksomhedens køb af en CNC-fræsemaskine til fremstilling af facader fra MDF rejser spørgsmålet om behovet for at betale for meget for visse mekanismer og kraftenheder installeret på dyrt og højteknologisk udstyr. Til positionering af kraftenhederne på CNC-maskiner anvendes normalt stepmotorer og servomotorer (servodrev).

Video (klik for at afspille).

Stepmotorer er billigere. Imidlertid tilbyder servodrev en lang række fordele, herunder høj ydeevne og positioneringsnøjagtighed. Så hvad skal du vælge?

Billede - DIY Servo Motor Reparation

En stepmotor er en børsteløs DC synkronmotor, der har flere statorviklinger. Når der påføres strøm til en af ​​viklingerne, drejer rotoren og låser derefter i en bestemt position. Sekventiel excitation af viklingerne gennem en stepmotorstyreenhed tillader rotoren at rotere i en given vinkel.

Stepmotorer er meget udbredt i industrien, da de har høj pålidelighed og lang levetid. Den største fordel ved stepmotorer er positioneringsnøjagtighed. Når der påføres strøm til viklingerne, vil rotoren dreje strengt i en bestemt vinkel.

· Højt drejningsmoment ved lave og nul hastigheder;

· Hurtig start, stop og bakning;

· Arbejd under høj belastning uden risiko for fejl;

· Den eneste slidmekanisme, der påvirker levetiden, er lejer;

· Mulighed for resonans;

· Konstant strømforbrug uanset belastningen;

· Fald i drejningsmoment ved høje hastigheder;

· Mangel på feedback under positionering;

· Dårlig reparationsevne.

Billede - DIY Servo Motor Reparation

En servomotor (servomotor) er en elektrisk motor med negativ feedback-kontrol, som giver dig mulighed for præcist at styre bevægelsesparametrene for at opnå den nødvendige hastighed eller for at opnå den ønskede rotationsvinkel. Servomotoren omfatter selve den elektriske motor, feedbacksensoren, strømforsyningen og styreenheden.

Designegenskaberne ved elektriske motorer til et servodrev er ikke meget forskellige fra konventionelle elektriske motorer med en stator og en rotor, der fungerer på jævn- og vekselstrøm, med og uden børster.En særlig rolle her spilles af en feedbacksensor, som kan installeres både direkte i selve motoren og overføre data om rotorens position og bestemme dens positionering ved eksterne tegn. På den anden side er driften af ​​en servomotor utænkelig uden en strømforsyning og styreenhed (alias inverter eller servoforstærker), som konverterer spændingen og frekvensen af ​​den strøm, der leveres til den elektriske motor, og derved styrer dens handling.

· Høj effekt med små dimensioner;

· Hurtig acceleration og deceleration;

· Kontinuerlig og uafbrudt positionssporing;

· Lavt støjniveau, fravær af vibrationer og resonans;

· Bredt udvalg af rotationshastigheder;

· Stabilt arbejde i en bred vifte af hastigheder;

· Lav vægt og kompakt design;

· Lavt strømforbrug ved lav belastning.

· Krævende for periodisk vedligeholdelse (for eksempel med udskiftning af børster);

· Enhedens kompleksitet (tilstedeværelsen af ​​en sensor, strømforsyning og kontrolenhed) og logikken i dens drift.

Når du sammenligner egenskaberne for et servodrev og en stepmotor, skal du først og fremmest være opmærksom på deres ydeevne og omkostninger.

For produktion af MDF-facader i en lille virksomhed, der arbejder med små mængder, tror jeg, at der ikke er behov for at betale for meget for installationen af ​​dyre servomotorer på en CNC-fræser. På den anden side, hvis en virksomhed søger at nå de maksimalt mulige produktionsmængder, giver det ingen mening at billige lavtydende stepmotorer til CNC.

Servomotorer bruges ikke kun i aeromodellering og robotteknologi, de kan også bruges i husholdningsapparater. Lille størrelse, høj ydeevne samt nem kontrol af servomotoren gør dem bedst egnede til fjernbetjening af forskellige enheder.

Den kombinerede brug af servomotorer med modtagende-sendende radiomoduler skaber ingen vanskeligheder, det er nok på modtagersiden blot at forbinde det tilsvarende stik til servomotoren, der indeholder forsyningsspændingen og styresignalet, og jobbet er gjort.

Men hvis vi vil styre servomotoren "manuelt", for eksempel ved hjælp af et potentiometer, har vi brug for en impulsstyringsgenerator.

Nedenfor er et ret simpelt generatorkredsløb baseret på 74HC00 integreret kredsløb.

Dette kredsløb tillader manuel styring af servomotorer ved at levere styreimpulser med en bredde på 0,6 til 2 ms. Ordningen kan fx bruges til at dreje små antenner, udendørs spotlights, CCTV-kameraer mv.

Grundlaget for kredsløbet er 74HC00 mikrokredsløbet (IC1), som består af 4 NAND-gates. En generator dannes på elementerne IC1A og IC1B, ved hvilken udgang der dannes impulser med en frekvens på 50 Hz. Disse impulser aktiverer RS ​​flip-flop, som består af porte IC1C og IC1D.

Læs også:  Gør-det-selv deluxe vandvarmer reparation

Billede - DIY Servo Motor Reparation

Med hver impuls, der kommer fra generatoren, sættes IC1D-udgangen til "0", og kondensatoren C2 aflades gennem modstanden R2 og potentiometeret P1. Hvis spændingen over kondensatoren C2 falder til et vist niveau, overfører RC-kredsløbet elementet til den modsatte tilstand. Således får vi ved udgangen rektangulære impulser med en periode på 20 ms. Pulsbredden indstilles af potentiometer P1.

For eksempel ændrer Futaba S3003 servodrevet akslens rotationsvinkel med 90 grader på grund af styreimpulser med en varighed på 1 til 2 ms. Hvis vi ændrer pulsbredden fra 0,6 til 2 ms, så er rotationsvinklen op til 120 °. Komponenterne i kredsløbet er valgt således, at udgangsimpulsen er i området 0,6 til 2 ms, og derfor er installationsvinklen 120 °. S3003 servomotoren fra Futaby har et tilstrækkeligt stort drejningsmoment, og strømforbruget kan afhængigt af den mekaniske belastning være fra tiere til hundredvis af mA.

Billede - DIY Servo Motor Reparation

Billede - DIY Servo Motor Reparation

Servomotorens styrekreds er samlet på et dobbeltsidet printkort, der måler 29 x 36 mm.Installationen er meget enkel, så selv en nybegynder radioamatør kan nemt klare monteringen af ​​enheden.

Ventilmotorer er synkrone børsteløse (børsteløse) maskiner. På rotoren er der permanente magneter lavet af sjældne jordarters metaller, på statoren er der en armaturvikling. Statorviklingerne omskiftes af halvlederstrømafbrydere (transistorer), således at statormagnetfeltvektoren altid er vinkelret på rotormagnetfeltvektoren - til dette anvendes en rotorpositionssensor (Hall-sensor eller encoder). Fasestrømmen styres af PWM-modulation og kan være trapez- eller sinusformet.

Linearmotorens flade rotor er lavet af sjældne jordarters permanente magneter. I princippet ligner det en ventilmotor.

I modsætning til synkrone maskiner med kontinuerlig rotation har stepmotorer udtalte poler på statoren, hvorpå styreviklingernes spoler er placeret - deres kommutering udføres af et eksternt drev.

Lad os overveje princippet om drift af en reaktiv stepmotor, hvor tænderne er placeret på statorpolerne, og rotoren er lavet af blødt magnetisk stål og har også tænder. Tænderne på statoren er placeret således, at den magnetiske modstand i et trin er lavere langs motorens længdeakse og på det andet - langs den tværgående. Hvis du diskret exciterer statorviklingerne med jævnstrøm i en bestemt rækkefølge, vil rotoren med hver kommutering dreje med et trin, svarende til stigningen af ​​tænderne på rotoren.

Nogle modeller af frekvensomformere kan arbejde med både standard induktionsmotorer og servomotorer. Det vil sige, at den største forskel mellem servoer ikke er i kraftafsnittet, men i kontrolalgoritmen og hastigheden af ​​beregninger. Da programmet bruger information om rotorpositionen, har servoen et interface til tilslutning af en encoder monteret på motorakslen.

Servosystemer bruger princippet underordnet ledelse: strømsløjfen er underordnet hastighedsløkken, som igen er underordnet positionsløjfen (se automatisk styringsteori). Den inderste sløjfe, den aktuelle sløjfe, indstilles først, efterfulgt af hastighedsløkken og sidst positionsløkken.

Nuværende sløjfe altid implementeret i servoen.

Hastighedsløkke (som hastighedssensoren) også altid er til stede i servosystemet, det kan implementeres både på basis af en servocontroller indbygget i drevet, eller en ekstern.

Positionskontur bruges til præcis positionering (f.eks. fremføringsakser i CNC-maskiner).

Hvis der ikke er slør i de kinematiske forbindelser mellem aktuatoren (koordinattabel) og motorakslen, så genberegnes koordinaten indirekte i henhold til værdien af ​​den cirkulære encoder. Hvis der er slør, så er en ekstra positionssensor (som er forbundet til servocontrolleren) installeret på aktuatoren til direkte koordinatmåling.

Det vil sige, at afhængigt af konfigurationen af ​​hastigheds- og positionsløkkerne, vælges en passende servocontroller og servodrev (ikke enhver servocontroller kan implementere en positionsløkke!).

  • Positionering
  • Interpolation
  • Synkronisering, elektronisk gear (Gear)
  • Præcis kontrol af rotationshastighed (maskinspindel)
  • Elektronisk kamera
  • Programmerbar logisk controller.

Generelt kan et servosystem (Motion Control System) bestå af følgende enheder:

  • Servomotor med en cirkulær hastighedsfeedback-sensor (den kan også fungere som en rotorpositionssensor)
  • Servo gear
  • Aktuatorpositionssensor (f.eks. lineær encoder for fødeaksekoordinater)
  • Servodrev
  • Servocontroller (Motion Controller)
  • Operatørgrænseflade (HMI).