====== Сервоприводы: устройство, принцип работы и основные виды ====== Познакомимся поближе с [[amp>collection/servo?utm_source=man&utm_campaign=servo&utm_medium=wiki|сервоприводами]]. Что это такое и как они работают? Рассмотрим разновидности сервоприводов и их применение, дадим подсказки по подключению и управлению. {{ :articles:servo:servo.1.jpg?nolink |}} ===== Что такое сервопривод ===== Сервопривод — это электродвигатель с блоком управления, который за счёт обратной связи может точно поддерживать заданное положение вала или постоянную скорость вращения. Сервоприводы используются, чтобы аккуратно приводить в действие различные механизмы. К примеру, привод может открывать/закрывать заслонки [[slot-box:three-automatic-animal-feeder|кормушки для домашнего питомца]] или активировать [[projects:magicbook|тайник в квеструме]]. А ещё сервомотор даст возможность вашему роботу управлять руками или вращать головой. ===== Характеристики сервопривода ===== ==== Крутящий момент ==== Крутящий момент представляет собой произведение силы на длину рычага. Другими словами, он показывает, насколько тяжёлый груз сервопривод способен удержать в покое на рычаге заданной длины. Например, если крутящий момент равен 5 кг·см, это означает, что сервопривод удержит в горизонтальном положении рычаг длиной 1 см с подвешенным грузом 5 кг на свободном конце. Или, что равносильно, удержать рычаг длиной 5 см с подвешенным грузом 1 кг. {{ :articles:servo:servo-torque.png?nolink |}} ==== Скорость поворота ==== Скорость сервопривода выражается через время, за которое выходной вал успеет повернуться на 60°. Характеристика 0,1 с/60° означает, что сервопривод поворачивается на 60° за 0,1 с. Из неё можно вычислить скорость в оборотах в минуту, но так сложилось, что для сервоприводов чаще всего используют именно интервал времени поворота на 60°. ==== Форм-фактор ==== Сервоприводы различаются по размерам. И хотя официальной классификации не существует, производители давно придерживаются нескольких размеров с общепринятым расположением крепёжных элементов. ^ Форм-фактор ^ Вес ^ Размеры ^ | Микро | 9–25 г | 22×15×25 мм | | Стандартный | 40–80 г | 40×20×37 мм | | Большой | 50–90 г | 49×25×40 мм | {{ :articles:servo:servo-form-factor.jpg?nolink |}} ==== Внутренний интерфейс ==== Сервоприводы бывают аналоговые и цифровые. Внешне они ничем не отличаются: электромоторы, редукторы, потенциометры у них одинаковые. Главное отличие между аналоговыми и цифровыми сервоприводами состоит в способе обработки управляющего сигнала и сигнала обратной связи. В остальном их устройство и принципы работы совпадают. {{ :articles:servo:servo-analog-digital.png?nolink |}} В аналоговом сервоприводе входные данные анализируются логической микросхемой: сравнивается текущее и необходимое положения двигателя, и на основании разницы даётся команда изменить положение. Время реакции составляет порядка 20 мс, поскольку импульс подаётся с частотой 50 Гц. Полученный сигнал определяет, когда и в какую сторону вращать двигатель. В цифровом сервоприводе входные данные анализируются микроконтроллером. Данное техническое решение позволяет увеличить частоту сигналов до 200 Гц и выше. Каждый импульс короче по длине, но благодаря большому количеству сигналов, двигатель становится более шустрым: быстрее реагирует на внешние воздействия и развивает необходимый крутящий момент, а мёртвые зоны становятся намного короче. Цифровые сервоприводы решают проблемы, связанные с низкой частотой сигналов, но вместе с тем становятся сложнее в производстве, а потому и дороже. Кроме того, они потребляют чуть больше энергии, чем аналоговые. ==== Материалы шестерней редуктора ==== Шестерни редуктора могут быть пластиковые или металлические. {{ :articles:servo:servo-reducer-material.jpg?nolink |}} Пластиковые шестерни редуктора изготавливаются из силикона или нейлона, они слабо подвержены износу, мало весят и недорого стоят. Это делает их довольно популярными в любительских проектах, где не предполагаются большие нагрузки на механизм. Металлические шестерни редуктора тяжелее и дороже, но зато способны выручить там, где предполагаются нагрузки, непосильные для пластика. Поэтому более мощные двигатели обычно оснащаются именно металлическим редуктором. Шестерни из титана — фавориты среди металлических шестерней, причём как по техническим характеристикам, так и, к сожалению, по цене. Однако металлические шестерни быстро изнашиваются, так что придётся менять их практически каждый сезон. ==== Коллекторные и бесколлекторные моторы ==== Существует три типа моторов для сервоприводов: * Коллекторный мотор с сердечником (Brush motor). * Коллекторный мотор без сердечника (Coreless motor). * Бесколлекторный мотор (Brushless motor). Коллекторный мотор с сердечником обладает плотным железным ротором с проволочной обмоткой и магнитами вокруг него. Ротор имеет несколько секций, поэтому когда мотор вращается, ротор вызывает небольшие колебания мотора при прохождении секций мимо магнитов. В результате получается, что сервопривод вибрирует и не отличается точностью, зато это самый доступный по цене тип двигателей. Коллекторный мотор с полым ротором обладает единым магнитным сердечником с обмоткой в форме цилиндра или колокола вокруг магнита. Конструкция без сердечника легче по весу и не разделена на секции, что приводит к более быстрому отклику и ровной работе без вибраций. Такие моторы дороже, но они обеспечивают более высокий уровень контроля, крутящего момента и скорости по сравнения с мотором с сердечником. Бесколлекторный мотор обладает всеми положительными качествами моторов без сердечников, но к тому же способен развивать в тех же условиях более высокую скорость и крутящий момент. Такой тип двигателей самый дорогой. ===== Виды сервоприводов ===== Сервоприводы отличаются по сигналу управления и способу преобразования электрической энергии в механическую. ==== Сервоприводы PDM с удержанием угла ==== Сервоприводы с интерфейсом PDM (PWM), которые преобразуют управляющие сигналы в установку и удержание заданного угла. ==== Сервоприводы PDM постоянного вращения ==== Сервоприводы с интерфейсом PDM (PWM), которые преобразуют управляющие сигналы, чтобы поддерживать заданную скорость вращения вала в любом направлении без ограничений по углу поворота. ==== Сервоприводы SCS ==== Сервоприводы с интерфейсом SCS, которые преобразуют управляющие сигналы в установку и удержание заданного угла. ==== Сервоприводы STS ==== Сервоприводы с интерфейсом STS, которые преобразуют управляющие сигналы, чтобы поддерживать заданную скорость вращения вала в любом направлении без ограничений по углу поворота. ===== Список сервоприводов ===== ^ Модель ^ Форм-фактор ^ Сигнал управления ^ Обратная связь ^ Назначение ^ Внутренний интерфейс ^ Диапазон вращения ^ | [[amp>product/servo-fs90?utm_source=man&utm_campaign=servo&utm_medium=wiki|Feetech FS90]] / [[:products:servo-fs90|Документация]] | Микро | [[articles:servo-pdm-standard|PDM]] | Нет | Удержание угла | Аналоговый | 0–180° | | [[amp>product/servo-fs90r?utm_source=man&utm_campaign=servo&utm_medium=wiki|Feetech FS90R]] / [[:products:servo-fs90r|Документация]] | Микро | [[articles:servo-pdm-continuous-rotation|PDM]] | Нет | Постоянное вращение | Аналоговый | 360° | | [[amp>product/servo-ft90b?utm_source=man&utm_campaign=servo&utm_medium=wiki|Feetech FT90B]] / [[:products:servo-ft90b|Документация]] | Микро | [[articles:servo-pdm-standard|PDM]] | Нет | Удержание угла | Цифровой | 0–180° | | [[amp>product/servo-ft90r?utm_source=man&utm_campaign=servo&utm_medium=wiki|Feetech FT90R]] / [[:products:servo-ft90r|Документация]] | Микро | [[articles:servo-pdm-continuous-rotation|PDM]] | Нет | Постоянное вращение | Цифровой | 360° | | [[amp>product/servo-fs0403-fb?utm_source=man&utm_campaign=servo&utm_medium=wiki|Feetech FS0403-FB]] / [[:products:servo-fs0403-fb|Документация]] | Микро | [[articles:servo-pdm-standard|PDM]] | Да | Удержание угла | Аналоговый | 0–180° | | [[amp>product/servo-fs90-fb?utm_source=man&utm_campaign=servo&utm_medium=wiki|Feetech FS90-FB]] / [[:products:servo-fs90-fb|Документация]] | Микро | [[articles:servo-pdm-standard|PDM]] | Да | Удержание угла | Аналоговый | 0–180° | | [[amp>product/servo-fs5103r?utm_source=man&utm_campaign=servo&utm_medium=wiki|Feetech FS5103R]] | Стандарт | [[articles:servo-pdm-continuous-rotation|PDM]] | Нет | Постоянное вращение | Аналоговый | 360° | | [[amp>product/servo-fs5106b?utm_source=man&utm_campaign=servo&utm_medium=wiki|Feetech FS5106B]] | Стандарт | [[articles:servo-pdm-standard|PDM]] | Нет | Удержание угла | Аналоговый | 0–180° | | [[amp>product/servo-fs5109m?utm_source=man&utm_campaign=servo&utm_medium=wiki|Feetech FS5109M]] | Стандарт | [[articles:servo-pdm-standard|PDM]] | Нет | Удержание угла | Аналоговый | 0–180° | | [[amp>product/servo-fs5113r?utm_source=man&utm_campaign=servo&utm_medium=wiki|Feetech FS5113R]] | Стандарт | [[articles:servo-pdm-continuous-rotation|PDM]] | Нет | Постоянное вращение | Аналоговый | 360° | | [[amp>product/servo-fs5519m?utm_source=man&utm_campaign=servo&utm_medium=wiki|Feetech FT5519M]] | Стандарт | [[articles:servo-pdm-continuous-rotation|PDM]] | Да | Удержание угла | Цифровой | 180° | | [[amp>product/servo-fb5317m-360?utm_source=man&utm_campaign=servo&utm_medium=wiki|Feetech FB5317M-360]] / [[:products:servo-fb5317m-360|Документация]] | Стандарт | [[articles:servo-pdm-continuous-rotation|PDM]] | Да | Постоянное вращение | Цифровой | 360° | | [[amp>product/servo-fb5118m?utm_source=man&utm_campaign=servo&utm_medium=wiki|Feetech FB5118M]] / [[:products:servo-fb5118m|Документация]] | Стандарт | [[articles:servo-pdm-standard|PDM]] | Да | Удержание угла | Цифровой | 0–300° | | [[amp>product/servo-ft6335m?utm_source=man&utm_campaign=servo&utm_medium=wiki|Feetech FT6335M]] / [[:products:servo-ft6335m|Документация]] | Стандарт | [[articles:servo-pdm-standard|PDM]] | Нет | Удержание угла | Цифровой | 0–360° | ===== В заключение ====== Сервоприводы бывают разные: получше или подешевле, надёжнее или точнее. И перед тем, как купить сервопривод, стоит учесть, что он может не обладать лучшими характеристиками, но главное, чтобы он подходил именно для вашего проекта. Удачи в ваших начинаниях! ===== Ресурсы ===== * [[amp>collection/servo?utm_source=man&utm_campaign=servo&utm_medium=wiki|Каталог сервоприводов]] в магазине. ===== Полезные статьи ==== * [[:articles:servo-pdm-standard|Сервоприводы PDM с удержанием угла: особенности применения и примеры кода]] * [[:articles:servo-pdm-continuous-rotation|Сервоприводы PDM постоянного вращения: особенности применения и примеры кода]] * [[:articles:servo-scs|Сервоприводы SCS: особенности применения и примеры кода]] * [[:articles:servo-sts|Сервоприводы STS: особенности применения и примеры кода]]