Szervók

Felépítésében viszonylag egyszerű szerkezet, mely egy nyáklapból, rajta vezérlő elektronikával, egy egyenáramú motorból, fogaskerekekből áll, melyek egy csinos kis dobozba vannak zárva. Az erőátviteli lánc utolsó fogaskerekének a tengelye ki van vezetve a dobozból. Erre kerül majd csatlakoztatásra a szervókar és arra a tolórudak. Ugyanennek a fogaskeréknek az alsó része pedig egy potméterhez van erősítve, hogy visszajelzést tudjon adni a vezérlő elektronikának (egy korábbi jegyzet: Motor- és hajtásvezérlés alapelve). A fogaskerekek anyagukban eltérnek tervezett terhelések függvényeben. Leggyakrabban poliamid vagy egyéb műanyag-fogaskerekű szervókkal találkozunk, de készülhetnek fémből, karbonból és az extrém terheléseknek kitett szervók akár titánból is. Nagyobb terhelésre szánt szervók utolsó fogaskerekét egy vagy két csapággyal is alá szokták támasztani.

Táplálás illetve parancstovábbítás céljából 3 vezeték van kivezetve a szervóból: test, táp és bemeneti jel. Sajnos a vezetékek színezése, sorrendje és csatlakozója gyártóként változhat. Modellezésben alkalmazott szervók táplálása általában 4,8-7,2V feszültséggel folyik. Fontos megjegyezni, hogy minél magasabb a feszültség, annál nagyobb nyomatékot fejt ki a szervó, de ezzel csökken az élettartalma is – érdemes a gyártó által ajánlott értékeken belül üzemeltetni. A harmadik vezeték jeltovábbítás céljából lett kivezetve és általában 5V feszültségű PWM jelekkel közöljük a szervóval, mekkora szögben térítse ki az a kart.

Pulse Width Modulation – impulzusszélesség vezérlés

Impulzusszélesség vezérlés magáról beszél: az információtovábbítást egy jel szélességének változtatásával érjük el. A modellezésben használt szervomotorok vezérlése 50 herzes, vagyis 20ms hosszúságú keretben zárt jelekkel vezéreljük. A keretben levő 1500 μs (1,5ms) hosszúságú jel középállásba kényszeríti a szervó karját. A gyártók eltérő mozgásterű szervókat gyártanak. Leggyakrabban használtak -60 és 60° között mozognak, és általában 1000-2000 μs jelszélességet igényelnek. Vannak nagyobb mozgásterű szervók is, így például futóműmozgató szervók általában 180° azaz ±90°-ra képesek elfordulni a középállástól számítva. Ezeknél vagy a visszajelzést biztosító potmétert, vagy az alkalmazható jelszélesség tartományát szélesítik, így a vezérjel 650 és 2350 μs hosszú lehet. Robotikában előfordulnak 360°-os vagy korlátozás nélküli szervók is, melyeknél a pozíciómegha-tározására enkodert használnak.

Az analóg módon működő szervók számára nem elegendő egyszer kiadni az impulzust, mert lehet, hogy a szervókar még nem éri el a végső pozícióját. Azonkívül a jel nélkül a feszültségátalakító nem táplálja a motort, így nem keletkezik nyomaték a karon, “ernyed” a szervó. Digitális szervók esetében egy jel kiküldése elegendő, mert a beépített mikrokontroll gondoskodik a végső pozíció eléréséről, utána, jel hiányában azonban a digitális szervó is “ernyed”. A digitális szervót ezenkívül eltérő válaszreakcióra is programozhatjuk, amivel optimalizálhatjuk bizonyos feladatokhoz. Vezérfrekvencia terén a szervók elég rugalmasak. Analóg verziók 30-60 Hz-en, digitális példányokat pedig akár 300 Hz-en is vezérelhetjük. Ha kissé terheljük egy analóg szervó karját, halhatjuk a “cicergést”, mely a jelmentes és aktív szakok váltakozásából adódik.

A szervók elektronikája úgy van kialakítva, hogy meg tudja határozni, a vezérjelnek megfelelő pozícióban tartózkodik-e a kar, és ha nem, akkor melyik irányba kell elmozdulnia. A PWM jel feldolgozása során a feszültségkonvertáló egység a jel alapján egy adott feszültséget állít elő. A szervóra jellemző maximális jel esetén a generált feszültség eléri a tápfeszültség értékét – ez a referencia feszültség. A szervókar tengelyére kötött potméter a kar elfordulása során nulla és tápfeszültség közötti értéket add vissza és ezáltal a egy belső monostabil oszcillátor impulzusszélességét szabályozza. Ha a bemenő jel pozitív (és általában azt alkalmazzák), akkor a monostabil jele negatív. A két jel egy komparator fokozatba kerül és a szélesebb jel különbsége kerül a kimenetre, tehát lehet + vagy – jel a komparator kimeneten meghatározva a végfok hídjának a vezérlését, tehát a motor forgási irányát. Mihelyt a két jel szélessége azonos, a komparatoron megszűnik a jel és a motor nem kap feszültséget.

Ha valaki szeretne egy kis tesztert készíteni a szervóihoz, baloldalt megtalálható egy multivibrátor alapú séma. Három ellenállás szabadon cserélhető benne, és ezáltal a kimeneti jel változik. R3 – ellenállás megadja a keret méretét, 470KΩ ellenállás 35Hz oszcillálást okoz. Az R1 és R2 ellenállások megadják a minimális és a maximális pozitív jel hosszúságát. Ajánlott értékek: R1=6,9KΩ (650 μs), R2=33KΩ (2500 μs). Egy 100KΩ potméter segítségével tudjuk változtatni a pozitív jel szélességét az R1 és R2 által behatárolt tartományon belül. Szervó csatlakoztatásánál ügyeljünk a polaritásra, mert az áramkör nem védett! Szerencsére a modern szervók többségénél a pozitív tápkábel a csatlakozó közepén található így téve a csatlakozást biztonságosabba. Futaba J-típusú csatlakozókon kis tüske található, mely szintén megakadályozza a helytelen csatlakoztatást. Általánosságban elmondható az alkalmazott színekről, hogy a FEKETE és a BARNA a test vagy a föld, kinek hogy tetszik jobban, a PIROS a pozitív tápcsatlakozó, a KÉK, FEHÉR, SÁRGA pedig a vezérjel.

Follow