Doe-het-zelf servomotor reparatie

In detail: doe-het-zelf servomotorreparatie van een echte meester voor de site my.housecope.com.

Ik heb onlangs een robotarm gemaakt en nu besloot ik er een grijpapparaat aan toe te voegen dat wordt aangedreven door een mini-servo. Ik besloot om twee variaties te maken om te zien hoe het beter zou werken met een rechte of ronde versnelling. Ik vond de ronde versnellingsoptie beter omdat het maar 2 uur duurde om te maken en de opening tussen de versnellingen erg klein was.

Eerst heb ik de onderdelen op een freesmachine uitgesneden:

Ik heb de onderdelen gemonteerd met 2x10mm schroeven.

En hier is hoe de mini-servo aan de grijper wordt bevestigd:

Hoe de servogrijper werkt:

En nu, als alles gemonteerd is en het mechanische deel ook bijna klaar is, moet ik alleen nog het elektronische deel van het werk afmaken! Ik koos een Arduino om mijn robot te besturen, en maakte een circuit (het is aan de rechterkant) om de Arduino aan te sluiten op de servo.

Het circuit is eigenlijk heel eenvoudig, het stuurt alleen signalen van en naar de Arduino. Er is ook een header voor een infraroodontvanger en enkele connectoren voor de voeding en 4 aansluitingen naar de rest van de (ongebruikte) Arduino-pinnen. Zo kan een andere schakelaar of sensor worden aangesloten.

En hier is hoe de manipulatorarm beweegt:

De aankoop door de onderneming van een CNC-freesmachine voor de vervaardiging van gevels van MDF roept de vraag op of het nodig is om te veel te betalen voor bepaalde mechanismen en vermogenseenheden die op dure en hightech apparatuur zijn geïnstalleerd. Voor het positioneren van de aandrijfunits van CNC-machines worden meestal stappenmotoren en servomotoren (servo-drives) gebruikt.

Video (klik om af te spelen).

Stappenmotoren zijn goedkoper. Servoaandrijvingen bieden echter een breed scala aan voordelen, waaronder hoge prestaties en positioneringsnauwkeurigheid. Dus wat moet je kiezen?

Afbeelding - doe-het-zelf servomotorreparatie

Een stappenmotor is een borstelloze DC-synchrone motor met meerdere statorwikkelingen. Wanneer er stroom op een van de wikkelingen wordt gezet, draait de rotor en vergrendelt vervolgens in een bepaalde positie. Sequentiële bekrachtiging van de wikkelingen door een stappenmotorcontroller zorgt ervoor dat de rotor onder een bepaalde hoek kan draaien.

Stappenmotoren worden veel gebruikt in de industrie, omdat ze een hoge betrouwbaarheid en een lange levensduur hebben. Het belangrijkste voordeel van stappenmotoren is de nauwkeurigheid van de positionering. Wanneer stroom op de wikkelingen wordt toegepast, zal de rotor strikt onder een bepaalde hoek draaien.

· Hoog koppel bij lage en nul toerentallen;

· Snel starten, stoppen en achteruit rijden;

· Werken onder hoge belasting zonder risico op uitval;

· Het enige slijtagemechanisme dat de levensduur beïnvloedt, zijn lagers;

· Mogelijkheid tot resonantie;

· Constant stroomverbruik ongeacht de belasting;

· Koppelverlies bij hoge snelheden;

· Gebrek aan feedback tijdens positionering;

· Slechte herstelbaarheid.

Afbeelding - doe-het-zelf servomotorreparatie

Een servomotor (servomotor) is een elektromotor met negatieve feedbackregeling, waarmee u de bewegingsparameters nauwkeurig kunt regelen om de vereiste snelheid te bereiken of de gewenste rotatiehoek te verkrijgen. De servomotor omvat de elektromotor zelf, de feedbacksensor, de voeding en de besturingseenheid.

De ontwerpkenmerken van elektromotoren voor een servoaandrijving verschillen niet veel van conventionele elektromotoren met een stator en een rotor, werkend op gelijk- en wisselstroom, met en zonder borstels.Een speciale rol wordt hier gespeeld door een feedbacksensor, die zowel rechtstreeks in de motor zelf kan worden geïnstalleerd als gegevens over de positie van de rotor kan verzenden en de positionering ervan kan bepalen door externe tekens. Aan de andere kant is de werking van een servomotor ondenkbaar zonder een voeding en controle-eenheid (ook wel inverter of servoversterker genoemd), die de spanning en frequentie van de stroom die aan de elektromotor wordt geleverd, omzet en zo de werking ervan regelt.

· Hoog vermogen met kleine afmetingen;

· Snelle acceleratie en vertraging;

· Continu en ononderbroken positie volgen;

· Laag geluidsniveau, afwezigheid van trillingen en resonantie;

· Breed scala aan rotatiesnelheden;

· Stabiel werken in een breed scala aan snelheden;

· Laag gewicht en compact ontwerp;

· Laag stroomverbruik bij lage belasting.

· Veeleisend voor periodiek onderhoud (bijvoorbeeld bij vervanging van borstels);

· De complexiteit van het apparaat (de aanwezigheid van een sensor, voeding en controle-eenheid) en de logica van zijn werking.

Wanneer u de kenmerken van een servoaandrijving en een stappenmotor vergelijkt, moet u allereerst letten op hun prestaties en kosten.

Voor de productie van MDF-gevels in een kleine onderneming die met kleine volumes werkt, denk ik dat het niet nodig is om te veel te betalen voor de installatie van dure servomotoren op een CNC-freesmachine. Aan de andere kant, als een onderneming de maximaal mogelijke productievolumes wil bereiken, heeft het geen zin om te bezuinigen op low-performance stappenmotoren voor CNC.

Servomotoren worden niet alleen gebruikt in vliegtuigmodellen en robotica, ze kunnen ook worden gebruikt in huishoudelijke apparaten. Klein formaat, hoge prestaties en eenvoudige bediening van de servomotor maken ze het meest geschikt voor afstandsbediening van verschillende apparaten.

Het gecombineerde gebruik van servomotoren met ontvangende-zendende radiomodules levert geen problemen op, het volstaat aan de ontvangerzijde om eenvoudig de overeenkomstige connector aan te sluiten op de servomotor die de voedingsspanning en het stuursignaal bevat, en de klus is geklaard.

Maar als we de servomotor "handmatig" willen aansturen, bijvoorbeeld met een potentiometer, hebben we een impulsaansturingsgenerator nodig.

Hieronder staat een vrij eenvoudig generatorcircuit op basis van het 74HC00-geïntegreerde circuit.

Deze schakeling maakt handmatige bediening van servomotoren mogelijk door stuurpulsen te leveren met een breedte van 0,6 tot 2 ms. Het schema kan bijvoorbeeld worden gebruikt om kleine antennes, buitenspots, CCTV-camera's, enz.

De basis van de schakeling is de 74HC00-microschakeling (IC1), die uit 4 NAND-poorten bestaat. Op de elementen IC1A en IC1B wordt een generator gecreëerd, aan de uitgang waarvan pulsen met een frequentie van 50 Hz worden gevormd. Deze pulsen activeren de RS-flip-flop, die bestaat uit poorten IC1C en IC1D.

Lees ook:  DIY-reparatieniveau

Afbeelding - doe-het-zelf servomotorreparatie

Bij elke puls die van de generator komt, wordt de IC1D-uitgang op "0" gezet en wordt de condensator C2 ontladen via de weerstand R2 en de potentiometer P1. Als de spanning over de condensator C2 tot een bepaald niveau daalt, brengt het RC-circuit het element over naar de tegenovergestelde toestand. Aan de uitgang krijgen we dus rechthoekige pulsen met een periode van 20 ms. De pulsbreedte wordt ingesteld door potentiometer P1.

De servoaandrijving Futaba S3003 verandert bijvoorbeeld de draaihoek van de as met 90 graden door stuurpulsen met een duur van 1 tot 2 ms. Als we de pulsbreedte veranderen van 0,6 naar 2 ms, dan is de rotatiehoek maximaal 120 °. De componenten in het circuit zijn zo geselecteerd dat de uitgangspuls in het bereik van 0,6 tot 2 ms ligt, en daarom is de installatiehoek 120 °. De servomotor S3003 van Futaby heeft een voldoende groot koppel en het stroomverbruik kan variëren van tientallen tot honderden mA, afhankelijk van de mechanische belasting.

Afbeelding - doe-het-zelf servomotorreparatie

Afbeelding - doe-het-zelf servomotorreparatie

Het stuurcircuit van de servomotor is gemonteerd op een dubbelzijdige printplaat van 29 x 36 mm.De installatie is heel eenvoudig, dus zelfs een beginnende radioamateur kan de montage van het apparaat gemakkelijk aan.

Ventielmotoren zijn synchrone borstelloze (borstelloze) machines. Op de rotor bevinden zich permanente magneten van zeldzame aardmetalen, op de stator bevindt zich een ankerwikkeling. De statorwikkelingen worden geschakeld door halfgeleidervermogenschakelaars (transistoren) zodat de magnetische veldvector van de stator altijd loodrecht op de magnetische veldvector van de rotor staat - hiervoor wordt een rotorpositiesensor (Hall-sensor of encoder) gebruikt. De fasestroom wordt geregeld door PWM-modulatie en kan trapeziumvormig of sinusvormig zijn.

De platte rotor van de lineaire motor is gemaakt van zeldzame aarde permanente magneten. In principe is het vergelijkbaar met een klepmotor.

In tegenstelling tot synchrone machines met continue rotatie, hebben stappenmotoren uitgesproken polen op de stator, waarop de spoelen van de stuurwikkelingen zich bevinden - hun commutatie wordt uitgevoerd door een externe aandrijving.

Overweeg het werkingsprincipe van een reactieve stappenmotor, waarbij tanden zich op de statorpolen bevinden, en de rotor is gemaakt van zacht magnetisch staal en heeft ook tanden. De tanden op de stator zijn zo geplaatst dat in één stap de magnetische weerstand minder is langs de lengteas van de motor en aan de andere kant - langs de dwarse. Als je de statorwikkelingen discreet bekrachtigt met gelijkstroom in een bepaalde volgorde, dan zal de rotor bij elke commutatie met één stap draaien gelijk aan de spoed van de tanden op de rotor.

Sommige modellen frequentieomvormers kunnen zowel met standaard inductiemotoren als met servomotoren werken. Dat wil zeggen, het belangrijkste verschil tussen servo's zit niet in het vermogensgedeelte, maar in het besturingsalgoritme en de snelheid van berekeningen. Omdat het programma informatie over de rotorpositie gebruikt, heeft de servo een interface voor het aansluiten van een encoder die op de motoras is gemonteerd.

Servosystemen gebruiken het principe ondergeschikt management: de stroomlus is ondergeschikt aan de snelheidslus, die op zijn beurt weer ondergeschikt is aan de positielus (zie automatische regeltheorie). De binnenste lus, de huidige lus, wordt eerst afgestemd, gevolgd door de snelheidslus en als laatste de positielus.

Huidige lus altijd geïmplementeerd in de servo.

Snelheidslus (evenals de snelheidssensor) is ook altijd aanwezig in het servosysteem, het kan zowel worden geïmplementeerd op basis van een servocontroller die in de aandrijving is ingebouwd, als een externe.

Positie contour gebruikt voor nauwkeurige positionering (bijvoorbeeld voedingsassen in CNC-machines).

Als er geen speling is in de kinematische verbindingen tussen de actuator (coördinatentabel) en de motoras, wordt de coördinaat indirect opnieuw berekend volgens de waarde van de circulaire encoder. Als er speling is, wordt een extra positiesensor (die is aangesloten op de servocontroller) op de actuator geïnstalleerd voor directe coördinatenmeting.

Dat wil zeggen, afhankelijk van de configuratie van de snelheids- en positielussen, wordt een geschikte servocontroller en servoaandrijving geselecteerd (niet elke servocontroller kan een positielus implementeren!).

  • Positionering
  • Interpolatie
  • Synchronisatie, elektronische versnelling (Gear)
  • Nauwkeurige regeling van de rotatiesnelheid (machinespil)
  • Elektronische camera
  • Programmeerbare logische controller.

In het algemeen kan een servosysteem (Motion Control System) uit de volgende apparaten bestaan:

  • Servomotor met een cirkelvormige snelheidsfeedbacksensor (deze kan ook fungeren als rotorpositiesensor)
  • Servo-uitrusting
  • Positiesensor aandrijving (bijv. lineaire encoder voor coördinaten van voedingsas)
  • Servo-aandrijving
  • Servocontroller (Bewegingscontroller)
  • Bedieningsinterface (HMI).