Что такое сервопривод и как он работает

Современный человек не представляет своей жизни без автоматизации производственных процессов. Роботы и манипуляторы выполняют все больше и больше работы, заменяя людей. Во всех этих механизмах широко используются сервоприводы. В повседневной жизни их можно встретить в системах кондиционирования, автомобилях, отопительных приборах и т.д. В этой статье мы обсудим устройство, принцип работы и применение сервопривода, чтобы читатели сайта Sam Electric поняли, что это за механизм.

  • Назначение и конструкция
  • Типы сервоприводов
  • Область применения
  • Преимущества и недостатки
  • Предложение

Назначение и устройство

Сервопривод широко используется в робототехнике, машиностроении, автомобилестроении, процессах автоматизации производства. Его можно использовать для привода манипуляторов, открытия (полностью или частично) или закрытия (закрытия) заслонок, подачи режущих инструментов и других приводов в станкостроительной промышленности.

Это устройство, состоящее из электродвигателя, редуктора, датчика положения (энкодера) или резистора и контроллера (устройства управления).

Проще говоря, это электромеханический привод, который посредством внутренней обратной связи регулирует точное положение вала механизма в зависимости от внешних управляющих сигналов.

На рисунке показано поперечное сечение устройства:

Сервоприводы доступны в различных мощностях и областях применения: малые мощности от 0,05 кВт, используемые в автомобилестроении и робототехнике, такие как sg90, и большие мощности от 15 кВт. Последние устанавливаются в промышленных манипуляторах, станках с ЧПУ, для управления арматурой в нефтегазовой отрасли и т. Д.

Электродвигатель не всегда устанавливается на сервопривод. В качестве привода можно использовать штоковый цилиндр, который приводится в движение сжатым воздухом или жидкостью.

Виды сервопривода

Сервоприводы делятся на электромеханические. Их механизм состоит из электродвигателя и шестерен. Для них характерно относительно медленное время реакции.

Их различают в зависимости от типа используемого двигателя:

  • синхронные, имеют высокую точность работы выходного вала, быстро набирают обороты;
  • асинхронные, имеют стабильное вращение вала;
  • с коллекторным двигателем постоянного или переменного тока (универсальный).

Сервоприводы, в которых приводным механизмом является поршень с цилиндром, характеризуются высокой скоростью вращения. Он используется в автомобилях для переключения передач в автоматических коробках передач. Устанавливается в роботов, перевозящих грузы весом более ста килограммов. В промышленных установках для перемещения створок в упаковочных машинах, где в качестве энергоносителя используется сжатый воздух.

Основные характеристики сервопривода:

  • Главный параметр — крутящий момент или усилие на валу. Эти два значения приведены в таблице данных для разных напряжений питания.
  • Выходная скорость, указывает время, за которое выходной вал поворачивается на 60 0. Приведены значения для разных напряжений.
  • Используемый управляющий сигнал — аналоговый или цифровой.
  • Напряжение питания. На большинство небольших приводов подается напряжение от 4,8 до 7,2 В. Используется, например, в радиоуправляемых моделях. Оснащен тремя проводами и стандартной распиновкой. Белый, коричневый или желтый провод передает сигнал управления, красный провод — напряжение питания, а черный провод — общий провод.
  • Угол поворота актуатора, как правило, 180 0 или 360 0. Доступны обновленные приводы с постоянной частотой вращения вала;
  • Материал для изготовления шестерен. Они изготавливаются из латуни, карбона, пластика или могут комбинироваться.

В электромеханических сервоприводах используются двигатели с сердечником, которые вызывают колебания во время поворота. Это снижает точность вращения выходного вала. Двигатели с минимальной кинетической энергией ротора лишены этого недостатка. Эти приводы необходимы станку с ЧПУ для точного позиционирования привода. Однако они дороже двигателей с сердечником.

Чаще всего используется зубчатая передача, которая предназначена для работы.уменьшите скорость и увеличьте крутящий момент на выходном валу. Менее распространен червячный редуктор, который имеет высокое передаточное число, но более дорогой и сложный в изготовлении.

Область применения

Сервопривод нашел широкое применение в робототехнике и манипуляторах. При создании малогабаритных механизмов используется сервопривод мг995 и ему подобные.

Для управления современными приводами в радиолюбительских продуктах его часто используют члены семейства arduino. Это набор электронных устройств, предназначенных для управления роботами и устройствами автоматизации, в которых используются сервоприводы. Управляющий сигнал может быть аналоговым или цифровым.

Схема подключения исполнительного механизма к управляющему устройству представлена ​​на рисунке. Устройство может управлять несколькими исполнительными механизмами.

Для теплого пола следует использовать автоматические устройства, поддерживающие заданную температуру. Подача теплоносителя — горячей воды из котла отопления — регулируется исполнительным механизмом.

Он подключен к блоку управления, который контролирует температуру с помощью датчика температуры и отправляет команду на электрический термовывод RBM 24V. В качестве альтернативы с контроллером можно использовать привод AC230V.

Температура нагрева регулируется с помощью автоматики, для этого используется сервопривод ICMA NC230V или NC24V. Эти устройства доступны для различных напряжений питания.

Используемый в автомобиле унифицированный актуатор имеет небольшие габариты. Он рассчитан на работу с бортовым напряжением 12 В. Он интегрирован с центральным замком, установленным на всех дверях автомобиля, включая пятую дверь (заднюю дверь).

Этот механизм также регулирует подачу горячей жидкости в нагреватель. Он работает совместно с термоэлектрическим датчиком, сигнал с которого поступает на блок управления. После анализа датчика он отправляет сервопривод команду, которая увеличивает или уменьшает подачу жидкости.

Например, на автомобилях ВАЗ применяется электропривод с редуктором SL-5.

Это далеко не полный список приложений для таких устройств.

Достоинства и недостатки

Сервопривод имеет преимущества перед аналогичными устройствами, например, шаговыми двигателями. Благодаря механизму обратной связи можно корректировать положение вала независимо от осевой нагрузки, что позволяет с высокой точностью настроить рабочий механизм.

Основные преимущества:

  • высокая точность позиционирования;
  • шестерня снижает скорость вращения и увеличивает крутящий момент;
  • положение стяжки легко исправить, изменив управляющую программу;
  • можно добиться высоких значений ускорения, что делает сервопривод более подходящим для высокоскоростных устройств, чем шаговые двигатели;
  • Равномерный крутящий момент практически во всем диапазоне скоростей;
  • перегрузки переносятся хорошо.

К недостаткам можно отнести:

  • Наличие коробки передач (особенно критично, если в ней пластиковые или мягкие металлические шестерни);
  • износ дорожек сопротивления (при использовании потенциометра для обратной связи по положению);
  • сложное регулирование программы управления для получения высокой точности результатов;
  • высокая стоимость устройств (например, по сравнению с шаговыми двигателями);
  • точность часто ниже, чем у шаговых двигателей.

Однако следует помнить, что все преимущества и недостатки усреднены, могут быть шаговые двигатели, которые в конкретном приложении окажутся лучше сервопривода, и наоборот.

Заключение

Автоматическое управление домашними и промышленными системами стало неотъемлемой частью нашей жизни. В последнее время широкое распространение получил накопитель под управлением программируемых блоков для различных приложений, например для ардуино.

Это позволило создать совершенно новые любительские радиоуправляемые летательные аппараты, роботов и игрушки для детей. В промышленности сервопривод используется в станках, экскаваторах, квадроциклах и т. Д. Сегодня невозможно представить нашу жизнь без сервопривода.диски.

На видео показано, как аналоговые сервоприводы sg90 работают в модели робота-паука:

Теперь вы знаете, что такое сервопривод, как он устроен и для чего он нужен.Мы надеемся, что предоставленная информация помогла вам освоить тему и понять основы.Если у вас есть вопросы, смело задавайте их в комментариях под статьей!