2 Описание выполнения учебного проекта

Сервопривод это механизм с обратной связью по углу, который может поворачиваться на заданный угол от нулевой точки. Аналоговый сервопривод управляется меандром с некоторой скважностью, которая и задает угол. главным его недостатком является то, что рычаг не может остановиться в заданном положении, а рыскает вокруг него. В то время как цифровой сервопривод управляется однократно посылаемым цифровым сигналом и, ввиду дискретности, может остановиться в заданном положении с той точностью, которую позволяет его дискретность.

Семейство микроконтроллеров MSP430 было выбрано из за удобной организации их памяти, а так же присутствия необходимой периферии. В качестве датчика угла используется переменный резистор на 10кОм, а показания с него снимаются встроенным АЦП контроллера (в конечной задумке будет внешний АЦП), управление макетом от компьютера по UART. Используется внутренний UART микроконтроллера и терминал putty на стороне компьютера. Двигатель от платы управляется через H-мост и регулируется его мощность через ШИМ.

Схема получилась очень простая плата тоже простая, на лицевой стороне логическая часть повода в левой части идут к потенциометру(датчик угла). А на обратной стороне из транзисторов собран H-мост для управления двигателем, два желтых провода идут к двигателю и выдают либо положительный, либо отрицательный сигнал, который крутит его либо в одну, либо в другую сторону.

Логика работы простая — АЦП снимает показания и сравнивает с, хранящемся в буфере, необходимым значением, затем крутит двигатель в нужную сторону, потом опять сравнивает и так постоянно.

 Рисунок 1- Сервопривод

Сервопривод, как и шаговый двигатель, является элементом точной кинематики, позволяющий достигать точное позиционирование механизмов. Но в отличии от шагового двигателя, сервопривод имеет обратную связь, позволяющую в любой момент отследить точный угол поворота вала. В качестве источника обратной связи могут быть использованы различные типы энкодеров и потенциометры.

В статье рассмотрим подключение и работу с младшими представителями сервоприводов - т.н. сервомашинками - горячо любимыми среди роботостроителей и моделистов.

Конструктив

Сервомашинка состоит из корпуса, в котором заключен небольшой коллекторный электромотор, редуктор и управляющая электроника.

Рисунок 2-Сервомашинка

В качестве обратной связи применяются потенциометры. Поэтому эти сервы имеют ограничения по углу поворота вала вокруг оси. Так, в приобретенных мной сервах Futaba S3003, угол поворота выходного вала составляет 225°.

Технические характеристики Futaba S3003    Параметр                             Напряжение питания, В                    4,8   6,0 Усилие на валу  3,2кг/см   4,1 кг/см   

Скорость позиционирования   0,23 sec/60°  0,19 sec/60°  Размер, Д х Ш х В41мм х 20мм х 36мм Масса, г37

Потенциометр обратной связи посажен прямо на выходной вал, благодаря ему блок управления сервомашинки отслеживает точное положение вала: сопротивление потенциометра изменяется пропорционально углу поворота.  Считав сопротивление, блок управления сравнивает это значение с тем, которое должно быть при заданном положении вала. Если эти значения отличаются, блок управления дает команду двигателю повернуть вал в заданном направлении, уменьшая разницу значений. Достигнув положения вала, когда значение с потенциометра совпадает с заданным значением, двигатель останавливается.

Считывание значения с потенциометра и его сравнение происходит с большой частотой, поэтому выходной вал будет стремиться занять заданное положение при изменении внешней нагрузки.

Конструкция сервомашинки выполнена таким образом, что крутящий момент от двигателя к выходному валу передается через редуктор с большим передаточным числом, поэтому при малых размерах и энергозатратах, сервомашинки могут обеспечивать большую тягу. 

 Управление

В качестве управляющего сигнала служит импульсный сигнал с периодом 20 мс и с длительностью от 0,8 до 2,2 мс. Это некий стандарт управления сервомашинок. Чем длинее пришел импульс, тем на больший угол повернется вал сервомашинки. Для разгона сервомашинки период следования импульсов можно уменьшить до 10 мс.

Управляющий сигнал подается на серву по сигнальному проводу S. В моей сервомашинке он белый, в некоторых моделях - желтый. Помимо сигнального провода из сервомашинки выходят два провода - линии питания –земля (черный) и питание (красный).

Рисунок 3- Сигнальный провод и линии питания