Servomechanismus – eine umfangreiche Ausführungsform eines Elektromotors zur Steuerung verschiedener physikalischer Prozesse
Was ist ein Servo (Servomechanismus)? Servos, die in ferngesteuerten Fahrzeugen verwendet werden, haben standardisierte Abmessungen – von Mikro über Mittel und Standard bis hin zu Mega-Größe. Unabhängig von der Größe nutzt ein typisches Servodesign das Rückkopplungsphänomen, d. h. auf ein gegebenes Steuersignal, das dem Servo zugeführt wird, muss es proportional und entsprechend dem erwarteten Ergebnis reagieren. Der Servomechanismus ist mit einem Potentiometer verbunden, auf dessen Welle die T-Stange montiert ist. An der T-Stange sind Drücker montiert, über die der Antrieb vom Servo auf das von ihm gesteuerte Zielelement übertragen wird.
Servo anschließen – gar nicht so schwer!
Die meisten Servos verwenden eine 3-polige JST-Buchse mit einem Pinabstand von 2,54 mm. An den Stecker sind drei Drähte angeschlossen: ein Draht zur Masse (schwarz oder braun), ein Draht zum Pluspol der Stromversorgung (rot) und ein Draht für das Steuersignal (normalerweise gelb). Die Isolationsfarben einzelner Servokabel können je nach Herstellerangaben variieren, die Reihenfolge, in der die Kabel im Stecker platziert werden, ist jedoch dieselbe. Sollte die Länge des Servokabels nicht ausreichen, können Sie Verlängerungskabel mit kompatiblen Steckern verwenden.
Servomechanismus - Steuerung
Der dritte Pin im Servostecker dient zur Bereitstellung eines Steuersignals, das die Motorwelle in die gewünschte Position bringen soll. Das Steuersignal hat eine Rechteckwelle mit variablem Arbeitszyklus (PWM). Die PWM-Signalfrequenz ist Standard und beträgt 50 Hz, was bedeutet, dass eine einzelne Signalperiode 20 ms dauert. Das Signaltastverhältnis in einer Periode liegt zwischen 1 ms und 2 ms. Das Anlegen eines 1-ms-Impulses führt dazu, dass sich die Servowelle extrem gegen den Uhrzeigersinn dreht, und bei einem 2-ms-Impuls dreht sich das Servo bis zur äußersten Linksposition. Damit die Servowelle in die Neutralstellung zurückkehrt, muss ein Signal mit einem Tastverhältnis von 1,5 ms an das Servo gegeben werden. Eine der einfachsten Möglichkeiten, ein Servo zu steuern, besteht darin, einen der PWM-Hardwarekanäle auf dem Arduino-Board zu verwenden. Arduino – Servosteuerung wird dank dieses Minicomputers sehr einfach.
Stromversorgung für Servomechanismen
Servomechanismus - Funktionsprinzip und Stromversorgung. In ferngesteuerten Fahrzeugen arbeiten die Batterien meist mit einer Nennspannung von 4,8 V, bei größeren Servos ist der Einsatz von 12,0-V-Batterien erforderlich Ausgangsspannung entsprechend den Anforderungen des Servoherstellers. Unabhängig von der gewählten Stromversorgungsart nimmt der Servomotor mit zunehmender mechanischer Belastung mehr Strom auf. Ein falsch ausgewählter Servomechanismus kann aufgrund der Bereitstellung eines unzureichenden Drehmoments die Energieverluste im Stromversorgungssystem erhöhen und sogar zu einem fehlerhaften Betrieb der Steuerung führen. Dank der passenden Stromversorgung und dem Arduino-Minicomputer wird aus dem Servo ein voll funktionsfähiges Gerät für unsere Projekte.
Servos mit vollem Drehwinkelbereich
Ein Standardservo kann die Welle maximal um 90° nach links oder rechts drehen. Für komplexere Anwendungen lohnt sich der Einsatz von Servos mit einem Drehwinkel von 360°. Solche Servos können als normaler Elektromotor mit konstanter Drehzahl arbeiten. Die maximale Drehzahl eines Servos mit vollem Drehwinkelbereich beträgt normalerweise 60 U/min. Wenn Sie für Ihre Anwendung höhere Geschwindigkeiten benötigen, wäre die Verwendung eines normalen Gleichstrom-Elektromotors eine bessere Lösung, für Präzisionsaufgaben ist jedoch die Verwendung eines Schrittmotors am besten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Servos sind 360°-Servos mit einem kleinen Potentiometer ausgestattet, mit dem das Servo auf das Steuersignal kalibriert werden kann. Bei Servos mit vollem Drehwinkelbereich stoppt ein Impuls mit einem Arbeitszyklus von 1,5 ms den Servomotor, und Impulse mit längerer oder kürzerer Dauer bewirken, dass sich die Servowelle im oder gegen den Uhrzeigersinn dreht.
