Reparación de servomotores de bricolaje

En detalle: reparación de servomotores de bricolaje de un maestro real para el sitio my.housecope.com.

Recientemente hice un brazo robótico, y ahora decidí agregarle un dispositivo de agarre alimentado por un mini servo. Decidí hacer dos variaciones para ver cómo funcionaría mejor con un engranaje recto o redondo. Me gustó más la opción de engranaje redondo, ya que solo tomó 2 horas para hacer y el espacio entre los engranajes era muy pequeño.

Primero, corté las partes en una fresadora:

Monté las piezas con tornillos de 2x10mm.

Y así es como el mini servo se conecta a la pinza:

Cómo funciona la pinza servo:

Y ahora, cuando todo está montado y la parte mecánica también está casi lista, ¡solo tengo que terminar la parte electrónica del trabajo! Elegí un Arduino para controlar mi robot e hice un circuito (está a la derecha) para conectar el Arduino al servo.

El circuito es realmente muy simple, solo envía señales hacia y desde el Arduino. También hay un conector para un receptor de infrarrojos y algunos conectores para la fuente de alimentación y 4 conexiones al resto de los pines Arduino (no utilizados). Por lo tanto, se puede conectar otro interruptor o sensor.

Y así es como se mueve el brazo manipulador:

La compra por parte de la empresa de una fresadora CNC para la fabricación de fachadas de MDF plantea la cuestión de la necesidad de pagar de más por ciertos mecanismos y unidades de potencia instaladas en equipos costosos y de alta tecnología. Para posicionar las unidades de potencia de las máquinas CNC, se suelen utilizar motores paso a paso y servomotores (servoaccionamientos).

Video (haga clic para reproducir).

Los motores paso a paso son más baratos. Sin embargo, los servoaccionamientos ofrecen una amplia gama de beneficios, incluido un alto rendimiento y precisión de posicionamiento. Entonces, ¿qué deberías elegir?

Imagen - Reparación de servomotor de bricolaje

Un motor paso a paso es un motor síncrono de CC sin escobillas que tiene múltiples devanados de estator. Cuando se aplica corriente a uno de los devanados, el rotor gira y luego se fija en una determinada posición. La excitación secuencial de los devanados a través de un controlador de motor paso a paso permite que el rotor gire en un ángulo determinado.

Los motores paso a paso se utilizan ampliamente en la industria, ya que tienen una alta confiabilidad y una larga vida útil. La principal ventaja de los motores paso a paso es la precisión de posicionamiento. Cuando se aplica corriente a los devanados, el rotor girará estrictamente en un cierto ángulo.

· Alto par a velocidades bajas y nulas;

· Arranque, parada y marcha atrás rápidos;

· Trabajar con cargas elevadas sin riesgo de avería;

· El único mecanismo de desgaste que afecta la vida útil son los cojinetes;

· Posibilidad de resonancia;

· Consumo de energía constante independientemente de la carga;

· Reducción del par a altas velocidades;

· Falta de retroalimentación durante el posicionamiento;

· Pobre reparabilidad.

Imagen - Reparación de servomotor de bricolaje

Un servomotor (servomotor) es un motor eléctrico con control de retroalimentación negativa, que le permite controlar con precisión los parámetros de movimiento para lograr la velocidad requerida o para obtener el ángulo de rotación deseado. El servomotor incluye el propio motor eléctrico, el sensor de retroalimentación, la fuente de alimentación y la unidad de control.

Las características de diseño de los motores eléctricos para un servodrive no son muy diferentes de los motores eléctricos convencionales con un estator y un rotor, que funcionan con corriente continua y alterna, con y sin escobillas. Aquí juega un papel especial un sensor de retroalimentación, que puede instalarse directamente en el motor mismo y transmitir datos sobre la posición del rotor, y determinar su posicionamiento mediante señales externas. Por otro lado, el funcionamiento de un servomotor es impensable sin una fuente de alimentación y una unidad de control (también conocida como inversor o servoamplificador), que convierte el voltaje y la frecuencia de la corriente suministrada al motor eléctrico, controlando así su acción.

· Alta potencia con pequeñas dimensiones;

· Rápida aceleración y desaceleración;

· Seguimiento de posición continuo e ininterrumpido;

· Bajo nivel de ruido, ausencia de vibraciones y resonancia;

· Amplia gama de velocidades de rotación;

· Trabajo estable en una amplia gama de velocidades;

· Diseño compacto y de bajo peso;

· Bajo consumo de energía a bajas cargas.

· Exigente mantenimiento periódico (por ejemplo, con sustitución de escobillas);

· La complejidad del dispositivo (la presencia de un sensor, fuente de alimentación y unidad de control) y la lógica de su funcionamiento.

Al comparar las características de un servodrive y un motor paso a paso, debe prestar atención, en primer lugar, a su rendimiento y costo.

Para la producción de fachadas de MDF en una pequeña empresa que trabaja con pequeños volúmenes, creo que no hay necesidad de pagar de más por la instalación de costosos servomotores en una fresadora CNC. Por otro lado, si una empresa busca alcanzar los máximos volúmenes de producción posibles, entonces no tiene sentido abaratar motores paso a paso de bajo rendimiento para CNC.

Los servomotores no solo se utilizan en aeromodelismo y robótica, sino que también se pueden utilizar en electrodomésticos. El tamaño pequeño, el alto rendimiento y el fácil control del servomotor los convierten en los más adecuados para el control remoto de varios dispositivos.

El uso combinado de servomotores con módulos de radio de recepción-transmisión no crea ninguna dificultad, basta en el lado del receptor con simplemente conectar el conector correspondiente al servomotor, que contiene la tensión de alimentación y la señal de control, y el trabajo está hecho.

Pero si queremos controlar el servomotor "manualmente", por ejemplo, mediante un potenciómetro, necesitamos un generador de control de impulsos.

A continuación se muestra un circuito generador bastante simple basado en el circuito integrado 74HC00.

Este circuito permite el control manual de los servomotores suministrando pulsos de control con un ancho de 0,6 a 2 ms. El esquema se puede utilizar, por ejemplo, para rotar antenas pequeñas, focos exteriores, cámaras CCTV, etc.

La base del circuito es el microcircuito 74HC00 (IC1), que consta de 4 puertas NAND. Se crea un generador en los elementos IC1A e IC1B, a cuya salida se forman pulsos con una frecuencia de 50 Hz. Estos pulsos activan el flip-flop RS, que consta de las puertas IC1C e IC1D.

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Imagen - Reparación de servomotor de bricolaje

Con cada pulso proveniente del generador, la salida IC1D se establece en "0" y el condensador C2 se descarga a través de la resistencia R2 y el potenciómetro P1. Si el voltaje a través del capacitor C2 cae a un cierto nivel, entonces el circuito RC transfiere el elemento al estado opuesto. Así, obtenemos pulsos rectangulares con un período de 20 ms en la salida. El ancho de pulso se ajusta mediante el potenciómetro P1.

Por ejemplo, el servoaccionamiento Futaba S3003 cambia el ángulo de rotación del eje en 90 grados debido a pulsos de control con una duración de 1 a 2 ms. Si cambiamos el ancho del pulso de 0,6 a 2 ms, el ángulo de rotación es de hasta 120 °.Los componentes del circuito se seleccionan de modo que el pulso de salida esté en el rango de 0,6 a 2 ms y, por lo tanto, el ángulo de instalación sea de 120 °. El servomotor S3003 de Futaby tiene un par suficientemente grande y el consumo de corriente puede variar de decenas a cientos de mA, dependiendo de la carga mecánica.

Imagen - Reparación de servomotor de bricolaje

Imagen - Reparación de servomotor de bricolaje

El circuito de control del servomotor está montado en una placa de circuito impreso de doble cara de 29 x 36 mm. La instalación es muy simple, por lo que incluso un radioaficionado novato puede hacer frente fácilmente al montaje del dispositivo.

Los motores de válvulas son máquinas sincrónicas sin escobillas (sin escobillas). En el rotor hay imanes permanentes hechos de metales de tierras raras, en el estator hay un devanado de armadura. Los devanados del estator se conmutan mediante interruptores de potencia semiconductores (transistores) de modo que el vector del campo magnético del estator sea siempre perpendicular al vector del campo magnético del rotor; para ello, se utiliza un sensor de posición del rotor (sensor Hall o codificador). La corriente de fase está controlada por modulación PWM y puede ser trapezoidal o sinusoidal.

El rotor plano del motor lineal está hecho de imanes permanentes de tierras raras. En principio, es similar a un motor de válvula.

A diferencia de las máquinas síncronas de rotación continua, los motores paso a paso tienen polos pronunciados en el estator, en el que se encuentran las bobinas de los devanados de control; su conmutación se realiza mediante un accionamiento externo.

Consideremos el principio de funcionamiento de un motor paso a paso reactivo, en el que los dientes están ubicados en los polos del estator, y el rotor está hecho de acero magnético blando y también tiene dientes. Los dientes del estator están ubicados de modo que en un paso la resistencia magnética sea menor a lo largo del eje longitudinal del motor y en el otro, a lo largo del transversal. Si excita discretamente los devanados del estator con corriente continua en una secuencia determinada, entonces el rotor con cada conmutación girará un paso, igual al paso de los dientes del rotor.

Algunos modelos de convertidores de frecuencia pueden funcionar tanto con motores de inducción estándar como con servomotores. Es decir, la principal diferencia entre los servos no está en la sección de potencia, sino en el algoritmo de control y la velocidad de los cálculos. Dado que el programa usa información sobre la posición del rotor, el servo tiene una interfaz para conectar un codificador montado en el eje del motor.

Los servosistemas utilizan el principio gestión subordinada: el bucle de corriente está subordinado al bucle de velocidad, que a su vez está subordinado al bucle de posición (ver teoría de control automático).El bucle más interno, el bucle actual, se sintoniza primero, seguido del bucle de velocidad y, por último, el bucle de posición.

Bucle actual siempre implementado en el servo.

Bucle de velocidad (como el sensor de velocidad) también está siempre presente en el servo sistema, se puede implementar tanto sobre la base de un servocontrolador integrado en el variador como uno externo.

Contorno de posición se utiliza para un posicionamiento preciso (por ejemplo, ejes de avance en máquinas CNC).

Si no hay holguras en las conexiones cinemáticas entre el actuador (tabla de coordenadas) y el eje del motor, entonces la coordenada se recalcula indirectamente de acuerdo con el valor del codificador circular. Si hay retrocesos, se instala un sensor de posición adicional (que está conectado al servocontrolador) en el actuador para la medición directa de coordenadas.

Es decir, dependiendo de la configuración de los bucles de velocidad y posición, se selecciona un servocontrolador y un servoaccionamiento adecuados (¡no todos los servocontroladores pueden implementar un bucle de posición!).

  • Posicionamiento
  • Interpolación
  • Sincronización, engranaje electrónico (Gear)
  • Control preciso de la velocidad de rotación (husillo de la máquina)
  • Leva electrónica
  • Controlador lógico programable.

En general, un servosistema (Motion Control System) puede constar de los siguientes dispositivos:

  • Servomotor con sensor de retroalimentación de velocidad circular (también puede actuar como sensor de posición del rotor)
  • Engranaje servo
  • Sensor de posición del actuador (p. Ej., Codificador lineal para coordenadas del eje de avance)
  • Servo Drive
  • Servocontrolador (controlador de movimiento)
  • Interfaz de operador (HMI).

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