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Servo Motor

  • Detto anche: Servomotor
  • Categoria: Actuation & drivetrain › Motors
  • Tag: motors, actuation

Motore elettrico che consente un controllo preciso di posizione, velocità e accelerazione tramite retroazione.

Definizione

Un motore elettrico che consente un controllo preciso di posizione angolare, velocità e accelerazione tramite meccanismi di retroazione ad anello chiuso.

I servomotori sono composti da: - Un motore CC o CA - Un sensore di posizione (encoder o potenziometro) - Un circuito di controllo

Sono essenziali per un controllo preciso dei giunti dei robot e garantiscono un posizionamento accurato di bracci, pinze e altre parti in movimento.

Perché è importante

Un servomotore è la differenza tra un motore che gira e un giunto che sa dove si trova. I motori normali convertono la corrente in movimento e nient'altro; un servo chiude un anello di retroazione sulla posizione, così il controllore può comandare 47 gradi e ottenere 47 gradi. Quasi tutti i bracci robotici per hobbistica e ricerca sono costruiti con servo, perché senza quell'anello ogni giunto avrebbe bisogno di un proprio encoder, di un proprio driver e di una propria logica di controllo. La scelta del servo (PWM per hobbistica, bus seriale o industriale) fissa il costo, la precisione e la complessità del cablaggio di un intero robot prima ancora di scegliere qualsiasi altro componente.

Applicazioni principali

  • Giunti dei bracci robotici: rotazione controllata in posizione con coppia di mantenimento, il componente base standard dei manipolatori a basso costo
  • Pinze ed end effector: un singolo servo che aziona le ganasce, con la misura della corrente usata come limite approssimativo della forza di presa
  • Supporti pan-tilt per telecamere: due servo che danno a una testa sensoriale una direzione di puntamento controllata via software
  • Giunti dei robot con zampe: azionamento di anche, ginocchia e caviglie in quadrupedi ed esapodi di scala hobbistica
  • Sterzo e acceleratore nelle piattaforme derivate dal modellismo RC: dove un servo posiziona un leveraggio invece di azionare una ruota
  • Banchi di prova e attrezzature: posizionamento ripetibile per la calibrazione delle telecamere, le scansioni dei sensori e le misure automatiche

In pratica

I bracci SO-101 e Koch v1.1 sono costruiti quasi interamente con servo su bus seriale Feetech STS3215, ed è questo che permette di costruirli con qualche centinaio di euro. Ogni servo contiene un motore in corrente continua, un riduttore, un encoder magnetico e una scheda di controllo, e i servo si collegano in cascata su un unico bus a tre fili: un solo cavo porta alimentazione e dati lungo tutti i giunti, e ogni servo risponde al proprio ID. Per questo le guide di montaggio insistono che si scriva l'ID di ogni servo al banco prima dell'assemblaggio meccanico: una volta che un servo è chiuso dentro un giunto, raggiungerne il connettore significa smontare in parte il braccio.

Idee sbagliate comuni

  • Un servo è solo un motore: è un assieme ad anello chiuso di motore, riduttore, sensore di posizione e controllore; il feedback è il punto centrale
  • Valori di coppia più alti sono sempre meglio: il riduttore che aumenta la coppia riduce la velocità e aggiunge gioco, e un servo sovradimensionato spreca il budget di carico utile
  • I servo mantengono la posizione alla perfezione: resistono ai disturbi fino al limite di coppia, poi cedono all'indietro o si surriscaldano; tenere fermo un carico pesante in modo statico è un modo comune per bruciarne uno
  • I servo PWM per hobbistica e quelli su bus seriale sono intercambiabili: i servo PWM ricevono un comando in larghezza d'impulso e non riportano nulla, mentre i servo su bus sono indirizzabili e riportano posizione, temperatura e carico

Chi dovrebbe saperlo

  • Chiunque costruisca o ripari un braccio robotico a basso costo partendo da una distinta base pubblicata
  • Ingegneri che scelgono tra servo, motore passo-passo e attuazione quasi-direct drive per un nuovo giunto
  • Acquirenti che confrontano kit di bracci, dove la classe dei servo spiega in larga parte la differenza di prezzo
  • Studenti che passano dalla simulazione all'hardware, dove i limiti di coppia e termici diventano reali per la prima volta
  • Chiunque stia diagnosticando un robot diventato impreciso, caldo o rumoroso in un giunto specifico

Tecnologie correlate

  • Regolatore PID
  • PWM (Pulse Width Modulation)
  • Encoder rotativo
  • Motore brushless CC (BLDC)
  • Motore passo-passo
  • Azionamento servo industriale
  • Attuatore intelligente Dynamixel
  • CAN bus / EtherCAT

Termini correlati

  • Encoder
  • BLDC Motor
  • Actuator

Prodotti correlati

  • DM-J4310-2EC V1.1: DAMIAO
  • DM-J4340-2EC: DAMIAO
  • DM-J8009P-2EC: DAMIAO
  • STS3215 Serial Bus Servo: Feetech
  • HTDW-5047-36-NE: High Torque Robotics
  • HTDW-6056-36-NE: High Torque Robotics

Video

  • Servo Motors, how do they work?: The Engineering Mindset

Wikipedia

  • Servomotore

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