Guia do Servo Motor: Fundamentos, Teoria e Princípio de Funcionamento

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O que é um servo motor?

Um servo motor é um dispositivo elétrico que pode empurrar ou girar um objeto com grande precisão. Se você deseja girar e objetar em ângulos ou distâncias específicas, use o servo motor.

Ele é composto apenas de um motor simples que funciona através de um servo mecanismo. Se o motor usado for alimentado por corrente contínua, ele será chamado de servo motor CC e, se for motor de corrente alternada, será chamado servo motor de corrente alternada. Podemos obter um servomotor de torque muito alto em embalagens pequenas e leves. Para esses recursos, eles estão sendo usados ​​em muitas aplicações, como carros de brinquedo, helicópteros e aviões RC, robótica, máquinas etc.

Os servo motores são classificados em kg/cm (quilograma por centímetro), a maioria dos servo motores de hobby são classificados em 3kg/cm ou 6kg/cm ou 12kg/cm. Esse kg/cm indica quanto peso seu servo motor pode levantar a uma distância específica. Por exemplo: Um servo motor de 6kg/cm deve poder levantar 6 kg se a carga for suspensa a 1 cm do eixo do motor, quanto maior a distância, menor a capacidade de carga.
A posição de um servo motor é decidida por pulso elétrico e seu circuito é colocado ao lado do motor.

Servo Mecanismo

Consiste em três partes:
  • Dispositivo controlado
  • Sensor de saída
  • Sistema de feedback
É um sistema de malha fechada, onde utiliza um sistema de feedback positivo para controlar o movimento e a posição final do eixo. Aqui, o dispositivo é controlado por um sinal de feedback gerado pela comparação do sinal de saída e do sinal de entrada de referência.
Aqui, o sinal de entrada de referência é comparado ao sinal de saída de referência e o terceiro sinal é produzido pelo sistema de feedback. E este terceiro sinal atua como sinal de entrada para controlar o dispositivo. Este sinal está presente desde que o sinal de feedback seja gerado ou haja diferença entre o sinal de entrada de referência e o sinal de saída de referência. Portanto, a principal tarefa do servomecanismo é manter a saída de um sistema no valor desejado na presença de ruídos..

Princípio de funcionamento dos servomotores

Pegue uma superfície plana e estável, como uma mesa ou uma placa de cartão rígido. Em seguida, coloque um servo motor no meio e cole-o no lugUm servo consiste em um motor (CC ou CA), um potenciômetro, conjunto de engrenagens e um circuito de controle. Antes de tudo, usamos o conjunto de engrenagens para reduzir as RPM e aumentar o torque do motor. Digamos que na posição inicial do eixo do servomotor, a posição do botão do potenciômetro é tal que não exista sinal elétrico gerado na porta de saída do potenciômetro. Agora um sinal elétrico é dado a outro terminal de entrada do amplificador detector de erros. Agora, a diferença entre esses dois sinais, um vem do potenciômetro e outro de outra fonte, será processada no mecanismo de feedback e a saída será fornecida em termos de sinal de erro. Este sinal de erro atua como a entrada do motor e o motor começa a girar. Agora, o eixo do motor é conectado ao potenciômetro e, à medida que o motor gira, o potenciômetro gera um sinal. Assim, à medida que a posição angular do potenciômetro muda, seu sinal de feedback de saída muda. Após algum tempo, a posição do potenciômetro atinge uma posição em que a saída do potenciômetro é igual ao sinal externo fornecido. Nesta condição, não haverá sinal de saída do amplificador para a entrada do motor, pois não há diferença entre o sinal externo aplicado e o sinal gerado no potenciômetro e, nessa situação, o motor para de girar.

Servo Motor de Controle:

Todos os motores têm três fios saindo deles. Dos quais dois serão usados ​​para fornecimento (positivo e negativo) e um será usado para o sinal a ser enviado pelo MCU.
O servo motor é controlado por PWM (Pulso com Modulação), que é fornecido pelos fios de controle. Há um pulso mínimo, um pulso máximo e uma taxa de repetição. O servomotor pode girar 90 graus em qualquer direção da posição neutra. O servo motor espera ver um pulso a cada 20 milissegundos (ms) e a duração do pulso determinará a que distância o motor gira. Por exemplo, um pulso de 1,5ms fará o motor girar para a posição de 90°, como se o pulso for menor que o eixo de 1,5ms se move para 0° e se for maior que 1,5ms do que o servo para 180°

O servo motor trabalha com o princípio PWM (modulação por largura de pulso), significa que seu ângulo de rotação é controlado pela duração do pulso aplicado ao seu PIN de controle. Basicamente, o servomotor é constituído por um motor DC, que é controlado por um resistor variável (potenciômetro) e algumas engrenagens. A força de alta velocidade do motor DC é convertida em torque pela Engrenagem. Sabemos que TRABALHO=FORÇA X DISTÂNCIA, no motor CC a força é menor e a distância (velocidade) é alta e no servo, a força é alta e a distância é menor. O potenciômetro é conectado ao eixo de saída do servo, para calcular o ângulo e parar o motor CC no ângulo necessário.
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O servo motor pode ser girado de 0 a 180 graus, mas pode subir até 210 graus, dependendo da fabricação. Esse grau de rotação pode ser controlado pela aplicação do pulso elétrico de largura adequada ao pino de controle. O servo verifica o pulso a cada 20 milissegundos. O pulso de 1 ms (1 milissegundo) de largura pode girar o servo a 0 grau, 1,5 ms pode girar a 90 graus (posição neutra) e o pulso de 2 ms pode girá-lo a 180 graus.
Todos os servo motores trabalham diretamente com os trilhos de alimentação de + 5V, mas precisamos ter cuidado com a quantidade de corrente que o motor consumiria, se você planeja usar mais de dois servomotores, uma servomotor adequada deve ser projetada.
Para saber mais sobre o princípio de funcionamento do servo motor e usos práticos, verifique abaixo as aplicações algumas sujestões para exemplos:
1. Guia de como testar o servo motor
2. Interface do servomotor com microcontrolador 8051
3. Servo motor controle usando Arduino
4. Guia do Servo controle com Arduino Due
5. Guia do servo controle com Sensor Flex
6. Guia de controle do Servo Motor com Raspberry Pi
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