Меню

Как подключить серво к приемнику

Сервоприводы: подключение, управление, примеры работы

Познакомимся поближе с сервоприводами. Рассмотрим их разновидности, предназначение, подсказки по подключению и управлению.

Что такое сервопривод?

Сервопривод — это мотор с управлением через отрицательную обратную связь, позволяющую точно управлять параметрами движения. Сервомотором является любой тип механического привода, имеющий в составе датчик положения и плату управления.

Простыми словами, сервопривод — это механизм с электромотором, который может поворачиваться в заданный угол и удерживать текущее положение.

Элементы сервопривода

Рассмотрим составные части сервопривода.

Электромотор с редуктором

За преобразование электричества в механический поворот в сервоприводе отвечает электромотор. В асинхронных сервоприводах установлен коллекторный мотор, а в синхронных — бесколлекторный.

Однако зачастую скорость вращения мотора слишком большая для практического использования, а крутящий момент — наоборот слишком слабый. Для решения двух проблем используется редуктор: механизм из шестерней, передающий и преобразующий крутящий момент.

Включая и выключая электромотор, вращается выходной вал — конечная шестерня редуктора, к которой можно прикрепить нечто, чем мы хотим управлять.

Позиционер

Для контроля положения вала, на сервоприводе установлен датчик обратной связи, например потенциометр или энкодер. Позиционер преобразует угол поворота вала обратно в электрический сигнал.

Плата управления

За всю обработку данных в сервоприводе отвечает плата управления, которая сравнивает внешнее значения с микроконтроллера со показателем датчика обратной связи, и по результату соответственно включает или выключает мотор.

Выходной вал

Вал — это часть редуктора, которая выведена за пределы корпуса мотора и непосредственно приводиться в движение при подаче управляющих сигналов на сервопривод. В комплектации сервомоторов идут качельки разных формфакторов, которые одеваются на вал сервопривода для дальнейшей коммуникации с вашими задумками. Не рекомендуем прилагать к валу нагрузки, которые больше крутящего момента сервопривода. Это может привести к разрушению редуктора.

Выходной шлейф

Для работы сервопривода его необходимо подключить к источнику питания и к управляющей плате. Для коммуникации от сервопривода выходит шлейф из трёх проводов:

Если сервопривод питается напряжением от 5 вольт и потребляет ток менее 500 мА, то есть возможность обойтись без внешнего источника питания и подключить провод питания сервомотора непосредственно к питанию микроконтроллера.

Управление сервоприводом

Алгоритм работы

Интерфейс управления

Чтобы указать сервоприводу желаемое состояние, по сигнальному проводу необходимо посылать управляющий сигнал — импульсы постоянной частоты и переменной ширины.

То, какое положение должен занять сервопривод, зависит от длины импульсов. Когда сигнал от микроконтроллера поступает в управляющую схему сервопривода, имеющийся в нём генератор импульсов производит свой импульс, длительность которого определяется через датчик обратной связи. Далее схема сравнивает длительность двух импульсов:

Для управления хобби-сервоприводами подают импульсы с частотой 50 Гц, т.е. период равен 20 мс:

Обратите внимание, что на вашем конкретном устройстве заводские настройки могут оказаться отличными от стандартных. Некоторые сервоприводы используют ширину импульса 760 мкс. Среднее положение при этом соответствует 760 мкс, аналогично тому, как в обычных сервоприводах среднему положению соответствует 1520 мкс.

Это всего лишь общепринятые длины. Даже в рамках одной и той же модели сервопривода может существовать погрешность, допускаемая при производстве, которая приводит к тому, что рабочий диапазон длин импульсов отличается. Для точной работы каждый конкретный сервопривод должен быть откалиброван: путём экспериментов необходимо подобрать корректный диапазон, характерный именно для него.

Часто способ управления сервоприводами называют PWM (Pulse Width Modulation) или PPM (Pulse Position Modulation). Это не так, и использование этих способов может даже повредить привод. Корректный термин — PDM (Pulse Duration Modulation) в котором важна длина импульсов, а не частота.

Характеристики сервопривода

Рассмотрим основные характеристики сервоприводов.

Крутящий момент

Момент силы или крутящий момент показывает, насколько тяжёлый груз сервопривод способен удержать в покое на рычаге заданной длины. Если крутящий момент сервопривода равен 5 кг×см, то это значит, что сервопривод удержит на весу в горизонтальном положении рычаг длины 1 см, на свободный конец которого подвесили 5 кг. Или, что эквивалентно, рычаг длины 5 см, к которому подвесили 1 кг.

Скорость поворота

Скорость сервопривода — это время, которое требуется выходному валу повернуться на 60°. Характеристика 0,1 с/60° означает, что сервопривод поворачивается на 60° за 0,1 с. Из неё можно вычислить скорость в оборотах в минуту, но так сложилось, что при описании сервоприводов чаще всего используют именно интервал времени за 60°.

Форм-фактор

Сервоприводы различаются по размерам. И хотя официальной классификации не существует, производители давно придерживаются нескольких размеров с общепринятым расположением крепёжных элементов.

Форм-фактор Вес Размеры
Микро 8-25 г 22×15×25 мм
Стандартный 40-80 г 40×20×37 мм
Большой 50-90 г 49×25×40 мм

Внутренний интерфейс

Сервоприводы бывают аналоговые и цифровые. Так в чём же их отличия, достоинства и недостатки?

Внешне они ничем не отличаются: электромоторы, редукторы, потенциометры у них одинаковые, различаются они лишь внутренней управляющей электроникой. Вместо специальной микросхемы аналогового сервопривода у цифрового собрата можно заметить на плате микропроцессор, который принимает импульсы, анализирует их и управляет мотором. Таким образом, в физическом исполнении отличие лишь в способе обработки импульсов и управлении мотором.

Оба типа сервопривода принимают одинаковые управляющие импульсы. После этого аналоговый сервопривод принимает решение, надо ли изменять положение, и в случае необходимости посылает сигнал на мотор. Происходит это обычно с частотой 50 Гц. Таким образом получаем 20 мс — минимальное время реакции. В это время любое внешнее воздействие способно изменить положение сервопривода. Но это не единственная проблема. В состоянии покоя на электромотор не подаётся напряжение, в случае небольшого отклонения от равновесия на электромотор подаётся короткий сигнал малой мощности. Чем больше отклонение, тем мощнее сигнал. Таким образом, при малых отклонениях сервопривод не сможет быстро вращать мотор или развивать большой момент. Образуются «мёртвые зоны» по времени и расстоянию.

Эти проблемы можно решать за счёт увеличения частоты приёма, обработки сигнала и управления электромотором. Цифровые сервприводы используют специальный процессор, который получает управляющие импульсы, обрабатывает их и посылает сигналы на мотор с частотой 200 Гц и более. Получается, что цифровой сервопривод способен быстрее реагировать на внешние воздействия, быстрее развивать необходимые скорость и крутящий момент, а значит, лучше удерживать заданную позицию, что хорошо. Конечно, при этом он потребляет больше электроэнергии. Также цифровые сервоприводы сложнее в производстве, а потому стоят заметно дороже. Собственно, эти два недостатка — все минусы, которые есть у цифровых сервоприводов. В техническом плане они безоговорочно побеждают аналоговые сервоприводы.

Материалы шестерней

Шестерни для сервоприводов бывают из разных материалов: пластиковые, карбоновые, металлические. Все они широко используются, выбор зависит от конкретной задачи и от того, какие характеристики требуются в установке.

Пластиковые, чаще всего нейлоновые, шестерни очень лёгкие, не подвержены износу, более всего распространены в сервоприводах. Они не выдерживают больших нагрузок, однако если нагрузки предполагаются небольшие, то нейлоновые шестерни — лучший выбор.

Карбоновые шестерни более долговечны, практически не изнашиваются, в несколько раз прочнее нейлоновых. Основной недостатой — дороговизна.

Металлические шестерни являются самыми тяжёлыми, однако они выдерживают максимальные нагрузки. Достаточно быстро изнашиваются, так что придётся менять шестерни практически каждый сезон. Шестерни из титана — фавориты среди металлических шестерней, причём как по техническим характеристикам, так и по цене. К сожалению, они обойдутся вам достаточно дорого.

Коллекторные и бесколлекторные моторы

Существует три типа моторов сервоприводов: обычный мотор с сердечником, мотор без сердечника и бесколлекторный мотор.

Обычный мотор с сердечником (справа) обладает плотным железным ротором с проволочной обмоткой и магнитами вокруг него. Ротор имеет несколько секций, поэтому когда мотор вращается, ротор вызывает небольшие колебания мотора при прохождении секций мимо магнитов, а в результате получается сервопривод, который вибрирует и является менее точным, чем сервопривод с мотором без сердечника. Мотор с полым ротором (слева) обладает единым магнитным сердечником с обмоткой в форме цилиндра или колокола вокруг магнита. Конструкция без сердечника легче по весу и не имеет секций, что приводит к более быстрому отклику и ровной работе без вибраций. Такие моторы дороже, но они обеспечивают более высокий уровень контроля, вращающего момента и скорости по сравнения со стандартными.

Сервоприводы с бесколлекторным мотором появились сравнительно недавно. Преимущества те же что и у остальных бесколлекторных моторов: нет щёток, а значит они не создают сопротивление вращению и не изнашиваются, скорость и момент выше при токопотреблении равном коллекторным моторам. Сервоприводы с бесколлекторным мотором — самые дорогие сервоприводы, однако при этом они обладают лучшими характеристиками по сравнению с сервоприводами с другими типами моторов.

Сервопривод постоянного вращения

Сервоприводы обычно имеют ограниченный угол вращения 180 градусов, их так и называют «сервопривод 180°».

Но существуют сервоприводы с неограниченным углом поворота оси. Это сервоприводы постоянного вращения или «сервоприводы 360°».

Функция Arduino Сервопривод 180° Сервопривод 360°
Servo.write(0) Крайне левое положение Полный ход в одном направлении
Servo.write(90) Середнее положение Остановка сервопривода
Servo.write(180) Крайне правое положение Полный ход в обратном направлении

Для иллюстрации работы с сервами постоянного вращения мы собрали двух мобильных ботов — на Arduino Uno и Iskra JS. Инструкции по сборке и примеры скетчей смотрите в статье собираем ИК-бота.

Примеры работы с Arduino

Схема подключения

Многие сервоприводы могут быть подключены к Arduino непосредственно. Для этого от них идёт шлейф из трёх проводов:

Для подключения к Arduino будет удобно воспользоваться платой-расширителем портов, такой как Troyka Shield. Хотя с несколькими дополнительными проводами можно подключить серву и через breadboard или непосредственно к контактам Arduino.

Ограничение по питанию

Обычный хобби-сервопривод во время работы потребляет более 100 мА. При этом Arduino способно выдавать до 500 мА. Поэтому, если вам в проекте необходимо использовать мощный сервопривод, есть смысл задуматься о выделении его в контур с дополнительным питанием.

Рассмотрим на примере подключения 12V сервопривода:

Ограничение по количеству подключаемых сервоприводов

На большинстве плат Arduino библиотека Servo поддерживает управление не более 12 сервоприводами, на Arduino Mega это число вырастает до значения 48. При этом есть небольшой побочный эффект использования этой библиотеки: если вы работаете не с Arduino Mega, то становится невозможным использовать функцию analogWrite() на 9 и 10 контактах независимо от того, подключены сервоприводы к этим контактам или нет. На Arduino Mega можно подключить до 12 сервоприводов без нарушения функционирования ШИМ/PWM, при использовании большего количества сервоприводов мы не сможем использовать analogWrite() на 11 и 12 контактах.

Пример использования библиотеки Servo

По аналогии подключим 2 сервопривода

Библиотека Servo не совместима с библиотекой VirtualWire для работы с приёмником и передатчиком на 433 МГц.

Альтернативная библиотека Servo2

Библиотеки для управления сервоприводами (Servo) и для работы с приёмниками / передатчиками на 433 МГц VirtualWire используют одно и то же прерывание. Это означает, что их нельзя использовать в одном проекте одновременно. Существует альтернативная библиотека для управления сервомоторами — Servo2.

Все методы библиотеки Servo2 совпадают с методами Servo.

Пример использования библиотеки Servo

Примеры работы с Espruino

Примеры работы с Raspberry Pi

Вывод

Сервоприводы бывают разные, одни получше — другие подешевле, одни надёжнее — другие точнее. И перед тем, как купить сервопривод, стоит иметь в виду, что он может не обладать лучшими характеристиками, главное, чтобы подходил для вашего проекта. Удачи в ваших начинаниях!

Источник

Как правильно подключить приемник к модели?

Ответ: Большинство производителей придерживаются одной схемы подключения сервоприводов и регуляторов хода модели к приемнику.

1 канал – сервоприводы управления элеронами (для моделей без элеронов используют сервоприводы управления рулем направления).

B/BAT – для подключения питания приемника, как правило 4,5-6 вольт (для моделей с электронными регуляторами хода электродвигателя не допускается использование внешнего источника питания, это может привести к выходу из стоя регулятора хода, кроме регуляторов хода с Opto развязкой)

Исключением из этого являются производители аппаратуры, например, JR, Dynam. Схема подключения их сервоприводов к приемнику может отличаться от стандарта. Точные указания и схема подключения обязательно указывается в инструкции к аппаратуре.

При использовании на моделях самолетов аппаратуры с большим количеством каналов, остальные каналы назначаются пользователем по собственному усмотрению. Необходимо также учитывать тип модели, ее механизацию шасси, закрылков, щитков, управления бортовыми огнями и т.п. Существуют также различные программы микширования V-образного хвостового оперения, флаперонов и т.д.

1 канал – сервоприводы управления креном (крен вправо-влево).

4 канал – подключение гироскопа (непосредственно к гироскопу подключается сервопривод управления шагом хвостового ротора (разворот вертолета вокруг оси)).

6 канал – сервоприводы управления коллективным шагом несущего ротора.

B/BAT – для подключения питания приемника, как правило 4,5-6 вольт (для моделей с электронными регуляторами хода электродвигателя не допускается использование внешнего источника питания, это может привести к выходу из стоя регулятора хода, кроме регуляторов хода с Opto развязкой)

Исключением из этого являются производители аппаратуры, например, JR, Dynam. Схема подключения их сервоприводов к приемнику может отличаться от стандарта. Точные указания и схема подключения обязательно указывается в инструкции к аппаратуре.

1 канал – сервоприводы рулевого управления (на некоторых приемниках, расположено 2 параллельных выхода 1-го канала, для установки 2-х сервоприводов на рулевое управление (некоторые приемники фирмы Traxxas)).

3 канал – дополнительный канал для управления переключением коробки передач, тормозных механизмов, управления головным освещением и т.п. (используется опционально на некоторых моделях).

B/BAT – для подключения питания приемника, как правило 4,5-6 вольт (для моделей с электронными регуляторами хода электродвигателя не допускается использование внешнего источника питания, это может привести к выходу из стоя регулятора хода).

Необходимо обратить внимание и на герметизацию приемника (например, используя детский надувной шар), если модель планируется использовать на открытом воздухе.

Для парусных судов, 2 канал используется для управления парусной лебедкой.

3 канал – дополнительный канал для подстройки стакселя на парусных судах, управления навигационным освещением, палубным оборудованием и т.п. (используется опционально на некоторых моделях).

B/BAT – для подключения питания приемника, как правило 4,5-6 вольт (для моделей с электронными регуляторами хода электродвигателя не допускается использование внешнего источника питания, это может привести к выходу из стоя регулятора хода, кроме регуляторов хода с Opto развязкой)

Необходимо обратить внимание на герметизацию приемника (например, используя детский надувной шар).

Источник

Как подключить серво к приемнику

Питание от одного источника

Питание от BEC на выходах (output)

Power Options Номинальное напряжение Макс напряжение JP1 есть/нет
5.37V +-0.5 6V JP1 есть

Питание от двух источников

Power Options Номинальное напряжение Макс напряжение JP1 есть/нет
Питание от BEC на выходах (output) 5.00V +-0.5 6V JP1 нет
Питание на входы (input) 5.00V +-0.25 5.5V JP1 нет

Питание от модуля питания

Размыкаем JP1 и подключаем модуль питания (6ти пиновый провод)

К сведению: Если перемычки JP1 нет (разомкнут), требуется раздельное питание на входе и выходе APM, т.е. на выходах обычно на 3м ставится регулятор с UBEC который дает питание сервомеханизмам, а на входе BEC будет питать саму плату.

Внимание: Не превышайте максимальное напряжение. Превышение влечет повреждение APM.

Внимание: Подключая USB кабель к APM с подключенной батареей питания к BEC, регулятору с UBEC опасайтесь всплеска/увеличения напряжения, которое сможет привысить максимальный допустимый предел и вызвать повреждения платы Просто отключите любое питание от APM при подключении к USB.

Подсказка 1: если используете питание от Power Module, JP1 оставляйте разомкнутым воизбежании превышения максимального напряжения питания платы при подсоединении USB кабеля

Подсказка: APM2 с подключенным приемником, если замкнуть JP1, отключить любое питание от платы (модуль питания, BEC) и подключить с помощью USB провода к ПК, то работать будет и приемник. Т.е. включив пульт передатчика Вы сможете видеть движение стиков в Mission planner в разделе Radio calibtarion.

ВНИМАНИЕ: Читайте внимательнее, задавайте вопросы с комментариях. ПОМНИТЕ что плата ардупилота ВАША и Вы ответственны за то, чтоб ее не сжечь.

Схема: пример включения модулей APM2

Пример включения модулей APM на популярном самолете Bixler (2 серво на элеронах через гидру Y, 1 серво на стабилизатор и 1 на руль поворота)

Установка APM2 на самолет

Очень важно установить плата APM2 в правильном направлении, в направлении движения самолета. Как на плате так и на пластиковом копрусе имеется отметка со стрелкой (направления движения) и надпись Forward (вперед). Входы (input) куда подключается приемник будут направлены по направлению движения, а выходы на сервомеханизмы (output) будут смотреть назад. Так же важно, чтоб плата небыла перевернута вверх ногами, т.е. радиодетали печатной платы должны смотреть вверх.

APM не должен болтаться или свободно «гулять» по корпусу во время полета. Постарайтесь располагать устройство в горизонтальной плоскости, которая соответствует горизонтальному полету самолета, т.е. APM должен быть максимально в той же плоскости что и хорда летательного аппарата. В идеале контроллер располагается в точке центра тяжести, это место наименьшей вибрации. Крепить лучше всего на толстый 2х сторонний скотч (снижает вибрацию) на ровную платформу.

Как и где крепить модуль GPS APM ardupilot

Выходы APM (output) на серво и регуляторы

Выше классическая схема самолета. 3 серво и один регулятор.

В выход 1 подключаются две серво элерон (подключаются параллельно кабелем Y или по другому называют «гидра»);

В выход 2 подключается серво руля высоты (стабилизатор);

В выход 3 подключается регулятор оборотов;

В выход 4 подключается сервомеханизм руля поворота.

Выше схема подключения «летающего крыла» с элевонами (выполняющие функцию элерон и руля высоты):

1 выход: Правый элевон

2 выход: Левый элевон

Входы (inputs) APM

Вход 8 APM2 используется для переключения режимов (Mode Switch) и подключается к любому свободному выходу приемника, например 5. Удобно 5й канал приемника настраивают на 3х позиционный переключатель Вашего передатчика.

Подключение серво механизмов и регулятора скорости

Технически подключение происходит трех жильным проводом мама-мама. Приемник подключается во входы платы INPUTS. В выходы (OUTPUTS) подключаются серво механизмы и регулятор скорости (схема классического электро самолета).

Внимание: APM 2 можно питать от USB кабеля, но напряжение на выходы поступать не будет (питание на серво, регуляторы). Чтобы увидеть движение серв, при сборке на «на тестовом стенде» для дальнейшей конфигурации через USB, необходимо подключить питание через регулятор оборотов (3й output для самолетной прошивки, JP1 замкнут) или через Power module (JP1 разомкнут).

Источник

Читайте также:  Как подключить к аймаку принтер
Adblock
detector