подключение, управление, примеры работы [Амперка / Вики]

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:

• Красный — питание сервомотора. Подключите к плюсовому контакту источнику питания. Значения напряжение смотрите в характеристиках конкретно вашего сервопривода.

• Чёрный — земля. Подключите к минусовому контакту источника питания и земле микроконтроллера.

• Жёлтый — управляющий сигнал. Подключите к цифровому пину микроконтроллера.

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

1. Сервопривод получает на вход управляющие импульсы, которые содержат:

   1. Для простых сервоприводов: значение угла поворота.

   2. Для сервоприводов постоянного вращения: значения скорости и направления вращения.

2. Плата управления сравнивает это значение с показанием на датчике обратной связи.

3. На основе результата сравнения привод производит некоторое действие: например, поворот, ускорение или замедление так, чтобы значение с внутреннего датчика стало как можно ближе к значению внешнего управляющего параметра.

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:

• Если длительность разная, включается электромотор с направлением вращения определяется тем, какой из импульсов короче.

• Если длины импульсов равны, электромотор останавливается.

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

• 1540 мкс означает, что сервопривод должен занять среднее положение.

• 544 мкс — для 0°

• 2400 мкс — для 180°.

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°».

Сервопривод постоянного вращения можно управлять с помощью библиотек Servo или Servo2. Отличие заключается в том, что функция Servo.write(angle) задаёт не угол, а скорость вращения привода:

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:

• красный — питание; подключается к контакту 5V или напрямую к источнику питания

• коричневый или чёрный — земля

• жёлтый или белый — сигнал; подключается к цифровому выходу Arduino.

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.

Можно генерировать управляющие импульсы самостоятельно, но это настолько распространённая задача, что для её упрощения существует стандартная библиотека Servo.

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

servo_example.ino

// подключаем библиотеку для работы с сервоприводами
#include <Servo.h> 
// создаём объект для управления сервоприводом
Servo myservo;
 
void setup() 
{
  // подключаем сервопривод к 9 пину 
  myservo.attach(9);
} 
 
void loop() 
{
  // устанавливаем сервопривод в серединное положение
  myservo.write(90);
  delay(500);
  // устанавливаем сервопривод в крайнее левое положение  
  myservo.write(0);
  delay(500);
  // устанавливаем сервопривод в крайнее правое положение
  myservo.write(180);
  delay(500);
} 

По аналогии подключим 2 сервопривода

2servo_example.ino

// подключаем библиотеку для работы с сервоприводами
#include <Servo.h> 
// создаём объекты для управления сервоприводами
Servo myservo1;
Servo myservo2;
 
void setup() 
{
  // подключаем сервоприводы к 11 и 12 пину 
  myservo1.attach(11);
  myservo2.attach(12);
} 
 
void loop() 
{
  // устанавливаем сервопривод в серединное положение
  myservo1.write(90);
  myservo2.write(90);
  delay(500);
  // устанавливаем сервопривод в крайнее левое положение  
  myservo1.write(0);
  myservo2.write(0);
  delay(500);
  // устанавливаем сервопривод в крайнее правое положение
  myservo1.write(180);
  myservo2.write(180);
  delay(500);
}

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

servo2_example.ino

// подключаем библиотеку для работы с сервоприводами
// данная библиотека совместима с библиотекой «VirtualWire»
// для работы с приёмником и передатчиком на 433 МГц
#include <Servo2.h> 
// создаём объект для управления сервоприводом
Servo2 myservo;
 
void setup() 
{
  // подключаем сервопривод к 9 пину 
  myservo.attach(9);
} 
 
void loop() 
{
  // устанавливаем сервопривод в серединное положение
  myservo.write(90);
  delay(500);
  // устанавливаем сервопривод в крайнее левое положение  
  myservo.write(0);
  delay(500);
  // устанавливаем сервопривод в крайнее правое положение
  myservo.write(180);
  delay(500);
} 

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!

Ресурсы

что это такое, устройство, принцип работы, виды

Вряд ли сегодня кого-то можно удивить тем количеством электрических приборов, которые окружают человека в повседневной жизни. Многие из которых давно взяли на себя часть человеческого труда и обязанностей. Повсеместная автоматизация процессов охватила самые разнообразные отрасли, начиная автомобилестроением, и заканчивая устройствами в быту. Львиную долю нагрузки относительно автоматического управления параметрами работы  умных машин берет на себя сервопривод.

Что такое сервопривод?

Под сервоприводом следует понимать такое устройство, которое обеспечивает возможность управления рабочим органом посредством обратной связи. Само название произошло от латинского servus, что в переводе означает помощник. Изначально сервопривод использовался в качестве вспомогательного оборудования для различных станков, машин и механизмов. Однако с развитием технологий и постоянно растущей необходимостью повышать точность электронных устройств им начали отводить куда более значимую роль.

Устройство и принцип работы

Рис. 1. Устройство сервопривода

Устройство и принцип работы каждого сервопривода может кардинально отличаться от других моделей. Однако в качестве примера мы рассмотрим наиболее актуальные варианты.

Конструктивно он может состоять из:

• Привода – устройства, приводящего в движение рабочий орган. Может выполняться посредством синхронного или асинхронного двигателя, пневмоцилиндра и т.д.
• Передаточный механизм – система шестеренчатой кривошипной или другой передачи, редуктор.
• Рабочий элемент – управляет перемещением в пространстве, непосредственно вал редуктора, передаточный механизм и т.д.
• Датчик – сигнализирует о достигнутом положении и передает информацию по каналу обратной связи.
• Блок питания – может применяться в случае прямого подключения сервопривода к сети, где требуется преобразование уровня и типа напряжения.
• Блок управления – осуществляет подачу управляющих сигналов на сервомотор для передвижения или корректировки места положения. Для этого применяются микропроцессоры, микроконтроллеры и т.д. К примеру, очень популярна плата Arduino.

Принцип действия заключается в подаче управляющего импульса на асинхронный или синхронный двигатель, который начинает вращаться, пока рабочий орган не окажется в нужной позиции. Как только будет достигнуто установленное положение, на датчике обратной связи появится нужный сигнал, который, перейдя на блок управления, прекратит питание электромеханического устройства. Движение сервопривода прекратится до появления новых электрических сигналов.

Далее начнется новый цикл работы устройства, число команд и последовательность их выполнения определяется заложенной программой.

Сравнение с шаговым двигателем

Рис. 2. Сравнение с сервопривода с шаговым двигателем

Вполне вероятно вы могли слышать, что та же функция часто выполняется шаговыми двигателями, однако между этими двумя устройствами имеется существенное отличие. Шаговый привод действительно осуществляет точное  позиционирование объекта за счет четкого числа подаваемых на электрическую машину импульсов, они достаточно тихоходны и не создают лишнего шума. В остальном сервоприводы обладают рядом весомых преимуществ по сравнению с шаговыми электродвигателями:

• Могут использовать для привода любой тип электрической машины – синхронный, асинхронный, электродвигатель постоянного тока и т.д.
• Точность механического привода не зависит от износа деталей, появления люфтов, термических и механических изменений конструктивных элементов.
• Диагностирование неисправностей происходит моментально за счет обратной связи.
• Скорость вращения – любой обычный электродвигатель вращается быстрее шагового привода.
• Экономичность – вращение вала у шаговой электрической машины осуществляется при максимально допустимом напряжении питания, чтобы обеспечить максимальный момент.

Но кроме перечисленных преимуществ есть ряд позиций, по которым сервопривод уступает шаговому двигателю:

• Сложность системы управления и необходимость реализации ее работы – шаговый двигатель контролируется обычным счетчиком числа импульсов.
• Необходимость контролировать как частоту вращения, так и принимать меры для принудительного затормаживания в нужной точке – это приводит к дополнительным затратам энергии, программных и механических ресурсов.
• Обязательно используется дополнительный измерительный блок, контролирующий положение рабочего органа.
• Сервопривод обладает значительно большей стоимостью, поэтому применение шагового двигателя обходится дешевле.

Назначение

Рис. 3. Область применения

Сервопривод используется в самых различных направлениях науки и техники, где электрический привод, помимо функции вращения каких-либо элементов, должен выполнить и точное позиционирование. На практике они повсеместно используются в ЧПУ станках, автоматических задвижках, электронных клапанах, заводских станках с программным управлением, робототехнике.

В бытовых системах сервомоторы устанавливаются в системах отопления для регулировки подачи теплоносителя, топлива, управления нагревательным элементом, контроля переключения между центральными и автономными системами энергетических ресурсов и т.д. В автомобилях их используют для отпирания, запирания багажника, электронных блокировок.

Разновидности

За счет многолетнего развития сервоприводов сегодня можно встретить самые различные виды устройства. Поэтому мы рассмотрим наиболее распространенные критерии разделения.

По типу привода:

• асинхронные сервоприводы – получаются дешевле, чем с  синхронным электродвигателем, могут обеспечить точность даже при низких оборотах выходного вала;
• синхронные – более дорогой вариант, но быстрее разгоняется, что повышает скорость выполнения операций;
• линейные – не используют классических электрических моторов, но способны развивать большое ускорение.

По принципу действия выделяют:

• электромеханический сервопривод – движение обеспечивается электрической машиной и шестеренчатым редуктором;
• гидромеханический серводвигатель – движение осуществляется при помощи поршневого цилиндра, обладают значительно большей скоростью перемещения;

По материалу передаточного механизма:

• полимерные – износоустойчивые и легкие, но плохо переносят большие механические нагрузки;
• металлические – наиболее тяжелый вариант, относительно быстро изнашиваются, но могут выдерживать любые нагрузки;
• карбоновые – имеют средние характеристики по прочности и износоустойчивости, в сравнении с двумя предыдущими, но имеют более высокую стоимость.

Рис. 4. По материалу шестерней

По типу вала двигателя:

• с монолитным ротором – тяжелые сервоприводы, создают вибрацию при вращении;
• с полым ротором – самые легкие модели, быстро реагируют на команды и набирают обороты, их легче контролировать;
• с бесколлекторным ротором – не имеют подвижных контактов, которые создают дополнительное сопротивление вращению, наиболее дорогой вариант.

Рис. 5. По типу вала

Технические характеристики

При выборе конкретной модели сервопривода необходимо руководствоваться основными техническими параметрами, которые изготовитель указывает в паспорте устройства.

Наиболее значимыми характеристиками сервомотора являются:

• Усилие на валу серводвигателя – определяет механический момент и способность перемещать определенный вес, создавать усилие при резке, фрезеровке и т.д.

Рис. 6. Усилие на валу

• Скорость вращения – показывает, сколько поворотов вала может совершить устройство за единицу времени.
• Величина питающего напряжения – чаще всего электроснабжение сервопривода выполняется постоянным током, хотя встречаются модели и с переменным током выходного напряжения. Подключение питания к сервоприводу осуществляется тремя проводами: питающим, управляющим и общим.
• Угол вращения сервопривода – поворот выходного элемента, как правило, выпускается на 180° и 360°.
• Скорость поворота – подразделяется на сервоприводы с постоянным вращением и с переменной частотой.

Способы управления

Рис. 7. Способ управления сервоприводом

По способу управления могут быть аналоговые или цифровые сервоприводы, первый из них подает сигналы с разной частотой, которая задается специальной микросхемой, контролирующей работу устройства. Цифровые сервоприводы, в свою очередь, отличаются наличием процессора, который принимает команды и реализует их в качестве различных режимов работы на приводе.

Их практическое отличие заключается в наличии мертвых зон у аналоговых способов,  цифровые лишены этого недостатка, к тому же они быстрее реагируют на изменения и обладают большей точностью. Однако цифровой способ управления имеет большую себестоимость и на свою работу он расходует больше электроэнергии.

На рисунке 8 приведен пример управления сервоприводом с помощью подаваемых импульсов:

Рис. 8. Схема управления сервоприводом

Как видите на рисунке, сигнал поступает к генератору опорных импульсов (ГОП), подключенному к потенциометру. Далее сигнал поступает на компаратор (К), сравнивающий величины на выходе схемы и поступающие от датчика на рабочем органе. После этого прибор управления мостом (УМ) открывает нужную пару транзисторов моста для вращения вала мотора (М) по часовой или против часовой стрелки, также может задавать усилие за счет полного или частичного открытия перехода.

Преимущества и недостатки

К преимуществам сервопривода следует отнести:

• Универсальность устройства – может с легкостью устанавливаться в самые различные приборы, так как технические особенности редко влияют на конечный результат.
• Может реализовать широкий спектр крутящего момента за счет использования редуктора и изменения передаточного числа.
• Обладает большим ускорением, что значительно повышает продуктивность и сокращает сроки выполнения работы.
• Точное выставление позиции благодаря проверке места положения на датчике.
• Не боится перегрузок, что увеличивает срок службы, позволяет работать и в аварийных ситуациях.

К недостаткам следует отнести:

• Относительно большую стоимость – наличие обратной связи, датчиков и прочего вспомогательного оборудования обуславливает повышение себестоимости сервопривода.
• Износ передаточного механизма – в значительной мере ухудшает точность и эффективность, требует замены.
• Более сложная настройка работы – требует изменения параметров программного обеспечения или полной замены сервопривода.

что это такое, принцип работы, виды, для чего используется

Принцип действия

Работа устройства происходит по принципу обратного взаимодействия с системными сигналами. Сервопривод в определенный момент времени получает входящие параметры регулирующего значения и поддерживает его на выходе производимого элемента.

Конструкция устройства

Механизм подобного типа обычно имеет следующие составляющие:

1. Привод — электрический мотор с редуктором или похожие устройства. Необходим для уменьшения скорости движения, если она слишком большая.
2. Датчик обратной связи или потенциометр, меняющий угол поворота вала.
3. Блок, отвечающий за управление и питание.
4. Вход или конвертер.

В принципе работы самого простого варианта лежит схема обрабатывания значений, исходящих от датчика обратной связи и настраиваемых входящих сигналов для подачи напряжения необходимой полярности на двигатель. Сложные устройства, работающие с использованием микросхем, учитывают инерцию, обеспечивая ровный период разгона или торможения, что помогает уменьшить уровень нагрузок и добиться точной синхронизации показателей.

Разновидности

Различают два вида сервоприводов:

1. Синхронные – задают темп скорости вращения двигателя и другие параметры, быстрее достигая указанной скорости вращения.
2. Асинхронные – способны сохранять работу двигателя даже при низких оборотах.

Также устройства разделяют на электромеханические и электрогидромеханические по особенностям конструкции и принципу работы.

Основные характеристики

Механизмы имеют ряд параметров, характеризующих их работу:

1. Усиление на валу оказывает прямое влияние на крутящий момент. Это значение является одной из ключевых характеристик, в паспорте устройства может указываться несколько параметров для различных величин напряжения.
2. Скорость поворота также имеет важное значение в работе механизма. Обычно указывается в параметре времени – необходимо, чтобы выходной вал изменил свое направление на 60 градусов.
3. Указывается тип устройств — цифровой или аналоговый. Цифровые управляются при помощи кодовых команд, которые последовательно передаются через интерфейс. Аналоговые управляются через подачу разных частот, параметры которых задаются определенным образом.
4. Питание может быть различным, но у большинства таких агрегатов оно находится в диапазоне 4,8-7,2 вольта.
5. Угол поворота. Обычно это значение в 180 или 360 градусов.
6. Сервопривод может быть переменного или постоянного вращения.

Имеет значение материал изготовления. Детали могут быть металлическими, пластиковыми, либо в комбинированном составе.

Управление серводвигателем

К устройству по присоединенному к нему проводу подается управляющий сигнал, представляющий собой импульсы постоянной частоты и переменной ширины. При подаче сигнала в проводимую схему генератор производит свой импульс, размер которого устанавливается с помощью потенциометра. Другая часть схемы проводит анализ всех поступаемых сигналов, и если он разный, то происходит включение сервопривода. Если размеры импульсов равнозначные, электромотор отключается.

Серводвигатели отличаются своим разнообразием по конструкции и принципу действия. Модели бывают со щетками и без щеток. Первая категория представлена двигателями постоянного тока. Устройства, имеющие щетки, более разнообразны – к ним относятся шаговые двигатели и работающие от переменного тока. Последняя группа делится еще на два вида — синхронные и асинхронные. Синхронные двигатели, в зависимости от особенностей работы, могут быть вращающимися или линейными.

В работе моторов также используется сервоусилитель – это элемент конструкции, который обеспечивает подачу питания и управление двигателем с постоянными магнитами. Может работать при необходимости и в автономном режиме, при помощи специальной программы, которая предварительно загружается в память устройства.

Агрегаты, гарантирующие высокую точность работы, являются весьма востребованными. Подобные двигатели широко применяются в различных сферах промышленности, всевозможных станках и оборудовании, автомобилестроении.

Область применения

В данный момент сервоприводы получили достаточно широкое распространение. Их можно встретить в точных приборах, автоматах, производящих различные платы, программируемых станках, промышленных роботах и других механизмах. Большую популярность приводы такого типа приобрели в авиамодельной сфере за счет эффективного расхода энергии и равномерного движения.

Сервоприводы меняются и развиваются. В самом начале появления они обладали коллекторными моторами с обмотками на роторе. Постепенно число обмоток выросло, также увеличилась и скорость вращения и разгона. Позже обмотки начали располагаться снаружи магнита, что также способствовало повышению эффективности работы. Дальнейшие усовершенствования позволили отказаться от коллектора, стали использоваться постоянные магниты ротора. Наиболее популярны сейчас сервоприводы, которые работают от программируемого контроллера. Это дает возможность создавать приборы высокой точности и современную технику.

Возможность достижения высокой точности часто становится решающим фактором для применения сервопривода. Кроме того, благодаря новым цифровым разработкам, позволяющим предусмотреть различные способы связи с объектами, система использует компьютер для управления и настройки, что значительно упрощает работу.

В различных сферах также используются серводвигатели. Они могут перемещать выходной вал в заданное положение и удерживать его автоматически. Также помогут придать движение какому-либо механизму, координируемому вращениями вала. Для мотора важными параметрами являются равномерность и тональность движения, эффективность затрачиваемой энергии.

Принципы работы и виды сервоприводов

Отличительной особенностью сервопривода является возможность управления через отрицательную обратную связь с использованием заданных параметров. Все оборудование данного типа можно разделить на две группы – сервоприводы постоянного тока и трехфазные сервоприводы переменного тока.

Устройство сервоприводов постоянного тока

Как правило, сервоприводы постоянного тока используются в маломощных устройствах позиционирования. Классическая область их применения – робототехника.

Конструкция современных сервоприводов довольно проста, но при этом весьма эффективна, так как позволяет обеспечить максимально точное управление движением. Сервопривод состоит из:

• двигателя постоянного тока
• шестерни редуктора
• выходного вала
• потенциометра
• платы управления, на которую подается управляющий сигнал

Двигатель и редуктор образуют привод. Редуктор используется для снижения скорости вращения двигателя, которую необходимо адаптировать для практического применения. К выходному валу редуктора крепится необходимая нагрузка. Это может быть качалка, вращающийся вал, тянущие или толкающие механизмы.

Для того, чтобы угол поворота превратить в электрический сигнал, необходим датчик. Его функции в сервоприводе постоянного тока с успехом выполняет потенциометр. Он выдает аналоговый сигнал (как правило, от 0 до 10 В) с дискретностью, ограниченной АЦП (аналогово-цифровым преобразователем), на который поступает этот сигнал.

Самой важной деталью сервопривода, пожалуй, является электронная плата сервоусилителя, которая принимает и анализирует управляющие импульсы, соотносит их с данными потенциометра, отвечает за запуск и выключение двигателя.

Принцип работы

Принцип действия устройств основан на использовании импульсного сигнала, который имеет три важные характеристики – частоту повторения, минимальную и максимальную продолжительность. Именно продолжительность импульса определяет угол поворота двигателя.

Импульсные сигналы, получаемые сервоприводом, имеют стандартную частоту, а вот их продолжительность в зависимости от модели может составлять от 0,8 до 2,2 мс. Параллельно с поступлением управляющего импульса активируется работа генератора опорного импульса, который связан с потенциометром. Тот, в свою очередь, механически сопряжен с выходным валом и отвечает за корректирование его положения.

Электронная схема анализирует импульсы с учетом длительности и на основе разностной величины определяет разницу между ожидаемым (заданным) положением вала и реальным (измеренным при помощи потенциометра). Затем производится корректировка путем подачи напряжения на питание двигателя.

Основные положения устройства

Если продолжительность опорного и управляющего импульсов совпадает, наступает так называемый нулевой момент. В это время двигатель сервопривода не работает, вал привода находится в исходном (неподвижном) положении.

При увеличении длительности управляющего импульса плата фиксирует разбежку показателей, двигатель получает напряжение и приходит в движение. В свою очередь, редуктор начинает воздействовать на выходной вал, который поворачивается таким образом, чтобы достигнуть увеличения продолжительности опорного импульса. Как только он сравняется с управляющим импульсом, двигатель прекратит свою работу.

При уменьшении длительности управляющего импульса происходит все то же самое, только с точностью до наоборот, так как двигатель начинает вращаться в обратную сторону. Как только импульсы сравнялись, двигатель останавливается.

Сервопривод переменного тока

В сервоприводах переменного тока используется синхронный двигатель с мощными постоянными магнитами. В таких двигателях частота вращения ротора совпадает с частотой вращения магнитного поля, наводимого в обмотке статора.

Принцип работы сервопривода на основе трехфазного синхронного электродвигателя состоит в следующем. На обмотки статора поступает трехфазное напряжение, которое создает внутри него вращающееся магнитное поле. Это поле взаимодействует с постоянными магнитами, расположенными в роторе. В результате ротор вращается с частотой магнитного поля.

На валу ротора закреплен энкодер с высокой разрешающей способностью. Сигнал от него поступает по отдельному кабелю на специальный вход сервоусилителя. В то же время на управляющий вход сервоусилителя подается сигнал управления. В результате сравнения этих двух сигналов выделяется сигнал рассогласования, величина которого прямо пропорциональна разнице между целевыми и актуальными показателями вращения двигателя. На основании данного сигнала формируется трехфазное напряжение с такими параметрами, которые обеспечивают максимально быстрое уменьшение рассогласования до нуля.

Режимы управления

Существуют три основных режима работы сервопривода переменного тока.

Режим управления положением. Главное в этом режиме – контроль за углом поворота вала ротора. Управление производится последовательностью импульсов, которые могут приходить, например, с контроллера. Этот режим используется для точного позиционирования различных узлов технологического оборудования.

Комбинация импульсов для управления положением может передавать информацию не только по положению, но также по скорости и направлению вращения двигателя. Для этого могут использоваться три типа сигналов: 1) квадратурные импульсы (со сдвигом фаз на 90 градусов), 2) импульсы вращения по или против часовой стрелки, действующие поочередно и 3) импульсы скорости и потенциал направления, подающиеся на два входа.

Как правило, во всех сервоусилителях входы управления именуются как PULSE, SIGN.

Режим управления скоростью. В данном случае управление производится аналоговым сигналом. Значения скорости также могут переключаться на фиксированные величины подачей сигналов на соответствующие дискретные входы. В случае использования разнополярного аналогового управляющего сигнала возможна смена направления вращения серводвигателя.

Режим управления скоростью схож с работой асинхронного двигателя, управляемого преобразователем частоты. Задаются такие параметры, как время разгона и замедления, максимальная и минимальная скорости и другие.

Режим управления моментом.

В этом режиме двигатель может вращаться либо стоять на месте, но при этом момент на валу будет заданным. Управление может производиться дискретным либо аналоговым двухполярным сигналом. Этот режим может использоваться для машин, где необходимо менять усилие прижима, давление и т. п.

Оценка текущего момента двигателя, необходимого для управления, производится за счет встроенного датчика тока.

Процесс рекуперации

Рекуперация происходит при изменении направления (знака) момента нагрузки по отношению к вращающему моменту серводвигателя. Если энергия рекуперации невелика, она накапливается на конденсаторах звена постоянного тока, повышая напряжение на них.

Если разница абсолютных значений моментов нагрузки и серводвигателя составляет значительную величину, напряжение на конденсаторах шины постоянного тока может превысить пороговый уровень. В этом случае энергия рекуперации сбрасывается в тормозной резистор.

Другие полезные материалы:
Выбор оптимального типоразмера электродвигателя
Сервопривод или шаговый двигатель?
Принципы программирования ПЛК

Сервоприводы. Виды и устройство. Характеристики и применение

Сервоприводы и механизмы оснащены датчиком, который отслеживает определенный параметр, например усилие, положение или скорость, а также управляющий блок в виде электронного устройства. Задачей этого устройства является поддержание необходимых параметров в автоматическом режиме во время функционирования устройства, в зависимости от вида поступающего сигнала от датчика в определенные периоды времени.

Виды сервоприводов

При необходимости создания управления несколькими группами сервоприводов используют контроллеры с ЧПУ, которые собраны на схемах программируемых логических контроллеров. Такие сервоприводы способны обеспечить крутящий момент 50 Н*м, мощностью до 15 киловатт.

Синхронные способны задать скорость вращения электродвигателя с большой точностью, так же как ускорение и угол поворота. Синхронные виды приводов могут быстро достигать номинальной скорости вращения.

Асинхронные способны точно выдерживать скорость даже на очень низких оборотах.

Сервоприводы принципиально разделяют на электромеханические и электрогидромеханические. Электромеханические приводы состоят из редуктора и электродвигателя. Но их быстродействие оказывается намного меньше. В электрогидромеханических приводах движение создается путем движения поршня в цилиндре, вследствие чего быстродействие оказывается на очень высоком уровне.

Устройство и работа

От обычного электродвигателя сервопривод отличается тем, что можно задать точное положение вала в градусах. Сервоприводы – это любые механические приводы, которые включают в себя датчик некоторого параметра и блок управления, который способен автоматически поддерживать требуемые параметры, соответствующие определенным внешним значениям.

1 — Шестерни редуктора
2 — Выходной вал
3 — Подшипник
4 — Нижняя втулка
5 — Потенциометр
6 — Плата управления
7 — Винт корпуса
8 — Электродвигатель постоянного тока
9 — Шестерня электродвигателя

Для преобразования электрической энергии в механическое движение, необходим электродвигатель. Приводом является редуктор с электродвигателем. Редуктор требуется для снижения скорости двигателя, так как скорость слишком большая для применения. Редуктор состоит из корпуса, в котором расположены валы с шестернями, способными преобразовывать и передавать крутящий момент.

Путем запуска и останова электродвигателя можно приводить в движение выходной вал редуктора, который связан с шестерней сервопривода. К валу можно присоединять устройство или механизм, которым требуется управлять. Кроме этого для контроля положения вала требуется наличие датчика обратной связи. Этот датчик может преобразовать угол поворота снова в сигнал электрического тока.

Такой датчик получил название энкодера. В качестве энкодера может применяться потенциометр. Если бегунок потенциометра поворачивать, то будет изменяться его сопротивление. Значение этого сопротивления прямо пропорционально зависит от угла поворота потенциометра. Таким образом, есть возможность добиться установки определенного положения механизма.

Кроме выше названного потенциометра, редуктора и электродвигателя, сервоприводы оснащены электронной платой, которая обрабатывает поступающий сигнал внешнего значения параметра от потенциометра, сравнивает, и в соответствии с результатом сравнения запускает или останавливает электродвигатель. Другими словами эта электронная начинка отвечает за поддержку отрицательной обратной связи.

Подключение сервопривода осуществляется тремя проводниками, два из которых подают питание напряжением электродвигателя, а по третьему проводнику поступает сигнал управления, с помощью которого выполняется установка положения вала двигателя.

Кроме электродвигателя, играть роль привода может и другой механизм, например пневматический цилиндр со штоком. В качестве датчика обратной связи применяют также датчики поворота угла, либо датчик Холла. Управляющий блок является сервоусилителем, частотным преобразователем, индивидуальным инвертором. Он может содержать также и датчик сигнала управления.

При необходимости создания плавного торможения или разгона для предотвращения чрезмерных динамических нагрузок двигателя, выполняют схемы более сложных микроконтроллеров управления, которые могут контролировать позицию рабочего элемента намного точнее. Подобным образом выполнено устройство привода установки позиции головок в компьютерных жестких дисках.

Характеристики сервоприводов

Основные параметры, которые характеризуют сервоприводы:

• Усилие на валу. Этот параметр является крутящим моментом. Это наиболее важный параметр сервопривода. В паспортных данных чаще всего указывается несколько значений момента для разных величин напряжения.
• Скорость поворота также является важной характеристикой. Она указывается в эквиваленте времени, необходимом для изменения позиции выходного вала привода на 60 градусов. Этот параметр также могут указывать для нескольких значений напряжения.
• Тип сервоприводов бывает аналоговый или цифровой.
• Питание. Основная часть сервоприводов функционирует на напряжении 4,8-7,2 вольта. Питание подается чаще всего по трем проводникам: белый – сигнал управления, красный – напряжение работы, черный – общий провод.
• Угол поворота – это наибольший угол, на который выходной вал способен повернуться. Чаще всего этот параметр равен 180 или 360 градусов.
• Постоянного вращения. При необходимости обычный сервопривод можно модернизировать для постоянного вращения.
• Материал изготовления редуктора сервоприводов бывает различным: карбон, металл, пластик, либо комбинированный состав. Шестерни, выполненные из пластика, не выдерживают ударных нагрузок, однако обладают высокой износостойкостью. Карбоновые шестерни намного прочнее пластмассовых, но имеют высокую стоимость. Шестерни из металла способны выдержать значительные нагрузки, падения, но имеют низкую износостойкость. Выходной вал редуктора устанавливают по-разному на разных моделях: на втулках скольжения, либо на шариковых подшипниках.

 

Преимущества

• Легкость и простота установки конструкции.
• Безотказность и надежность, что важно для ответственных устройств.
• Не создают шума при эксплуатации.
• Точность и плавность передвижений достигается даже на малых скоростях. В зависимости от поставленной задачи разрешающая способность может настраиваться работником.

Недостатки

• Сложность в настройке.
• Повышенная стоимость.

Применение

Сервоприводы в настоящее время используются достаточно широко. Так, например, они применяются в различных точных приборах, промышленных роботах, автоматах по производству печатных плат, станках с программным управлением, различные клапаны и задвижки.

Наиболее популярными стали быстродействующие приводы в авиамодельном деле. Серводвигатели имеют достоинство в эффективности расхода электрической энергии, а также равномерного движения.

В начале появления серводвигателей использовались коллекторные трехполюсные моторы с обмотками на роторе, и с постоянными магнитами на статоре. Кроме этого, в конструкции двигателя был узел с коллектором и щетками. Далее, по мере технического прогресса число обмоток двигателя увеличилось до пяти, а момент вращения возрос, так же как и скорость разгона.

Следующим этапом развития серводвигателей было расположение обмоток снаружи магнитов. Этим снизили массу ротора, уменьшили время разгона. При этом стоимость двигателя увеличилась. В результате дальнейшего проектирования серводвигателей было решено отказаться от наличия коллектора в устройстве двигателя. Стали применяться двигатели с постоянными магнитами ротора. Мотор стал без щеток, эффективность его возросла вследствие увеличения крутящего момента, скорости и ускорения.

В последнее время наиболее популярными стали сервомоторы, работающие от программируемого контроллера (Ардуино). Вследствие этого открылись большие возможности для проектирования точных станков, роботостроения, авиастроения (квадрокоптеры).

Так как приводы с моторами без коллекторов обладают высокими функциональными характеристиками, точным управлением, повышенной эффективностью, они часто применяются в промышленном оборудовании, бытовой технике (мощные пылесосы с фильтрами), и даже в детских игрушках.

Сервопривод отопления

По сравнению с механической регулировкой системы отопления, электрические сервоприводы являются наиболее совершенными и прогрессивными техническими устройствами, обеспечивающими поддержание параметров отопления помещений.

1 — Блок питания
2 — Комнатные термостаты
3 — Коммутационный блок
4 — Серводвигатели
5 — Подающий коллектор
6 — Обход
7 — Водяной теплый пол
8 — Обратный коллектор
9 — Датчик температуры воды
10 — Циркулярный насос
11 — Шаровый клапан
12 — Регулировочный клапан
13 — Двухходовой термостатический клапан

Привод системы отопления функционирует совместно с термостатом, установленным на стену. Кран с электрическим приводом монтируется на трубе подачи теплоносителя, перед коллектором теплого водяного пола. Далее выполняется подключение питания 220 вольт и настройка терморегулятора рабочего режима.

Система управления оснащается двумя датчиками. Один из них расположен в полу, другой в помещении. Датчики передают сигналы на термостат, управляющий сервоприводом, который соединен с краном. Повысить точность регулировки можно путем установки дополнительного прибора снаружи помещения, так как условия климата непрерывно изменяются, и оказывают влияние на температуру в комнате.

Привод механически соединен с клапаном для его управления. Клапаны могут быть двух- и трехходовыми. Двухходовой клапан может изменять температуру воды в системе. Трехходовой клапан способен поддерживать температуру неизменной, однако изменяет потребление горячей воды, которая подается в контуры. В устройстве трехходового клапана имеется два входа для горячей воды (трубы подачи) и выход обратной воды, через который подается смешанная вода с заданной температурой.

Смешивание воды происходит с помощью клапана. При этом осуществляется регулировка подачи теплоносителя в коллекторы. При открывании одного входа, другой начинает закрываться, а расход воды на выходе не изменяется.

Сервоприводы багажника

В настоящее время современные автомобили чаще всего стали производит с функцией автоматического открывания багажника. Для такой цели применяют рассмотренную нами конструкцию сервопривода. Автопроизводители используют два метода для оснащения такой функцией автомобиля.

Конечно, пневмопривод багажника более надежен, однако его стоимость достаточно высока, поэтому в автомобилях такой привод не нашел применения.

Электрический привод выполняется с разными способами управления:

• Рукояткой на крышке багажника.
• Кнопкой на панели двери водителя.
• С пульта сигнализации.

Открывать багажник вручную не всегда бывает удобным. Например, зимой замок имеет свойство замерзать. Сервопривод дополнительно выполняет функцию защиты автомобиля от чужого проникновения, так как совмещен с устройством замка.

Такие приводы багажника используются на некоторых импортных автомобилях, однако, можно установить такой механизм и на отечественных машинах, было бы желание.

Существуют приводы багажника с магнитными пластинами, однако они не нашли применения, так как их устройство достаточно сложное.

Наиболее приемлемыми по цене являются сервоприводы багажника, которые выполняют только открывание. Функция закрывания для них недоступна. Также можно выбрать конструкцию модели привода, имеющего инерционный механизм. Он играет роль блокировки при появлении препятствия при движении багажника.

Дорогостоящие модели сервоприводов включают в себя механизм подъема и опускания багажника, доводчика механизма запирания, датчиков и контроллера. Обычно их на автомобилях устанавливают на заводе, однако простые конструкции вполне можно монтировать самостоятельно.

Похожие темы:

Принцип работы сервопривода, что такое сервопривод

Сервопривод – это привод, предназначенный для осуществления контроля (угол поворота вала, скорость вращения/движения и так далее) над различными объектами, находящимися в постоянном движении. Контроль производится в зависимости от заданных ему параметров извне.

Рисунок 1. Сервопривод

Данный механизм получил достаточно широкое применение в различных промышленных сферах. Например, чаще всего его можно увидеть в конструкциях станков/машин для создания таких материалов/предметов и их обработки как:

• Упаковки и бумага;
• Листовой металл;
• Обработка материалов;
• Транспортное оборудование;
• Стройматериалы.

Также они могут использоваться в управляющих элементах механических систем (заслонка/задвижка, багажник автомобиля и тому подобные механизмы). Сервопривод очень полезен, так как позволяет поддерживать необходимый вам параметр.

Устройство

Рисунок 2. Устройство сервопривода

Сервопривод включает в свой состав такие элементы как:

• Приводной механизм – к примеру, это может быть электромотор. Благодаря ему становится возможным управление скоростью нужного диапазона в определённый временной момент;
• Датчики – осуществляют контроль над необходимыми параметрами. Могут быть предназначены для отслеживания положения, усилия, поворота угла или скорости вращения объекта;
• Блок управления – немало важный элемент, так как именно благодаря ему происходит поддержание требуемых параметров в автоматическом режиме;
• Блок питания – питает данный механизм.

Интересно, что самый простой управляющий блок чаще всего создаётся с использованием схемы сравнений значений на датчике и необходимых значений при подаче напряжения определённой полярности на привод.

Виды

Сервоприводы могут быть произведены в самых различных комплектациях. Эти устройства разделяют по принципу движения:

Вращательное

Представлено двумя вариациями: синхронной и асинхронной. Синхронный вариант помогает задать высокоточные параметры скорости вращения, углов поворота и ускорения. По сравнению с асинхронным скорость набирают быстрее, поэтому и стоят больше;

Асинхронный привод отличается способностью поддержания с большой точностью необходимой скорости даже в условиях низких оборотов.

Линейное

Также делится на два варианта: плоские и круглые. Двигатели данного типа развивают достаточно высокое ускорение (70 метров в секунду).

Ещё их выделяют по способу действия:

• Электромеханические механизмы – формирование движений происходит за счёт электродвигателя с редуктором;
• Электрогидромеханические – у них любое движение создаётся с участием системы поршня-цилиндра. В сравнении с электромеханическим приводом они обладают отличительно высоким быстродействием.

Параметры

Абсолютно любой сервопривод классифицируется по следующим параметрам:

Поворотная скорость представляет собой конкретный временной промежуток, необходимый для изменения позиции вала и зависима от определённого напряжения.

Поворотный угол выходного вала. Обычно этот параметр равен 180, 360.

Крутящий момент является самым важным параметром работы механизма и регулируется в зависимости от напряжения.

Управление сервопривода зависит от его типа – цифровой он или аналоговый.

Питание. Чаще всего в моделях используют напряжение, варьирующееся от 4.8 до 7.2 вольт.

Материал. Для изготовления редуктора могут использовать различные материалы. Для шестерней используют металл, карбон, пластик. Металл отличается большой устойчивостью в условиях динамических нагрузок, но не долговечен. Пластик долговечен, но не устойчив в динамических нагрузках.

Размер. По этому параметру приводы делят на микро-, стандартные и большие (существуют и другие размеры, но эти самые распространенные).

Принцип работы сервопривода

Рисунок 3. Принцип работы сервопривода

Движение редукторного выходного вала, который связан сервоприводом с шестернями, происходит за счёт работы электродвигателя. Для регулирования оборотов предназначен редуктор. Для управления необходимыми механизмами вал соединяется непосредственно с ними.

Его положение контролирует специальный датчик (на них основано всё устройство), который преобразует угол поворота в электро-сигналы. Такой датчик носит название энкодера. Во время поворота бегунка сопротивление энкодера изменяется. Это изменение пропорционально зависимо от угла поворота датчика. Благодаря этому принципу работы механизм можно зафиксировать в нужной позиции.

Для поддержания отрицательной обратной связи используется электронная плата, которая обрабатывает сигналы, приходящие от энкодера. Она сравнивает параметры и определяет запускать или остановить электродвигатель.

Управление

Для того чтобы серводвигатель мог функционировать в нём используют специальную систему, основанную на G-кодах. Упомянутые коды представлены набором управляющих команд, которые заложены в программе.

Например, в системе ЧПУ сервопривод контактирует с инверторами, способными изменять напряжение, которое соответствует входному, в обмотке электромотора.

Вся система серводвигателя управляется/контролируется блоком управления, из которого поступают различные команды, например, передвижения по оси Х или У. После подачи команды в инверторе создаётся определённое напряжение, питающее привод. Затем серводвигатель начинает своё круговое движение, связанное с главным исполнительным элементом механизма и энкодером.

Энкодер создаёт множество импульсов, которые подсчитываются блоком, осуществляемыми управление устройством. Для каждой позиции исполнительного элемента в программе установлено определённое количество импульсов. Так под их влиянием либо подаётся напряжение на моторчик, либо прекращается.

Преимущества и недостатки

Приятной особенностью сервоприводов является их достаточно малый размер и вес, что позволяет устанавливать их в различные конструкции с лёгкостью. Также они отличаются своей почти полностью бесшумной работой, что очень важно при использовании данных устройств на определённых участках. Любой сервопривод можно настроить персонально под свои конкретные задачи.

Благодаря сервоприводу можно осуществлять управление с отличительной большой точностью и стабильностью.

Из недостатков выделяется только сложность в их настройке и стоимости.

Подключение

Рисунок 4. Подключение сервопривода к системе Arduino

Подключение сервопривода осуществляется за счёт проводников в количестве трёх штук. Два проводника используются для подачи питания на электромотор, а оставшийся необходим для передачи сигналов от блока управления, которые приводят вал в нужную позицию.

Стоит отметить, что для того чтобы снизить вероятность огромных динамических нагрузок, которым может подвергаться электромотор, необходимо осуществлять как плавный разгон мотора, так и его торможение. Для этой цели создаются и используются более высокие по сложности микроконтроллеры, которые обеспечивают высокую точность в контроле и управлении положением рабочей детали.

Шаговый сервопривод

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 6 чел.
Средний рейтинг: 4.3 из 5.

Сервопривод. Что это такое и когда его применять

Что такое сервопривод?

Сервопривод это электрический мотор с обратной связью. С функциональной точки зрения это обозначает, что это такой мотор, который можно очень точно позиционировать. Точность позиционирования достигается с помощью обратной связи – датчика, встроенного в мотор.

Работа сервопривода заключается в следующем:

На двигатель подается управляющий импульс, который запускает его. Останов двигателя происходит в момент достижения необходимой позиции, о которой сигнализирует обратная связь, в виде датчика;

Стандартная схема сервопривода состоит из следующих основных узлов (см.рис.):

Редуктор; Вал; Подшипник вала; Втулка; Датчик обратной связи; Плата управления; Винты; Электродвигатель; Передача электродвигателя (шестерня).

Рассмотрим более подробно, как происходит управление сервоприводом:

При подаче управляющего сигнала на сервопривод специальная электросхема производит сравнение поступившего напряжения и напряжения на датчике обратной связи (потенциометре). Если разность напряжений не равна нулю, то привод приходит в движение. Движение происходит до тех пор, пока разность сигналов не станет равна нулю.

Для чего применяются сервоприводы?

Сервоприводы очень распространены в различных сферах производства, и не только. Особенную популярность они получили в тех отраслях, где требуется очень точное позиционирование, это:

• Фасовочные и упаковочные машины;
• Разливные машины;
• Этикеровочные машины;
• Промышленная робототехника;
• Производство печатных плат;
• Станки с ЧПУ;
• Авиамодельное дело.

Также сервопривода используют для установки на различные клапаны и задвижки, требующие особенной точности и надежности.

Какие сервоприводы применяются?

Широкое распространение серводвигателей повлекло за собой появление их различных видов, которые можно разделить по следующим критериям:

Подбор сервопривода. Почему это важно?

Когда встает вопрос о выборе необходимого сервопривода, важно знать основные технические параметры, по которым следует делать выбор:

• Момент на валу – сила, которую может преодолеть двигатель при вращении;
• Скорость – на сколько градусов повернется вал двигателя за единицу времени;
• Питающие напряжение – определяет величину напряжения, подключаемого к сервоприводу;
• Угол вращения – максимальный поворот вала, обычно 180 или 360 градусов;
• По углу поворота – бывают постоянного поворота (то есть только на 90 или любой другое значение), а могут быть на любой угол в определённых пределах;
• Тип управления устройством – цифровой, либо аналоговый.

Правильно подобранный сервопривод будет очень надежно и долго служить вам, и выполнять поставленную перед ним задачу с максимальной точностью.

Вывод

Для того чтобы подвести итог о сервоприводах, выделим его плюсы и минусы: 

• Плюсы:
  • Универсальность – широкий выбор вида и уровня мощности;
  • Точность и надёжность повышенные;
  • Высокая скорость, в сравнении с другими видами двигателей;
  • Бесшумная работа;
  • Точная работа на малых оборотах.
• Минусы:
  • Более «громоздкая» система за счет наличия датчика обратной связи;
  • Управление сложнее, чем, например, шаговым двигателем;
  • Высокая стоимость. 

Как получить подробную информацию?

Для того чтобы купить сервопривод или получить более подробную информацию, обратитесь к нашим специалистам. Компания «РусАвтоматизация» поможет в выборе необходимого для решения поставленной задачи серводвигателя. При этом вы сэкономите время и деньги за счёт выбора оптимального функционала.

Работа с серводвигателями — XOD

Сервопривод — это специальное электромеханическое устройство, которое использует обнаруживающую ошибки отрицательную обратную связь для коррекции работы механизма. Сервоприводы могут быть пневматическими, гидравлическими и даже пьезоэлектрическими, но наиболее распространенными являются сервоприводы с электродвигателем или серводвигатели.

Серводвигатели — это сервоприводы с выходным вращающимся валом. Основное назначение серводвигателя — поддерживать выходной вал под заданным углом или с определенной скоростью вращения. Обычно серводвигатель состоит из трех компонентов: двигателя, датчика положения или угла и электронной платы управления.Эти компоненты сильно различаются в зависимости от типа приложения и требуемой точности. Двигатель может иметь редуктор, быть постоянным или переменным током или даже шаговым. Угловое позиционирование может быть выполнено с помощью недорогих потенциометров или высокоточных промышленных датчиков вращения. Плата управления может выполнять только основные функции сервопривода или быть интеллектуальной и обеспечивать подробную обратную связь, содержащую крутящий момент, температуру двигателя и другие данные.

В мире DIY наиболее популярны так называемые сервоприводы «хобби» или «RC» из-за их доступности, надежности и простоты управления микроконтроллерами.Внутри у них есть мотор-редуктор постоянного тока с потенциометром, устанавливающим вал. Эти сервоприводы управляются сигналами с широтно-импульсной модуляцией (PDM). Электроника переводит ширину импульса в положение вала. Когда плата управления получает команду перемещения, двигатель вращается, пока потенциометр не достигнет значения, соответствующего заданному положению.

Для работы с такими сервоприводами в XOD существует специальная библиотека узлов xod-dev / servo .

Узел быстрого запуска

Для начала работы с серводвигателем в библиотеке предусмотрен узел быстрого запуска servo .

Этот узел содержит все необходимые настройки, которые подходят практически для любого хобби сервопривода RC. Достаточно подключить сервопривод к плате микроконтроллера через любой порт. Номер этого порта должен быть установлен на входном значении PORT серво узла .

Значение на штифте VAL представляет собой целевое положение для вращения вала сервопривода. Этот вывод ожидает значения в диапазоне от 0 до 1 . Значение 0 соответствует крайнему положению вала сервопривода в одном направлении, тогда как значение 1 соответствует противоположному направлению.Для большинства серводвигателей, созданных для роботов, максимальный угол поворота составляет 180 °. Итак, при значении 0 на штифте VAL узел поворачивает вал сервопривода в положение 0 °, а при значении 1 — в положение 180 °.

Значение логического типа true на входе ACT заставляет сервоузел реагировать на входящие изменения VAL . Если значение ACT равно false серво-вал удерживается на последнем полученном значении положения.

Примеры быстрого запуска

Для серво узла значение положения вала может быть установлено по-разному.

Вы можете установить его на константу, используя узел с постоянным номером .

В этом случае угол наклона вала сервопривода фиксируется на протяжении всей работы программы.

Значение положения вала можно ввести непосредственно в поле значений входного штифта VAL .

Здесь рупор сервопривода также удерживается под заданным углом.

Вы можете использовать узел с номером настройки вместе с режимом отладки и вручную устанавливать каждое новое значение положения для вала.

Значение сервопривода можно получить из других узлов. Например, от узла pot работает потенциометр. Подключите потенциометр к микроконтроллеру и соедините выходной контакт узла pot с входным контактом узла servo .

Поверните ручку потенциометра, чтобы увидеть, как движется вал сервопривода.

Расширенная инициализация сервоустройства

Если у вас нестандартный серводвигатель или вы хотите точно настроить сервопривод, используйте узел сервоустройства .

Серводвигатели

Hobby RC могут иметь разные углы поворота: от 0 до 120 градусов, от 0 до 180, от 0 до 270 и т. Д. Крайние положения сервопривода соответствуют импульсам PDM определенной ширины. Значение ширины импульса может находиться в диапазоне от 544 до 2400 микросекунд, от 500 до 2500, от 1000 до 2000 и т. Д.Чаще всего значения максимальной и минимальной длительности импульса упоминаются в даташите производителя сервоприводов.

Узел сервоустройства конструирует и выводит объект сервоустройства пользовательского типа, содержащий указанную вами максимальную и минимальную длину импульса. Наименьшее значение ширины импульса устанавливается на выводе Pmin , а максимальное - на выводе Pmax . В XOD крайние значения ширины импульса по умолчанию установлены на 544 и 2400 микросекунд.Изменяя значения этих выводов, вы можете определить сервоустройство , которое подходит для вашего конкретного серводвигателя. Кроме того, они могут сузить или расширить рабочий диапазон, если это допускается конструкцией сервопривода.

Расширенный сервопривод поворота

Чтобы выполнить вращение сервоустройства , используйте узел вращения . Свяжите его вывод DEV с узлом сервоустройства и установите желаемое значение угла на выводе VAL .

Входной импульсный сигнал на выводе DO запускает команду вращения.Если команда подтверждается сервоустройством, движение начинается и импульсный сигнал поступает на выходной контакт ACK . При использовании узла поворота сервопривод движется с максимально возможной скоростью вращения.

Скорость и последовательность вращения

Вы можете регулировать скорость вращения вашего серводвигателя с помощью узла rotate-slow . Введите желаемое значение угла в штифт VAL и требуемую скорость вращения в RATE .

Когда вы используете узел повернуть , команда для сервопривода на поворот на желаемый угол генерируется только один раз. В отличие от него, узел с медленным вращением генерирует команды вращения многократно и непрерывно с различными углами, пока не будет достигнуто желаемое значение VAL . Значение RATE определяет величину изменения VAL в секунду для команд вращения.

Для обеспечения точности значение RATE должно быть ниже максимальной скорости вращения сервопривода.Максимальную скорость можно найти в таблице данных производителя сервопривода.

Например, в техническом описании FEETECH FS90 Micro Servo указано, что он поворачивается на 60 градусов примерно за 0,12 секунды. Это означает, что полный оборот от 0 до 180 такой сервопривод совершает за 0,36 секунд. Разделив 1 секунду на 0,36, вы получите наивысшую скорость RATE этого сервопривода: 2,77 . В некоторых случаях максимальное значение RATE можно получить эмпирически или методом проб и ошибок.

Вывод MUX узла с замедленным вращением имеет тип мьютекс . Мьютекс описывает взаимоисключающий ресурс. Он используется, чтобы избежать конфликтов между узлами, контролирующими длительные процессы ротации. В с замедленным вращением мьютекс используется для защиты текущего процесса вращения от вставки внешних команд, генерируемых другими узлами вращения.

Давайте сделаем патч, который поворачивает сервопривод от 0 ° до 180 ° с RATE , установленным на четверть максимальной скорости вращения, а затем в противоположном направлении с RATE , установленным на половину максимальной скорости.

Добавьте в патч пару узлов с медленным вращением . Первый узел поворачивает вал на 180 градусов. Свяжите его с узлом сервоустройства и установите VAL на 1 , соответствующий 180 градусам. Чтобы установить четверть максимальной скорости вращения, разделите значение максимальной скорости 2,77 на 4 и поместите полученное значение 0,69 на вывод RATE .

Свяжите второй узел с медленным вращением с шиной DEV .Узел поворачивает вал назад сразу после первого вращения, поэтому соедините его входной вывод DO с выходным выводом DONE предыдущего узла, чтобы создать последовательность. Значение VAL , установленное на 0, соответствует 0 °, а значение RATE , установленное на 1,38, соответствует половине максимальной скорости сервопривода.

Здесь два узла участвуют во вращении сервопривода. Чтобы они не мешали друг другу, добавьте узел mutex и соедините шины MUX .

Последний шаг - цикл программы с использованием defer и любых узлов . Прошиваем патч и посмотрим на результат.

Текущая позиция

Вы можете узнать, в каком положении должен находиться вал сервопривода в конкретный момент. Для этого есть узел значения позиции . Используйте его, чтобы получить текущий угол сервопривода от сервопривода .

Давайте расширим предыдущий пример с помощью узла значение позиции .

Добавьте его в патч и свяжите с шиной DEV . Вывод UPD устанавливает частоту обновления для текущего угла VAL . Вы можете непрерывно контролировать текущий угол сервопривода, используя узел watch вместе с режимом отладки. Загрузите улучшенный патч.

---

Сделайте ваш робот или проект движущимся с помощью серводвигателей и библиотеки xod-dev / servo . Используйте quickstart xod-dev / servo для решения простых задач или расширенные узлы разработки сервоприводов для создания сложных алгоритмов вращения.

.

device - это ... Что такое сервоприбор?

Сервопривод - может относиться к: * сервомеханизму или сервоприводу, устройству, используемому для обеспечения управления желаемой операцией посредством использования обратной связи * сервоприводу, специальному электрическому усилителю, используемому для питания электрических серводвигателей * сервомотору Tom Servo, a вымышленный персонаж из…… Википедии

Вкладка сервопривода - NOTOC Вкладка сервопривода (иногда называемая вкладкой Флеттнера в честь ее изобретателя Антона Флеттнера) представляет собой небольшое шарнирное устройство, установленное на поверхности управления самолетом, чтобы способствовать ее перемещению.вкладки ervo Вкладки сервопривода перемещаются в противоположном направлении…… Wikipedia

сервопривод - [1] Серводвигатель обеспечивает питание сервомеханизма. Сервомеханизм - это устройство малой мощности (электрическое, гидравлическое или пневматическое), используемое для запуска и управления более сложным или мощным механизмом. [2] Устройство с масляным приводом, используемое для…… автомобильного словаря

сервопривод - Сокращение от сервомеханизма, электромеханического устройства, которое использует обратную связь для обеспечения точных запусков и остановок для таких функций, как двигатели на ленточном накопителе или перемещение рычага доступа на диске ... ИТ-глоссарий терминов, сокращения и сокращения

сервопривод - н.сервомеханизм, устройство, которое преобразует подачу малой энергии в движение высокой энергии; серводвигатель, двигатель, который функционирует как управляющее устройство в сервомеханизме… Современный английский словарь

сервопривод - Двигатель или другой вид исполнительного механизма, который получает слабый сигнал от устройства управления и прикладывает большое усилие для выполнения желаемой работы. См. Сервомеханизм… Словарь авиационный

сервоуправление - существительное: вспомогательное авиационное устройство для усиления с помощью аэродинамического или механического реле усилия пилота при управлении органом управления, обычно состоящим из небольшого шарнирного вспомогательного аэродинамического профиля на задней кромке элерона, руля высоты или руля направления ... … Полезный английский словарь

Цифровой сервоконтроллер - Цифровые сервоконтроллеры - это устройства (обычно компьютерные), которые обеспечивают управление движением путем обработки цифровых сигналов.Обычно контроллер имеет входы, подключенные к датчикам на устройстве, которым они управляют, которые измеряют обратную связь, ее ток…… Wikipedia

Встроенный сервопривод - или сервопривод клина - это тип конфигурации сервопривода, используемый на жестких дисках. Встроенные сервосистемы встраивают сигналы обратной связи для позиционера головки чтения / записи (обычно двигателя звуковой катушки) в зазоры (клинья) на дорожках данных на диске. Это…… Википедия

Storage Module Device - (SMD) - семейство устройств хранения (жестких дисков), впервые поставленных Control Data Corporation в декабре 1973 года как дисковый модуль CDC 9760 40 МБ (неформатированный). Издание, стр.6]. … Википедия

Губернатор (устройство) - Для использования в других целях, см губернатор (значения). Регулятор или ограничитель скорости - это устройство, используемое для измерения и регулирования скорости машины, например двигателя. Классическим примером является центробежный регулятор, также известный как Ватт или шаровой шар…… Википедия

.

Автоматическое слежение за объектами зрения. Сервопривод панорамирования / наклона помогает… | Марсело Роваи

Сервоустройство панорамирования / наклона, помогающее камере автоматически отслеживать цветные объекты с помощью зрения.

В предыдущем уроке мы изучили, как управлять сервоприводом панорамирования / наклона, чтобы установить PiCam. Теперь мы воспользуемся нашим устройством, чтобы помочь камере автоматически отслеживать цветные объекты, как вы можете видеть ниже:

Это мой первый опыт работы с OpenCV, и я должен признаться, я влюблен в эту фантастическую «Библиотеку компьютерного зрения с открытым исходным кодом».

OpenCV бесплатен как для академического, так и для коммерческого использования. Он имеет интерфейсы C ++, C, Python и Java и поддерживает Windows, Linux, Mac OS, iOS и Android. В моей серии руководств по OpenCV мы сосредоточимся на Raspberry Pi (то есть Raspbian как ОС) и Python. OpenCV был разработан для вычислительной эффективности и с упором на приложения реального времени. Итак, он идеально подходит для проектов в области физических вычислений!

Я использую Raspberry Pi V3, обновленный до последней версии Raspbian (Stretch), поэтому лучший способ установить OpenCV - это следовать отличному руководству, разработанному Адрианом Роузброком: Raspbian Stretch: Установите OpenCV 3 + Python на вашем компьютере. Raspberry Pi.

Я пробовал несколько разных руководств по установке OpenCV на свой Pi. Учебник Адриана - лучший. Я советую вам сделать то же самое, шаг за шагом следуя его указаниям.

После того, как вы закончите учебник Адриана, у вас должна быть виртуальная среда OpenCV, готовая для проведения наших экспериментов на вашем Pi.

Перейдем в нашу виртуальную среду и убедимся, что OpenCV 3 правильно установлен.

Адриан рекомендует запускать команду «source» каждый раз, когда вы открываете новый терминал, чтобы убедиться, что системные переменные установлены правильно.

 source ~ / .profile 

Затем введите в нашу виртуальную среду:

 workon cv 

Если вы видите текст (cv) перед вашим запросом, то вы находитесь в виртуальной среде cv virtual :

 ( cv) pi @ raspberry: ~ $ 

Адриан обращает внимание на то, что виртуальная среда Python cv полностью независима и отделена от версии Python по умолчанию, включенной в загрузку Raspbian Stretch. Таким образом, любые пакеты Python в глобальном каталоге site-packages не будут доступны для виртуальной среды cv.Точно так же любые пакеты Python, установленные в пакетах сайтов cv, не будут доступны для глобальной установки Python.

Теперь введите в свой интерпретатор Python:

 python 

и подтвердите, что вы используете версию 3.5 (или выше)

Внутри интерпретатора (появится «>>>»), импортируйте библиотеку OpenCV:

 import cv2 

Если сообщения об ошибках не появляются, OpenCV правильно установлен НА ВАШЕЙ ВИРТУАЛЬНОЙ СРЕДЕ PYTHON.

Вы также можете проверить установленную версию OpenCV:

 cv2.__version__ 

Должна появиться 3.3.0 (или более высокая версия, которая может быть выпущена в будущем). Вышеупомянутый терминал PrintScreen показывает предыдущие шаги.

После установки OpenCV в RPi давайте проверим, правильно ли работает ваша камера.

Я предполагаю, что на Raspberry Pi уже установлена ​​камера PiCam.

Введите следующий код Python в своей среде IDE:

 import numpy as np 
 import cv2 
 cap = cv2.VideoCapture (0) while (True): 
 ret, frame = cap.read () 
 frame = cv2.flip (frame, -1) # Повернуть камеру по вертикали 
 gray = cv2.cvtColor (frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY) 
 cv2.imshow ('frame', frame) 
 cv2.imshow ('gray ', серый) 
 if cv2.waitKey (1) & 0xFF == ord (' q '): 
 break 
 cap.release () 
 cv2.destroyAllWindows () 

Приведенный выше код захватит видеопоток, который будет генерируется вашим PiCam, отображая его как в цвете BGR, так и в сером режиме.

Обратите внимание, что я повернул камеру вертикально из-за того, как она собрана.Если это не ваш случай, прокомментируйте или удалите командную строку «перевернуть».

Вы также можете загрузить код с моего GitHub: simpleCamTest.py

Для выполнения введите команду:

 python simpleCamTest.py 

Чтобы завершить программу, вы должны нажать клавишу [q] tor [Ctrl] + [C] на клавиатуре

На картинке показан результат.

Чтобы узнать больше об OpenCV, вы можете следовать руководству: loading -video-python-opencv-tutorial

Одна вещь, которую мы попытаемся выполнить, - это обнаружение и отслеживание определенного цветного объекта.Для этого мы должны немного больше понять, как OpenCV интерпретирует цвета.

Генри Данг написал отличный учебник по обнаружению цвета в Python с OpenCV.

Обычно наша камера работает с цветовым режимом RGB, который можно понять, если представить себе все возможные цвета, которые можно создать из трех цветных источников света: красного, зеленого и синего. Вместо этого мы будем работать с BGR (синий, зеленый, красный).

Как описано выше, с BGR пиксель представлен тремя параметрами: синим, зеленым и красным.Каждый параметр обычно имеет значение от 0 до 255 (или от 0 до FF в шестнадцатеричном формате). Например, чистый синий пиксель на экране вашего компьютера будет иметь значение B, равное 255, значение G, равное 0, и значение R, равное 0.

OpenCV работает с цветовой моделью HSV (оттенок, насыщенность, значение), поэтому он является альтернативным представлением цветовой модели RGB, разработанной в 1970-х годах исследователями компьютерной графики для более точного согласования с тем, как человеческое зрение воспринимает цветовые атрибуты:

Отлично. Итак, если вы хотите отслеживать определенный цвет с помощью OpenCV, вы должны определить его с помощью модели HSV.

Пример

Скажем, я должен отслеживать желтый объект, как показано на пластиковом поле выше. Самое простое - найти его элементы BGR. Вы можете использовать любую дизайнерскую программу, чтобы найти его (я использовал PowerPoint).

В моем случае я нашел:

• Синий: 71
• Зеленый: 234
• Красный: 213

Далее мы должны преобразовать модель BGR (71, 234, 213) в модель HSV, которая будет определяется верхней и нижней границами диапазона. Для этого запустим следующий код:

 import sys 
 import numpy as np 
 import cv2blue = sys.argv [1] 
 зеленый = sys.argv [2] 
 красный = sys.argv [3] color = np.uint8 ([[[синий, зеленый, красный]]]]) 
 hsv_color = cv2.cvtColor (цвет, cv2 .COLOR_BGR2HSV) 
 hue = hsv_color [0] [0] [0] print ("Нижняя граница:"), 
 print ("[" + str (hue-10) + ", 100, 100] \ n") 
 print («Верхняя граница:»), 
 print («[« + str (hue + 10) + », 255, 255]») 

Вы также можете загрузить код с моего GitHub: bgr_hsv_converter.py

Для выполнения введите следующую команду, имеющую в качестве параметров значения BGR, найденные ранее:

 python bgr_hsv_converter.py 71 234 213 

Программа распечатает верхнюю и нижнюю границы нашего объекта цветом.

В данном случае:

 нижняя граница: [24, 100, 100] 

и

 верхняя граница: [44, 255, 255] 

Терминал PrintScreen показывает результат.

И последнее, но не менее важное: давайте посмотрим, как OpenCV может «замаскировать» наш объект после того, как мы определили его цвет:

 import cv2 
 import numpy as np # Прочтите изображение - 1 означает, что нам нужно изображение в BGR 
 img = cv2.imread ('yellow_object.JPG', 1) # изменить размер изображения до 20% по каждой оси 
 img = cv2.resize (img, (0,0), fx = 0.2, fy = 0.2) # преобразовать изображение BGR в изображение HSV 
 hsv = cv2.cvtColor (img, cv2.COLOR_BGR2HSV) # NumPy для создания массивов для хранения нижнего и верхнего диапазона 
 # «dtype = np.uint8» означает, что тип данных является 8-битным целым числом 
 lower_range = np.array ( [24, 100, 100], dtype = np.uint8) 
 upper_range = np.array ([44, 255, 255], dtype = np.uint8) # создаем маску для изображения 
 mask = cv2.inRange (hsv, lower_range, upper_range) # отображать и маску, и изображение бок о бок 
 cv2.imshow ('mask', mask) 
 cv2.imshow ('image', img) # ждем, пока пользователь нажмет [ESC] 
 while (1): 
 k = cv2.waitKey (0) 
 if (k == 27 ): 
 breakcv2.destroyAllWindows () 

Вы также можете загрузить код с моего GitHub: colorDetection.py

Для выполнения введите следующую команду, имеющую в вашем каталоге фотографию с вашим целевым объектом (в моем случае: yellow_object.JPG ):

 python colorDetection.py 

На приведенном выше рисунке показано исходное изображение («изображение») и то, как объект будет выглядеть («маска») после того, как будет применена маска.

Теперь, когда мы знаем, как «выделить» наш объект с помощью маски, давайте отследим его движение в реальном времени с помощью камеры. Для этого я основал свой код на учебнике Адриана Роузброка по отслеживанию мяча с помощью OpenCV.

Я настоятельно рекомендую вам подробно прочитать руководство Адриана.

Сначала убедитесь, что у вас установлена ​​библиотека imutils . это коллекция удобных функций OpenCV, созданная Адрианом, чтобы значительно упростить несколько основных задач (например, изменение размера или переворачивание экрана). Если нет, введите следующую команду, чтобы установить библиотеку в вашей виртуальной среде Python:

 pip install imutils 

Затем загрузите код ball_tracking.py из моего GitHub и выполните его с помощью команды:

 python ball_traking.py 

В результате вы увидите что-то похожее на гифку ниже:

По сути, это тот же код, что и у Адриана, если только «вертикальное видео flip », который я получил со строкой:

 frame = imutils.rotate (frame, angle = 180) 

Также обратите внимание, что использованные границы маски были теми, которые мы получили на предыдущем шаге.

Теперь, когда мы поиграли с основами OpenCV, давайте установим светодиод на наш RPi и начнем взаимодействовать с нашими GPIO.

Следуйте приведенной выше электрической схеме: Катод светодиода будет подключен к GPIO 21, а его анод - к GND через резистор 220 Ом.

Давайте протестируем наш светодиод в нашей виртуальной среде Python.

Помните, что вполне возможно, что RPi.GPIO не установлен в вашей виртуальной среде Python! Чтобы решить эту проблему, как только вы окажетесь там (не забудьте подтвердить, что (cv) находится в вашем терминале), вам необходимо использовать pip для его установки в виртуальную среду:

 pip install RPi.GPIO 

Давайте воспользуемся скриптом python для выполнения простого теста:

 import sys 
 import time 
 import RPi.GPIO as GPIO # инициализировать GPIO и переменные 
 redLed = int (sys.argv [1]) 
 freq = int ( sys.argv [2]) 
 GPIO.setmode (GPIO.BCM) 
 GPIO.setup (красный светодиод, GPIO.OUT) 
 GPIO.setwarnings (False) print ("\ n [INFO] Мигающий светодиод (5 раз) подключен в GPIO {0} \ 
 каждые {1} секунды ". Формат (красный светодиод, частота)) 
 для i в диапазоне (5): 
 GPIO.output (красный светодиод, GPIO.LOW) 
 time.sleep (freq) 
 GPIO.output (redLed, GPIO.HIGH) 
 time.sleep (freq) # выполнить небольшую очистку 
 print ("\ n [INFO] Выход из программы и очистка материала \ n" ) 
 GPIO.cleanup () 

Этот код получит в качестве аргументов номер GPIO и частоту мигания нашего светодиода в секундах. Светодиод мигнет 5 раз, и программа будет завершена. Обратите внимание, что перед завершением мы освободим GPIO.

Итак, чтобы выполнить скрипт, вы должны ввести в качестве параметров LED GPIO и частоту .

Например:

 python LED_simple_test.py 21 1 

Приведенная выше команда будет мигать 5 раз красным светодиодом, подключенным к «GPIO 21», каждые «1» секунду.

Файл GPIO_LED_test.py можно загрузить с моего GitHub

На приведенном выше экране печати терминала показан результат (и, конечно, вы должны подтвердить, что светодиод мигает.

Теперь давайте поработаем с OpenCV и некоторыми базовыми вещами GPIO.

Давайте начнем интегрировать наши коды OpenCV с взаимодействием GPIO.Мы начнем с последнего кода OpenCV и интегрируем в него библиотеку GPIO-RPI, поэтому мы будем включать красный светодиод каждый раз, когда наш цветной объект будет обнаружен камерой. Код, использованный на этом этапе, был основан на великолепном учебнике Адриана OpenCV, RPi.GPIO и GPIO Zero на Raspberry Pi:

Первое, что нужно сделать, это «создать» наш светодиод, подключив его к конкретному GPIO:

 импортировать RPi.GPIO как GPIO 
 redLed = 21 
 GPIO.setmode (GPIO.BCM) 
 GPIO.setwarnings (False) 
 GPIO.setup (redLed, GPIO.OUT) 

Во-вторых, мы должны инициализировать наш светодиод (выключен):

 GPIO.output (redLed, GPIO.LOW) 
 ledOn = False 

Теперь внутри цикла, где кружок « ”Создается, когда объект будет найден, мы включим светодиод:

 GPIO.output (redLed, GPIO.HIGH) 
 ledOn = True 

Давайте загрузим полный код с моего GitHub: object_detection_LED.py

Запустите код с помощью команды:

 python object_detection_LED.py 

Вот результат.Обратите внимание, что светодиод (левый нижний угол) загорается каждый раз при обнаружении объекта:

Попробуйте это с другими объектами (цветом и форматом). Вы увидите, что после совпадения цветов внутри границ маски включается светодиод.

На видео ниже показан некоторый опыт. Обратите внимание, что при включении светодиода будут обнаружены только желтые объекты, которые остаются в пределах цветового диапазона. Объекты разного цвета игнорируются.

Здесь мы используем только светодиод, как объяснено на последнем шаге.Когда я снимал видео, мой Pan Tilt уже был собран, так что не обращайте на него внимания. На следующем шаге мы займемся механизмом PAN / TILT.

Теперь, когда мы поигрались с основами OpenCV и GPIO, давайте установим наш механизм панорамирования / наклона.

Для получения дополнительной информации посетите мой учебник: Pan-Tilt-Multi-Servo-Control

Сервоприводы должны быть подключены к внешнему источнику питания 5 В с их контактами данных (в моем случае их желтая проводка ) подключитесь к Raspberry Pi GPIO, как показано ниже:

• GPIO 17 ==> Tilt Servo
• GPIO 27 ==> Pan Servo

Не забудьте подключить GND вместе ==> Raspberry Pi - Servos - External Power Supply )

В качестве опции вы можете установить резистор на 1 кОм последовательно между Raspberry Pi GPIO и выводом ввода данных сервера.Это защитит ваш RPi в случае неисправности сервопривода.

Давайте также воспользуемся возможностью и протестируем наши сервоприводы в нашей виртуальной среде Python.

Давайте воспользуемся скриптом Python для выполнения некоторых тестов с нашими драйверами:

 из time import sleep 
 import RPi.GPIO as GPIOGPIO.setmode (GPIO.BCM) 
 GPIO.setwarnings (False) def setServoAngle (servo, angle): 
 pwm = GPIO.PWM (servo, 50) 
 pwm.start (8) 
 dutyCycle = angle / 18. + 3. 
 pwm.ChangeDutyCycle (dutyCycle) 
 sleep (0.3) 
 pwm.stop () if __name__ == '__main__': 
 import sys 
 servo = int (sys.argv [1]) 
 GPIO.setup (servo, GPIO.OUT) 
 setServoAngle (servo, int (sys .argv [2])) 
 GPIO.cleanup () 

Ядром приведенного выше кода является функция setServoAngle (серво, угол). Эта функция принимает в качестве аргументов номер GPIO сервопривода и значение угла, в котором сервопривод должен быть расположен. Как только входом этой функции является «угол», мы должны преобразовать его в эквивалентный рабочий цикл.

Для выполнения сценария необходимо ввести в качестве параметров серво GPIO и угол .

Например:

 python angleServoCtrl.py 17 45 

Приведенная выше команда будет позиционировать сервопривод, подключенный к GPIO 17 («наклон»), под углом 45 градусов «по высоте».

Файл angleServoCtrl.py можно загрузить с моего GitHub

Идея состоит в том, чтобы расположить объект в середине экрана с помощью механизма панорамирования / наклона. Плохая новость в том, что для начала мы должны знать, где находится объект в реальном времени. Но хорошая новость в том, что это очень просто, если у нас уже есть координаты центра объекта.

Во-первых, возьмем код «object_detect_LED», который использовался ранее, и изменим его, чтобы вывести координаты x, y найденного объекта.

Загрузите с моего GitHub код: objectDetectCoord.py

«Ядро» кода - это часть, где мы находим объект и рисуем на нем круг с красной точкой в ​​центре.

 # продолжить, только если радиус соответствует минимальному размеру 
 if radius> 10: 
 # нарисуйте круг и центроид на кадре, 
 # затем обновите список отслеживаемых точек 
 cv2.круг (рамка, (int (x), int (y)), int (радиус), 
 (0, 255, 255), 2) 
 cv2.circle (рамка, центр, 5, (0, 0, 255) , -1) 
 # вывести координаты центра круга 
 mapObjectPosition (int (x), int (y)) 
 
 # если светодиод еще не горит, включите светодиод 
, если нет ledOn: 
 GPIO.output (redLed , GPIO.HIGH) 
 ledOn = True 
 

Давайте «экспортируем» координаты центра в функцию mapObjectPosition (int (x), int (y)) , чтобы распечатать ее координаты. Ниже функции:

 def mapObjectPosition (x, y): 
 print ("[INFO] Координаты центра объекта в \ 
 X0 = {0} и Y0 = {1}».format (x, y)) 

Запустив программу, мы увидим на нашем терминале координаты положения (x, y), как показано выше. Переместите объект и наблюдайте за координатами. Мы поймем, что x изменяется от 0 до 500 (слева направо), а y изменяется от o до 350 (сверху вниз). См. Изображения выше.

Отлично! Теперь мы должны использовать эти координаты в качестве отправной точки для нашей системы отслеживания поворота / наклона.

Мы хотим, чтобы наш объект всегда оставался в центре экрана. Итак, давайте определим, например, что мы будем считать наш объект «центрированным», если:

• 220
• 160

За эти границы мы должны переместить наш механизм поворота / наклона в компенсировать отклонение.На основании этого мы можем построить функцию mapServoPosition (x, y) , как показано ниже. Обратите внимание, что «x» и «y», используемые в качестве параметров в этой функции, те же самые, которые мы использовали ранее для печати центральной позиции:

 # сервоприводы позиции для представления объекта в центре кадра 
 def mapServoPosition (x, y) : 
 global panAngle 
 global tiltAngle 
 if (x <220): 
 panAngle + = 10 
 if panAngle> 140: 
 panAngle = 140 
 positionServo (panServo, panAngle) 
 if (x> 280): 
 panAngle - = 10 
 if panAngle <40: 
 panAngle = 40 
 positionServo (panServo, panAngle) 
 if (y <160): 
 tiltAngle + = 10 
 if tiltAngle> 140: 
 tiltAngle = 140 
 positionServo (tiltServo, tiltAngle) 
 if y> 210): 
 tiltAngle - = 10 
 if tiltAngle <40: 
 tiltAngle = 40 
 positionServo (tiltServo, tiltAngle) 

На основе координат (x, y) команды положения сервопривода генерируются с использованием функции positionServo (сервопривод, угол). Например, предположим, что положение y равно «50», что означает, что наш объект находится почти в верхней части экрана, что можно перевести как «низкий угол наклона» (допустим, угол наклона 120 градусов). Таким образом, мы должны «уменьшить» угол наклона (скажем, до 100 градусов), чтобы прицел камеры был «вверх», а объект на экране опускался «вниз» (y увеличится, скажем, до 190).

На приведенной выше диаграмме показан пример с точки зрения геометрии.

Подумайте, как будет работать панорамная камера.обратите внимание, что экран не является зеркальным, это означает, что если вы переместите объект «влево», он будет перемещаться по экрану «вправо», как только вы окажетесь напротив камеры.

Функция positionServo (сервопривод, угол) может быть записана как:

 def positionServo (серво, угол): 
 os.system ("python angleServoCtrl.py" + str (servo) + "" + 
 str (angle) ) 
 print ("[ИНФОРМАЦИЯ] Сервопривод позиционирования в GPIO {0} до {1} \ 
 градусов \ n" .format (серво, угол)) 

Мы будем вызывать сценарий, показанный ранее, для позиционирования сервопривода.

Обратите внимание, что angleServoCtrl.py должен находиться в том же каталоге, что и objectDetectTrac.py

Полный код можно загрузить с моего GitHub: objectDetectTrack.py

Ниже gif показан пример работы нашего проекта:

Как всегда, я надеюсь, что этот проект поможет другим найти свой путь в захватывающий мир электроники!

Для получения подробной информации и окончательного кода посетите мой депозитарий GitHub: OpenCV-Object-Face-Tracking

Чтобы узнать больше о проектах, посетите мой блог: MJRoBot.org

Ниже краткий обзор моего следующего урока, в котором мы исследуем «Отслеживание и обнаружение лиц»:

Салудо с юга мира!

Увидимся в следующей статье!

Спасибо,

Марсело

.Сервоустройство

- Перевод на испанский - примеры английский

Эти примеры могут содержать грубые слова на основании вашего поиска.

Эти примеры могут содержать разговорные слова, основанные на вашем поиске.

Предложите пример

Другие результаты

Включает три или более сервоустройства с замкнутым или разомкнутым контуром , которые могут включать в себя шаговые двигатели; и

Н.B.: 'Criptoanálisis': análisis de un sistema criptográfico o de sus entradas o salidas para производные переменные confidenciales o datos sensibles, включая endo texto clao.

включает в себя три или более сервоустройства с замкнутым или разомкнутым контуром , которые могут включать в себя шаговые двигатели; и

Cuenta con tres o más servodispositivos de lazo cerrado o abierto que pueden include motores paso a paso; y

Включает три или более сервоустройства с замкнутым или разомкнутым контуром , которые могут включать в себя шаговые двигатели; и

Механизмы манипулирования, которые используются для управления формой вручную или для телеоператора ;

(c) включает три или более сервоустройства с замкнутым или разомкнутым контуром , которые могут включать в себя шаговые двигатели;

c) Контролируйте содержание сервомеханизмов de bucle cerrado o abierto con la posible inclusión de motores paso a paso;

Кроме того, мы разрабатываем устройства для считывания, обработки, управления, определения характеристик датчиков и общую астрономию устройства и механизмы управления сервоприводом .

Адем, разработка aparatos de lectura, процесадо, контроль, характеристика сенсоров и общая астрономия, как и механизм управления сервоконтролем .

Обычные токарные станки с сервоприводом от WEILER Если токарный станок с ЧПУ слишком велик для ваших требований, компания WEILER также производит традиционные устройства с сервоприводом и с управлением от как способ начать обработку с программным управлением.

Сервомотор Tornos с обычным управлением WEILER, созданный с помощью ЧПУ, представляет собой большое устройство управления для необходимого оборудования, WEILER изготовлен из обычных торнов Сервоконтроль для запуска информационной программы управления оборудованием.

Размагничивание без разбора удаляет не только сохраненные данные, но также данные управления сервоприводом , и без данных сервопривода устройство больше не может определять, где данные должны быть считаны или записаны на магнитный носитель.

Удаление магнетизма из формы неизбирательного действия без единой информации о данных, установленных на сервоприводе , и данных сервоприводов или на устройстве не позволяет определить, какие данные можно найти в электронных письмах.

Сервопривод может быть встроен как часть двигателя или может быть отдельным устройством . servo system Система управления с обратной связью, в которой используется серводвигатель. серводвигатель Тип двигателя, используемый в приложениях, требующих точного позиционирования.

Es el tipo más común de rotor de CA. señal de retroalimentación Valor real detectado por un sensor conforme un processso se efectúa.La señal de retroalimentación es parte de un sistema de control en lazo cerrado. Серводвигатель Тип двигателя используется в точных применениях, требующих точного позиционирования.

Профилегибочная машина для производства ограждений с 2 ​​волнами на скоростной автомагистрали может производить ограждения с 2 волнами и 3 волны на одной машине по требованию заказчика. Вся линия в основном состоит из 5-тонного разматывателя и его основания, устройства выравнивания , направляющего устройства , сервопривода ...

Barandilla de onda 2 autopista barrera de desplome de balanceo que forma la máquina puede producir la barandilla de las 2 ondas y 3 ondas en una máquina como el cliente Requerido.La línea entera consiste en Principalmente el разматыватель 5 тонн и ...

Каждый сервомотор снабжен измерительным устройством , которое определяет текущее положение двигателя.

Сбор и отображение данных плюс поддержка управления устройствами , например сервопривод команд.

В редких случаях это кабель между устройством управления для Climatronic и сервоприводом .

Установите кабель на , один , для климатроники и сервопривод неисправен.

Механизмы манипулирования с переменной последовательностью, не управляемые сервоприводом , которые представляют собой автоматические перемещающие устройства , работающие в соответствии с механически фиксированными запрограммированными движениями.

"Sintonizable" (6), dícese de la Capcidad de un "láser" para producir una salidacontina en todas las longitude de onda de una gama de varias transiciones "láser".

Механизмы манипулирования с переменной последовательностью, не управляемые сервоприводом , которые представляют собой автоматические перемещающие устройства , работающие в соответствии с механически фиксированными запрограммированными движениями.

El "sesgo" () se expresa generalmente en grados por hora ( º / h ) (IEEE Std 528-2001).

Если сервопривод заменяется или управляющее устройство было отсоединено, необходимо выполнить базовую регулировку с помощью тестового устройства (гараж).

Если сервопривод восстановлен или установлен на единичный деинсталлированный, он реализован как базовый с calador и выше.

Вы можете модифицировать сервомотор на двигатель постоянного тока, который, хотя больше не имеет возможности управлять сервоприводом , сохраняет мощность, скорость и низкую инерцию, характерные для этих устройств .

Возможна модификация сервомотора для установки двигателя на непрерывном двигателе, в том числе и для управления двигателем сервомотора , с сохранением мощности, быстродействием и базовой инерцией в соответствии с установленным устройством .

Уже установлено устройство фиксации крыла и разъем сервоприводов (требуется 2 сервопривода у крыла, 1 для элеронов (2 части), соединенных механически, 1 для воздушного тормоза).

Dispositivo de fijación de ala ya instalado y conector de servos también (требуются 2 сервоприводов por ala, 1 para alertones (2 partes), acoplados mecánicamente, 1 para el freno de air).

Режущее устройство является копирующим с сервоприводом , такой метод безостановочной резки может увеличить скорость производства.

Устройство , устройство , работает с двигателем сервопривода , двигателем , методикой кортежа греха парадас, помогает увеличить скорость производства.

Специальное приложение Jumbo Servo , помимо приложений, упомянутых в Jumbo Multi, - это возможность использовать это устройство для лабораторных испытаний продукции и для работы в центрах исследований и разработок.

Una aplicación especial Jumbo Servo , aparte de aplicaciones mencionadas en Jumbo Multi, es la posibilidad de usar este dispositivo para las pruebas en Laboratorios de productos y para el trabajo en centros de Investigación y Desarrollo.

Каждая головка машины содержит небольшой сервомотор , который может наматывать струну вверх или вниз, который приводится в действие устройством , прикрепленным к передней бабке.

Cada cabeza de la máquina contiene un pequeño el processador servo que puede enrollar la cuerda hacia arriba o hacia abajo, que es activado por un dispositivo instalado en el cabezal. .

No related posts.