Réparation de servomoteurs à faire soi-même

En détail : réparation de servomoteurs à faire soi-même par un vrai maître pour le site my.housecope.com.

J'ai récemment fabriqué un bras de robot, et maintenant j'ai décidé d'y ajouter un dispositif de préhension alimenté par un mini servomoteur. J'ai décidé de faire deux variantes pour voir comment cela fonctionnerait mieux avec un engrenage droit ou rond. J'ai mieux aimé l'option d'engrenage rond car cela n'a pris que 2 heures et l'écart entre les engrenages était très petit.

Tout d'abord, j'ai découpé les pièces sur une fraiseuse :

J'ai assemblé les pièces à l'aide de vis 2x10mm.

Et voici comment le mini servo s'attache à la pince :

Comment fonctionne le servo-pince :

Et maintenant, quand tout est assemblé et que la partie mécanique est aussi presque prête, il ne me reste plus qu'à finir la partie électronique du travail ! J'ai choisi un Arduino pour contrôler mon robot, et fait un circuit (c'est à droite) pour connecter l'Arduino au servo.

Le circuit est en fait très simple, il envoie simplement des signaux vers et depuis l'Arduino. Il y a aussi un en-tête pour un récepteur infrarouge et quelques connecteurs pour l'alimentation et 4 connexions au reste des broches Arduino (inutilisées). Ainsi, un autre interrupteur ou capteur peut être connecté.

Et voici comment se déplace le bras manipulateur :

L'achat par l'entreprise d'une fraiseuse CNC pour la fabrication de façades en MDF soulève la question de la nécessité de surpayer certains mécanismes et groupes électrogènes installés sur des équipements coûteux et de haute technologie. Pour le positionnement des unités de puissance des machines CNC, des moteurs pas à pas et des servomoteurs (servodrives) sont généralement utilisés.

Vidéo (cliquez pour lire).

Les moteurs pas à pas sont moins chers. Cependant, les servomoteurs offrent un large éventail d'avantages, notamment des performances élevées et une précision de positionnement. Alors que choisir ?

Image - Réparation de servomoteurs bricolage

Un moteur pas à pas est un moteur synchrone à courant continu sans balai doté de plusieurs enroulements de stator. Lorsqu'un courant est appliqué à l'un des enroulements, le rotor tourne puis se bloque dans une certaine position. L'excitation séquentielle des enroulements via un contrôleur de moteur pas à pas permet au rotor de tourner à un angle donné.

Les moteurs pas à pas sont largement utilisés dans l'industrie, car ils ont une grande fiabilité et une longue durée de vie. Le principal avantage des moteurs pas à pas est la précision de positionnement. Lorsque le courant est appliqué aux enroulements, le rotor tourne strictement à un certain angle.

· Couple élevé à basse et à zéro vitesse;

· Démarrage rapide, arrêt et marche arrière ;

· Travailler sous une charge élevée sans risque de panne;

· Le seul mécanisme d'usure affectant la durée de vie est celui des roulements ;

· Possibilité de résonance;

· Consommation d'énergie constante quelle que soit la charge ;

· Chute de couple à haute vitesse;

· Manque de rétroaction lors du positionnement;

· Mauvaise réparabilité.

Image - Réparation de servomoteurs bricolage

Un servomoteur (servomoteur) est un moteur électrique à contre-réaction, qui permet de contrôler avec précision les paramètres de mouvement afin d'atteindre la vitesse souhaitée ou d'obtenir l'angle de rotation souhaité. Le servomoteur comprend le moteur électrique lui-même, le capteur de retour, l'alimentation et l'unité de commande.

Les caractéristiques de conception des moteurs électriques pour servo-entraînement ne sont pas très différentes des moteurs électriques conventionnels avec un stator et un rotor, fonctionnant en courant continu et alternatif, avec et sans balais.Un capteur de rétroaction joue ici un rôle particulier, qui peut être installé à la fois directement dans le moteur lui-même et transmettre des données sur la position du rotor et déterminer son positionnement par des signes externes. D'autre part, le fonctionnement d'un servomoteur est impensable sans une unité d'alimentation et de contrôle (aka onduleur ou servo amplificateur), qui convertit la tension et la fréquence du courant fourni au moteur électrique, contrôlant ainsi son action.

· Haute puissance avec de petites dimensions;

· Accélération et décélération rapides;

· Suivi de position continu et ininterrompu;

· Faible niveau sonore, absence de vibrations et de résonance ;

· Large plage de vitesse de rotation ;

· Travail stable dans une large gamme de vitesses;

· Faible poids et conception compacte;

· Faible consommation d'énergie à faibles charges.

· Exigeant pour l'entretien périodique (par exemple, avec le remplacement des balais);

· La complexité de l'appareil (présence d'un capteur, d'une alimentation et d'une unité de contrôle) et la logique de son fonctionnement.

Lorsque vous comparez les caractéristiques d'un servomoteur et d'un moteur pas à pas, vous devez tout d'abord faire attention à leurs performances et à leur coût.

Pour la production de façades en MDF dans une petite entreprise travaillant avec de petits volumes, je pense qu'il n'est pas nécessaire de payer trop cher pour l'installation de servomoteurs coûteux sur une fraiseuse CNC. D'un autre côté, si une entreprise cherche à atteindre le maximum de volumes de production possibles, cela n'a aucun sens de réduire le prix des moteurs pas à pas à faible performance pour CNC.

Les servomoteurs ne sont pas seulement utilisés dans l'aéromodélisme et la robotique, ils peuvent également être utilisés dans les appareils électroménagers. La petite taille, les performances élevées ainsi que le contrôle facile du servomoteur en font les plus appropriés pour le contrôle à distance de divers appareils.

L'utilisation combinée de servomoteurs avec des modules radio de réception-émission ne crée pas de difficultés, il suffit côté récepteur de simplement connecter le connecteur correspondant au servomoteur, contenant la tension d'alimentation et le signal de commande, et le tour est joué.

Mais si on veut contrôler le servomoteur "manuellement", par exemple, à l'aide d'un potentiomètre, il faut un générateur de commande d'impulsions.

Ci-dessous se trouve un circuit générateur assez simple basé sur le circuit intégré 74HC00.

Ce circuit permet la commande manuelle des servomoteurs en fournissant des impulsions de commande d'une largeur de 0,6 à 2 ms. Le schéma peut être utilisé, par exemple, pour faire pivoter de petites antennes, des projecteurs extérieurs, des caméras de vidéosurveillance, etc.

La base du circuit est le microcircuit 74HC00 (IC1), qui se compose de 4 portes NAND. Un générateur est créé sur les éléments IC1A et IC1B, à la sortie duquel se forment des impulsions d'une fréquence de 50 Hz. Ces impulsions activent la bascule RS, constituée des portes IC1C et IC1D.

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Image - Réparation de servomoteurs bricolage

A chaque impulsion provenant du générateur, la sortie IC1D est mise à "0" et le condensateur C2 est déchargé à travers la résistance R2 et le potentiomètre P1. Si la tension aux bornes du condensateur C2 chute à un certain niveau, le circuit RC transfère l'élément à l'état opposé. Ainsi, en sortie, nous obtenons des impulsions rectangulaires d'une période de 20 ms. La largeur d'impulsion est réglée par le potentiomètre P1.

Par exemple, le servomoteur Futaba S3003 modifie l'angle de rotation de l'arbre de 90 degrés grâce à des impulsions de commande d'une durée de 1 à 2 ms. Si nous modifions la largeur d'impulsion de 0,6 à 2 ms, l'angle de rotation peut atteindre 120 °. Les composants du circuit sont sélectionnés de manière à ce que l'impulsion de sortie soit comprise entre 0,6 et 2 ms et que l'angle d'installation soit donc de 120 °. Le servomoteur S3003 de Futaby a un couple suffisamment important et la consommation de courant peut aller de dizaines à des centaines de mA, en fonction de la charge mécanique.

Image - Réparation de servomoteurs bricolage

Image - Réparation de servomoteurs bricolage

Le circuit de commande du servomoteur est assemblé sur une carte de circuit imprimé double face mesurant 29 x 36 mm.L'installation est très simple, de sorte que même un radioamateur novice peut facilement s'occuper de l'assemblage de l'appareil.

Les moteurs de vannes sont des machines synchrones sans balais (sans balais). Sur le rotor, il y a des aimants permanents en métaux des terres rares, sur le stator il y a un enroulement d'induit. Les enroulements du stator sont commutés par des commutateurs de puissance à semi-conducteurs (transistors) de sorte que le vecteur de champ magnétique du stator soit toujours perpendiculaire au vecteur de champ magnétique du rotor - pour cela, un capteur de position du rotor (capteur Hall ou encodeur) est utilisé. Le courant de phase est contrôlé par modulation PWM et peut être trapézoïdal ou sinusoïdal.

Le rotor plat du moteur linéaire est composé d'aimants permanents en terres rares. En principe, il est similaire à un moteur de vanne.

Contrairement aux machines synchrones à rotation continue, les moteurs pas à pas ont des pôles prononcés sur le stator, sur lesquels se trouvent les bobines des enroulements de commande - leur commutation est effectuée par un entraînement externe.

Considérez le principe de fonctionnement d'un moteur pas à pas réactif, dans lequel les dents sont situées sur les pôles du stator, et le rotor est en acier magnétique doux et a également des dents. Les dents du stator sont situées de manière à ce qu'à un pas la résistance magnétique soit moindre le long de l'axe longitudinal du moteur et à l'autre - le long de l'axe transversal. Si vous excitez discrètement les enroulements du stator avec du courant continu dans un certain ordre, le rotor à chaque commutation tournera d'un pas, égal au pas des dents du rotor.

Certains modèles de convertisseurs de fréquence peuvent fonctionner à la fois avec des moteurs à induction standard et des servomoteurs. C'est-à-dire que la principale différence entre les servos ne réside pas dans la section de puissance, mais dans l'algorithme de contrôle et la vitesse des calculs. Étant donné que le programme utilise des informations sur la position du rotor, le servo a une interface pour connecter un codeur monté sur l'arbre du moteur.

Les systèmes d'asservissement utilisent le principe gestion subordonnée: la boucle de courant est subordonnée à la boucle de vitesse, elle-même subordonnée à la boucle de position (voir théorie de l'automatisme). La boucle la plus interne, la boucle actuelle, est réglée en premier, suivie par la boucle de vitesse et enfin, la boucle de position.

La boucle actuelle toujours implémenté dans le servo.

Boucle de vitesse (ainsi que le capteur de vitesse) est également toujours présent dans le système d'asservissement, il peut être implémenté à la fois sur la base d'un servo-contrôleur intégré au variateur, ou externe.

Contour de position utilisé pour un positionnement précis (par exemple, les axes d'avance dans les machines CNC).

S'il n'y a pas de jeu dans les liaisons cinématiques entre l'actionneur (table de coordonnées) et l'arbre du moteur, la coordonnée est alors indirectement recalculée en fonction de la valeur du codeur circulaire. S'il y a des jeux, un capteur de position supplémentaire (qui est connecté au servocontrôleur) est installé sur l'actionneur pour la mesure directe des coordonnées.

C'est-à-dire qu'en fonction de la configuration des boucles de vitesse et de position, un servocontrôleur et un servomoteur appropriés sont sélectionnés (tous les servocontrôleurs ne peuvent pas implémenter une boucle de position !).

  • Positionnement
  • Interpolation
  • Synchronisation, engrenage électronique (Gear)
  • Contrôle précis de la vitesse de rotation (broche machine)
  • Caméra électronique
  • Programmable Logic Controller.

En général, un système d'asservissement (Motion Control System) peut être composé des dispositifs suivants :

  • Servomoteur avec capteur de retour de vitesse circulaire (il peut également servir de capteur de position du rotor)
  • Engrenage servo
  • Capteur de position de l'actionneur (par ex. codeur linéaire pour les coordonnées de l'axe d'avance)
  • Servomoteur
  • Servocontrôleur (contrôleur de mouvement)
  • Interface opérateur (IHM).

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