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 une mini pince servo-alimentée. J'ai décidé de faire deux variantes pour voir comment cela fonctionnerait mieux avec un engrenage droit ou rond. J'aimais mieux la version à engrenages ronds, car cela ne prenait que 2 heures à faire et l'écart entre les engrenages était très petit.

Dans un premier temps, j'ai découpé les pièces sur une fraiseuse :

J'ai assemblé les pièces avec des vis 2x10mm.

Et voici comment le mini servo se fixe au préhenseur :

Comment fonctionne la pince servo :

Et maintenant, quand tout est assemblé et que la partie mécanique est également 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 j'ai 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 connecteur pour un récepteur infrarouge et quelques connecteurs pour une alimentation et 4 connexions au reste des broches Arduino (inutilisées). Ainsi, un autre interrupteur ou capteur peut être connecté.

Et voici comment le bras manipulateur se déplace :

L'acquisition 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 unités de puissance installés sur des équipements coûteux et de haute technologie. Pour positionner les unités de puissance des machines CNC, on utilise généralement des moteurs pas à pas et des servomoteurs (servo variateurs).

Vidéo (cliquez pour jouer).

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

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Un moteur pas à pas est un moteur synchrone à courant continu sans balais avec plusieurs enroulements de stator. Lorsqu'un courant est appliqué à l'un des enroulements, le rotor tourne puis se fixe dans une certaine position. L'excitation séquentielle des enroulements via le contrôleur de commande de moteur pas à pas vous permet de faire tourner le rotor 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 vitesse faible et nulle ;

·Démarrage, arrêt et marche arrière rapides ;

· Travailler sous forte charge sans risque de panne ;

· Le seul mécanisme d'usure qui affecte la durée de fonctionnement est celui des roulements ;

· Possibilité d'apparition d'une résonance ;

· Consommation électrique constante quelle que soit la charge ;

Perte de couple à haute vitesse;

· Manque de rétroaction lors du positionnement;

· Mauvaise réparabilité.

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Un servomoteur (servo drive) est un moteur électrique commandé par rétroaction négative, qui permet de contrôler précisément les paramètres de mouvement afin d'atteindre la vitesse requise ou d'obtenir l'angle de rotation souhaité. La composition du servomoteur comprend le moteur électrique lui-même, un capteur de retour, une alimentation et une unité de commande.

Les caractéristiques de conception des moteurs électriques pour servocommande 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 rôle particulier est ici joué par un capteur de rétroaction, qui peut être installé à la fois directement dans le moteur lui-même et transmettre des données sur la position du rotor, ainsi que déterminer son positionnement par des signes extérieurs. D'autre part, le fonctionnement d'un servomoteur est impensable sans une unité d'alimentation et de contrôle (alias onduleur ou servoamplificateur), qui convertit la tension et la fréquence du courant fourni au moteur électrique, contrôlant ainsi son action.

· Haute puissance aux petites tailles ;

· 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 ;

· Fonctionnement stable dans une large gamme de vitesses ;

· Petit poids et conception compacte ;

· Basse consommation de l'énergie électrique à petites charges.

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

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 l'on compare les caractéristiques d'un servo variateur et d'un moteur pas à pas, il faut avant tout 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 surpayer pour l'installation de servomoteurs coûteux sur une fraiseuse CNC. D'autre part, si une entreprise cherche à atteindre les volumes de production maximaux possibles, cela n'a aucun sens de déprécier les moteurs pas à pas à faible performance pour CNC.

Les servomoteurs ne sont pas seulement utilisés dans la modélisation d'avions et la robotique, ils peuvent également être utilisés dans les appareils ménagers. La petite taille, les hautes performances et la commande simple des servomoteurs en font les plus adaptées au contrôle à distance de divers appareils.

L'utilisation combinée de servomoteurs avec des modules radio pour la réception et la transmission ne crée aucune difficulté, il suffit côté récepteur de connecter simplement le connecteur approprié au servomoteur, contenant la tension d'alimentation et le signal de commande, et le travail est Fini.

Mais si nous voulons contrôler le servomoteur "manuellement", par exemple avec un potentiomètre, nous avons besoin d'un générateur de contrôle d'impulsions.

Vous trouverez ci-dessous un circuit oscillateur assez simple basé sur le circuit intégré 74HC00.

Ce circuit permet la commande manuelle des servomoteurs en appliquant 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 CCTV, etc.

La base du circuit est le microcircuit 74HC00 (IC1), qui est composé de 4 éléments logiques NAND. Un oscillateur a été créé sur les éléments IC1A et IC1B, à la sortie desquels des impulsions sont formées avec une fréquence de 50 Hz. Ces impulsions activent la bascule RS, constituée des éléments logiques IC1C et IC1D.

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A chaque impulsion provenant du générateur, la sortie de IC1D est mise à "0" et le condensateur C2 se décharge à travers la résistance R2 et le potentiomètre P1. Si la tension sur le condensateur C2 chute à un certain niveau, le circuit RC commute l'élément dans l'état opposé. Ainsi, en sortie on obtient des impulsions rectangulaires d'une période de 20 ms. La largeur d'impulsion est réglée avec le potentiomètre P1.

Par exemple, le servo variateur 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 atteindra 120°. Les composants du circuit sont choisis de telle manière que l'impulsion de sortie se situe dans la plage de 0,6 à 2 ms, et donc l'angle d'installation est 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 à faire soi-même

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

Les moteurs de vannes sont des machines synchrones sans balais (sans balais). Sur le rotor se trouvent des aimants permanents en métaux de terres rares, sur le stator il y a un enroulement d'induit. La commutation des enroulements du stator est effectuée par des interrupteurs 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 codeur) est utilisé. Le courant de phase est contrôlé par modulation PWM et peut être trapézoïdal ou sinusoïdal.

Le rotor plat du moteur linéaire est constitué d'aimants permanents en terres rares. Selon le principe de fonctionnement, 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 d'enroulement 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 disposées de sorte 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 les enroulements du stator sont excités discrètement dans une certaine séquence avec du courant continu, le rotor tournera d'un pas à chaque commutation, égal au pas des dents sur le rotor.

Certains modèles de convertisseurs de fréquence peuvent fonctionner avec des moteurs asynchrones standard et des servomoteurs. C'est-à-dire que la principale différence entre les servomoteurs ne réside pas dans la partie puissance, mais dans l'algorithme de contrôle et la vitesse de calcul. Le programme utilisant des informations sur la position du rotor, le servo variateur dispose d'une interface pour connecter un codeur monté sur l'arbre du moteur.

Les servosystèmes utilisent le principe contrôle subordonné: la boucle de courant est subordonnée à la boucle de vitesse, elle-même subordonnée à la boucle de position (voir théorie de l'automatisme). Tout d'abord, la boucle la plus interne, la boucle de courant, est configurée, puis la boucle de vitesse et la dernière est la boucle de position.

La boucle actuelle toujours implémenté dans le servo.

boucle de vitesse (ainsi qu'un capteur de vitesse) est également toujours présent dans le système d'asservissement, il peut être mis en œuvre à la fois sur la base d'un servo-contrôleur intégré au variateur et externe.

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

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

C'est-à-dire qu'en fonction de la configuration des boucles de vitesse et de position, le servo-contrôleur et le servo-variateur appropriés sont sélectionnés (tous les servo-contrôleurs ne peuvent pas implémenter une boucle de position !).

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

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

  • Servomoteur (Servo Motor) avec un capteur de retour de vitesse circulaire (il peut également agir comme un capteur de position du rotor)
  • Engrenage servo
  • Capteur de position de l'actionneur (par ex. capteur de coordonnées d'axe d'avance linéaire)
  • Servomoteur
  • Servo-contrôleur (contrôleur de mouvement)
  • Interface opérateur (IHM).

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