Analisi servocomando

di Raffaello Bonghi

Servocomando

Servocomando

I servocomandi che vengono usati nel campo della robotica sono gli stessi che nel campo del modellismo, questi contengono in un unico contenitore:

  • un motorino
  • demoltiplica a ingranaggi
  • un circuito elettronico di controllo
  • un potenziometro per il controllo della posizione.
Dimensioni standard

Dimensioni standard

I servocomandi rispettando le specifiche vanno spesso alimentati da i 4,8 ai 6V, ma certi possono anche arrivare a 7V.
E’ sempre importante leggere le specifiche di ogni servocomando prima di iniziarlo ad usare.
Infatti in ogni confezione è presente una etichetta dove sono contenute tutte le caratteristiche salienti del prodotto.
Sulla confezione c’è scritta la forza torcente (torque) all’alimentazione richiesta 6V (la forza si intende applicata a un centimetro di distanza dall’asse), anche la velocità angolare del servocomando.

Quindi possiamo dire che un servomotore, non è che un motore dotato di un circuito di autocontrollo.

La principale caratteristica che differenzia un motore a spazzola da un servomotore è senza dubbio il circuito che permette di controllare il movimento in velocità con una buona precisione.

I servocomandi da modellismo come abbiamo notato nei precedenti articoli hanno un meccanismo di controreazione che, in base all’impulso che riceve, consente unicamente il posizionamento desiderato entro i 180°, questo meccanismo è gestito dal potenziometro e dal dente finecorsa presente su uno degli ingranaggi.

Ingranaggio 1

Ingranaggio

Effettuando quindi la modifica, eliminando quindi il dentino e isolando il potenziometro, il servocomando diventa un ottimo strumento di locomozione del nostro robot.

Come avremo notato i sercomandi sono dotati di un cavetto costituito al suo interno di 3 poli di cui:

  • Rosso
  • Nero
  • Giallo o bianco

Il 3° permette attraverso l’invio di un segnale PWM, cioè una serie di impulsi che ne regolano la velocità di rotazione del servocomando.

Questo impulso non è altro che una brusca e momentanea variazione della tensione di un segnale da uno stato alto ad uno stato basso.
I parametri da cui dipende sono la durata e l’intervallo, dove si alternano picchi alti e picchi bassi di tensione in tempi brevissimi.
Questo segnale è ciclico, vale a dire si ripete alla fine di un periodo allo stesso modo.

Impulsi

Impulsi

t =  Duty
T =Periodo
U = Tensione

Il rapporto tra il tempo di tensione alta ed il tempo di tensione bassa viene detto duty cycle ed è quasi sempre espresso in percentuale, dove al raggiungimento del valore massimo la velocità raggiunta dal motore raggiunge anche questa il massimo.

Come avremo potuto capire i parametri che ci permetto di controllare il nostro servocomando dipendono unicamente dalle specifiche del costruttore.
I maggiori costruttori di servocomandi sono:

Sanyo

Sanyo

Hitec

Hitec

Futaba

Futaba

Ma una cosa che contraddistingue qualsiasi modello sono la durata in microsecondi dell’impulso per il valore alto.

L’impulso in genere è compreso tra 1 e 2 microsecondi

  • Dove ad 1 microsecondo il servocomando gira in senso antiorario
  • Dove ad 1,5 microsecondi il servocomando resta fermo, per meglio dire in stallo
  • Dove ad 2 microsecondi il servocomando gira in senso orario

Per quanto riguarda il valore basso questo di solito è compreso tra 10 e 40 millisecondi.

Ogni qual volta che andremo quindi a programmare il nostro microcontrollore per generare l’impulso adeguato per far muovere il nostro servocomando dovremo rispettare le regole appena descritte.

La generazione di un impulso da parte di un micorcontrollore è strettamente legata al clock che questo possiede.

Un microcontrollore con quarzo a 4 Mhz dovrà generare degli impulsi di:

100 antiorario
150 stallo
200 orario

Con un tempo di low di 4 millisencodi

Un microcontrollore con quarzo a 8 Mhz dovrà generare degli impulsi di:

200 antiorario
300 stallo
400 orario

Con un tempo di low di 8 millisencodi

Un microcontrollore con quarzo a 20 Mhz dovrà generare degli impulsi di:

500 antiorario
750 stallo
1000 orario

Con un tempo di low di 20 millisencodi

Servocomandi digitali

Di recente produzione si trovano in commercio nuovi sercomandi con caratteristiche del tutto nuove rispetto ai servocomandi analogici precedentemente descritti.

HS-5245MG

HS-5245MG

I servocomandi Digitali offrono caratteristiche del tutto migliori, questi infatti possono essere programmati, permettendo di controllare la direzione di rotazione, il centraggio, il fine corsa, il failsafe, la velocità e la prontezza della risposta utilizzando l’unità di programmazione per quanto riguarda l’Hitec del HFP-10.

HFP-10

HFP-10

La risposta  di un servocomando digitale è 5 volte superiore rispetto a quelli normali con una maggiore risoluzione ed una maggiore coppia.

Sono di recente usciti nuovi servocomandi costruiti apposta per apparecchiature robotiche come ad esempio il HSR-8498HB.

Servo robot

Servo robot

La meccanica di questi servi e’ estremamente robusta, gli ingranaggi sono realizzati in Karbonite, un materiale sviluppato dalla Hitec che offre un’altissima resistenza all’usura e dei giochi ridottissimi, anche dopo un uso intensivo del servo.

Le principali peculiarità di questi servi sono:

L’interfaccia HMI
I servi HSR-8498HB hanno una nuova interfaccia sviluppata da Hitec appositamente per la robotica. Il protocollo HMI (HiTEC Multi-protocol Interface) consente di interrogare il servo per ottenere dati relativamente a: Tensione, Corrente e Posizione. Come gli altri servi digitali, anche questi sono programmabili dall’utente, occorre un’interfaccia disponibile in futuro.

Il Case
Questi servocomandi hanno un versatile case che permette 3 diverse combinazioni. Grazie agli accessori forniti e’ infatti possibile modificare il case per adattarsi all’applicazione specifica. Sara’ cosi’ molto semplice realizzare robuste applicazioni per grippers, androidi da Robo One, esapodi e altri robot walkers.

2 responses to Analisi servocomando


  1. Pingback: Delucidazioni sull'elettronica dei servocomandi - BaroneRosso.it - Forum Modellismo

  2. Paolo

    Ma quante ca–ate avete scritto?!?
    Intanto i servomotori in questione sono utilizzati per controllare la posizione e non la velocità.
    Normalmente l’impulso positivo da dare varia da 1 a 2 millisecondi, non microsecondi!
    E per non parlare dei processori… cosa vuol dire 4MHz, 100 impulsi??? Se mai avessi un micro con oscillatore da 4Mhz, prescaler 1:1, per ottenere 1ms di duty dovrei aspettare 4000 tick count, non 100. E poi senso orario, antiorario, stallo, ma cosa vuol dire?
    Perchè scrivete questi articoli composti da copia incolla casuali senza un minimo di basi elettroniche?

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