De Servo FAQ/Tut/Helpdesk

elmowww

Golden Member

De Servo Helpdesk

Nog in ontwikkeling hoor, opmerkingen hoor ik graag.

Dit topic open ik om beginnende robotbouwers op weg te helpen met alle nuttige informatie benodigd voor het succesvol gebruik van modelbouwservo`s.

Servus is het Latijns voor slaaf, in het nederlands dus slaafmotor, hier zijn vele smaken in te verkrijgen: industriele DC motoren gestuurd met alle denkbare interface systemen, met of zonder geintegreerde sturing, hoogvermogen driefase motoren, borstelloze motoren, stappenmotoren en kleine modelbouw servo`s. In dit topic behandel ik enkel de modelbouwmotoren.

Toepassingen
In de modelbouw worden servo`s gebruikt om een beperkte draaibeweging met hoge precisie en redelijke kracht uit te oefenen. Meestal ligt de draaihoek rond de 180o. Er zijn echter ook exemplaren met een grotere draaihoek, meestal gebruikt voor modelbouwzeilboten.

Meestal worden de servo`s gebruikt om te sturen, bijvoorbeeld het draaien van de voorwielen van een RC auto, het draaien van een roer bij een scheepsmodel of het bewegen van de kleppen bij een vliegtuig. Bij brandstofaangedreven modellen wordt tevens een servo gebruikt om de carburateur van de motor open te draaien.

Dit zijn allemaal toepassingen waar een beperkte draaihoek geen probleem is. Deze servo`s kunnen we relatief simpel inzetten in bijvoorbeeld een robotarm, het automatiseren van een kraan, praktisch alles wat voldoende heeft aan een simpele halve draai. Wat echter bij een aantal modelbouwservo`s mogelijk is, is het ombouwen naar oneindige draaihoek. Dit kan weer gebruikt worden voor bijvoorbeel de aandrijving van kleine robotjes. Dit wordt verderop in dit topic besproken

Verkrijgbaarheid
Modelbouwservo`s zijn te koop bij modelbouwzaken. Deze hebben echter al snel een beperkte keus. Op internet echter zijn tientallen verschillende typen te verkrijgen. De verschillen leg ik later in dit topic uit. Op bijvoorbeeld Ebay zijn meer servomotoren te koop, vaak zijn hier ook de goedkopere versies te verkrijgen. Bij Conrad heb je een ruime keus uit modelbouwservo`s in de sectie modelbouw.

Prijzen kunnen varieren van €7,- tot €100,-. Voor de meeste knutselapplicaties is de goedkoopste servo meer dan goed genoeg.

Eigenschappen
Deze servo`s zijn in alle soorten te krijgen. De goedkoopsten hebben kunststof glijlagers en tandwielen, de duurdere versies hebben messing glijlagers of zijn kogelgelagerd met metalen tandwielen.
De metalen lagers kunnen beter met krachten overweg en zullen minder snel slijten.
De metalen tandwielen zijn sterker, wat voor sommige toepassingen nodig kan zijn.

De draaisnelheid wordt meestal aangegeven in seconden per x graden bij een bepaald voltage. Mocht de servo belast worden zal deze snelheid echter afnemen.

Ook hebben servomotoren een voedingsspanning, meestal ligt dit rond de 6V. Vaak werken de servo`s op spanningen van 4,8V tot 7,2V (7,2V op eigen risico!).

De torsiekrachten van servo`s wordt in verschillende termen aangegeven:
Kgcm: Kilogramcentimeter
cNm: centiNewtonmeter
Ncm: Newtoncm
Nm: Newtonmeter

1Kg in Nederland staat gelijk aan een neerwaartse kracht van G, dat is 9,81N
Om de kracht te berekenen die je nodig hebt om een lichte actie te verrichten, kan je een as met een straal van 1cm (doorsnede dus 2cm) bevestigen op de plaats vanwaar de as van de servo werkt. Wikkel hier een touwtje om en meet hoeveel kg of N nodig is om de actie uit te voeren (het touwtje af te wikkelen). De waardes die je vind zijn gelijk aan Ncm of kgcm.

Omrekenfactoren om van Kgcm, cNm en Ncm naar Nm te gaan:
Kgcm * 0,0981 = Nm
cNm / 100 = Nm
Ncm / 100 = Nm

Aansturing
Modelbouwservo`s worden voor het overgrote deel aangestuurd door PWM (Pulse Width Modulation). Deze manier van aansturen werkt door het meten van de lengte van een periodieke puls.
Meestal is de pulse positief (oftewel: in rust ligt de signaallijn aan de massa). Het signaal bestaat uit een puls met een lengte van 0,9mS tot 2,1mS*. De puls wordt herhaalt na +- 20mS, deze tijd is echter niet zeer kritsch. Het is mogelijk om een servo in positie te brengen, en dan te stoppen met het zenden van pulsen, de motor zal hoogstwaarschijnlijk in deze stand blijven staan tot er weer nieuw pulsen komen. Dit kan aanzienlijk schelen in rekentijd in beslag genomen van de controller.
De pulslengte van 0,9mS komt overeen met uiterst de ene kant op, 1,5mS is ongeveer het midden van de slag en 2,1mS geeft het andere uiterste. De signalen kunnen gewoon een 5V TTL compatibel signaal zijn.
* Deze pulsbreedtes staan niet vast, ze kunnen verschillen van type tot type: test dit eens uit als je het precies wilt weten van jou servo`s

Aansluitingen
Diverse merken, diverse aansluitingen. De verschillende merken hebben aansluitingen die meestal alleen varieren in pinbezetting en stekkerbehuizing, niet in signaalvorm.
Hieronder een tekeningetje ter verduidelijking:
http://www.eje-electronics.nl/circuitsonline/servo_stekkersystemen.png

De aansluitingen zijn als volgt aan te sluiten op bijvoorbeeld een microcontroller of een NE555 schakeling:
http://www.eje-electronics.nl/circuitsonline/servo_aansluiting.png

Modificeren naar een oneindige draaihoek
Een modelbouwservo heeft ingebouwde electronica die snelheid en richting van de motor aanpast naar gelang de pulsingang en de stand van de potmeter, welke intern bevestigd is op de uitgaande as. De servomotor zal constant proberen de opgegeven positie te bereiken: is hij ver van deze positie af, beweegt de motor snel, wijkt hij maar een klein beetje af van zijn gewenste positie zal de motor langzaam draaien.
Deze electronica in servo`s is goed te gebruiken als sturing voor zeer kleine elektromotoren die zowel eindig als oneindig bestuurd moeten worden.
Bij een eindige besturing moet er een potmeter meedraaien op de beweging, bij een oneindige beweging mag de potmeter losgehaald worden.

Hier worden de stappen beschreven hoe je een servo moet modificeren naar een oneindige draaihoek:

- Mechanisch:
De uitgaande as heeft een nokje welke tegen de behuizing aankomt als hij zijn uiterste hoek maakt. Dit nokje moet weggesneden worden, zodat het mogelijk is om volledige slagen te draaien.
Daarnaast moet de mechanische koppeling met de potmeter verbroken worden. Meestal is dit mogelijk door simpelweg de potmeter te verwijderen, maar soms wordt de potmeter ook als lager gebruikt. Dan moet in ieder geval gezorgd worden dat de draaibeweging niet meer de as meeneemt: het gat in het tandwiel moet uitgeboord worden zodat deze vrij kan draaien over de as van de potmeter. Beter is het om een vervangend asje te plaatsen.

- Electronisch:
Nu moet de potmeter een vervanger krijgen. De potmeters die ik tot nu toe tegen ben gekomen waren 4,7K Lineair. De potmeter is dan te vervangen door twee weerstanden van 2,7K: Ze worden in serie verbonden: de verbinding van de twee weerstanden wordt verbonden met de aansluiting van de loper van de potmeter. Met de twee uiterste aansluitingen maak je verbinding naar de over gebleven twee aansluitingen van de potmeter.
Een andere mogelijkheid is het vervangen van de potmeter door een insteltrimmer van dezelfde waarde. Daarna moet echter wel de servo afgesteld worden, dat gebeurd als volgt:
Dien een puls toe van 1,5mS om de 20mS (neutraalinstelling). Stel nu de trimmer zó in dat de motor stil staat. Eventueel kun je de trimmer borgen met een druppel borg- of nagellak.

De servo kan nu weer in elkaar gezet worden.
Nu kan de servo gebruikt worden om pulsbreedte aan snelheid te koppelen.

Hier linkjes voor een aantal specifieke types:
Airtronics 94102
Futaba S148
Futaba S3003
GWS S0N
Hitec HS-300
Hitec HS-422
Hobbyco C60 (Hitec)
Tower Hobbies STD-TS53

Einde artikel

Komende punten:
- Voorbeeldcode in diverse talen, op diverse manieren
- Eventueel beschrijving van een RS232 servocontroller IC

Vinden wij dit een goed idee of zeggen jullie: slotje erop?

[Bericht gewijzigd door elmowww op 12 januari 2006 00:00:41 ]

PA0EJE - www.eje-electronics.nl - e.jongerius[aapje]eje-electronics.nl - EJE Electronics - Elektronica/firmware ontwikkeling
elmowww

Golden Member

Oneindige rotatie toegevoegd, fotoreportage volgt misschien nog

PA0EJE - www.eje-electronics.nl - e.jongerius[aapje]eje-electronics.nl - EJE Electronics - Elektronica/firmware ontwikkeling

Bij het hoofdstuk aansturing zeg je dat als je stopt met het sturen van pulsen, de motor waarschijnlijk blijft staan in de stand die hij had.

Volgens mij is dat niet zo.

Leuk vanuit de lucht: https://youtu.be/DrnBaUXwbFA

jawel, dat is bij de standaard modelbouw-servo's wel zo, de servo is dan met de hand in een andere positie te zetten, dus hij heeft dan niet zoveel kracht meer...het zou dus zo kunnen zijn dat je een robotarmpje bouwd, en zodra je hem uit zet, zakt die in elkaar...als je servo's eigenlijk te zwak zijn...slaafmotor...prachtwoord =)

mooie tutorial...heb nog een paar links voor servo-mod's met plaatjes...verschillende merken...geintereseerd?

elmowww

Golden Member

Op 11 januari 2006 14:30:58 schreef madthijs:
mooie tutorial...heb nog een paar links voor servo-mod's met plaatjes...verschillende merken...geintereseerd?

Wel, als hier niet al teveel copyrights op zitten en het duidelijke sites zijn graag. Ik doe dit meer voor alle vragen die hierover ontstaan dan voor mijzelf ;)

PA0EJE - www.eje-electronics.nl - e.jongerius[aapje]eje-electronics.nl - EJE Electronics - Elektronica/firmware ontwikkeling

hmmm of ze zonder copyrights zijn weet ik niet zo gauw..maar misschien als je ze mailt of je de plaatjes mag gebruiken is het waarschijnlijk geen probleem...zie maar of er iets van je gading bij zit:
http://www.kronosrobotics.com/an116/GAN116.shtml
http://www.uoguelph.ca/~antoon/gadgets/servos/servomod.html
http://www.embeddedtronics.com/servo.html
http://members.tripod.com/robomaniac_2001/id155.htm
http://www.lynxmotion.com/images/html/smodh2.htm

misschien kan je anders gewoon deze links erbij pletteren, maar das niet zo netjes...

suc6!

Tip Gebruik de opmaak regels om de servo types te beschrijven. Zodra ze op de beschrijving klikken ze dan op een externe pagina komen hoe dit te modificeren..

Qoute FAQ:

code:

Het is ook mogelijk een tekst voor de link op te geven.

[url=http://www.circuitsonline.net]Circuits Online[/url]
Circuits Online 

Dit geeft een netter resultaat en is toch correct..
Keep the good work up!!

Citeer:Het signaal bestaat uit een puls met een lengte van 0,9mS tot 2,1mS.

Dat klopt, maar als je een kortere puls geeft en voor de andere kant een langere (bijv. 0.6mS en 2.4mS) is het bereik groter. Even testen voor het maximale bereik.

elmowww

Golden Member

Op 11 januari 2006 23:15:40 schreef Harrie2:
Dat klopt, maar als je een kortere puls geeft en voor de andere kant een langere (bijv. 0.6mS en 2.4mS) is het bereik groter. Even testen voor het maximale bereik.

Heb je gelijk in. Ik zal dit als een noot bijzetten.

Op 11 januari 2006 17:15:11 schreef madthijs:
http://www.kronosrobotics.com/an116/GAN116.shtml
http://www.uoguelph.ca/~antoon/gadgets/servos/servomod.html
http://www.embeddedtronics.com/servo.html
http://members.tripod.com/robomaniac_2001/id155.htm
http://www.lynxmotion.com/images/html/smodh2.htm

Dankuwel heer madthijs. Ik zal ze mailen, en eerst in ieder geval linkjes plaatsen.

Op 11 januari 2006 21:06:05 schreef DJD XTREEM:
Tip Gebruik de opmaak regels om de servo types te beschrijven. Zodra ze op de beschrijving klikken ze dan op een externe pagina komen hoe dit te modificeren..

Was er al in verwerkt ;)

Keep the good work up!!

Dankje.

Als er interesse is voor meer FAQ`s/tutorials wil ik er wel nog meer schrijven. Ik ga me binnenkort ook nog bezighouden met een stukje cursus bij die van Frits Kieftenbelt. Andere onderwerpen die ik misschien wel wil maken:
- Aandrijftechniek voor beginners (ikzelf ben een gevorderde beginner)
- EMC (druk met de theorie bezig)
- PCB Routing (basis)
- Sensoren
- Stappenmotoren

Is het mogelijk om dit topic (als het klaar is) sticky te maken en dan de overige posts behalve de beginpost weg te halen?

PA0EJE - www.eje-electronics.nl - e.jongerius[aapje]eje-electronics.nl - EJE Electronics - Elektronica/firmware ontwikkeling

Kun je niet een downloadable file maken en die hier onder downloads plaatsen.

Of voor de MODS:
een sectie onder de naam "Tutorials" (Voor zover het nog niet bestaat)

Verder complimenten Elmowww. Duidelijk en ik ga er zeker wat een hebben.
Even voor de vuist weg:
Zijn Servo's en Stappenmotors een beetje te vergelijken met elkaar? (Grofweg gezien...)

Ik moet hier weer vaker komen... Wat kun je zo'n forum als deze gaan missen. :-)
elmowww

Golden Member

Op 12 januari 2006 00:07:01 schreef Fantomaz:
Kun je niet een downloadable file maken en die hier onder downloads plaatsen.

Of voor de MODS:
een sectie onder de naam "Tutorials" (Voor zover het nog niet bestaat)

Verder complimenten Elmowww. Duidelijk en ik ga er zeker wat een hebben.
Even voor de vuist weg:
Zijn Servo's en Stappenmotors een beetje te vergelijken met elkaar? (Grofweg gezien...)

Dankje. Nee, stappenmotoren zijn niet te vergelijken met servo`s (nouja, eigenlijk wel: er zijn een hele hoop verschillen).

Een modelbouwservo haalt zijn terugkoppeling uit een sensor, een stappenmotor heeft onder normale omstandigheden genoeg aan de aansturing. Een modelbouwservo heeft geintegreerde electronica an drives, stappenmotoren niet.

Neemt niet weg dat stappenmotoren echt prachtige dingen zijn.

PA0EJE - www.eje-electronics.nl - e.jongerius[aapje]eje-electronics.nl - EJE Electronics - Elektronica/firmware ontwikkeling

is het ook zo dat een boe-bot motortje werkt? weet iemand wat er daar allemaal inzit en wat de componenten zo wa doen?

downlaod de boe bot manual van www.parallax.com

jah das idd een servomotortje