מהו מנוע סרוו?
מנוע סרוו הוא מנוע זרם ישר (DC Motor) בעל מערכת תמסורת פנימית של גלגלי שיניים ובקרה אלקטרונית על מיקום המנוע. מה שמיחד מנועי סרוו היא העובדה שהם אינם מסתובבים בצורה חופשית כמו מנועי DC, אלא נעים על פי זווית – לרוב בין 0 ל-180 מעלות.
מנועי סרוו פועלים בחוג סגור, כלומר הינם בעלי בקרה על מיקום המנוע, ובעלי יכולת תיקון פערים מהמיקום הרצוי.
שימושים שונים למנועי סרוו ברובוטיקה
מנועי סרוו נמצאים בשימוש בסוגים רבים מאד של רובוטים ובניהם זרועות רובוטיות, מכוניות הנשלטות בשלט רחוק, רובוטי-רכב, מטוסים ומסוקים (לשליטה על זווית הכנף \ רוטור). ישנן סיבות רבות לכך שמנועי סרוו נפוצים כל כך באפליקציות רובוטיקה, ובינהן קלות השליטה במנועי סרוו, דרישות האנרגייה הנמוכות (יעילות), הכח הגבוה, רמת מתח TTL, והגודל והמשקל הנמוכים.
יתרונות וחסרונות של שימוש במנועי סרוו
מנועי סרוו שימושיים מאד עבור אפליקציות רובוטיקה, בשל סיבות רבות:
- לרוב מנועי סרוו הינם מנועים בעלי גודל פיזי קטן
- מנועי סרוו מספקים כח זוויתי (מומנט) חזק מאד בהשוואה לגודלם
- מנועי סרוו פועלים בחוג סגור ולכן נחשבים אמינים מאד
- למנועי סרוו יש מעגל שליטה ובקרה פנימי
- מנועי סרו צורכים זרם בצורה פרופורציונאלית למטען אותו הם נושאים (לכן סרוו שאינו נושא מטען רב לא יצרוך הרבה זרם)
- מנועי סרוו פועלים במתח נמוך יחסית (כ-4 עד 6 וולט)
השוואה בין מנועי סרוו (Servo) למנועי צעד (Step Motors)
- ההבדל העיקרי בין מנועי צעד למנועי סרוו הוא שמנועי צעד פועלים בחוג פתוח ומנועי סרוו פועלים בחוג סגור, כך שהמערכת מחוברת למקודד שמבצע תיקוני מיקום כל הזמן. מנועי צעד לא נדרשים לבצע תיקון במיקומם (היות והם יודעים מראש היכן הם נמצאים) כל עוד והם פועלים בטווח העומס המוגדר להם.
- לרוב מנועי סרוו ינועו בטווח זוויות מוגבל (0-180 מעלות) ונדרש להמירם ידנית כך שיוכלו לנוע בטווח רחב יותר של מעלות (360 ומעלה לסיבובים מלאים). מנועי צעד אינם מוגבלים בתנועה.
- מנועי צעד לרוב זולים יותר ממנועי סרוו.
- מנועי צעד מאבדים כח במהירוית גבוהות.
כיצד עובד מנוע סרוו?
כיצד שולטים במנוע סרוו?
שליטה במנועי סרוו מבוצעת על ידי שליחת אות דיגיטאלי אל חוט הבקרה של המנוע. הרעיון הכללי הוא שליחת גל מרובע (Square Wave) אל המנוע, כאשר אורך הגל הוא זה שקובע את הזווית אליה ינוע המנוע.
לדוגמה, כאשר נספק למנוע גל בו רוחב הפולס הוא 1מילי-שנייה, המנוע ינוע אל זוויתו המינימאלית – 0 מעלות.
כאשר נספק למנוע גל בו רוחב הפולס הוא 1.5 מילי-שנייה, המנוע ינוע אל זוויתו האמצעית – 90 מעלות.
כאשר נספק למנוע גל בו רוחב הפולס הוא 2 מילי-שנייה, המנוע ינוע אל זוויתו הגדולה ביותר – 180 מעלות.
תרשים סכמטי:
בסרטון הבא ניתן לראות הדגמה של השליטה במנוע. שימו לב לאורך הגל המוצג במשקף התנודות (אוסילוסקופ), ולזווית המנוע המשתנה בהתאם
מתח מנועי סרוו
מנועי סרוו עובדים בטווח שונה של מתחים, ובדרך כלל בין 4.8 ל-6 וולט. הסיבה לשימוש בסטנדרט הזה היא הקרבה לרמת TTL (שהיא 5 וולט) שבה פועלים רוב המקרו-מעבדים שמשמים לשליטה על מנועי הסרוו.
אם כן, באיזה מתח מומלץ להשתמש? שימוש במתח המירבי איתו מסוגל המנוע לעבוד יניב את הכח החזק ביותר.
זרם מנועי סרוו
חיווט מנועי סרוו
לכל מנועי הסרוו יש שלושה חוטים:
חוט שחור או חום שהוא אדמה (-)
חוט אדום שהוא המתח (+)
חוט צהוב, כתום או לבן שהוא חוט האות לשליטה במנוע.
לדוגמה במנועי הסרוו הנפוצים של Hitec \ Futaba :
בניית בקר למנוע סרוו
כאמור, מנועי סרוו כוללים מעגל שליטה פנימה המקבל אות בתדר מסויים ומסובב את ראש המנוע לזווית הנכונה בהתאם. בהרבה מקרים יצירת התדר המתאים ישירות ממרכז המערכת הינה פעולה לא רצויה, הדורשת משאבים ומפריעה לטיפול ברכיבים אחרים במערכת. במקרים כאלו נעדיף ליצור בקר נפרד שיקבל מספר X (כך ש X בין 0-255) ויניע את ראש המנוע ל X/255*360 מעלות. בקר זה ידאג ליצירת האות המתאים למנוע. רצוי מאד להשתמש בבקר כזה כאשר רוצים לחבר מנועי סרוו למחשב. חשבו למשל על הנעת 3 מנועי סרוו, שדורשים פולס של 1 מילישנייה. כמות הפסיקות (Interrupts) שתיווצר תכביד מאד על פעולת המחשב. מנגד כאשר משתמשים בבקר, מדובר בפסיקה אחת בלבד המוציאה את הזווית הרצויה לכל מנוע.
פרטים נוספים על הבקר ניתן לקרוא בעמוד בקר מנועי סרוו.
