robótica
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Paula Domingues Formadora nas áreas de Eletrónica, Telecomunicações, Automação e Comando IEFP – Évora pauladomingues47@gmail.com
ELETRÓNICA INDUSTRIAL
Servomotores O QUE É UM SERVOMOTOR? Um servomotor é um dispositivo eletromecânico, cuja velocidade de rotação e ângulo de rotação são possíveis de controlar através de um circuito de comando. São por isso utilizados em aplicações de posicionamento. Existem diversos modelos de servomotores, com diferentes formas de realimentação, com diferentes tipos de motores, com diferente robustez. Algumas aplicações de servomotores são por exemplo: a robótica e o modelismo.
QUAIS SÃO AS CARATERÍSTICAS PRINCIPAIS DE UM SERVOMOTOR? Ao contrário de um motor que gira 360°, continuamente, o servomotor gira, geralmente, até aos 180°, apresentando sempre uma posição muito precisa. Este dispositivo apresenta também um baixo consumo energético quando comparado com outros tipos de motores. As caraterísticas fundamentais para especificação de servomotores são: a velocidade, o torque, o tamanho, o ângulo de rotação do eixo, o consumo e o material de fabrico das engrenagens.
COMO É CONSTITUÍDO UM SERVOMOTOR? Este dispositivo é constituído por um motor, uma caixa de velocidades e um circuito de controlo. O motor elétrico utilizado nos servomotores é geralmente um motor elétrico de Corrente Contínua, embora também possa encontrar, apesar de menos frequente, motores de Corrente Alternada. O torque do servomotor aumenta, graças á existência de um conjunto de engrenagens que formam uma caixa redutora. Conetado ao eixo do servomotor, existe um potenciómetro, cuja resistência elétrica permite definir a posição angular do eixo do servomotor. Quanto melhor a qualidade deste potenciómetro, maior será a precisão e a estabilidade do servomotor.
Figura 1. Servomotor com engrenagens e condutores de alimentação.
O servomotor tem ainda um circuito de controlo, construído por componentes eletrónicos que podem ser componentes discretos ou circuitos integrados. Este circuito tem um oscilador, bem como um controlador de malha fechada, do tipo PID (controlo proporcional, integrativo e derivativo) que, ao receber um sinal elétrico do sensor (posição do eixo do servomotor), aciona o motor, fazendo-o girar até á posição desejada. Tem ainda três fios condutores para ligação, dois deles são para a alimentação e o terceiro corresponde ao sinal de controlo. Atenção: uma ligação errada dos condutores pode queimar o servomotor. O sinal de controlo de um servomotor utiliza, geralmente, o protocolo PPM (modulação por posição de pulso), apresentando como caraterísticas básicas: • Largura máxima do pulso de controlo; • Largura mínima do pulso de controlo; • Taxa de repetição (frequência) do pulso de controlo. Assim, a posição do eixo do servomotor é determinada pela largura do pulso de controlo:
Largura do pulso de controlo
Deslocamento do eixo do servomotor relativamente á posição central
Máxima
+ 90°
Mínima
- 90°
Intermédia
Proporcional
A taxa de repetição é, geralmente, de 50 Hz e a largura de pulso do sinal de controlo varia entre 1 e 2 ms.
COMO FUNCIONA UM SERVOMOTOR? A posição do eixo do servomotor é controlada através de um sistema de realimentação – feedback – formado entre o potenciómetro e o circuito de controlo. Ao aplicar um sinal elétrico na entrada de controlo, o seu eixo roda entre 0 e 180°. Mantendo o sinal aplicado, o servo mantém a sua posição. Quando o sinal de controlo muda, o eixo do servomotor roda para nova posição angular. Existe um potenciómetro, ligado fisicamente ao eixo de saída do servomotor, que funciona como sensor de posição. O circuito de controlo compara o valor do potenciómetro, com os impulsos que recebe através da linha de controlo, fazendo girar o motor, de forma a corrigir qualquer diferença que exista entre ambos. A tensão aplicada ao servomotor é proporcional ao ângulo de rotação necessário, ou seja, quando o motor do servo precisa de rodar muito, o motor roda à sua velocidade máxima, se precisa de rodar pouco, o motor roda a uma velocidade mais baixa. Esta propriedade designa-se por controlo proporcional.