Um dos principais equipamentos de automação industrial, o servo motor é ideal para o desenvolvimento de projetos que envolvam controle de movimento.
Embora muitas pessoas ainda desconheçam o seu valor ou até a sua existência, muitas empresas ao redor do mundo investem no equipamento, devido à sua confiabilidade, potência e eficiência.
Linhas de produção, como as das indústrias alimentícia e farmacêutica, além de inúmeros projetos robóticos, utilizam o servo motor para obter um excelente desempenho.
A Kalatec preparou esse conteúdo para você conhecer esse equipamento, suas principais aplicações, pontos positivos e negativos. Além disso, falaremos um pouco sobre seu controle e programação. Acompanhe.
Esse dispositivo elétrico é utilizado para controlar movimento, velocidade de rotação e posição, além do torque de saída. Ele consegue girar peças de uma máquina com alta eficiência, atuando sob padrões de sincronia e precisão, oferecendo torque alto e constante.
Sua habilidade de controle de rotação o permite atingir uma faixa de giro que varia de 1.500 até mais de 4.000 rpm, sem perda de torque. Alguns modelos possuem, ainda, alta capacidade de sobrecarga.
Seu funcionamento é baseado em feedback de posição para controle de velocidade e posição final do motor, utilizando um encoder acoplado.
Dependendo do projeto, o servo motor pode ser usado ??para substituir motores AC, motores de passo e sistemas hidráulicos e pneumáticos.
O servo motor é empregado em uma série de aplicações, principalmente em sistemas de malha fechada. Há aplicações domésticas, em veículos e em aeromodelos com pequenos servos sistemas, mas é na indústria que esse motor tem seu reinado garantido. Veja alguns exemplos de aplicações industriais:
Uma das vantagens é que, em determinados casos, o servo é mais confiável do que equipamentos como o motor de passo, já que possui malha fechada e monitora corrente, velocidade e posição.
Os servos motores, comparados com motores de passo, são mais suaves e alcançam resoluções muito mais altas, chegando na casa de 23 bits.
Outras vantagens:
Entre as suas desvantagens, geralmente as soluções com servo motores são mais caras do que as com motores de passo. Além disso, sua configuração e ajustes são mais complexos. Outras desvantagens:
Na programação de um servo, é fundamental que a relação de inércia entre a carga e o motor estejam equilibradas, com torque calculado dentro da faixa nominal de torque.
Quando utilizamos um servo motor com Arduino é possível desenvolver vários projetos robóticos.
Para realizar a programação, geralmente é utilizada a biblioteca oficial do Arduino, para possibilitar o controle dos servos por diferentes modelos de Arduino, como o Arduino Leonardo, Arduino Mega, Arduino Nano e o Arduino Uno.
As bibliotecas são coleções de códigos que facilitam a conexão a um sensor, monitor, módulo, etc.
Existem três principais modos de operação para a programação de um servo motor, que são definidos de acordo com a aplicação: Modo Velocidade, Modo Torque e Modo Posição.
Quando o Modo Torque é escolhido, o servo motor vai conseguir, com seus algoritmos, manter o torque constante, apesar da variação da carga na ponta do eixo.
No Modo Velocidade, o equipamento também será capaz de variar os algoritmos garantindo velocidade única e linear, mesmo com a variação de carga na ponta do eixo do motor.
O Modo Posição garante feedback da leitura do encoder para garantir que a posição desejada e a posição realizada seja exatamente a mesma.
Caso ocorra algum erro na operação, automaticamente será feita a correção para que o servo chegue na posição desejada e adequada.
Entre os benefícios do servo motor, destaca-se sua precisão de posicionamento, que permite que as empresas atuem em alta velocidade. Isso é essencial para aplicações que requerem repetibilidade com qualidade, como as linhas de produção.
Para chegar à posição e velocidade esperadas, a malha de controle do equipamento utiliza o feedback do motor.
O servo possui estrutura de controle em malha fechada, geralmente com os três modos de operação básicos já citados, que devem ser escolhidos de acordo com o caso específico.
Seu controle pode ser feito por um sinal de entrada que tem níveis de tensão TTL e que define a sua posição.
O sinal tem um formato que segue a modulação PWM (Pulse-Widht Modulation), em que informações são codificadas por meio da largura do pulso em nível alto em relação ao período completo de oscilação.
Servos motores também podem ter um controle de velocidade ou torque via referência analógica 0-10V ou 4-20mA e, ainda, podem ser controlados via programa residente interno, e as variáveis como distância, velocidade e acelerações alteradas, via protocolo serial RS485 Modbus, CANOpen, Profibus ou Ethercat.
Os servos motores possuem um encoder e um controlador acoplados. O encoder nada mais é que um sensor de velocidade que fornece a velocidade e o posicionamento do motor.
Para o controle da velocidade e posição final do motor, o equipamento atua com servomecanismo de feedback de posição. Para tanto, possui alguns elementos combinados: circuito de realimentação, controlador e outros elementos complementares.
É possível controlar vários servo motores ao mesmo tempo com um Arduino utilizando a biblioteca do site oficial da placa microcontroladora. Com apenas 1 temporizador, por exemplo, dá para controlar 12 servos.
A biblioteca suporta essa quantidade de motores na maioria das placas Arduino e 48 no Arduino Mega.
Um servo industrial é composto por um motor DC de ímã permanente com um sistema de controle em malha fechada que, em geral, é formado por encoders ópticos ou magnéticos.
O acionamento entrega tensão e a corrente necessária ao motor, baseado no feedback do sistema.
A velocidade comandada é definida no driver que, por sua vez, possui um circuito que compara a tensão de feedback do encoder e indica se a velocidade esperada foi atingida.
O loop de velocidade monitora a velocidade comandada e o feedback do encoder. Já o driver ajusta a potência do motor para manter a velocidade comandada desejada.
Concluímos que, assim como os motores de passo e outras soluções industriais, o servo motor tem vantagens que atraem diversas empresas em busca de aumento do desempenho geral.
Isso porque se trata de um equipamento confiável, compacto, robusto e eficiente, que entrega a precisão exigida pelos processos de diferentes ramos da indústria.
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