MakerPot.com


90


30


0

دليل المحركات الكامل للروبوتات الخطوة التاسعة: محرك السيرفو

2017-05-14

محرك السيرفو هو جهاز كهربائي بإمكانه دفع أو تدوير الأشياء بدقة كبيرة. فإن كنت تحتاج إلى تدوير شيء بزاوية محددة أو لمسافة معينة، فيمكنك استعمال محرك السيرفو. وهو مجرد محرك اصطناعي بسيط يعمل من خلال ميكانيزم mechanism السيرفو. فعندما يغذى هذا المحرك بالتيار المستمر DC، يدعى بمحرك DC سيرفو، ولو تمت تغذيته بتيار متناوب فإنه يدعى بمحرك AC سيرفو. وبمكننا أن نحصل على عزم دوران كبير لمحرك السيرفو بحجم صغير ووزن خفيف. وبفضل هذه المزايا فإن هذه المحركات تستعمل في العديد من التطبيقات مثل ألعاب السيارات، والحوامات اللاسلكية (ألعاب الهيلكوبتر اللاسلكية)، والطائرات، والروبوتات، الآلات الخ .. ووضعية محرك السيرفو يحددها التيار الكهربائي وداراته التي تقع بجانب المحرك.

وفي أيامنا هذه، فإن تقنية السيرفو هذه لديها مجالات تطبيق صناعية واسعة جدا. كما نرى شيوع محركات السيرفو في ألعاب السيارات ذات التحكم عن بعد، حيث تتحكم باتجاه الحركة، كما نرى أيضا أن هذه المحركات شائعة الاستعمال في الحواسيب حيث تقوم بتحريك علبة قاريء الأقراص CD أو الـ DVD. إلى جانب هذا نرى في حياتنا اليومية مئات التطبيقات لمحركات السيرفو. والسبب الرئيسي وراء استخدام هذه المحركات هو أنها تعطي زواية محددة. وكمثال سيدور محرك السيرفو فقط بالقدر الذي نريده ثم يتوقف وينتظر الإشارة التالية كي يقوم بالحركة الأخرى. وهذا ما لا يوجد في المحرك الكهربائي العادي الذي يدور بمجرد ايصاله لتغذية الطاقة ويستمر بالدوران حتى نقطع عنه تغذية الطاقة. لهذا نحن لا نستطيع التحكم بعملية الدوران في المحرك الكهربائي، لكن يمكننا فقط أن نتحكم بسرعة الدوران ويمكننا الإغلاق OFF أو التشغيل ON.

آلية عمل السيرفو

وتتكون الآلية من ثلاثة أجزاء:

  • جهاز للتحكم Controlled device.
  • حساس المخرَج Output sensor.
  • نظام التغذية العكسية Feedback system.

    وهو نظام دارة مغلقة حين تستعمل التغذية الراجعة (العكسية) الموجبة للتحكم بالحركة والوضعية النهائية للمحور. وهناك يتم التحكم بالجهاز عبر اشارة التغذية العكسية التي يولدها الفرق بين اشارة الخرج واشارة الدخل المرجعية.

    وهنا يتم مقارنة مرجع اشارة الدخل بإشارة الخرج الراجعة، والإشارة الثالثة ينتجها نظام التغذية العكسية feedback system. و هذه الإشارة الثالثة تسلك سلوك كأنها اشارة دخل للتحكم بالجهاز. و تظل هذه الإشارة موجودة طالما يولدها نظام التغذية العكسية، أو بوجود فرق بين مرجع اشارة المدخل ومرجع اشارة المخرج. وبالتالي نعرّف أن المهمة الرئيسية لآلية عمل السيرفو هي الحفاظ على خرج النظام بالقيمة المطلوبة مع وجود التشويش.

مبدأ عمل محركات السيرفو:

يتكون محرك السيرفو من محرك ( بتيار مستمر أو متناوب، AC أو DC)، مقياس جهد انزلاقيpotentiometer ، مجموعة مسننات، و دارة تحكم. وبداية وقبل كل شيء سنستخدم تجميعة المسننات لتقليص مقدار RPM وزيادة عزم دوران المحرك. وفي الوضعية الأولية لمحور محرك السيرفو، تكون أزرار مقياس الجهد كما لو أنه لا يوجد أي اشارة كهربائية مولدة في منفذ الخرج الخاص بمقياس الجهد الانزلاقي. والآن سنعطي اشارة كهربائية إلى طرف المدخل الآخر لكاشف الأخطاء المضخِم.

لا يوجد فرق بين هذين النوعين المختلفين من الإشارة. فإحداهما تأتي من مقياس الجهد، والأخرى تأتي من مصدر آخر، و تتم معالجتها بآلية التغذية الراجعة (العكسية) وسيُعطى الخرج على شكل اشارة خطأ. وتعمل اشارة الخطأ هذه كإشارة دخل للمحرك، ويبدأ حينها في الدوران. وسيكون الآن محور المحرك موصولا بمقياس الجهد الإنزلاقي وطالما المحرك يدور فإن مقياس الجهد والمحرك يستمران بتوليد الاشارة. وهكذا فكلما تغيرت وضعية زاوية مقياس الجهد، فإن اشارات خرجه كتغذية عكسية تتغير. وبعد مضي بعض الوقت، ستصل وضعية مقباس الفحص إلى وضع حيث خرج مقياس الجهد يكون مماثلا للاشارة الخارجة المقدمة. وفي هذه الحالة، لن تصدر اشارة خرج من المضخم نحو المحرك بما أنه لم يعد هناك أي فرق بين الاشارة الخارجية المطبقة والاشارة التي يولدها مقياس الجهد.، وفي هذه الحالة يتوقف المحرك عن الدوران.

التحكم بمحرك السيرفو:

يتم التحكم بمحرك السيرفو عبر PWM ( نبضات معدّلة ) والتي توفرها الأسلاك من المتحكم. هناك نبضة أدنى، ونبضة قصوى ومعدل تكرار. يمكن لمحرك السيرفو أن يدور 90 درجة لأي إتجاه انطلاقا من وضعه الحيادي. و يستقبل محرك السيرفو نبضة كل 20 ميللي ثانية وطول هذه النبضة سيحدد للمحرك مدة الوقت التي سيستمر فيها بالدوران. فعلى سبيل المثال، نبضة بمدة 1.5 ميللي ثانية يمكن أن تجعل المحرك يدور إلى وضعية 90°، وفيما لو كانت النبضة أقصر من 1.5 ميللي ثانية فإن المحور يتحرك إلى 0° ولو كانت أطول من 1.5 ميللي ثانية عندها سيدور محرك السيرفو بمقدار 180°. ويعمل محرك السيرفو بمبدأ عمل آلية PWM (تعديل عرض النبضة)، ويعني هذا المبدأ أن زاوية دوران المحرك يتم التحكم بها بطول مدة النبضة عبر منفذ التحكم خاصته Control PIN. و مبدئيا فإن محركات السيرفو تصنع انطلاقا من محرك DC (التيار المستمر) والذي يتم التحكم به عبر مقاومة متغيرة ( مقياس الجهد الإنزلاقي potentiometer) وبعض المسننات. وتحوّل هذه المسننات قوة السرعة الكبيرة لمحرك DC إلى عزم دوران. ونحن نعرف أن العمل (الميكانيكي) = القوة X المسافة، وفي محرك DC تكون القوة أقل من المسافة ( السرعة).

و في محرك السيرفو، القوة تكون عالية والمسافة أقل. و يكون مقياس الجهد موصولا بخرج المحور في محرك السيرفو لحساب الزاوية وايقاف محرك DC عند الزاوية المطلوبة.

باختصار، هناك اختلافين مهمين بين التحكم عبر النبضات في محركات السيرفو و بين تلك الموجودة في محركات DC. أولاً، في محركات السيرفو، دورة العمل ( في وقت التشغيل مقابل وقت الإيقاف) ليس لديها أي معنىً هنا، وبدلا عنها المهم هو القيمة المطلقة لمدة النبضة الموجبة القادمة. والتي تتطابق مع وضعية خرج التحكم في محور السيرفو. وثانيا، فمحرك السيرفو يمتلك طاقة التغذية الالكترونية الخاصة به، لهذا تتم تغذيته بتيار ضعيف. فكل تغذية الطاقة تأتي عبر مصدره هو، ومصدر تغذيته يجب أن يوصل بمصدر تيار عالي من مصدر 5 فولط.

محركات السيرفو الدورانية المستمرة:

تعتبر محركات السيرفو الدورانية المستمرة حاليا نسخة معدلة مما يمكن لمحركات السيرفو المألوفة أن تقوم به والذي هو: التحكم بوضعية محور المحرك. و في الواقع، تُصنع محركات السيرفو الدورانية 360° بتغيير بعض القطع الميكانيكية داخل محرك السيرفو. مع ذلك، فإن المصنّعين مثل شركة parallax تبيع هذا النوع من المحركات جاهزا على أية حال. وفي حالة محركات السيرفو الدورانية المستمرة يمكنك فقط التحكم بإتجاه وسرعة السيرفو، لكن ليس بالوضعية.

التحكم بالسيرفو عبر الأردوينو:

تمتلك محركات السيرفو ثلاثة أسلاك (وصلات): تغذية الطاقة، الأرض، والاشارة. ويكون سلك تغذية الطاقة عادة أحمر اللون، وينبغي أن يوصل بمنفذ 5V في لوحة الأردوينو أو الجنوينو Genuino. ويكون سلك الأرض بني اللون أو أسود و يجب أن يوصل بمنفذ الأرض ground pin في اللوحة. بينما سلك منفذ الاشارة يكون عادة أصفر اللون، برتقالياً أو أبيض ويجب أن يوصل بالمنفذ 9 في اللوحة.

الكود البرمجي:

include <Servo.h>

;Servo myServo

create servo object to control a servo //

twelve servo objects can be created on most boards //

;int pos = 0

variable to store the servo position//

void setup

() {

; myServo.attach(9)

attaches the servo on pin 9 to the servo object//

}

void loop

() {

for (pos = 0; pos <= 180; pos += 1)

{

goes from 0 degrees to 180 degrees//

in steps of 1 degree // myservo.write(pos);

tell servo to go to position in variable 'pos'//

; delay(15)

waits 15ms for the servo to reach the position //

}

for (pos = 180; pos >= 0; pos -= 1)

{

goes from 180 degrees to 0 degrees//

; myservo.write(pos)

tell servo to go to position in variable 'pos' //

; delay(15)

waits 15ms for the servo to reach the position//

}}

الاستعمالات:

  • الروبوتات.
  • التحريك (الالكتروني).
  • التحكم اللاسلكي بالسيارات/القوارب/الطائرات.

المزايا:

  • منخفضة الثمن: فمحركات السيرفو اللاسلكية صغيرة الحجم ثمنها لا يتجاوز بضع دولارات.
  • متنوعة: هناك مجموعة واسعة من الأحجام و الأنواعات ذات قيم عزم الدوران متعددة.
  • سهلة للتحكم: باستخدام مستويات منطقية مختلفة من النبضات عبر المتحكم الصغري ( المايكرو كونترولر) أو عبر متحكم سيرفو مخصص.

العيوب: معظم محركات السيرفو اللاسلكية محدودة بمن ناحية الحركة و دقة التموضع وهامش خطأ +/- 1 درجة سيكون جيدا في هذه الحالة.

0


Test User