Как своими руками сделать самолет на радиоуправлении из недорогих и качественных материалов? Такое занятие подходит как для начинающих авиалюбителей, так и для профессионалов — сборка летательных аппаратов по праву считается одним из наиболее увлекательных и кропотливых занятий.
Самостоятельно собрать модели самолётов может любой желающий, но для этого необходимо понимать весь процесс создания конструкции и точно рассчитать свои возможности. Как самостоятельно создать мини-самолет в домашних условиях, все тонкости и особенности — подробная информация изложена в данном материале.
Проектирование радиоуправляемого самолета
Радиоуправляемая модель самолета должна быть правильно спроектирована. То есть, необходимо учесть все размеры и параметры летательного аппарата, продумать его функциональность и применение.
На что необходимо обратить внимание перед началом проектирования радиоуправляемых самолётов:
- Выбрать назначение и определиться с целью постройки. Например, это может быть простая декорация с минимальными функциями или профессиональное устройство.
- Выбор электроники для комплектации РС. Необходимо продумать всю электронную начинку аппарата, с учетом веса самого устройства, получения правильной тяги, особенностей конструкции и длительности полета. Стоит предусмотреть и то, в каких условиях будет эксплуатироваться самолет — это существенно влияет на расчеты.
- Правильно рассчитать вес. Сразу нужно оценить общий вес устройства, хотя бы примерно. Если готова схема и чертежи — для расчета веса учитывают следующие критерии: вес самолета должен быть в 2-4 раза больше, чем вся электроника.
- Размах и корд крыла. Обязательно проводят расчет этих двух составляющих — их общая комбинация определяет расчет общей площади крыла.
- Хвост и фюзеляж. Последний этап проектирования, в котором окончательно определяются размеры крыльев.
В конструкции хвоста предусматривают параметры:
- горизонтальный стабилизатор — 25-35% площади крыла;
- вертикальный — половина горизонтального.
Советуем к прочтению: В каких случаях используются резисторы
Фюзеляж рассчитывается практически в произвольной форме. Здесь важно предусмотреть прочные крепления относительно центра тяжести самолета, в остальном существенных ограничений нет.
Важно! При большом количестве электронной начинки нужна плоская рама, которая выдерживает большие нагрузки.
Чертежи
- Все расчеты оформляют при помощи чертежей, здесь необходимо учесть все тонкости, а именно соответствие размеров, веса, питания, подключение электроники и многое другое.
- Радиоуправляемый самолет собирают по схемам и чертежам, где детально спроектирован каждый элемент конструкции.
Рама для РС
- Одна из наиболее важных деталей аппарата — рама, удерживающая всю плоскость самолета.
- Важно выбрать материал для изготовления, и он должен быть прочным и практичным.
- Из чего обычно делают раму:
- из пенопласта;
- из углеродного волокна;
- из пенополистирола;
- из потолочной плитки.
На заметку! Самым прочным материалом для рамы, имеющим самые долгие эксплуатационные характеристики, является углеродное волокно.
Хвост самолёта
- Важная деталь летательного аппарата, которая обеспечивает управляемый и стабильный полет — придает устойчивость и правильное направление.
- Обычно используют две разновидности хвостов:
- V-образный хвост более предпочтителен, поскольку именно такая конструкция обеспечивает стабильность в управлении конструкцией.
Контроллер и передатчик
Подразумевается наличие радиопередатчика, который обязателен для подобных конструкций — это главный элемент управления полетом и контроля над самолетом. Устройство должно быть качественным и иметь минимум 2 канала.
Сервоприводы
Данная деталь является двигателем, который осуществляет контроль за рулями, закрылками и дроссельными заслонками. Сервоприводы представлены в широком ассортименте, есть разновидности для электроприводных самолётов и работающих на бензине.
Пульт управления
- Важный момент — совместимость приемника и пульта.
- В остальном устройство выбирают в зависимости от функциональности, при этом стоит учитывать саму модель самолёта и электронную комплектацию.
Источник питания
Применяют две разновидности двигателей — электроприводные и бензиновые. Бензиновые более шумные, в остальном — это дело вкуса.
Моторы и двигатели для РС
Главное — выбрать качественный агрегат из всех предлагаемых на рынке. Двигателей достаточно много — внутреннего сгорания, электрические и другие. Моторы для РС используются коллекторные и бесколлекторные.
Сборка радиоуправляемого самолета
Пошаговая инструкция по сборке радиоуправляемого самолета выглядит следующим образом:
- Сборка фюзеляжа. Как правило, процесс состоит из трёх частей — делают хвост, центр, нос. Материал может быть разный, например, в целях экономии можно сделать конструкцию из потолочки.
- Крепление электроники вокруг фюзеляжа. Комплектация состоит из датчиков снаружи, приемника и аккумулятора внутри. Затем прикрепляют сервопривод к стабилизатору и два соединенных элемента к фюзеляжу.
- Крепление двигателя. Основной момент — прочность. Используют изоленту и клей. Все компоненты устройства при закреплении должны быть полностью сухими.
- Крепление крыльев. Важно создать оптимальную устойчивость конструкции и учесть вес сервоприводов.
- Шасси. Необязательная деталь, но ее используют довольно часто. Шасси обычно прикрепляют в передней части самолёта и в хвосте, используя парные наборы колес.
Совет! При наличии шасси самолётом легче управлять в ветреную погоду.
Тестирование
- Желательно использовать тесты, позволяющие испытать надежность аппарата перед началом эксплуатации.
- Например, можно использовать такой способ, позволяющий оценить сбалансированность и устойчивость самолета:
- аппарат берут в руки, держат над головой и бегут с ним;
- разбежавшись, отпускают самолёт в воздухе на несколько секунд;
- если он накренился назад — хвост слишком тяжёлый;
- если сразу падает — слишком большой вес электроники или фюзеляжа;
- если движется ровно и стабильно — сборка сделана правильно.
- Радиоуправляемые самолеты — это достаточно сложные инженерные конструкции,которые доступны практически каждому желающему.
Описание сборки предоставляет все этапы создания, при том, что все материалы доступны. Фюзеляж из потолочной плитки или простые батарейки для электроприводного мотора — все элементы устройства можно купить.
Советуем к прочтению: Чем переменный ток отличается от постоянного
- При соблюдении всех правил проектирования и сборки можно создать свой уникальный летательный аппарат.
- Как вам статья?
Сервопривод. Жизнь после смерти
Вместо эпиграфа…В жизни многих из нас бывают моменты, когда та или иная вещь приходит в негодность и приходится ее выбрасывать.
В практике моделизма, в частности, такой «вещью» нередко оказывается сервопривод – либо коллекторный мотор лишится щеток, а то и вовсе сгорит, либо шестерни останутся без зубов.
Контроллер же гораздо реже отправляется в «места вечнозеленых пастбищ, богатые дичью» (с)индейцы Кентукки.
Перечень терминов и сокращений.РУ – радиоуправление – совокупность аппаратных и программных средств для управления моделями по радиоканалуСП – сервоприводРРМ – сигнал управления (Pulse Position Modulation). В статье упоминается с числом, которое обозначает часть диапазона регулирования управляющего органа аппаратуры РУ (например, ход стика или поворота «крутилки» от минимума до максимума), например 30%РРМ = 30% диапазона регулирования от начала диапазона. Для удобства «привязки к ручкам».ДП – датчик положенияТОЧКА НЕЙТРАЛИ – такое положение ДП, при котором на выходе контроллера отсутствует напряжениеШИМ – широтно-импульсная модуляцияИМС – интегральная микросхема
Очень краткий экскурс в теорию.
СП, как известно, представляет собой электродвигатель (рассматриваем традиционные электрические СП, используемые моделистами) и редуктор. Электродвигателем управляет контроллер СП в соответствии с заданием, выданным с аппаратуры РУ в %РРМ. Конструктивно электродвигатель, редуктор и контроллер находятся в одном корпусе.
Источником управляющего сигнала, как правило, является приемник аппаратуры РУ или специальное устройство – сервотестер.В недорогих СП (к слову, которые использует в своих моделях подавляюще число моделистов) применяется коллекторный электродвигатель постоянного тока. Вот об этих СП и пойдет речь.
Подготовка.
Итак, в Вашем СП больше нет редуктора или электродвигателя, но остался контроллер? Отлично, попробуем найти применение контроллеру. В качестве примера будет рассматриваться контроллер сервопривода SG90, аналогичного 4 X TowerPro SG90 Mini Gear Micro Servo 9g Товар http://www.parkflyer.ru/product/1566363/ цена на который колеблется от 65 до 300 рублей у разных продавцов.Чтобы извлечь контроллер из корпуса сервопривода необходимо вывернуть четыре винта с нижней стороны корпуса (1), снять крышки редуктора (2) и контроллера (3).
Удалить шестерни, отпаять и удалить электродвигатель, не повреждая контроллер и ДП, в качестве которого применяется переменный резистор сопротивлением 5 кОм.Конструктивно ДП впаян в плату контроллера таким образом, что их разделяет внутренний конструктивный элемент корпуса СП — два выступа по бокам и просто так эти элементы удалить из корпуса не удастся (во всяком случае в СП, имеющейся у меня модификации так и было).Для удаления из корпуса сервопривода ДП и контроллера необходимо зафиксировать неподвижно шток ДП, например, зажать его в тиски. Далее, слегка «натягивая» корпус СП в сторону контроллера и одновременно прогревая паяльником места пайки контактов ДП на плате контроллера, выпаять ДП из платы и вынуть его из корпуса СП (останется в тисках). Только после этого можно будет достать из корпуса СП сам контроллер. При этом, сохранение целостности ДП не является приоритетной задачей, ибо в своем изначальном качестве он уже не нужен и для дальнейших творческих изысканий может быть заменен любым переменным или подстроечным резистором того же или близкого номинала. В случае если не удастся подобрать постоянный резистор сопротивлением из стандартного ряда, можно «подогнать» ближайший номинал, постепенно счищая «наждачкой» графитовый слой и замеряя получившееся сопротивление. Можно также оставить переменный резистор, заменив его на «многооборотный» прецизионный. Ближайший в ряду российский номинал – 5.1 кОм. Либо использовать триммер канала на пульте РУ.Контроллер выполнен в виде печатной платы размером около 10х15мм с впаянными в нее радиокомпонентами. Он имеет один вход управления для сигнала РРМ и два выхода (назовем их «А» и «В»). Выходы являются инверсными по отношению друг к другу в виду того, что СП по сути является реверсивным. Сигнал на обоих выходах – ШИМ. Нагрузочная способность выходов контроллера позволяет подключать к ним микроэлектродвигатель напрямую, что и сделано производителем. На самом деле, ИМС, применяемая в контроллере этого СП, имеет больше двух выходов, но в статье будет рассматриваться применение именно выходов, к которым производитель СП подключил микроэлектродвигатель.Малый размер платы и удобное расположение контактных «пятачков» и отверстий для внешних связей дает возможность припаять к плате «ножки» и использовать ее как единый радиокомпонент на Вашей печатной плате. Ну вот, контроллер и ДП (если испортили ДП при пайке, то любой переменный или подстроечный резистор того же или близкого номинала) у нас на столе. Что дальше?Припаиваем ДП к контроллеру. Для этого лучше использовать соединительные проводники, а не устанавливать ДП непосредственно на плату. С помощью ДП впоследствии можно установить точку нейтрали по отношению к %РРМ, исходя из решаемой задачи, как это сделать – см. ниже.Чтобы избежать дрейфа точки нейтрали из-за невысокого качества переменного резистора, после окончательной настройки этого параметра рекомендую заменить переменный резистор на два постоянных резистора, сопротивление которых равно сопротивлению каждого плеча ДП соответственно. Контроллер необходимо дополнить силовыми ключами. Тип элементов и схемотехника силовых ключей могут быть различны и ограничиваются решаемыми задачами, размерами, весом и… навыками Исполнителя. Применение внешних силовых ключей позволяет создавать регуляторы и коммутаторы с нагрузочной способностью в десятки и сотни ампер. Так же, теоретически, нет ограничений по напряжению питания ведомых устройств.
ПРИМЕЧАНИЕ: Для всех творческих изысканий в качестве источника управляющего РРМ-сигнала используется сервотестер, аналогичный этим:
Сервотестер Turnigy на 3 сервомашинки Товар http://www.parkflyer.ru/product/991325/
S_Tester — ESC Сервотестер 3-х канальный 4.8-6V Товар http://www.parkflyer.ru/product/1474774/
Удобно выставлять нейтраль одним нажатием кнопки на сервотестере, но я не уверен, что это именно нейтраль – навряд ли китайцы калибруют сервотестеры ))).
В части визуализации положения управляющих органов при том или ином %РРМ, на мой взгляд, лучше использовать для настройки реальную аппаратуру РУ.
Указанные на схемах номиналы и типы элементов приведены для примера (использовались в испытаниях) и могут быть заменены на другие, исходя из целей и задач.Вопросы размеров и веса конечных устройств в статье не рассматриваются.
Варианты использования контроллера.
1. Реверсивный регулятор оборотов двигателя постоянного тока. Настройка.
Устанавливаем с помощью ДП точку нейтрали контроллера в 50%РРМ, для чего устанавливаем регулятор сервотестера в середину диапазона регулирования (в случае использования реальной аппаратуры РУ – управляющий орган (стик, «крутилка» и т.п.) соответствующего канала).
При этом подключенный к регулятору двигатель может произвольно вращаться.Вращая ось ДП добиваемся полной остановки двигателя. При наличии вольтметра – контролируем отсутствие напряжения на выходе регулятора.Отключаем питание регулятора, отпаиваем ДП от платы контроллера, замеряем сопротивление каждого плеча.
Впаиваем на место ДП в плату контроллера постоянные резисторы с сопротивлением, равным сопротивлению каждого плеча ДП соответственно.
При необходимости поменяйте местами выходы контроллера либо полярность подключения крайних выводов ДП на плате контроллера.
Данный регулятор работает с электродвигателями постоянного тока, которые при смене полярности питающего напряжения изменяют направление вращения якоря.
Соотношение диапазона регулирования %РРМ и диапазона регулирования регулятора: Как видно из диаграммы, диапазон регулирования контроллера СП составляет 50% от диапазона %РРМ в каждую сторону.
2. Нереверсивный регулятор оборотов двигателя постоянного тока.
Настройка.Устанавливаем с помощью ДП точку нейтрали контроллера в 0%РРМ, для чего устанавливаем регулятор сервотестера в начало диапазона регулирования (в случае использования реальной аппаратуры РУ – управляющий орган (стик, «крутилка» и т.п.) соответствующего канала).
При этом подключенный к регулятору двигатель может произвольно вращаться.Вращая ось ДП добиваемся полной остановки двигателя. При наличии вольтметра – контролируем отсутствие напряжения на выходе регулятора.Отключаем питание регулятора, отпаиваем ДП от платы контроллера, замеряем сопротивление каждого плеча.
Впаиваем на место ДП в плату контроллера постоянные резисторы с сопротивлением, равным сопротивлению каждого плеча ДП соответственно.
Соотношение диапазона регулирования %РРМ и диапазона регулирования: Отмечу, что, так как диапазон регулирования контроллера СП составляет 50% от диапазона %РРМ в каждую сторону, регулирование оборотов будет возможно от 0%РРМ до 50%РММ.
При 50%РРМ обороты двигателя достигнут максимальных и далее расти не будут (см. диаграмму).При необходимости поменяйте местами выходы контроллера либо полярность подключения крайних выводов ДП на плате контроллера.
3. Регулятор яркости фар/фонарей и т.п.Вариант 1.
Вариант 2 (инверсное регулирование яркости). Настройка.Описание настройки не привожу – она аналогична регуляторам для электродвигателя (см. выше) с той лишь разницей, что к выходу подключены лампочки накаливания, а не электродвигатель.Вы можете самостоятельно попробовать установку точки нейтрали в разных точках диапазона регулирования с тем, чтобы выбрать оптимальную для Вашей задачи.При необходимости поменяйте местами выходы контроллера либо полярность подключения крайних выводов ДП на плате контроллера.Как показали эксперименты у отдельных регуляторов (из двух проявилось у одного) в крайних точках лампочки слегка мерцают, что обусловлено наличием импульсов ШИМ, следующих с низкой частотой. Мерцание можно устранить, включив электролитический конденсатор емкостью 4.7-10мкф 16В между затвором и истоком ключевого транзистора (см. вариант коммутатора ниже), однако это приводит к нагреву транзистора при больших токах и необходимости установки его на радиатор (во время испытаний ток через транзистор был около 2А) вследствие перехода в другой режим работы. Так же несколько сужается диапазон регулирования.
4. Коммутатор
Коммутатор может найти применение, например, в качестве дистанционного выключателя световых приборов модели. Так же его можно использовать в аппаратных миксах с другими каналами, например, когда, скажем, при 25% газа нужно включить/отключить фары.Смещая точку нейтрали можно задавать различное значение %РРМ, при котором коммутатор изменит свое состояние.
- Настройка.
Устанавливаем регулятор сервотестера в 25% (цифра для примера) от начала диапазона регулирования (в случае использования реальной аппаратуры РУ – управляющий орган (стик, «крутилка» и т.п.) соответствующего канала). При этом состояние коммутатора может быть произвольным.
Вращая ось ДП добиваемся отключения реле, а затем вращением ДП в обратную сторону добиваемся включения реле. Если реле отключено, то вращаем ДП до момента включения реле. Это и будет порог срабатывания на уровне 25%РРМ. Отключаем питание коммутатора, отпаиваем ДП от платы контроллера, замеряем сопротивление каждого плеча.
Впаиваем на место ДП в плату контроллера постоянные резисторы с сопротивлением, равным сопротивлению каждого плеча ДП соответственно.
Ключ управления реле и само реле выбираются, исходя из целей и задач.При необходимости поменяйте местами выходы контроллера либо полярность подключения крайних выводов ДП на плате контроллера. Печатная плата не разрабатывалась, так как сама плата требует наличие места и объема. Обычно практикую навесной монтаж в термоусадке с формой конечного изделия под конкретное место в корпусе. Прочность монтажа приемлемая.
Возможный вариант компоновки одного из регуляторов может быть таким (просто пример):Для тех, кто не очень знаком с электроникой привожу фото соединений компонетов простого регулятора яркости лампочки накаливания (питание контроллера СП от сервотестера/приемника; красный (+) и черный (-) провода на фото, уходящие вправо — силовое питание 12В).
Используется транзистор NDP7050. У других транзисторов расположение выводов может быть другим, просто найдите в Сети даташит (datasheet) на имеющийся у Вас транзистор — там обычно все расписано/разрисовано, например http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/54154/FAIRCHILD/NDP7050.html
Ориентироваться можно на обозначения выводов G, D, S, сопоставляя их с приведенным на фото.Электронщики же должны сами знать как-где-что искать ))))
Самодельный сервопривод
Всем привет!Ну чтож, начнем. И первый пост будет про один из основных робототехнических приводов -сервопривод и про то как его сделать.
Второй же тип привода — пневмомускулу, уже рассмотрели вот тут
Под сервоприводом чаще всего понимают механизм с электромотором, который можно попросить повернуться в заданный угол и удерживать это положение. Однако, это не совсем полное определение.
Если сказать полнее, сервопривод — это привод с управлением через отрицательную обратную связь, позволяющую точно управлять параметрами движения.
Сервоприводом является любой тип механического привода, имеющий в составе датчик (положения, скорости, усилия и т.п.
) и блок управления приводом, автоматически поддерживающий необходимые параметры на датчике и устройстве согласно заданному внешнему значению.
Иными словами:
Сервопривод получает на вход значение управляющего параметра. Например, угол поворота.
- Блок управления сравнивает это значение со значением на своём датчике.
- На основе результата сравнения привод производит некоторое действие: например, поворот, ускорение или замедление так, чтобы значение с внутреннего датчика стало как можно ближе к значению внешнего управляющего параметра.
- Наиболее распространены сервоприводы, которые удерживают заданный угол, и сервоприводы, поддерживающие заданную скорость вращения.
- Сервопривод состоит из следующих компонентов: Мотор-редуктор, силовой драйвер, энкодер, зажим для энкодера, микроконтроллер.
Привод — электромотор с редуктором. Чтобы преобразовать электричество в механический поворот, необходим электромотор. Однако зачастую скорость вращения мотора бывает слишком большой для практического использования. Для понижения скорости используется редуктор: механизм из шестерней, передающий и преобразующий крутящий момент.
Включая и выключая электромотор, можно вращать выходной вал — конечную шестерню сервопривода, к которой можно прикрепить нечто, чем мы хотим управлять.
Однако, для того чтобы положение контролировалось устройством, необходим датчик обратной связи — энкодер, который будет преобразовывать угол поворота обратно в электрический сигнал. Для этого часто используется потенциометр.
При повороте бегунка потенциометра происходит изменение его сопротивления, пропорциональное углу поворота. Таким образом, с его помощью можно установить текущее положение механизма.
Кроме электромотора, редуктора и потенциометра в сервоприводе имеется электронная начинка, которая отвечает за приём внешнего параметра, считывание значений с потенциометра, их сравнение и включение/выключение мотора. Она-то и отвечает за поддержание отрицательной обратной связи.
К сервоприводу тянется три провода. Два из них отвечают за питание мотора, третий доставляет управляющий сигнал, который используется для выставления положения устройства.
В качестве мотор-редуктора в нашем самодельном серве используется обычный мотор от электростеклоподъёмников. Опробованы и российские и китайские модели. Подходят все, имеющие стандартное крепление. Этот редуктор дешевый и дает огромный момент.
Хотя скорее подходят все имеющие возможность всверлиться в выходную ось вращения для установки энкодера.
Силовой драйвер — самая сложная и напряженная часть сервопривода.
Драйвер был трижды полностью переработан. В первой версии сервопривода использовался драйвер на Н-мосте биполярных транзисторов (кт827 и кт825).
Этот драйвер работал, но очень короткий срок (менее минуты). Далее наступал перегрев. Для более слабых моторов пойдет, но для мощных стеклоподъемников нет. Применения теплоотводов было невозможно, т.к. это значительно увеличивало массогабариты. А это один из основных параметров.
Масса и размеры сервопривода должны быть минимальны. Во второй версии была попытка использовать Н-мост на силовых полевых транзисторах (irp9140n и irfz44n) .. Драйвер не заработал совсем, несмотря на все усилия.
Причина была в слишком низком напряжении на выходе микроконтроллера управления.
Требовалось увеличить напряжения до 12 в, с сохранением возможности ШИМ. В третей версии драйвера были устранены все недостатки предыдущих моделей драйвера.
Драйвер в этой модели представляет собой два Н-моста , внутренний мост на полевых транзисторах и внешний мост на биполярных. . Нагрев транзисторов во время испытания был минимален и поэтому теплоотвод был уже не нужен.
Внешний мост увеличивал напряжения до необходимого, а внутренний нужен был для силового управления мотором. Схема для удобства была разделена на две части.
Энкодер представляет собой обычный переменный резистор на 5ком.Особых требований к нему нет. Единственное условие кроме сопротивление является то ,чтобы выходной вал бегунка был 6 мм в диаметре. Он всверливается в выходную шестеренку мотора и позволяет определить текущий угол.
Микроконтроллер представляет собой электронную начинку от маломощных китайских микросервоприводов. Если просто — берем самую дешевую серву и выдираем оттуда мелкую плату. Это и есть мозги и контролер нашей сервы.
Аналог данной системы подобного размера у нас создать пока не получилось. Электроника питается от 5в. и выдает ШИМ сигнал того же уровня. ШИМ идет на драйвер. Микроконтроллер относительно надежен, дешев и точен, что позволяет использовать именно такой вариант, а не разрабатывать свой с нуля.Можно сделать и с нуля, но пайка смд деталей это такое дело…
Выходы этого контролера, те что шли на мотор, надо подключить к входам H моста. А выходу моста уже к мотор-редуктору.
Такая конструкция сервопривода показала себя очень хорошо и будет дальше улучшаться и использоваться .
[моё] Робот Робототехника Экзоскелет Привод Видео Длиннопост Похожие посты закончились. Возможно, вас заинтересуют другие посты по тегам:
Обратная связь от сервопривода или «забиваем гвозди»
Всем хабраконструкторам, привет! Пришла мне как-то в голову дурацкая мысль: собрать девайс, который бы молотком забивал гвозди. Просто ради демонстрации работы сервопривода. Алгоритм простой: даём команду на поднятие молотка, ждём пока он поднимется, отпускаем молоток; и так пока гвоздь не будет забит. Но как узнать, что молоток поднялся и что гвоздь забит, не пользуясь дополнительными датчиками? Спросить у «глупого» сервопривода! Как именно это сделать — об этом и пойдёт речь в статье.
Что такое сервопривод? Наверное, все знают, но на всякий случай: это привод, который в отличие от мотора постоянного тока не просто крутится пока подаётся напряжение, а стремится повернуться к заданному углу и удержаться в этом положении. Угол устанавливается с помощью ШИМ (PWM)-сигнала. Сервопривод стремится к определённому положению, а следовательно должен знать своё собственное. Перед началом сборки я был уверен, что запросить текущий угол будет проще простого и это возможно «из коробки». Не тут то было. Но обо всём по порядку.
Итак, предполагаемый девайс: сервопривод с прикреплённым к нему молотком на небольшом постаменте для равновесия. Сервопривод подключается к Arduino через IO Shield, а микроконтроллер исполняет алгоритм:
- Установить сервоприводу определённый угол для поднятия молотка
- Бездействовать пока сервопривод не сообщит, что угол достигнут
- Отключить питание сервопривода, чтобы молоток упал на гвоздь
- Прочитать угол в упавшем положении
- Если угол после падения несколько раз подряд не изменился — значит гвоздь перестал вколачиваться. Предположительно он забит — прекращаем исполнение
- Если угол изменился, начинаем сначала
Берём исходные части: 
Пилим и скручиваем: 
Приступаем к написанию прошивки для Arduino… Довольно быстро становится понятно, что установить определённый угол для сервы — не проблема. В частности, это позволяет сделать стандартная библиотека Servo, которая из заданного в градусах угла формирует соответствующий PWM-сигнал. А вот с чтением — проблема: функции для этого нет. Быстро погуглив проблему, нашёл кучу сообщений на форумах, где на этот вопрос авторитетно отвечали: «Это не возможно! Сервоприводы — это write-only устройства». Меня это привело в замешательство, я интуитивно чувствовал, что достать эти данные как-то просто можно.
Матчасть
После недолгих поисков в сети можно понять как устроена серва. Это обычный мотор постоянного тока, который соединён с выведенным шпинделем через несколько шестерней, формирующих пониженную передачу.
Этот же шпиндель с внутренней стороны физически прикреплён к потенциометру (подстроечному резистору).
При вращении мотора шпиндель поворачивается, поворачивается и бегунок потенциометра, выходное напряжение потенциометра меняется, мозги сервы его считывают и если напряжение достигло заданного уровня — цель достигнута, мотор отключается от питания.
То есть, у нас есть потенциометр, по сигналу с которого можно определить текущий угол. Осталось только разобрать сервопривод и подключиться в нужном месте. Разбираем: 
Сразу скажу, что сервопривод с фотографии я безвозвратно сломал в процессе разборки. Не нужно было вообще выламывать плату с электроникой, достаточно просто снять заднюю крышку, которая держится на 4-х винтах. Но сразу это было не очевидно, и чтобы понять куда на плате припаян потенциометр, пришлось пожертвовать одним приводом.
Вот как припаян потенциометр на сервоприводах от DFRobot:
Нам нужен сигнал с бегунка, который меняется в зависимости от угла поворота от минимального до максимального напряжения. Берём мультиметр, вращаем шпиндель и смотрим: каким углам какой сигнал соответствует. Для моей сервы углу в 0° соответствует напряжение 0.43 В, а максимальному углу поворота в 180° соответствует напряжение 2.56 В. Аккуратно припаиваем новый сигнальный провод. 
Подключаем его к аналоговому входу A5 на Arduino. Закрываем крышку. Пишем программу: #include
// разрешене аналогого порта
#define A_MAX 1024
// опорное напряжение на котором работает серва
#define A_VREF 5
// предельные уровни сигнала с сервы
#define A_VMIN 0.43
#define A_VMAX 2.56
Servo servo;
int lastHitAngle = 0;
int hitAngleMatches = 0;
bool jobDone = false;
/*
* Возвращает текущий угол поворота сервы исходя
* из сигнала с его потенциометра
*/
int realAngle()
{
return map(
analogRead(A5),
A_MAX * A_VMIN / A_VREF,
A_MAX * A_VMAX / A_VREF,
0, 180);
}
void setup()
{
}
void loop()
{
if (jobDone)
return;
// включаем серву и просим повернуться до положения 70°
servo.attach(6);
servo.write(70);
// ждём поворота. 5° запаса на всякие погрешности
while (realAngle() < 65)
;
// бросаем молоток и ждём немного пока он успокоится
servo.detach();
delay(1500);
// запоминаем угол после падения и сопоставляем его с
// предыдущим
int hitAngle = realAngle();
if (hitAngle == lastHitAngle)
++hitAngleMatches;
else {
lastHitAngle = hitAngle;
hitAngleMatches = 0;
}
// если угол не менялся 5 раз — мы закончили
if (hitAngleMatches >= 5)
jobDone = true;
}
Включаем, пробуем, работает!
Что делать с полученным опытом — вариантов много: можно сделать контроллер вроде того, что используется на кораблях для установки тяги (полный вперёд / полный назад); можно использовать серву с обратной связью как элемент автономного рулевого управления какой-нибудь машины; можно много всего. Да прибудет со всеми нами фантазия!
Arduino и сервопривод
Сервопривод, он же сервомашинка, он же просто серво – простейший “модельный” актуатор, использовался в радиоуправляемых моделях ещё до появления Ардуино. Сервопривод поворачивает свой выходной вал в диапазоне ~180 градусов и обладает вполне приличным моментом для перемещения частей механизмов. В маленьком корпусе располагаются:
- Коллекторный моторчик
- Редуктор (пластиковый или металлический)
- Потенциометр обратной связи
- Контроллер (драйвер мотора, обратная связь, управление по интерфейсу PWM)
Серво комплектуется набором “качалок” и винтами для крепления
Характеристики 9-граммового сервопривода:
- Напряжение питания: 3.. 7.2V
- Крутящий момент:
- 1.2кг/см при 4.8V
- 1.6кг/см при 6.0V
- Рабочий угол: 160.. 180 градусов
- Скорость (без нагрузки): 180 градусов за 0.3с
- Интерфейс: PWM
Сервопривод управляется ШИМ сигналом, точнее длиной импульса: минимальная (0 градусов) и максимальная (~180 градусов) длина импульса колеблется в зависимости от модели и производителя сервопривода.
Подключение
Провода:
- Коричневый: GND
- Красный: VCC
- Жёлтый: цифровой пин
Примечание: сервопривод потребляет довольно приличный ток (стартовый до 1А), поэтому рекомендуется питать его от внешнего источника. При питании от компьютера напряжение может просесть и МК перезагрузится, при высокой нагрузке (с 2 и больше приводов) может выгореть защитный диод на плате Arduino!
Библиотеки
Для управления сервоприводом можно использовать стандартную библиотеку Servo.
Эта библиотека отбирает у микроконтроллера первый таймер, поэтому в некоторых случаях будет удобно использовать библиотеку SoftServo.
Стандартная библиотека управляет сервоприводом очень резко, на максимальной скорости, поэтому для реальных применений лучше использовать библиотеку плавного движения серво – ServoSmooth.
Servo.h
Библиотека стандартная и идёт в комплекте с Arduino IDE. Подключаем и создаём объект сервопривода. При создании никакие аргументы не передаются:
#include
Servo myservo;
Библиотека имеет следующие методы:
uint8_t attach(int pin); // «подключить» с указанием пина
uint8_t attach(int pin, int min, int max); // «подключить» с указанием пина и мин. макс. сигнала
void detach(); // отключить
void write(int value); // повернуть на угол в градусах
void writeMicroseconds(int value); // повернуть на длину импульса
При “подключении” серво через attach(pin) диапазон длины импульса устанавливается стандартный: 544.. 2400 мкс (задан в библиотеке). Если есть желание настроить серво идеально, чтобы она работала на весь диапазон – нужно попробовать покрутить её через writeMicroseconds() в крайних значениях диапазона и найти минимум и максимум, при которых серво “упирается”.
Примеры
Вращаем туда сюда быстро (как blink, только серво):
#include
Servo myservo;
void setup() {
myservo.attach(3); // подключаем на пин 3
}
void loop() {
myservo.write(0); // поворот на 0 градусов
delay(1000);
myservo.write(180); // поворот на 180 градусов
delay(1000);
}
Поворачиваем туда сюда плавно, блокирующее выполнение:
#include
Servo myservo;
void setup() {
myservo.attach(3);
}
void loop() {
for (int i = 0; i 0; i—) {
myservo.write(i);
delay(15);
}
}
Крутим туда сюда плавно асинхронно
Поворачиваем туда сюда плавно, асинхронное выполнение:
#include
Servo myservo;
void setup() {
myservo.attach(3);
}
uint32_t tmr; // переменная таймера
int val = 0; // переменная яркости
int dir = 2; // скорость и направление яркости
void loop() {
// асинхронный таймер на миллис
if (millis() — tmr >= 20) {
tmr = millis();
val += dir; // прибавляем скорость
if (val >= 180|| val
О сервомоторах
Сервоприводы — незаменимые актуаторы, которые приводят в движение узлы большинства промышленных роботов, узлы автомобилей, самолётов и даже подводных лодок.
Самые распространённые DIY-сервомоторы пришли к нам из авиамодельного хобби, это всем известные: sg90, mg995, futaba3003.
Также есть и специализированные для любительской робототехники приводы: HiWonder LX-16A, Dynamixel ax-12a, и подобные им.
Сервомотор SG90
Большинство сервоприводов, используемых в любительской среде, умеют контролировать только положение вала. То есть, они могут отклонять вал на заданный угол и удерживать его. Хотя в общем случае, сервомоторы могут контролировать также скорость и крутящий момент.
Как правило, хоббийные сервомоторы состоят из обычного коллекторного двигателя с редуктором, потенциометра для определения угла поворота и небольшой управляющей платы. На этой плате имеется H-мост и микросхема управления.
Работает это устройство по принципу системы с отрицательной обратной связью. В каждый момент времени, система сравнивает целевое значение параметра с текущим и вырабатывает управляющее воздействие, чтобы сравнять их.
В случае сервомотора таким параметром является угол поворота. Целевое значение угла поворота задаёт пользователь с помощью сигнала, передаваемого от микроконтроллера. А текущий угол поворота сервомотор вычисляет при помощи потенциометра, прикрепленного к выходному валу.
Список необходимых компонентов
В этой статье мы повторим этот принцип и сделаем свой сервомотор, который по точности и надежности будет лучше тех же sg90 и mg995. Кроме того, мы сможем управлять им при помощи любого интерфейса: I2C, UART, RS485, а не только стандартным ШИМ сигналом.
Для реализации задуманного нам понадобится двигатель с оптическим или магнитным энкодером, драйвер двигателя, а также микроконтроллер с тактовой частотой, достаточной для обработки показаний энкодера.
Если для этого эксперимента вам не хватает каких-то компонентов, можно добавить их в корзину прямо здесь и затем оформить заказ в нашем интернет-магазине.
В корзинуВ корзинуВ корзинуВ корзинуВ корзинуВ корзинуВ корзинуВ корзину
Начнём со сборки испытательного макета, затем настроим в конфигураторе среды CubeIDE всю необходимую периферию и в конце напишем программу с ПИД-регулятором.
Изменено: 29 Июл, 2021 10:58
Самодельный сервопривод на основе мотора дворников авто
ДИСТАНЦИОННЫЙ ПРИВОД ! ДЛЯ ГАРАЖНЫХ ВОРОТ , СВОИМИ РУКАМИ 2Ч!Подробнее
ПриводПодробнее
Flprog — сервопривод из мотор редуктора привода дворниковПодробнее
Сервопривод 17Н/см из коллекторного мотора на ArduinoПодробнее
ДИСТАНЦИОННЫЙ ПРИВОД ! ДЛЯ ГАРАЖНЫХ ВОРОТ , СВОИМИ РУКАМИ 1ч.Подробнее
Мощный серводвигатель своими руками из привода дворниковПодробнее
Думал сложно, а нет. Автоматика для откатных ворот, сделай самПодробнее
О самодельных сервоприводах и двигателях для нихПодробнее
Вот, что можно сделать из моторчика дворников и редуктора болгарки!Подробнее
Линейный сервоприводПодробнее
Самодельный сервопривод на 6р11Подробнее
Станок покоривший интернет из двигателя шуруповертаПодробнее
Самодельный привод для откатных ворот (Часть вторая)Подробнее
Как сделать сервопривод для RC модели?Подробнее
Применение мотора стеклоочистителя для привода роботаПодробнее
Самодельный привод для откатных ворот (Часть третья)Подробнее
Электродвигатель привода дворниковПодробнее
Самодельный сервоприводПодробнее
Загрузка...
