سروو موتور ها: قلب تپنده حرکت دقیق در دنیای الکترونیک و رباتیک
در این مطلب، به طور کامل با دنیای سروو موتورها، از اصول کار و انواع آن تا معرفی مدلهای کوچک و پرکاربردی آشنا خواهیم شد.
امروزه، در دنیای رباتیک پیشرفته، دستگاههای CNC با دقت میکرون، و حتی در پروژههای شخصی و آموزشی، حرکتی نرم، قدرتمند و فوق دقیق، یک ضرورت است. این دقت و کنترل را مدیون قطعه کوچک اما هوشمندی به نام سروو موتور (Servo Motor) هستیم. این موتورها، برخلاف موتورهای معمولی که فقط میچرخند، میتوانند در یک زاویه خاص قرار گیرند، آن را حفظ کنند و با بازخورد دائمی خود را تصحیح کنند.
سروو موتور چیست و چگونه کار میکند؟
در نگاه اول، یک سروو موتور یک موتور DC کوچک با چند دنده و یک کابل سهسیم به نظر میرسد. اما تفاوت اصلی در سیستم کنترل حلقه بسته (Closed-loop Control) آن است. این سیستم به سروو موتور اجازه میدهد تا موقعیت، سرعت و گشتاور خود را با دقت بسیار بالا کنترل کند.
اجزای اصلی یک سروو موتور:
- موتور DC: هسته محرک.
- جعبه دنده (Gearbox): کاهش سرعت و افزایش گشتاور خروجی.
- پتانسیومتر (Potentiometer): یک سنسور موقعیت که به شفت خروجی متصل است و دائماً زاویه آن را اندازهگیری میکند.
- برد کنترل: مغز سروو که سیگنال ورودی را با اطلاعات پتانسیومتر مقایسه کرده و موتور را تا رسیدن به زاویه دقیق هدایت میکند.
اصل کار به زبان ساده:
شما به سروو موتور یک سیگنال پالسی (PWM) میدهید که عرض پالس آن، نشاندهنده زاویه مورد نظر است (مثلاً پالس 1.5 میلیثانیه معادل زاویه ۹۰ درجه). برد کنترل، موتور را در جهت مناسب روشن میکند. همزمان، پتانسیومتر زاویه واقعی شفت را گزارش میدهد. به محض اینکه زاویه واقعی به زاویه مورد نظر (حاصل از پالس) برسد، برد کنترل فرمان توقف به موتور میدهد. این مقایسه و تصحیح آنی، دقت موقعیتدهی سروو موتور را تضمین میکند.
انواع اصلی سروو موتورها و کاربردهای گسترده آنها
سروو موتورها در اندازهها و توانهای مختلفی ساخته میشوند که هرکدام در صنایع خاصی کاربرد دارند:
| نوع سروو موتور | مشخصات کلیدی | کاربردهای رایج |
|---|---|---|
| سروو موتور DC | کنترل ساده، پاسخ سریع، گشتاور خوب در اندازه کوچک. | رباتیک کوچک، پروژههای آموزشی، سیستمهای تعقیب خورشیدی. |
| سروو موتور AC | توان و گشتاور بالا، استحکام و طول عمر زیاد، مناسب برای کار مداوم. | ماشینآلات CNC صنعتی، پرسها، رباتهای بازوی بزرگ. |
| سروو موتور براشلس (BLDC) | بازدهی بالا، عمر طولانیتر، نویز کمتر، کنترل بسیار دقیق. | درونها (مولتیروتور)، رباتیک جراحی، تجهیزات پزشکی. |
| سروو موتور خطی | ایجاد حرکت خطی مستقیم بدون نیاز به مکانیزمهای تبدیل حرکت دورانی به خطی. | پرینترهای سهبعدی پیشرفته، دستگاههای جابهجایی قطعات در الکترونیک. |
همانطور که میبینید، سروو موتورهای DC کوچک به دلیل قیمت مناسب، در دسترس بودن و کنترل آسان، بیشترین محبوبیت را در بین علاقهمندان، مهندسین و سازندگان پروژههای عملی داشتهاند.
معرفی و بررسی سروو موتورهای کوچک و پرکاربرد
سروو موتورهای کوچک، که اغلب با عنوان سروو موتور سرگرمی (Hobby Servo) یا RC Servo شناخته میشوند، استاندارد مشخصی از نظر شکل، ابعاد و اتصالات دارند و این موضوع کار با آنها را بسیار ساده میکند.
دسته سروو موتور در فروشگاه ECA
نکات کلیدی هنگام انتخاب یک سروو موتور کوچک:
- گشتاور (Torque): با واحد
kg.cmنشان داده میشود. نشان میدهد موتور با اهرمی به طول 1 سانتیمتر چقدر وزن میتواند بلند کند. برای بازوی رباتیک یا فرمان یک ماشین سنگین، به گشتاور بالاتری نیاز است. - سرعت (Speed): با واحد
second/60°نشان داده میشود. مدت زمانی که طول میکشد تا موتور 60 درجه بچرخد. - جنس دندهها: دندهها میتوانند از جنس پلاستیک، نایلون تقویتشده یا فلز باشند. دندههای فلزی بادوامترند اما گرانتر و سنگینتر هستند.
- نوع حرکت: برخی سرووها فقط در بازه 180 درجه میچرخند. نوع خاصی به نام سروو موتور چرخش پیوسته (Continuous Rotation Servo) وجود دارد که مانند یک موتور DC معمولی اما با کنترل پالسی، به طور کامل و در دو جهت میچرخد و برای حرکت چرخهای ربات ایدهآل است.
سروو موتور MG995: قدرت بالا با قابلیت چرخش مداوم
سروو موتور MG995 یک مدل قدرتمند با قابلیت چرخش پیوسته ۳۶۰ درجه است که آن را برای کاربردهای حرکتی مداوم ایدهآل میسازد. این موتور با گشتاور حداکثر ۱۳ کیلوگرمسانتیمتر در ولتاژ ۶ ولت، توانایی تحمل بارهای نسبتاً سنگین را دارد. سرعت چرخش آن در محدوده ۰.۱۶ تا ۰.۲۰ ثانیه برای ۶۰ درجه متغیر است که بستگی به ولتاژ تغذیه دارد. جنس دندهها در این مدل معمولاً از پلاستیک مقاوم است و ابعاد آن ۴۰.۷×۱۹.۷×۴۲.۹ میلیمتر میباشد. این سروو برای رباتهای متحرک، سیستمهای انتقال مواد و هر پروژهای که نیاز به چرخش کامل و مداوم دارد مناسب است.
سروو موتور MG996R: نسخه ارتقا یافته با استحکام بیشتر
مدل MG996R نسخه بهبود یافته خانواده MG995 با دندههای فلزی و عملکرد بهینهتر است. این سروو موتور گشتاوری در محدوده ۹.۴ تا ۱۱ کیلوگرمسانتیمتر ارائه میدهد و سرعت آن حدود ۰.۱۷ ثانیه برای چرخش ۶۰ درجه است. ولتاژ کاری آن بین ۴.۸ تا ۷.۲ ولت بوده و زاویه چرخش آن ۱۲۰ درجه گزارش شده است. ابعاد این مدل ۵۴×۳۸×۲۰ میلیمتر و وزن آن حدود ۶۷ گرم است. دندههای فلزی آن استحکام و دوام بالاتری در کاربردهای سنگینتر ایجاد میکند. این ویژگیها MG996R را به گزینهای مناسب برای بازوهای رباتیک، سیستمهای بالابر کوچک و تجهیزات صنعتی سبک تبدیل کرده است.
سروو موتور MG946: تعادل مطلوب بین قدرت و دقت
سروو موتور MG946 (یا MG946R) نسخه ارتقا یافته مدل MG945 با بهبود در مدار کنترل و عملکرد کلی است. این موتور گشتاوری معادل ۱۳ کیلوگرمسانتیمتر در ۶ ولت و سرعتی حدود ۰.۱۷ ثانیه برای ۶۰ درجه ارائه میدهد. ولتاژ کاری آن بین ۴.۸ تا ۶.۶ ولت و زاویه چرخش استاندارد آن ۱۸۰ درجه است. دندههای فلزی آن دوام بالایی در شرایط کاری مختلف دارند. ابعاد آن ۴۰.۷×۱۹.۷×۴۲.۹ میلیمتر و وزن آن ۵۵ گرم است. این سروو موتور برای پروژههای رباتیک متوسط، سیستمهای موقعیتدهی آنتن و دوربین، و مدلهای پروازی بزرگ مناسب میباشد.
سروو موتور SG90: اقتصادی و همهکاره برای پروژههای سبک
سروو موتور SG90 یک میکرو سروو سبک، ارزان و همهفنحریف است که در پروژههای آموزشی و سبک بسیار محبوب است. این مدل گشتاوری حدود ۱.۸ کیلوگرمسانتیمتر و سرعت ۰.۱ ثانیه برای چرخش ۶۰ درجه دارد. ولتاژ کاری آن بین ۴.۸ تا ۵ ولت بوده و زاویه چرخش استاندارد ۱۸۰ درجه را ارائه میدهد. جنس دندههای آن پلاستیکی است که برای بارهای سبک کاملاً مناسب میباشد. ابعاد کوچک آن (۲۲.۶×۱۱.۸×۲۷.۸ میلیمتر) و وزن کم (حدود ۱۴ گرم) آن را برای رباتیک کوچک، ماکتسازی، پروژههای دانشآموزی و سیستمهای با محدودیت فضا ایدهآل ساخته است.
سروو موتور MG90S: میکرو سرووی سریع با دنده فلزی
مدل MG90S یک میکرو سرووی دیجیتال با دندههای فلزی و پاسخگویی سریع است. این موتور گشتاوری حدود ۲.۰ کیلوگرمسانتیمتر و سرعت پاسخ ۰.۱۱ ثانیه برای ۶۰ درجه دارد. ولتاژ کاری آن بین ۴.۸ تا ۷.۲ ولت است و زاویه چرخش آن تا ۹۰ درجه در هر جهت گزارش شده است. ابعاد آن ۲۲.۸×۱۲.۲×۲۸.۵ میلیمتر و وزن آن حدود ۱۳.۶ گرم است. دندههای فلزی مسیر آن استحکام بیشتری نسبت به مدلهای پلاستیکی مشابه ارائه میدهد. این ویژگیها MG90S را برای کاربردهای سریع و دقیق مانند هواپیماهای مدل، کوادکوپترها، رباتهای کوچک و سیستمهای نیازمند پاسخ سریع مناسب میسازد.
مقایسه فنی مدلهای مختلف سروو موتور
برای انتخاب آگاهانه سروو موتور مناسب، مقایسه مشخصات فنی مدلهای مختلف ضروری است. جدول زیر خلاصهای از ویژگیهای کلیدی پنج مدل معرفی شده ارائه میدهد:
| مدل | گشتاور | سرعت (۶۰ درجه) | ولتاژ کاری | جنس دنده | زاویه چرخش | وزن | کاربردهای پیشنهادی |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MG995 | ۱۳ kg·cm | ۰.۱۶-۰.۲۰s | ۴.۸-۶.۶V | پلاستیک | پیوسته ۳۶۰° | ۵۵g | رباتهای متحرک، سیستم انتقال مداوم |
| MG996R | ۹.۴-۱۱ kg·cm | ۰.۱۷s | ۴.۸-۷.۲V | فلزی | ۱۲۰° | ۶۷g | بازوهای رباتیک، سیستمهای بالابر سبک |
| MG946 | ۱۳ kg·cm | ۰.۱۷-۰.۲۰s | ۴.۸-۶.۶V | فلزی | ۱۸۰° | ۵۵g | رباتیک متوسط، موقعیتدهی آنتن و دوربین |
| SG90 | ۱.۸ kg·cm | ۰.۱s | ۴.۸-۵V | پلاستیک | ۱۸۰° | ۱۴g | پروژههای آموزشی، رباتیک کوچک، ماکتسازی |
| MG90S | ۲.۰ kg·cm | ۰.۱۱s | ۴.۸-۷.۲V | فلزی | ۹۰°+۹۰° | ۱۳.۶g | مدلهای پروازی، رباتهای سریع، سیستمهای دقیق |
نکات نهایی برای انتخاب مناسبترین سروو موتور
انتخاب سروو موتور مناسب به نیازهای خاص پروژه شما بستگی دارد. برای کاربردهای سنگین و مداوم مانند رباتهای صنعتی کوچک، مدلهای MG995 یا MG996R گزینههای بهتری هستند. برای پروژههای با بار متوسط که نیاز به تعادل بین قدرت و دقت دارند، MG946 انتخاب مناسبی است. برای پروژههای سبک، آموزشی یا با محدودیت بودجه، SG90 گزینه اقتصادی و کاربردی محسوب میشود. در نهایت، برای کاربردهای سریع و دقیق که نیاز به استحکام بیشتر دارند، MG90S با دندههای فلزی خود انتخاب بهینهای است.
همیشه به ولتاژ کاری، محدودیتهای فضایی و نیاز گشتاور پروژه خود توجه کنید و سروو موتور را با حاشیه ایمنی مناسب انتخاب نمایید. استفاده از منبع تغذیه مناسب و کنترلکنندههای سازگار نیز در افزایش عمر مفید سروو موتور مؤثر خواهد بود.
ایدههایی برای پروژه با سروو موتورهای کوچک:
- رباتیک: ساخت بازوی رباتیک، ربات مسیریاب، یا ربات انساننما.
- کنترل موقعیت: ساخت پایه متحرک (پن و تیلت) برای دوربینها یا سنسورها.
- اتوماسیون: ساخت درب بازکن اتوماتیک، دریچههای کنترل هوشمند یا جابهجاکننده اشیا.
- ایجاد حرکت: ساخت جلوههای متحرک در ماکتها یا پروژههای هنری.
جمعبندی
سروو موتورها با ارائه دقت، کنترلپذیری و قدرت در یک بسته کوچک، یکی از اجزای اساسی در الکترونیک و مکاترونیک مدرن هستند. درک اصول کار، انواع و پارامترهای انتخاب آنها، به شما کمک میکند بهترین گزینه را برای پروژه خود انتخاب کنید. سروو موتورهای کوچک و مقرونبهصرفه مانند مدلهای خانواده MG945، دروازه ورود به دنیای جذاب ساخت پروژههای متحرک و رباتیک هستند.
