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LEGO® Power Functions Servomotor

Hier geht es zur Homepage von Philo.



Dieses Power Functions Element erschien zuerst 2012 Rock Crawler set (9398), um zu lenken. Wie RC Servos, dreht er innerhalb eines begrenzten Bereiches (-90 ° bis +90 °) in Reaktion auf ein Steuersignal. Als ein Power Functions Mitglied, ist es vollständig in diesem System integriert, und erhält seine Position durch die C1/C2 Linien, und seine Kraft aus den Versorgungsleitungen. An einem normalen Motor, C1/C2 steuern die Motordrehzahl, hier setzen sie die Winkelposition der Welle.

Dieser Artikel beschreibt das Verhalten des PF Servomotor und wie gut er es erfüllt.

Schau auch diese excellente Video Präsentation von Sariel.

Versuchsaufbau

Der Versuchsazfbau ist ähnlich dem, wo die Motoren verglichen wurden. Der Servo wird von einem Labor Netzteil mit Strom versorgt, durch einen Mindsensors PowerMeter sensor um den Strom zu messen Ein Hightech Angle sensorüberwacht den Winkel. Gewichtanheben stellt die Last dar - mit einem kleinen Nachteil, die Last wird immer in der gleichen Richtung ausgeübt... C1/C2 Linien des Servo werden direkt verbundenum den NXT Anschluss B zu messen , ermöglicht eine vollständige Kontrolle des Servo durch Variation "Leistungspegel" (eigentlich PWM duty cycle) an diesem Port. Hier ist ein Beispiel der NXC Programme, die Philo bei den Tests verwendete.

Proportional?

Einer der ersten Frage, die gestellt wurde, wenn der Servo erschien, war: "Ermöglicht er proportionale Wirkung, oder nur rechts / Mitte / links Positionierung?" efferman hatte bald ein Video gepostet, welches eine proportionale Steuerung zeigt, wenn man den PF speed controller nutzt. Aber dieses Teil erzeugt nur einzelne Fahrstufen - was passiert zwischen den Schritten?

Philos Versuchsaufbau nutzt den NXT um den C1/C2 Linien zu erlauben, jeden Wert zwischen -100% and +100% zu verwenden, und wie in dem Video unten gezeigt, weist der PF Servo nur sieben Positionen auf jeder Seite der Neutralen.

Verhalten des Servomotors

Der Stellmotor ist mit dem folgenden Skript versehen:

      • beginnen wir mit voller CCW Position (PWM Satz bei voller vorne, Servo mechanischen Anschlag, Lastgewicht bei niedrigeren Position). Winkel etwa 0 °
      • bei t = 2s, wir senden dem Servo den Befehl, um die volle CW Position zu gehen (PWM setzt eine volle Umgekehrdrehung. Lastgewicht wird an oberer Position gehoben). Winkel etwa 180 °
      • bei t = 4s, senden wir dem Servo den Befehl in eine neutrale Position zu drehen. (PWM set at 0°)
      • bei t = 6s, wir gehen wieder auf volle CCW-Position.
      • bei t = 8s, zurück zu neutral.


        No load


        4.3 Ncm


        8.5 Ncm

        Wir sehen aus diesen Diagrammen, die - wie erwartet -wie die Leistung durch Servomotor steigt mit dem Drehmoment Spitzenstrom at 8.5Ncm erreicht eine Last von 600mA.Während der Servo bald eine Position erreicht, in der Nähe des Ziels, kämpft er mehr und mehr um die erhöhte Last zu erreichen.


        Shaft angle curves under various loads

        In diesem Diagramm habe ich die drei Wellenwinkel Kurven dargestellt unter verschiedenen Belastungen. Wir sehen, dass es eine kleine Pause zwischen dem Start und des Rotationsstartschrittes gibt(ungefähr 0.12s).Es dauert dann 0.12s um um 90° zu rotieren. Die komplette Reaktionszeit ist ca. 0.25s für eine 90° Drehung, 0.36s für eine volle 180° Drehung. Es gibt wenig Drehzahländerung mit erhöhter Last, um eine gute Annäherung an den Zielwinkel zu erreichen, die endgültige Einschwingzeit erhöht sich deutlich.Wir können auch zu sehen., dass der endgültige Winkel von der Last abhängt. Ich weiß nicht, ob dies durch schlechte Regulierung verursacht wird, durch Spiel in der Innenverzahnung des Servos oder Elastizität in seinem eigenen Prüfstand.

Überlastung

Wenn die Last auf der Servowelle weiter zunimmt, passieren neue Dinge, wie auf den Kurven dargestellt. Blaue Kurve ist aktuell verbraucht wird, rote Kurve Winkeländerung im Leerlauf, als Referenz erstellt. Rosa Kurve zeigt Wellenwinkel bei Volllast.


12.8 Ncm, 9V supply.

Den Zielwinkel zu erreichen dauert jetzt viel länger, etwa 1,7 Sekunden, um von -90 ° bis +90 ° zun erreichen. Aber der wirkliche Unterschied ist, dass das Servo nicht auf dem Ziel-Winkel zu halten ist! Sobald der Zielwinkel erreicht ist, sehen wir, dass die Belastung der Welle zurückfährt auf -90 ° Position. Dies bedeutet, dass, sobald der Servo sein Ziel erreicht hat, er nicht versucht seine Position zu korrigieren und zu halten wie es ein regulärer Servo tun würde. Und sehr wahrscheinlich ist es nicht einmal möglich, den Motor durch Kurzschluss abzubremsen (oder nur kurz). Die Last kann somit relativ leicht wieder den Servo zurück drehen, sobald die innere Reibung überwunden wird.


12.8 Ncm, 7.2V supply.

Die obige Grafik zeigt den gleichen Schwerlast Test, diesmal mit einer 7,2 V Versorgungsspannung (die Nennspannung 6 AA NiMH-Zellen) durchgeführt. Wir sehen, dass selbst bei dieser geringen Spannung der Servomotor sehr mächtig ist (nur die Hochlaufzeit ist langsamer), und natürlich sehen wir das gleiche wieder beim Antrieb durch die Last.

Eine andere Möglichkeit den Servomotor zu überlasten, ist seinen normalen Weg zu blockieren.


+/- 45° blocked travel

In der obigen Tabelle, legte ich zwei Stationen auf jeder Seite der Servowegbegrenzung auf + / -45 °. Wir sehen, dass nach einem kurzen normalen Zug die 45 ° erreicht werden. (bei niedrigem Strom, da keine äußere Belastung), der Servomotor trifft den Anschlag. Dort wird der Strom auf den Maximalwert (900mA) für eine kurze Zeit erhöht(weniger als 0.25s), dann versucht der Servo zu stoppen, und bleibt im Leerlauf, bis es einen anderen Befehl erhält.Das bedeutet, dass kein Schaden am Servo entsteht, wenn er versehentlich auf seinem Weg blockiert wird - natürlich empfehle ich das nicht als gängige Praxis.