Motors


Servocomandi

Esistono servocomandi di ogni genere e potenza. I servo sono ideali per molte applicazioni, si collegano ad un qualunque Pin del Theremino Master (fino a 6 contemporanei) o ai Pin degli slave “Servo” che possono pilotarne fino a dieci ognuno. Si sceglie “Servo” come tipo di Pin e funzionano immediatamente. Per provarli, cliccare sulla colonna Value della applicazione HAL, e muovere il mouse, tenendo premuto il bottone sinistro.  

Lo MG930 marchiato anche TGY930, ha una precisione di posizionamento almeno cinque volte maggiore, rispetto a tutti gli altri modelli. Essendo di tipo digitale, ha una corrente di spunto piuttosto alta ed un suono acuto a circa 400 Hz. La sua escursione è circa 140 gradi.

Lo HX5010 è molto potente, meno preciso del TGY930 ma molto economico, costa solo 4 euro e li vale tutti. Escursione = 200 gradi.

Lo HTX500 è piccolissimo, abbastanza preciso e costa poco, naturalmente non ha una grande potenza ma è sufficiente per molte piccole applicazioni, ha una escursione di 180 gradi e anche qualcosa di più.

      

Lo HXT900 e il TG9e costano meno di 2 euro, vanno bene per tutte le medie applicazioni ed hanno una escursione di 200 gradi.

 

 

Lo MG958 è un mostro di potenza da 15 Kg/cm e costa solo 11 euro. Fare attenzione che consuma molta corrente e non è possibile alimentarlo con la sola USB. La sua escursione è di 135 gradi.

 

 

Tabella riassuntiva delle principali caratteristiche dei servocomandi.

Questi servocomandi sono stati scelti per il prezzo, la precisione e la robustezza tra un gran numero di modelli che abbiamo testato comprandoli da: www.hobbyking.com (che ha ottimi prezzi e spedisce in breve tempo anche se si trova negli USA)

Un altro indirizzo per i servocomandi è: www.robot-italy.com Da RobotItaly non si trovano i modelli di questa lista, ma solo tipi molto costosi e versioni strane, tra cui quelli da tre rivoluzioni, otto rivoluzioni e movimento continuo. Sempre da Robot-Italy è possibile trovare sensori, motori, pinze robotiche e molti altri accessori interessanti e unici.

Servocomandi ad alte prestazioni

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Questo DS8231 promette prestazioni molto superiori ai TGY930, non lo abbiamo provato ma è prodotto da JR e ci si può fidare.

http://www.jramericas.com/45190/JRPS8231/
 

 

Le sue caratteristiche sono:
Risoluzione   Ben 5900 passi su 120 gradi di rotazione
DeadBand      Molto bassa (il costruttore dice "inesistente")
Cuscinetti    Due cuscinetti spaziati per la massima precisione
Pulse rate    Loop di controllo da 250MHz per la massima precisione
Corrente      Consumo di corrente di poco superiore a un normale servo
Lunghezza     39.1 mm
Larghezza     19.1 mm
Altezza       34.5 mm
Peso          49 grammi
Torque        1.26 Kg/cm
Costo         70 Euro circa

Misurare Step e Dead-band

Misurare la precisione dei servo è facile, basta mettere sul servo uno degli adattatori a croce e poi infilare un tubetto di plastica rigida lungo 25 centimetri su uno dei bracci della croce. Poi si blocca il servo con con un morsetto girandolo con il perno in alto e con il tubetto parallelo al tavolo che termina su una riga millimetrata, stando qualche millimetro sopra alla riga senza toccarla.

Infine si muove il servo di quantità molto piccole con le frecce su e giù e si contano sulla riga quanti piccoli movimenti si vedono fare per ogni millimetro, questi sono gli “Step”

Per misurare la dead-band si va prima in un senso e poi si comincia a tornare indietro con le frecce su e giù fino a che si vede che inizia a tornare indietro, il numero di volte che si è premuto la freccia, con un semplice calcolo, indica la larghezza della Dead-band.


Servo con rotazione illimitata e coppia variabile

Normalmente i servo hanno una rotazione di circa 180 gradi, ma per alcune applicazioni sarebbero preferibili motori con rotazione illimitata. Normalmente in questi casi si usano i motori stepper, che però hanno degli svantaggi.

Gli stepper richiedono un complesso circuito di pilotaggio, richiedono rampe di accelerazione e decelerazione e hanno pochissima coppia. Con gli stepper se si accelera troppo velocemente, o si supera la coppia e la velocità critica, si perdono passi e quindi si perde l’allineamento tra software e hardware.

Per superare i limiti degli stepper, le macchine più costose usano motori in continua, con circuiti di retroazione e sensori di posizione esterni al motore. Con un servo modificato otteniamo esattamente questo, ma senza il circuito di pilotaggio a ponte, normalmente richiesto per i motori in continua. Il pilotaggio a ponte è già presente nel piccolo circuito integrato del servo e i meccanismi di retroazione li aggiungeremo, con sensori (magnetici o ottici) e software. Nei casi più difficili, grazie alla potenza del software su PC, si potrebbe anche aggiungere un algoritmo PID.

Con una semplice modifica si possono modificare i servo per farli lavorare in multigiri. Nei servo non modificati, il segnale di pilotaggio regola la posizione dell’albero motore. Dopo la modifica, il segnale regola la velocità e la coppia, nei due versi di rotazione.

Ecco come si comportano i servo multi giri, collegati a un PIN configurato come Servo_16.

Segnale Forza e velocità
1000 Massima forza e massima velocità in senso orario
750 Mezza forza e velocità in senso orario
600 Minima forza e velocità in senso orario
500 Il servo sta fermo
400 Minima forza e velocità in senso anti-orario
250 Mezza forza e velocità in senso anti-orario
0 Massima forza e massima velocità in senso anti-orario

Tutti i servo sono modificabili per il funzionamento multi-giri, ma abbiamo preparato gli schemi solo per gli HXT900. Questi servo hanno molti vantaggi, consumano poca corrente, possono essere alimentati dalla USB stessa e costano solo due Euro da HobbyKing: HobbyKing.com_HXT900 (quando ordinate da HobbyKing fare arrivare anche alcuni pacchi da 10 di prolunghe: da 30 centimetri e da 60 centimetri)

Con i servo HXT900 la velocità di rotazione è regolabile, da qualche giro al minuto fino a circa 80 RPM, e la coppia è regolabile da un minimo (si ferma appena si fa un minimo sforzo) fino a 1.6 Kg/cm (non si riesce a fermare il perno, stringendolo con le dita).

La tabella seguente indica forze e velocità ottenibili da un HXT900, trasformando la rotazione in un movimento lineare con barre filettate o pulegge.

Metodo
Millimetri
per giro
Velocità
massima
(mm/min)
Forza
massima
(Kg)
Barra filettata da 1 mm/giro
1
80
60
Barra filettata da 2 mm/giro
2
160
30
Barra filettata da 4 mm/giro
4
240
15
Puleggia diametro 3.2 mm
10
800
6
Puleggia diametro 5 mm
15
1200
4
Puleggia diametro 10 mm
30
2400
2
Puleggia diametro 20 mm
60
4800
1

Le caratteristiche degli HXT900 indicano 1.6 Kg/cm. Quindi un HXT900, con puleggia da 20 mm di diametro, potrebbe sollevare 1.6 Kg. In questa tabella, per andare sul sicuro, abbiamo calcolato 1 Kg.

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Modificare un servo HXT900

   

Togliere le etichette adesive sui due lati, svitare le quattro viti, aprire il servo e tagliare i tre fili rossi, vicino al circuito stampato.

       

Tirare il perno motore, sfilando anche il potenziometro dalla sua sede. Tagliare con le tronchesine le linguette metalliche, dove sono saldati i fili.

  
Sfilare i due ingranaggi dal perno e eliminare con le tronchesine tutti i particolari interni, che impediscono la rotazione. Controllare che il perno giri liberamente.

     

Tagliare con le tronchesine i due denti che si trovano sull’ingranaggio più grande.

Infilare il potenziometro nella sua sede rotonda. Infilare gli ingranaggi sui perni, partendo dal più piccolo. Tutti gli ingranaggi vanno con la parte grande in basso, verso il motore. L’ingranaggio grande, che porta il perno motore, non deve essere premuto troppo, ma solo fino ad avvicinarsi agli altri ingranaggi, senza toccarli.

                 

L’immagine di sinistra è uno schema elettrico e funzionale, quella di destra indica le modifiche da fare e dove posizionare i resistori.

Aggiungere due o tre resistori SMD piccoli (0603), come specificato (fare click sulle immagini per ingrandirle)

Esiste anche un HXT 900 con circuito diverso da quello qui mostrato. In questo file ci sono gli schemi e tutte le informazioni che siamo riusciti a trovare. Purtroppo il datasheet è in cinese: uploads/files/HXT900_Type2.zip

Infine richiudere il motore e provarlo.

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Modificare servo diversi dallo HXT900

Non è possibile fornire istruzioni per ogni tipo di servo esistente. In questo file ci sono tutte le informazioni, gli schemi e i data-sheet, che abbiamo raccolto fino ad ora: uploads/files/ServoInfoAndDatasheets.zip

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Principi di funzionamento dei servo normali e multigiri

Ogni modello di servo è diverso meccanicamente ed elettricamente, ma i principi di funzionamento sono gli stessi per tutti i servo: uploads/files/ServoCircuitsAndTimings.zip

Funzionamento dei servo standard.

  • Il segnale da 0.5 a 2.5 mS, viene convertito dentro al chip del servo, in un valore che va da 0 a 3Volt.
  • Il piccolo potenziometro che c’è dentro al servo (a seconda di come è girato), fornisce anche lui un valore da 0 a 3 Volt .
  • Se le due tensioni sono uguali, il chip non da tensione al motore.
  • Man mano che le due tensioni si scostano una dall’altra, il chip da sempre più tensione al motore.
  • La tensione al motore viene data in un senso, o nel senso opposto, a seconda che sia maggiore una tensione o l’altra.

Funzionamento dei servo multi-giri.

  • Il potenziometro viene sostituito con due resistori fissi, che simulano il potenziometro sempre a metà della sua corsa.
  • Tutto il resto è esattamente come nei servo normali.
  • Se il segnale di comando è a metà (1.5 mS), allora le due tensioni si equivalgono e il chip non alimenta il motore.
  • Man mano che le due tensioni si scostano una dall’altra, il chip da sempre più tensione al motore, in un senso o nell’altro.

Quanta potenza inviare al motore?

  • Il chip dentro al servo agisce da “componente di reazione”.
  • Nei servo normali la reazione avviene ad “anello chiuso” o “controreazione”.
  • Nei servo multi-giri si tratta di una reazione semplice o “ad anello aperto”.
  • In tutti e due i casi esiste una curva di reazione.
  • La curva di reazione, in base al segnale di comando (scostamento tra le due tensioni), determina la tensione al motore.
  • La curva di reazione è una specie di “S” con una zona piatta in centro.
  • La pendenza della curva (forza di reazione) è regolata da un resistore.
  • La zona piatta in centro (zona morta) è regolata con un secondo resistore, che determina la sua ampiezza.
  • Teoricamente sarebbe meglio avere molta reazione e poca zona morta, ma non si può esagerare.
  • Se si esagerano i parametri di reazione, il motore non sta più fermo e può anche mettersi a oscillare violentemente.


Servomotori

Esistono motori con o senza spazzole, di ogni tipo, a partire da qualche grammo di peso fino a circa 10 Kw di potenza

Sul catalogo: www.hobbyking.com si possono trovare motori con ottimi prezzi e controller per pilotarli con correnti fino a 300 ampere con i segnali standard del sistema Theremino.

Con ogni “Slave” di tipo “Servo” si possono pilotare fino a dieci motori indipendenti.

Le immagini mostrano un motore da 6 Kilowatt (125 Ampere a 48 Volt) e un piccolo controller per motori senza spazzole.

Esempi di motori scelti tra i più interessanti.

Motore senza spazzole (BRUSHLESS) – 2A – 13 x 8 mm – peso 2 grammi
circa 16 euro
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__9666__HobbyKing_AP_02_7000kv_Brushless_Micro_Motor_2_3g_.html
 
Motore senza spazzole (BRUSHLESS) – 10A – 18 x 19 mm – peso 9 grammi
circa 8 euro
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__5377__C1818_Micro_brushless_Outrunner_3500kv_9g_.html
 
Motore senza spazzole (BRUSHLESS) – 55A – 990 watt – 35 x 55 mm – peso 163 grammi
circa 19 euro

http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__4909__TR_35_48_C_800kv_Brushless_Outrunner_Eq_AXi_2826.html
 
Motore senza spazzole (BRUSHLESS) – 125A – 6000 watt – 77 x 80 mm – peso 1500 grammi
circa 70 euro

http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__5141__TR_80_85_B_170Kv_Brushless_Outrunner_eq_70_40_.html
 
 
 

Esempi di controller per motori.

Controller da 6 Amp. per motori senza spazzole (BRUSHLESS) – circa 6 euro
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__4318__TURNIGY_Plush_6A_8bec_6g_Speed_Controller.html

Controller da 25 Amp. per motori senza spazzole (BRUSHLESS) – circa 8 euro

http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__11616__Turnigy_AE_25A_Brushless_ESC.html

Controller da 20 Ampere per motori con spazzole (BRUSHED) – circa 3 euro

http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__9090__Turnigy_20A_BRUSHED_ESC.html

Controller da 30 Ampere per motori con spazzole (BRUSHED) – circa 6 euro

http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__6468__Turnigy_30A_BRUSHED_ESC.html
 
  


Ottenere i moduli del sistema

Il team del sistema Theremino si occupa solo di ricerca e non vende hardware. Il sistema è completamente “Freeware”, “Open Source”, “No Profit” e “DIY”, ma esistono produttori che possono fornire i moduli assemblati e collaudati a un ottimo prezzo. Difficilmente si potrebbe auto-costruirli spendendo meno. Un elenco dei produttori in questa pagina: www.theremino.com/contacts/producers


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