Che cosa sono i servo motori e come funzionano? Per cosa si usano questo tipo di motori nell’automazione industriale e nella robotica? Come sono fatti i motori che muovono il braccio dei robot antropomorfi, o ancora quelli che permettono ai modellini di aeroplani ed elicotteri di volare?
Benvenuto, oggi parliamo di alcune tra le apparecchiature impiegate maggiormente nell’automazione: i “servo motors”, ovvero i servo motori, spesso chiamati anche semplicemente “servo”.
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Ecco gli argomenti di oggi:
I motori nell’automazione industriale.
Cos’è il servo e perché viene impiegato.
Com’è fatto un servo motore.
Come funziona il servo motore.
Calcoli per la movimentazione con i servo motori.
I motori nell’automazione industriale.
L’automazione industriale è un’area di applicazione che implica diverse tipologie di linee produttive e moltissime apparecchiature che svolgono ruoli essenziali nei processi, tra questi apparecchi ci sono sicuramente i motori.
A seconda del tipo di lavoro che i motori devono svolgere e dell’applicazione, possiamo scegliere diversi modelli di apparecchio, tra questi i servo motori e i motori passo passo, largamente utilizzati per le funzioni di movimentazione.
La scelta del tipo di motore da impiegare tiene conto di diversi fattori tra cui l’accelerazione necessaria, la velocità, la coppia, e naturalmente il costo.
Oggi parliamo dei servo motori, vedremo dove sono utilizzati, come sono fatti, come funzionano e come si comandano.
Cos’è il servo motore perché viene impiegato.
Il servo motore è un motore utilizzato in un sistema chiamato “ad anello chiuso”, composto di diverse parti come il circuito di controllo, l’albero, l’encoder, l’amplificatore, il driver e il potenziometro. Questo tipo di motore è costituito da una vera apparecchiatura elettrica che contiene parti elettroniche e le parti in movimento del motore stesso.
L’alimentazione di questi motori può essere sia in corrente alternata che continua, questo permette di ampliare le aree d’applicazione di questi apparecchi.
Così come avviene con i motori passo passo, anche i servo motori possono essere controllati con alte precisioni, e impiegati per cui in applicazioni anche molto sofisticate, dove è necessario poter effettuare dei movimenti dell’albero del motore piccolissimi.
Se pensiamo a come funziona un motore comune, quando togliamo l’alimentazione non sappiamo quando questo si fermerà esattamente, questa è invece una delle caratteristiche dei servo motori, funzionalità che offre molti vantaggi.
Per questo i servo vengono impiegati per movimentazioni nella robotica e di qualsiasi altro macchinario ove sia necessaria una grande precisione nei movimenti e nel controllo della velocità.
Nella prossima immagine vediamo un bel robot che per funzionare ha ben 12 servo motori miniaturizzati, questi permettono a questo “giocattolo” di muoversi in tutte le direzioni, oltre che di effettuare movimenti delle braccia.
Com’è fatto un servo motore.
Il servo motore è composto da un albero “shaft” o “rotor” che gira a causa del campo magnetico generato nel motore stesso quando si applica l’alimentazione elettrica.
Come dicevamo, esso può funzionare in corrente continua o alternata, e ci sono principalmente tre variabili che differenziano i vari tipi di servo: la prima è appunto il tipo di alimentazione, la seconda è la presenza o meno di spazzole, la terza è il tipo di funzionamento che può essere sincrono oppure asincrono.
Da questo punto di vista i servo motori sono apparecchi più sofisticati dei motori passo passo, e naturalmente anche il costo di questi è maggiore.
Il costo di un servo con spazzole è inferiore a quello di un brushless, questo perché il secondo tipo di motore ha una tecnologia maggiore, inoltre i motori senza spazzole generano meno rumore, sono più efficienti, e permettono anche una maggior libertà di scelta per quanto riguarda il design della costruzione.
Come funziona il servo motore.
Il servo motore lavora con un sistema chiamato “closed loop”, anello chiuso, significa che funziona accoppiato a un sistema di feedback di posizione; questo modo di funzionare assicura un’alta precisione nei movimenti e nel controllo della velocità degli stessi.
Per quanto concerne i servo che funzionano in corrente continua, la velocità viene variata in base alla tensione di alimentazione; nel caso invece dei motori che lavorano in corrente alternata, per variare la velocità si varia la frequenza della tensione di alimentazione. La velocità di un servo progettato per correnti alternate cambia anche in base al numero di poli magnetici che questo contiene.
L’encoder è l’apparecchio che permette di conoscere esattamente la posizione dell’albero del motore, per cui in un sistema di controllo troviamo il servo, il driver (controllore del servo), l’unità di comando, oltre che l’encoder stesso.
Nella prossima figura vediamo un classico sistema di controllo del servo motore: il plc scambia i dati con il Drive, il quale comanda il motore. Il feedback di posizionamento arriva al Drive per mezzo dell’encoder e viene trasmesso al PLC.
Calcoli per la movimentazione con i servo motori.
Abbiamo visto che i servo motori funzionano in un sistema comprendente il feedback che ci dice la posizione esatta dell’albero.
Questo feedback fornito dall’encoder viene utilizzato nei sistemi di controllo per fare i calcoli necessari a sapere in ogni istante dove si trovano le parti in movimento controllate dal servo stesso. Per esempio si calcola la posizione di ogni asse di un braccio robotico, o di un nastro trasportatore, e naturalmente la velocità dei movimenti.
Più è alta la risoluzione dell’encoder, più precisi saranno i calcoli e i relativi spostamenti.
Nella prossima figura vediamo un encoder rotativo e un encoder lineare.
