Servos: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 20. September 2010, 22:20 Uhr

Servos (Servomotoren) sind kleine Getriebemotoren, die häufig im Modellbau eingesetzt werden, doch auch in der Industrie sind sie anzutreffen. Mithilfe eines Potentiometers, das an der Drehachse befestigt ist, wird intern die aktuelle Position bestimmt. Wegen ihrer einfachen Ansteuerung und Präzision eigenen sie sich hervorragend für mehr oder weniger kraftaufwändige Aufgaben in der Robotik.

Anschlussbelegung

Handelsübliche Servomotoren besitzen 3 Anschlüsse:

1. GND
2. PWM
3. +5V

Wobei sich die Steckerbelegung von Hersteller zu Hersteller unterscheidet.

Ansteuerung

An die PWM-Leitung wird ein pulsweitenmoduliertes Signal angeschlossen. Die Repetition-Period (Periode) entspricht bei den meisten Modellen 20ms. Innerhalb/zu Beginn dieser 20ms wird ein Puls erwartet, der sich zwischen 1ms und 2ms bewegt, wobei diese Werte jeweils den Endlagen des Servos entsprechen. D.h. 1ms ist ganz links und 2ms ist ganz rechts (Einige Servos haben in diesem Wertebereich jedoch nicht die volle Bewegungsfreiheit ausgenutzt, die Werte, bei denen der Servo ganz links/rechts ist können auch unter 1ms/über 2ms liegen). 1,5ms würde demnach die Mittelstellung bedeuten. Aufgrund der Pulslänge lässt sich also eine direkte Aussage über die Position des Servos treffen. Der Motor sorgt dann intern mithilfe des Potis dafür, dass die Position gehalten wird.

Unterschied zwischen Digital- und Analogservos

Der hauptsächliche Unterschied besteht darin, dass digitale Servos schneller und genauer sind und ihre Position besser halten können. Analoge Servos geben ihrem Motor alle 20ms ein Signal. Wirkt eine Kraft auf das Servo, braucht die Steuerelektronik bis zu 20ms, um dem Motor einen neuen Spannungsimpuls zu senden. Bei Digitalservos sendet die Steuerelektronik alle 400us einen Impuls an den Motor. Der Motor bekommt die Spannungsimpulse viel schneller. Um so öfter ein Motor Spannung bekommt, um so mehr Leistung kann er verrichten. Man sollte aber auch bedenken, dass dies unweigerlich einen höheren Stromverbrauch zur Folge hat, der besonders bei Modellfliegern nicht tolerierbar ist, da die Betriebszeit stark verkürzt wird.

Die einfachste Art, einen Servo mit Bascom anzusteuern, ist folgender Befehl:

Config Servos = 2 , Servo1 = Portb.0 , Servo2 = Portb.1 , Reload = 10

Config Portb = Output

Enable Interrupts

Servo(1) = 100
Servo(2) = 100
waitms 1000

'Wobei 100 die Mitte ist. 50 ist der linke bzw. rechte Anschlag und 150 der entsprechend andere. Es gibt aber auch elegantere Möglichkeiten die sich besonders empfehlen wenn z.B. eine höhere Auflösung gewünscht ist: Servoansteuerung

Und in C sieht das ganze so aus:

#define SERVOPIN 7
#define SERVOPORT PORTD
#define DDRSERVO DDRD

volatile unsigned char servopos;

void servo_init()
{
	TIMSK|=(1<<OCIE2);
	TCCR2 |= (1<<WGM21) | (1<<CS20);	//Prescale=1, CTC mode
	OCR2 = F_CPU/100000;			//alle 10µS ein IRQ
	DDRSERVO|=(1<<SERVOPIN);
};

ISR(TIMER2_COMP_vect)
{
	static int count;
	if(count>servopos)SERVOPORT&=~(1<<SERVOPIN);
	else SERVOPORT|=(1<<SERVOPIN);
	if(count<2000+servopos)count++;
	else count=0;
};
	

Man muss zuvor DDRSERVO, SERVOPIN und SERVOPORT entsprechend definieren. Mit der Funktion "servo_init()" wird Timer2 initialisiert und der Servo-Pin als Ausgang gesetzt. "servopos" beinhaltet die aktuelle Dauer des Signals in 1/100ms. Vergessen Sie nicht, globale Interrupts vor dem Betrieb zu aktivieren!

Letzter Beitrag von "stochri" ist eine super Lösung in avr-gcc mit bis zu 10 Servos

["Servo / avr-gcc" ]

Servos hacken

Häufig entledigt man sich auch des Potis und der Endlagenanschläge, um so einen Motor mit hohem Drehmoment und ohne Begrenzung des Drehwinkels zu erlangen. Das Poti wird dann durch einen 1:1-Spannungsteiler ersetzt. Dieser Vorgang wird auch als Servo-Hacking bezeichnet. Durch die Pulslänge kann die Winkelgeschwindigkeit des Servos beeinflusst werden.

Diese erste Methode des Servohackings nutzt die im Servo eingebaute Elektronik zur Motoransteuerung. Sie ist am Weitesten verbreitet.

Bei der zweiten Methode wird die vorhandene Elektronik komplett entfernt und der Motor z.B. direkt mit Gleichstrom versorgt oder durch eine externe Elektronik angesteuert. Die beiden Varianten des Servohackings sowie ihre Vor- und Nachteile sind im folgenden Link beschrieben. ["Servohacking. Technik, Vor- und Nachteile"] Bei fast allen Servos muss zum Hacken ein mechanischer Anschlag entfernt werden. Er besteht aus einem Nocken an der Abtriebswelle und dem Gegenstück im Getriebegehäuse.

Die wesentlichen elektrischen und elektronischen Teile und Baugruppen eines einfachen Servos:

Beim Servohacking nach der Methode "zwei" wird die Elektronik komplett entfernt. Üblicherweise wird dabei das Poti ebenfalls entfernt oder von der Abtriebsachse abgekoppelt. Der Motor wird dann direkt an die Versorgung angeschlossen. Dabei die Entstörkondensatoren nicht vergessen! Gleichwertig wie das Entfernen der kompletten Elektronik ist es, sie einfach zu umgehen und die Motorzuleitung direkt anzulöten.

Der nach Methode 2 gehackte Servo wird dadurch zu einem Getriebemotor mit einem sehr kleinen, sehr schnell drehenden Motor und einem hoch übersetzten Getriebe.

Siehe auch

• Getriebemotoren
• RC-Empfänger_auswerten
• Servoansteuerung