ما هو الـ servo motor وطريقة توصيله بالاردوينو

السيرفو عبارة عن محرك يمكنه الدوران بزاوية محددة من خلال برمجته مسبقا عبر الاردوينو او أي دائرة الكترونية. توجد الدوائر الإلكترونية داخل وحدة محرك الـ servo، يحتوي المحرك على عمود قابل للتحكم بموضعه، وعادة ما يكون مزودًا بأجزاء مساعدة لزيادة عزم الدوران. يتم التحكم في المحرك بإشارة كهربائية تحدد مقدار حركة العمود.

يستخدم السيرفو في العديد من التطبيقات الصناعية الصغيرة والكبيرة منها. يمكن استخدام هذا المحرك لتشغيل سيارات الألعاب التي يتم التحكم فيها عن بُعد، والروبوتات والطائرات، وأجزاء من الروبوتات، خطوط الانتاج، والصناعات الغذائية. ولكن كيف يعمل هذا الرجل الصغير؟

كيف يعمل الـ servo motor

يتم التحكم في السيرفو من خلال إرسال نبضة كهربائية ذات عرض متغير (PWM) عبر سلك التوصيل. كما يوجد حد أدنى واقصى للنبضة ومعدل تكرار. يمكن أن يتحول محرك السيرفو عادةً 90 درجة فقط في أي من الاتجاهين ليصبح المجموع 180 درجة للحركة.

يُعرَّف الموضع المحايد للمحرك على أنه الموضع الذي يوجد فيه نفس مقدار الدوران المحتمل في اتجاه عقارب الساعة أو عكسها. تحدد الإشارة المرسلة (PWM) إلى المحرك موضع العمود، واستنادا إلى مدة النبضة المرسلة عبر سلك التحكم سيدور العمود إلى الموضع المطلوب.

ينتظر محرك السيرفو استلام نبضة كل 20 مللي ثانية (مللي ثانية) ويحدد طول النبضة مدى دوران المحرك. على سبيل المثال إذا كانت مدة نبض 1.5 مللي ثانية فان العمود سيدور إلى موضع 90 درجة. وإذا كانت المدة أقصر من 1.5 مللي ثانية فان العمود سيدور في اتجاه عقارب الساعة الى موضع الصفر درجة، وأي فترة أطول من 1.5 مللي ثانية سيدور السيرفو في اتجاه عقارب الساعة الى موضع 180 درجة.

عندما يعطى الامر للسيرفو للدوران، فإنه سينتقل إلى الموضع المحدد ويحتفظ بالزاوية المطلوبة. وإذا تصدت قوة خارجية للسيرفو بينما هو يعمل فإنه سيقاوم للتغلب على هذا القوة. ويُطلق على أقصى قدر من القوة يمكن أن يبذلها المحرك عزم الدوران. ولإبقاء وضع المحرك عند نفس الزاوية يجب تكرار ارسال النبضات.

بالطبع لست مضطرًا إلى معرفة كيفية عمل السيرفو لاستخدامه مرة واحدة، ولكن كما هو الحال مع الدوائر الإلكترونية، كلما فهمت أكثر كلما زادت معرفتك عن أفكار المشاريع القادمة. سواء كنت هواي صناعة الروبوتات، أو مهندسًا متخصص في النظم الصناعية، أو مجرد فضول.

أنواع السيرفو

هناك نوعان من المحركات servo نوع يعمل بالتيار المستمر واخر بالتيار المتردد. يمكن لمحركات التيار المتردد تحمل ارتفاع التيار وتستخدم في الآلات الصناعية التي تتطلب عزم دوران عالي مع دقة في التنفيذ مثل ماكينات CNC. محركات التيار المستمر غير مصممة لتحمل التيار المرتفع وعادة ما تكون ملائمة للتطبيقات الصغيرة. بشكل عام تعتبر محركات التيار المستمر أقل تكلفة عن نظيراتها التي تعمل بالتيار المتردد.

هناك محركات سيرفو تم تصميمها خصيصًا للدوران المستمر لتجعل طريقة تحريك الروبوت سهلة. يحتوي هذا المحرك على حامل كروي على عمود الخرج لتقليل الاحتكاك ولسهولة الوصول إلى مقياس ضبط نقطة الأصل.

على عكس محرك السيرفو الذي يدور الى زاوية محددة يوجد نوع اخر من محركات السيرفو يدور باستمرار دون مراعاة موضع محدد للتوقف. يسمى هذا المحرك Continuous rotation servo ويمكن أن يدور في أي اتجاه إلى أجل غير مسمى. وبدلا من إشارة التحكم في الموضع واتجاه الدوان، يستعيض عنها هذا المحرك بدلالة السرعة واتجاه الدوران. فتقوم المقاومة المتغيرة بتوجيه السيرفو ليدور في اتجاه عقارب الساعة أو عكسها على النحو المفضل، ولتغيير السرعة يتم قراءة النبضات المرسلة من وحدة التحكم كالاردوينو. يتم استخدام هذا النوع من المحركات في طبق الرادار.

مكونات السيرفو موتور

لفهم كيفية عمل السيرفو سنحتاج إلى إلقاء نظرة تحت الغطاء. يوجد في داخل المحرك مجموعة مكونات بسيطة للغاية: محرك صغير يعمل بالتيار المستمر، ومقاومة متغيرة ودائرة تحكم. يتم توصيل المحرك بواسطة التروس إلى عمود الدوران، وبينما يدور الموتور تتغير مقاومة مقياس الجهد حتى يمكن لدائرة التحكم أن تنظم بدقة مقدار الحركة وفي أي اتجاه.

عندما يكون عمود المحرك في الموضع المطلوب، تنقطع الطاقة المعطاة للمحرك. وإذا لم يكن كذلك يدور المحرك في الاتجاه المناسب حتى يصل الى الموضع الصحيح. يتم إرسال الموضع المطلوب من خلال نبضات كهربائية عبر سلك الاشارة. تتناسب سرعة المحرك مع الفرق بين موقعه الفعلي والموضع المطلوب. لذلك إذا كان المحرك بالقرب من الموضع المطلوب، فانه يعمل ببطء، وإلا فإنه سوف يدور بسرعة وهذا ما يسمى بالتحكم النسبي. ما يعني أن المحرك لن يعمل إلا بقدر ما هو ضروري لإنجاز المهمة المنوطة به.

تطبيقات السيرفو

يستخدم ماتور servo في الطائرات التي يتم توجيهها لاسلكيا للتحكم باتجاه الاجنحة، وللتحكم بحركة الروبوت التي تمكنه من المشي أو مسك الأشياء بالمقبضين. يحتوي السيرفو على دوائر تحكم مدمجة كما انه يعطي عزم جيد بالنسبة لحجمه.

في الصناعات الغذائية والمستحضرات الصيدلانية يستخدم السيرفو في تحريك المعدات الدقيقة، لاستخدامها بدقة في ظروف قاسية، حيث تكون إمكانية التآكل عالية بسبب غسلها باستمرار في ضغوط عالية ودرجات حرارة مرتفعة للحفاظ على معايير النظافة الصارمة.

بعض التطبيقات الأخرى تتمثل في:

• يستخدم محرك سيرفو في الروبوتات للتحكم في حركاتها، مثل حركة الذراع التي تتطلب دقة في زاويتها.
• في تحريك وإيقاف سيور النقل التي تحمل المنتج في العديد من المراحل. على سبيل المثال، وضع العلامات على المنتجات، والتعبئة والتغليف
• محرك سيرفو المدمج في الكاميرا لتصحيح موضع العدسة ولتحسين الصور البؤرية.
• يستخدم محرك سيرفو في المركبات آلية للتحكم في عجلات الروبوت التي تتطلب عزم دوران كبير لبدء وإيقاف الحركة والتحكم في سرعتها.
• يستخدم محرك servo في نظام التتبع الشمسي لتصحيح زاوية اللوحة بحيث تبقى كل لوحة شمسية مواجهة الشمس
• يستخدم محرك سيرفو في آلات تشكيل وتقطيع المعادن ليتيح تحكم دقيق في الحركة لآلات القطع
• في المنسوجات للتحكم في آلات الغزل والنسيج وآلات الحياكة والنول
• للتحكم في فتح الأبواب الاتوماتيكية في الأماكن العامة مثل محلات السوبر ماركت والمستشفيات والمسارح

ذات صلة: ما هو الروبومايند

توصيل الـ servo motor بالاردوينو

من السهل جدًا التحكم في محرك السيرفو مباشرة من الـ Arduino. ومع ذلك قد يتطلب محرك سيرفو تيار أكثر مما يمكن مما يوفره الاردوينو. يستخدم المثال التالي محرك سيرفو يحصل على التيار مباشرة من Arduino عبر USB.

توصيل الأسلاك

1. قم بتوصيل السلك الأسود من المحرك إلى مدخل GND على Arduino
2. قم بتوصيل السلك الأحمر من المحرك إلى مدخل + 5V على Arduino
3. قم بتوصيل السلك الأصفر أو الأبيض من المحرك بأحد المداخل الرقمية في Arduino

الأدوات

1. حاسوب
2. كابل توصيل الاردوينو بالحاسوب
3. اردوينو – شراء من سوق
4. محرك سيرفو – شراء من سوق

الكود

pinMode(pin number, OUTPUT);

يعمل هذا السطر على تحديد مدخل او مخرج الإشارة الموجود في الاردوينو

Delay(20);

يقوم هذا الامر بإرسال الإشارة كل 20 مللي ثانية

delayMicroseconds(pulse);

يحدد هذا الامر زمن الإشارة، عادة تقع حدودها بين 500-2500 ميكروثانية

1. 5 فولت لمدة 500 ميكروثانية = 0.5 ميلي ثانية ويتوقف عند 0 درجة
2. 5 فولت لمدة 1500 ميكروثانية = 1.5 مللي ثانية ويتوقف عند 90 درجة
3. 5 فولت لمدة 2500 ميكروثانية = 2.5 مللي ثانية ويتوقف عند 180 درجة

يمكن التحكم بالسيرفو باستخدام كود جاهز من موقع اردوينو