Servo Motores

Embora não seja uma classe específica de motor, o Servo Motor tem como característica principal o controle de movimentos que exigem posicionamento de alta precisão, reversão rápida e desempenho excepcional.

O servo motor é uma máquina, eletromecânica que tem um movimento proporcional a um comando, como dispositivos de malha fechada.

Em outras palavras, o servo motor recebe um sinal de controle, o qual faz a verificação da posição atual, para controlar o seu movimento indo para a posição desejada.

Servo Motor MG995

A velocidade do equipamento é monitorada externamente através de um dispositivo denominado taco, sensor de efeito Hall ou encoder, variando conforme o tipo do servo motor e aplicação.

Os servos nada mais são do que motores comuns com controladores e encoder acoplados. O servo motor é projetado com pequeno diâmetro e longo comprimento do rotor se distinguindo, portanto, dos motores convencionais.

Porque o servo motor não é uma classe específica de motor?

Como dissemos no início, o servo motor não é uma classe específica de motor, pois eles podem ser CC ou CA, síncrono ou de indução.

Qual a principal característica do servo motor que o distingue dos motores contínuos?

Diferente dos chamados motores contínuos, os quais giram indefinidamente, o servo motor tem um eixo que possui liberdade de movimento para girar apenas cerca de 180º graus, em alguns modelos até pode girar 360º, mas nestes casos, perdem o controle de posição e tornam-se elementos de rotação contínua.

Tipos de Servo Motor

Os servos motores são diferenciados principalmente em três aspectos básicos: o tamanho, o torque e o tipo de engrenagens. Para desenvolver um projeto robótico com servos motores é importante observar necessariamente este trio de informações e definir qual o que melhor se adapta ao seu caso.    

Quanto ao tamanho físico dois tipos são os mais utilizados, os propriamente chamados de servo motor com dimensões aproximadas de 41x20x43mm (CxLxA), onde se encaixam modelos do tipo Tower Pro MG995, Futaba S3003 entre outros; também aparecendo os pequenos Micros servos motores com especial destaque para os modelos Tower Pro SG90 e MG90S, com dimensões aproximadas de 22x12x29mm (CxLxA).  

O torque do servo motor é muito importante pois ele é quem definirá a força máxima aplicada pelo servo, onde os com engrenagens em nylon apresentam baixo peso e torque aproximado de 4.2 Kg/cm e os modelos com engrenagens metálicas chegam a incríveis 12 Kg/cm. Sem deixar de destacar a informação pertinente ao micro servo motor com engrenagem em nylon que tem torque de 1.6 kg/cm, enquanto o modelo com engrenagem metálica chega a até 2.2 Kg/cm.

Servomecanismo

É composto de cinco partes: o dispositivo controlador (responsável pelo monitoramento do potenciômetro e acionamento do motor), o sensor de saída (em geral um potenciômetro ligado ao eixo de saída do servo), o motor (que aciona e permite o movimento do eixo do servo motor), as engrenagens (responsáveis pela redução do motor e ajuste de torque) e a caixa (local onde são acondicionados todos os componentes anteriores).

O Servomecanismo é um sistema de ciclo fechado onde se usa o sistema de realimentação positiva para controlar o movimento e a posição final do eixo do servo motor. Nesse caso, o dispositivo é controlado por um sinal de retorno gerado através da comparação do sinal de saída e o sinal de entrada de referência.

A referência de sinal de entrada é comparada a referência de sinal de saída, onde o terceiro sinal é produzido pelo sistema de retorno. E este terceiro sinal atua como sinal de entrada para controlar o dispositivo, lembrando que ele está presente enquanto o sinal de retorno é gerado ou quando não há diferença entre o sinal de entrada de referência e sinal de saída de referência. Assim, a principal tarefa de servomecanismo é manter a saída de um sistema no valor desejado na presença de comandos.

Quais as características chave para especificar os tipos de um servo motor?

O seu tamanho, o torque e velocidade do motor, material das engrenagens, a liberdade de giro do eixo e consumo são características-chave para especificação de servo motores.

Controlando o Servo Motor

O servo motor é controlado por PWM (modulação por posição do pulso), o qual é fornecido pelos fios do controlador. Há um mínimo de pulsação, um pulso máximo e uma taxa de repetição. O servo motor pode girar 90 graus em qualquer direção e formar a sua posição neutra, onde faz o monitoramente constante do sinal a cada 20 ms, onde  o servo motor espera para ver um pulso e o comprimento do pulso que determinará em que medida o motor gira.

Por exemplo, um pulso de 1.5 ms vai fazer a volta do motor para a posição de 90 °, tal como, se pulso é mais curto do que 1.5 ms o eixo desloca-se para 0° e se ele for maior do que 1.5 ms irá deslocar o eixo do servo para 180 °.

O servo motor funciona em PWM (pulse width modulation), o que significa que o seu ângulo de rotação é controlado pela duração do pulso aplicada ao seu PIN de controle. Basicamente servo motor é constituído por motor de corrente contínua, que é controlado por uma resistência variável (potenciômetro) e algumas engrenagens.

O servo motor pode ser rodado de 0 a 180 graus, mas pode ir até aos 360 graus, dependendo do fabricante e modelo. Este grau de rotação pode ser controlado através da aplicação do pulso elétrico de largura adequada, ao seu pino de controle. 

O que determina a posição do eixo em um servo motor?

É a largura do pulso de controle determinará a posição do eixo:

1. largura máxima equivale ao deslocamento do eixo em + 90º da posição central;

2. largura mínima equivale ao deslocamento do eixo em -90º;

3. demais larguras determinam a posição proporcionalmente.

Fiação do Servo Motor 

Os servo motores vêm com três fios ou cabos. Dois destes fios são para fornecer gnd e alimentação positiva para o servo motor DC. O terceiro fio é para o sinal de controle. Estes fios de um servo motor são codificados por cores. O fio vermelho é o fio de alimentação DC e deve ser conectado a uma fonte de tensão DC na faixa de 4,8 V a 6V. O fio preto é proporcionar terra. A cor para o terceiro fio (para fornecer sinal de controlo) varia para diferentes fabricantes. Pode ser amarelo (no caso de Hitec), branca (no caso de Futaba), Brown, etc.

Ao contrário de motores de corrente contínua, invertendo as conexões de aterramento e alimentação positiva não muda-se a direção (de rotação) de um servo motor. Isto pode, de fato, danificar o servo, sendo muito importante a ligação de modo correto para evitar danos ao seu equipamento.

Agora que você conhece um pouco mais sobre esses pequenos motores de precisão, pode definir exatamente qual modelo de servo motor se encaixa melhor no seu projeto, seja de rotação contínua 360°, de posição até 180° ou mesmo um compacto e prático micro servo motor SG90.

Tipos de servo motor e aplicações

Em resumo, um servo motor pode ser de dois tipos: corrente alternada (CA) e corrente contínua (CC), tudo depende da natureza da alimentação de energia necessária para sua operação.

O servo do motor CC de corrente contínua é de imã permanente com escova e como tem custo mais baixo é empregado em projetos menores, mas não se engane, apesar disso ele tem uma boa eficiência.

Uma característica importante do servo motor de corrente contínua é que a polaridade instantânea da tensão de controle decide a direção do torque desenvolvido pelo motor.

Por sua vez, os servos CA de corrente alternada costumam ser mais empregados na indústria por suportar aplicações que demandam maior potência e fornecer exatidão elevada no seu controle e baixíssima manutenção.

Especificamente, o motor CA síncrono é o mais utilizado na indústria.

Ele é composto de extrator e rotor. Seu extrator consiste em uma estrutura cilíndrica e núcleo, e a bobina de indução é enrolada em volta do núcleo do extrator, por sua vez a extremidade da bobina é ligada a um fio condutor através do qual é fornecida corrente ao motor.

Quais as categorias nas quais podemos classificar o servo motor do tipo CA?

Os servos CA podem ser divididos em 2 categorias: Os síncronos e os de indução. Há ainda um terceiro tipo, que costuma ser mais empregado em aplicações menores, é o motor de passo.

Quais os principais tipos do servo motor de corrente contínua?

Há os seguintes tipos de de servo motor CC:

1. motores de série;

2. motor de derivação de controle;

3. motor de derivação em série;

4. motor de derivação de ímã permanente.

O que um bom servo motor precisa ter?

Um bom servo motor deve ter dinâmica, controle de rotação, torque constante e precisão de posição/posicionamento. As qualidades mais desejadas nos servos motores são o torque constante em larga faixa de rotação de até 4500 rpm, uma larga faixa de controle da rotação e variação de até 1:3000 e alta capacidade de sobrecarga (3 x Mo).

Servo motor - Dicas finais

Como vimos o Servo motor têm importantes aplicações na indústria e em diversos tipos de projetos, até mesmo sendo usado em projetos de robótica e pode ser uma peça curinga para estar presente na sua oficina.