Comment fonctionne un servomoteur ? Un guide simple pour les robots et le travail en usine

Un servomoteur fait bouger les choses avec une grande précision. Comment un bras robotisé sait-il à quel endroit il doit s'arrêter ? Comment un avion déplace-t-il ses volets ? J'ai appris que la réponse était le servomoteur. Dans ce billet, je vais vous expliquer ce que j'ai appris sur le fonctionnement de ces formidables outils. Nous examinerons le mécanisme de rétroaction qui leur permet de se déplacer avec une telle précision. Nous examinerons également leurs nombreuses applications industrielles.

Qu'est-ce qu'un servomoteur et pourquoi est-il important ?

Un servomoteur est un type de moteur particulier. Il vous permet de contrôler l'endroit exact de sa partie tournante. Vous pouvez contrôler sa position angulaire ou linéaire. Vous pouvez également contrôler la vitesse à laquelle il se déplace et accélère, c'est-à-dire sa vitesse et son accélération. Un moteur à courant continu ordinaire ne fait que tourner et tourner. Mais un servomoteur est différent. On peut lui demander de se placer à un certain endroit et de maintenir cette position.

Cette compétence est le fruit d'une installation intelligente appelée système de contrôle en boucle fermée. Il fonctionne de la manière suivante : Vous indiquez au servomoteur une position à atteindre. Il s'y déplace. Ensuite, un capteur situé à l'intérieur du moteur indique à un contrôleur qu'il est au bon endroit. Ce processus de vérification permanente explique pourquoi les servomoteurs peuvent être si précis. Si vous construisez un robot, une machine à commande numérique ou tout autre objet devant se déplacer au bon endroit, vous devez apprendre comment fonctionne un servomoteur.

Que contient un servomoteur ?

Si vous ouvrez un servomoteur, vous verrez quelques pièces principales qui travaillent en équipe. Il s'agit d'un outil petit mais intelligent.

• Un moteur normal, comme un moteur à courant alternatif ou continu.
• Certains engrenages permettent de contrôler sa vitesse et son couple, c'est-à-dire sa force de rotation.
• Un capteur qui connaît la position. Il s'agit généralement d'un potentiomètre ou d'un encodeur.
• Un circuit de commande, qui est l'électronique de commande. Il lit le capteur et indique au moteur ce qu'il doit faire.

Le moteur fournit la puissance. Les engrenages donnent au moteur une plus grande force de rotation, ce qui constitue le couple du moteur. Le capteur et le circuit de commande agissent comme le cerveau. C'est l'assemblage de ces pièces qui fait qu'un servomécanisme fonctionne si bien dans le domaine de la robotique et de l'automatisation. L'arbre du moteur est relié aux engrenages. Les engrenages sont ensuite reliés à la pièce tournante que vous voyez à l'extérieur.

Comment fonctionne le mécanisme de rétroaction en boucle fermée ?

C'est la partie la plus spéciale du fonctionnement d'un servomoteur. L'idée d'un système de contrôle en boucle fermée est ce qui différencie les servomoteurs des autres moteurs. Pensez au stationnement d'une voiture. Vous voulez être à un pied du bord de la route. Vous regardez pour voir à quelle distance vous vous trouvez, puis vous fixez votre position. Vous utilisez vos yeux pour vérifier et corriger votre travail.

Un servomoteur fait la même chose. Le contrôleur envoie un message, ou signal de commande, au moteur. Ce message lui demande de se déplacer jusqu'à un certain point, qui est la position souhaitée. Lorsque le moteur tourne, le capteur (le potentiomètre ou le codeur) lit en permanence la position de l'arbre. Cette information est transmise au contrôleur. Le contrôleur examine la position actuelle et la position souhaitée. Si elles ne sont pas identiques, il continue d'envoyer de l'énergie au moteur. Il s'arrête lorsque les deux positions sont identiques. Ce système de vérification et de correction permanentes constitue le mécanisme de rétroaction. Il permet au servomoteur de maintenir sa position avec une grande précision.

Comment contrôler un servomoteur ?

J'ai découvert qu'il n'est pas possible de brancher une batterie sur un servomoteur. Il ne se mettra pas à tourner tout seul. Un servomoteur a besoin d'un ensemble spécial d'instructions pour comprendre les ordres. Ces instructions sont appelées modulation de largeur d'impulsion, ou MLI.

Un signal PWM est un groupe de courtes impulsions électriques. Le servomoteur s'attend à recevoir une de ces salves, ou une impulsion, toutes les 20 millisecondes. Ce qui compte, c'est la durée de l'impulsion et non la quantité d'électricité qu'elle contient. La longueur de cette impulsion électrique indique à l'arbre du moteur où il doit tourner.

• Une impulsion qui dure 1 milliseconde indique généralement au servomoteur de tourner complètement d'un côté (0 degré).
• Une impulsion d'une durée de 2 millisecondes lui indique de se tourner complètement de l'autre côté (180°).
• Une impulsion d'une durée de 1,5 milliseconde lui indique de se déplacer vers le point central (90 degrés).

En envoyant la bonne impulsion électrique, nous pouvons obtenir un contrôle très précis de l'arbre du moteur. De nombreux projets amusants utilisent des contrôleurs comme Arduino. Vous pouvez ajouter un bouclier de servomoteur à ces cartes. Cela permet de contrôler facilement plusieurs servomoteurs à la fois.

Quels sont les principaux types de servomoteurs ?

Lorsque vous recherchez un servomoteur, vous constaterez qu'il existe plusieurs types de servomoteurs. Les deux types de servomoteurs les plus courants sont les servomoteurs à courant alternatif et les servomoteurs à courant continu.

Il existe également des servomoteurs linéaires. Ils se déplacent en ligne droite et non en cercle. Il existe également des servomoteurs à rotation continue. Ils peuvent tourner sur eux-mêmes comme un moteur normal, mais vous pouvez contrôler leur vitesse. Le choix du bon servomoteur dépend des besoins de votre projet. Pensez à la puissance, à la précision requise et à votre budget. Par exemple, les grosses machines CNC utilisent souvent des servomoteurs qui sont des servomoteurs CA puissants.

Qu'est-ce qu'un potentiomètre dans un servomoteur ?

Dans de nombreux servos ordinaires, le capteur de position est un potentiomètre. C'est particulièrement vrai pour les servos utilisés dans les projets de loisir. Un potentiomètre est une sorte de résistance qui peut changer. Il est doté d'un bouton que vous pouvez tourner. Lorsque vous le tournez, la résistance électrique change.

A l'intérieur du moteur, le potentiomètre est lié à la dernière roue dentée. Lorsque l'arbre du moteur tourne, le potentiomètre tourne également. Le circuit de commande fait passer une tension dans le potentiomètre. Il lit ensuite la tension qui en sort. La tension de sortie est différente en fonction de la position de l'arbre. Cela indique au circuit la position exacte de l'arbre à tout moment. Il s'agit d'un moyen simple mais efficace pour le système d'asservissement d'obtenir un retour d'information.

Qu'est-ce qu'un codeur et un résolveur ?

Pour les travaux d'usine plus difficiles, un potentiomètre peut ne pas être suffisamment précis. Pour ces travaux, un servomoteur utilisera un codeur ou un résolveur comme capteur.

Un codeur est un capteur qui transforme un mouvement en un message électrique. Il peut indiquer au contrôleur bien plus que la position. Il peut également indiquer la vitesse et la direction de l'arbre du moteur. Il en existe deux types principaux :

• Codeur incrémental : Ce type de codeur indique au contrôleur changements en position. Vous avez toujours besoin d'un point de départ pour travailler.
• Codeur absolu : Ce type de codeur donne la position angulaire exacte en permanence. Il connaît la position même si l'alimentation est coupée puis rétablie.

Un résolveur est un autre type de capteur. Il est très résistant et est souvent utilisé dans des endroits rugueux ou sales. Tout comme un encodeur, il fournit un retour d'information sur la position de l'arbre. Ces deux capteurs sont beaucoup plus précis qu'un potentiomètre. C'est pourquoi on les retrouve dans les machines robotiques et d'automatisation de haut niveau.

Où sont utilisés les servomoteurs ?

Après avoir appris ce qu'est un servomoteur, vous commencerez à en voir dans de nombreux endroits. La liste des applications des servomoteurs est très longue. Cela s'explique par le fait que de nombreux objets doivent se déplacer d'une manière très précise.

Voici quelques exemples d'utilisation des servomoteurs :

• Robotique : Chaque articulation d'un bras robotisé peut être équipée d'un servomoteur. Cela lui permet de contrôler sa position. Cela vaut pour un gros robot industriel comme pour un petit robot de loisir. La pince d'un robot utilise un servomoteur pour s'ouvrir et se fermer avec la force nécessaire.
• Applications industrielles : Dans les usines, les servomoteurs sont utilisés pour faire fonctionner les courroies en mouvement, les machines qui remplissent les bouteilles et les machines à commande numérique. Leur vitesse et leur précision rendent possible l'automatisation des usines.
• Véhicules télécommandés : Un avion télécommandé utilise des servomoteurs pour déplacer ses petites ailes. Une voiture télécommandée utilise un servo pour se diriger. Il s'agit d'une utilisation très courante dans les applications de loisirs.
• Appareils médicaux : Les servomoteurs sont utilisés dans les outils hospitaliers tels que les scanners et les robots chirurgicaux. Dans ces outils, la précision est très importante.
• Électronique courante : Vous pouvez même trouver un minuscule servomoteur dans des objets tels qu'un appareil photo. Il permet de rendre l'image claire en effectuant de petites modifications précises.

De la première utilisation de la vapeur pour contrôler les gouvernails des navires à la robotique d'aujourd'hui, l'idée principale du mécanisme d'asservissement reste un excellent moyen de contrôler une machine.

Quelle est la différence entre les servomoteurs et les moteurs pas à pas ?

Lorsque j'ai commencé à apprendre, j'ai souvent confondu les servomoteurs et les moteurs pas à pas. Ils sont tous deux utilisés pour contrôler la position. Mais ils font leur travail de manière très différente.

Un moteur pas à pas se déplace par petits pas fixes. Il n'a pas de mécanisme de rétroaction. Vous lui dites de se déplacer d'un certain nombre de pas, et il le fait. Il s'agit d'un système en "boucle ouverte", ce qui signifie qu'il fait