სერვომექანიზმები

სერვომექანიზმები.
რობოტებში, ისევე, როგორც გემების, თვითმფრინავების, ავტომობილების და სხვა მოდელებში ფართოდ გამოიყენება მექნიზმები, რომლებიც ახორციელებენ გარე შეშფოთების კომპენსირებას. ასეთ მოწყობილობებს სერვო-მექანიზმები ეწოდებათ. განვიხილოთ ნახ.1 -ზე ნაჩვენები სქემა.

თუ ამ სქემაზე გამოსახულ ორივე პოტენციომეტრს ისეთ მდგომარეობაში დავაყენებთ, რომ სქემის A და B წერტილებში ერთი და იგივე ძაბვა იყოს, მაშინ M ძრავის გაამომყვანებზე პოტენციალთა სხვაობა ნულის ტოლი იქნება და ძრავი არ იბრუნებს. ნახ.2 -ზე ნაჩვენებია შემთხვევა, როდესაც სქემაზე გამოსახული მარცხენა პოტენციომეტრი იმგვარ მდგომარეობაშია, რომ სქემის A წერტილში ძაბვა ნაკლებია, ვიდრე B წერტილში.

ამ დროს M ძრავის გამომყვანებზე პოტენციალთა სხვაობა ნულისგან განცხვავდება და ძრავი ბრუნავს. ნახ.3 -ზე ნაჩვენებია საპირისპირო შემთხვევა – სქემის A წერტილში ძაბვა მეტია, ვიდრე B წერტილში. ცხადია, რომ ამ შემთხვევაში ძრავი მეორე მხარეს იბრუნებს.

ნახ.4 -ზე ნაჩვენებია მოწყობილობა, რომელშიც სქემაზე გამოსახული მარჯვენა პოტენციომეტრის ღერძი ძრავის ლილვზეა დამაგრებული. ეს გარემოება განაპირობებს იმას, რომ წინა შემთხვევისგან განსხვავებით, ძრავის ბრუნვა გამოიწვევს მარჯვენა პოტენციომეტრის ღერძის ბრუნვას იმგვარად, რომ სქემის B წერტილში ძაბვა დაიწყებს მატებას. ძრავი იბრუნებს მანამდე, სანამ ძაბვა სქემის B წერტილში ტოლი გახდება ძაბვისა სქემის A წერტილში. ამ ორი ძაბვის ტოლობისას ძრავის ბრუნვა შეწყდება.

თუ რაიმე გარეშე მექანიკური ზემოქმედების გამო, მოხდება ძრავის ლილვის და, მაშასადამე, მარჯვენა პოტენციომეტრის ღერძის ამა თუ იმ მხარეს მოტრიალება, მაშინ ადგილი ექნება ძრავის გამომყვანებზე პოტენციალთა სხვაობის გაჩენას, რაც გამოიწვევს ძრავის მობრუნებას ისეთი მიმართულებით, რომ B წერტილში ძაბვა ისევ ტოლი გახდეს სქემის A წერტილში ძაბვისა და ძრავი დაუბრუნდება საწყის მდგომარეობას. ამგვარად, მოხდება ძრავის გამომყვანებზე პოტენციალთა სხვაობის ცვლილების ავტომატური კომპენსირება.
ზემოთ თქმულის გათვალისწინებით, ძნელი არ არის იმის შემჩნევა, რომ გარკვეულ ფარგლებში ძრავის ლილვის მობრუნების კუთხე სქემის A წერტილში მოდებული ძაბვის პროპორციულია. თუ ძრავის ლილვზე მივამაგრებთ მაგალითად, ავტომობილის მოდელის საჭის მექანიზმს, მაშინ საშუალება გვექნება ძაბვის ცვლილებით ვცვალოთ მოდელის წინა თვლების მობრუნების კუთხე და, მაშასადამე მოდელის მოძრაობის მიმართულებაც.
ცხადია, ძაბვა სქემის A წერტილში შეიძლება ვცვალოთ არა მხოლოდ პოტენციომეტრის საშუალებით, არამედ სხვა გზებითაც. ძაბვის ცვლის ყველაზე გავრცელებულ ხერხს წარმოადგენს იმპულსის სიგანის მოდულაციის (Pulse Width Modulation) გამოყენება. ეს მეთოდი დაწვრილებით არის განხილული პუბლიკაციაში „PWM, მიკროკონტროლერი, დღე 7“ და ამიტომ მის აღწერაზე აღარ შევჩერდებით. აქ მხოლოდ ავღნიშნავთ, რომ რობოტოტექნიკაში და მოდელირებაში ყველაზე უფრო ხშირად გამოიყენება სერვოძრავები, რომელთა მართვა ხორციელდება 20 მილისეკუნდი პერიოდის მქონე იმპულსებით, რომელთა სიგანე შეიძლება იცვლებოდეს 0.75 – 2.25 მილისეკუნდის ფარგლებში.

ნახაზიდან ჩანს, რომ სერვოძრავის ლილვის მობრუნების კუთხე დამოკიდებულია იმპულსების სიგანეზე, მის შუა მდგომარეობას კი შეესაბამება 1.5 მილისეკუნდი სიგანის იმპულსების მიმდევრობა.

სერვომექანიზმების ძირითადი პარამეტრებია: კვების ძაბვა ( ტიპიური მნიშვნელობა – 4.8 – 6 ვოლტი), ლილვის ბრუნვის კუთხე (ტიპიური – დაახლოებით 180 გრადუსი) და ძალის მომენტი. ეს უკანასკნელი განსაზღვრავს, თუ რა ძალას ანვითარებს სერვომექანიზმი. ძალის მომენტი იზომება ერთეულებში კგ x სმ. 1 კგ.სმ ძალის მომენტის მქონე სერვომექანიზმი შეაკავებს 1 კგ მასის ტვირთს, თუ ძალის მოდების მხარი შეადგენს 1 სმ.

ნახაზზე ნაჩვენებია 1 კგ.სმ ძალის მომენტის მქონე სერვომექანიზმი. იგივე მექანიზმი დასძლევს მხოლოდ 0.5 კგ ტვირთს, თუ ლილვის რადიუსს 2 სმ-დე გავზრდით. ძალის მომენტის ტიპიური მნიშვნელობა შეადგენს 2.5 – 5 კგ.სმ.
იმისათვის, რომ ძრავა ანვითარებდეს ძალას, იმპულსები სერვომექანიზმს გამუწყვეტლივ უნდა მიეწოდებოდეს, მიუხედავად იმისა, ბრუნავს ლილვი თუ გაჩერებულია რომელიღაც სასურველ კუთხეზე.
ამ ამოცანას ასრულებენ ე.წ. სერვო კონტროლერები. როგორც წესი, ეს მცირე ზომის ნაბეჭდი დაფებია, რომლებიც განკუთვნილია 4 – 16 სერვომექნიზმის სამართავად. თვით კონტროლერი იმართება პერსონალური კომპიუტერის COM ან USB პორტიდან.

ჩვენი საიტის “Files” განყოფილებიდან შეგიძლიათ ჩამოტვირთოთ Servo-at8-simple.rar არქივი, რომელიც შეიცავს Atmega8 მიკროკონტროლერზე შესრულებული 8 არხიანი სერვო კონტროლერის Algorithm Builder -ის პროექტს, უკვე კომპილირებულ hex კოდს და Proteus -ში შესრულებულ სქემას.
კონტროლერის მართვა ხორციელდება კომპიუტერული პროგრამით, რომელსაც შეიცავს ServoContoler.rar არქივი, რომელიც შეგიძლიათ ჩამოტვირთოთ იმავე განყოფილებიდან. პროგრამა დაწერილია Visual Studio 2010 -ში VB -ენაზე.
ქვემოთ მოყვანილ ვიდეოზე ნაჩვენებია რობოტის თვალები, რომელიც იმართება სწორედ ასეთი სერვო კონტროლერით და ამ კომპიუტერული პროგრამით.