Serwo to często wykorzystywany element elektroniczny, który można łatwo sterować za pomocą popularnej platformy Arduino.

Co to jest serwomechanizm?

Serwomechanizm to w rzeczywistości silnik z odpowiednim oprzyrządowaniem. Całe urządzenie to tak zwany zamknięty układ sterowania – automat, którego podstawowym zadaniem jest utrzymanie zadanej pozycji. Jest ono realizowane bez wykorzystania żadnych dodatkowych urządzeń lub czujników – wartość podana na wejście serwa powoduje ustawienie orczyka w określonej pozycji. Sprzęt posiada silnik z przekładnią, sterownik oraz potencjometr. Przekładnia pozwala uzyskać wysoki moment obrotowy, sterownik zapewnia wysoki stopień precyzji wykonywanego zadania, a potencjometr dostarcza dane o aktualnej pozycji orczyka (sprzężenie zwrotne), dzięki którym serwo zawsze utrzyma zadaną mu pozycję.

Jakie jest zastosowanie serwomechanizmów?

Urządzenia tego typu są wykorzystywane do zupełnie innych zadań niż zwykłe silniki. Największym atutem tych urządzeń jest wysoka precyzja oraz możliwość zadawania pozycji orczyka (a dzięki temu stały dostęp do informacji, w jakim jest obecnie położeniu). Takie właściwości sprawiają, że serwomechanizmy doskonale nadają się na przykład do poruszania ścięgnami w robotycznej protezie ludzkiej dłoni, zmiany ułożenia lutek w modelu samolotu (serwa modelarskie) lub zmiany pozycji robotycznego ramienia.

Rozróżnienie serwomechanizmów

Ogólna zasada pracy serwomechanizmów jest zawsze taka sama, jednak warto zauważyć, że poszczególne modele różnią się między sobą. Podstawowe różnice, na które szczególnie warto zwrócić uwagę podczas zakupu to przede wszystkim kąt obrotu (najczęściej 180°), moment obrotowy, szybkość obrotu, maksymalny udźwig, masa całego urządzenia, tworzywo, z którego wykonana jest przekładania oraz czy serwo jest analogowe czy cyfrowe. Parametry powinny być dobierane w zależności od potrzeb wynikających z wymagań projektu.

Jak Arduino realizuje sterowanie serwem?

Żeby dowiedzieć się, jak podłączyć serwo do Arduino, najpierw trzeba poznać, w jaki sposób steruje się serwomechanizmem. Aby urządzenie działało prawidłowo, musi otrzymywać precyzyjne informacje na wejście – do tego rodzaju zadania doskonale sprawdzają się tak zwane sygnały sterujące PWM (Pulse Width Modulation). Popularna płytka Arduino jest w stanie generować takie sygnały ze specjalnie przygotowanych do tego celu pinów. Aby nadać określony sygnał z wybranego wyjścia z Arduino, można napisać specjalny program, który będzie definiował zadany stopień wypełnienia sygnału PWM podawanego przez mikrokontroler. Program może na przykład przekazywać informacje o zadanym z pilota modelarskiego stopniu skręceniu kół, bezpośrednio do serwomechanizmu podając PWM o odpowiednim wypełnieniu.

Podłączenie serwa do Arduino – jak to zrobić?

Rozumiejąc już podstawowe zasady sterowania serwomechanizmem oraz jak jest zbudowany, będzie Ci łatwiej ze zrozumieniem prawidłowo podłączyć taki sprzęt. Najczęściej z urządzenia wyprowadzone są trzy przewody – dwa z nich odpowiadają za zasilanie, natomiast trzeci ma za zadanie doprowadzić odpowiedni sygnał sterujący. Warto zwrócić uwagę, że serwomechanizmy to sprzęt, który będzie w stanie zużywać potencjalnie dużo energii w krótkim czasie – będzie się wiązało to z większym poborem prądu. W związku z tym urządzenie powinno zostać podłączone do źródła zasilania osobno od Arduino (płytka rozwojowa ma niewielkie zapotrzebowania energetyczne). Przy chwilowym wysokim poborze prądu przez serwo zasilane z Arduino, płytka najprawdopodobniej spaliłaby się. Należy pamiętać, aby oba urządzenia (serwo oraz Arduino) zostały podłączone do wspólnej masy (GND), aby układ działał prawidłowo. Trzeci przewód powinien zostać przylutowany do pina obsługującego sygnały PWM. Wygodną alternatywą ostatniej czynności jest zainstalowanie na płytce Arduino na wyprowadzeniach GPIO zestawu żeńskich goldpinów, zainstalowanie wtyczki na przewodzie sterującym i uzyskanie w ten sposób swobody dowolnego podłączania i rozłączania układu.