서보(무선 컨트롤)

서보(RC 서보라고도 함)는 무선 제어 및 소규모 로봇 공학에 사용되는 작고 저렴한 대량 생산 서보 모터 또는 기타 액추에이터입니다.

대부분의 서보는 로터리 액추에이터이지만 다른 유형을 사용할 수 있습니다.벨크랭크와 푸시로드가 있는 로터리 액추에이터를 사용하는 것이 일반적이지만 선형 액추에이터를 사용하는 경우도 있습니다.원래 모델 요트의 돛 윈치로 사용되었던 일부 타입은 연속 회전할 수 있습니다.

건설

일반적인 서보는 감속 기어 계열을 구동하는 소형 전기 모터로 구성됩니다.전위차계는 출력축에 연결되어 있습니다.일부 간단한 전자제품은 폐쇄 루프 서보메카니즘을 제공합니다.

작동

전위차계로 측정되는 출력 위치는 컨트롤에서 명령된 위치(즉, 라디오 컨트롤)와 지속적으로 비교됩니다.차이가 있을 경우 적절한 방향으로 오류 신호가 발생하며, 이로 인해 전기 모터가 전진 또는 후진으로 구동되며 출력축이 명령된 위치로 이동합니다.서보가 이 위치에 도달하면 오류 신호가 감소하여 0이 되고, 이때 서보가 이동을 멈춥니다.

명령이 변경되거나 서보가 설정 위치에서 기계적으로 밀리기 때문에 서보 위치가 변경되면 오류 신호가 다시 나타나 모터가 서보 출력축을 필요한 위치로 복구합니다.

현대의 거의 모든 서보는 비례 서보이며, 이 명령된 위치는 이동 범위 내에 있을 수 있습니다.초기 서보 및 이스케이프라고 불리는 전구 장치는 제한된 수의 세트 위치만 이동할 수 있었습니다.

연결

무선 제어 서보는 표준 3선 연결(DC 전원용 와이어 2개와 제어용 와이어 1개)을 통해 연결되어 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 전송합니다.각 서보에는 라디오 컨트롤 수신기로부터 별도의 연결부 및 PWM 신호가 있습니다.이 신호는 간단한 전자제품이나 Arduino와 같은 마이크로 컨트롤러에 의해 쉽게 생성됩니다.이 때문에, 저비용과 함께, 로봇 공학이나 물리 컴퓨팅에 폭넓게 채용되고 있습니다.

RC 서보는 표준 0.025인치 정사각형 핀과 결합하는 3핀 0.1인치 간격 잭(암컷)을 사용합니다.가장 일반적인 순서는 신호, +전압, 접지입니다.표준 전압은 4.8V DC이지만 일부 서보에서도 6V와 12V가 사용됩니다.제어 신호는 50Hz 프레임 속도의 디지털 PWM 신호입니다.각 20ms 시간 내에 액티브-하이 디지털 펄스가 위치를 제어합니다.펄스는 명목상 1.0ms ~ 2.0ms이며 1.5ms가 항상 범위의 중심입니다.이 범위를 벗어나는 펄스 폭은 서보를 정상 범위 이상으로 이동시키는 "과잉 주행"에 사용할 수 있습니다.

PWM에는 일반적으로 두 가지 유형이 있습니다.각 PWM은 서보가 예상 위치를 결정하기 위해 사용하는 값을 정의합니다.첫 번째 유형은 "absolute"이며, 낮은 시간의 임의 긴 주기가 있는 활성-고시간 펄스의 폭에 따라 값을 정의합니다.두 번째 유형은 "상대적"으로, 컨트롤이 활성-고시간 대 저시간 비율에 따라 값을 정의합니다."절대" 유형은 비교적 단순한 전자 장치를 사용하여 제어 신호를 다중화함으로써 최대 8개의 서보가 하나의 통신 채널을 공유할 수 있으며, 최신 RC 서보의 기본입니다."상대적" 유형은 단순한 저역 통과 필터가 "상대적" PWM 신호를 아날로그 전압으로 변환하는 PWM의 보다 전통적인 사용 방식입니다.서보가 펄스 폭에 반응하기 때문에 두 가지 유형은 모두 PWM입니다.그러나 첫 번째 경우에는 서보가 펄스 순서에 민감할 수도 있습니다.

서보는 접지, 전원 및 제어의 세 가지 와이어에 의해 제어됩니다.서보는 액추에이터 암의 각도를 설정하는 제어 와이어를 통해 전송되는 펄스에 따라 움직입니다.서보는 각도에 대한 정확한 정보를 얻기 위해 20ms마다 펄스를 예상합니다.서보 펄스의 폭은 서보의 각도 모션 범위를 나타냅니다.

폭 1.5ms의 서보 펄스는 일반적으로 서보를 "중립" 위치(일반적으로 지정된 전체 범위의 절반)로 설정하고 1.0ms의 펄스는 0°, 2.0ms ~ 90°(90° 서보)의 펄스는 설정합니다.서보 하드웨어의 물리적 한계와 타이밍은 브랜드와 모델에 따라 다르지만, 일반적인 서보의 전체 각도 운동은 90°~180° 및 중립 위치(45° 또는 90°)의 범위에서 이동합니다.거의 항상 1.5밀리초입니다.이것은 모든 취미 아날로그 서보에서 사용되는 "표준 펄스 서보 모드"입니다.

취미용 디지털 서보는 아날로그 ^[1]서보와 동일한 "표준 펄스 서보 모드" 펄스에 의해 제어됩니다.일부 취미용 디지털 서보는 로봇 컨트롤러가 서보 샤프트의 실제 위치를 다시 읽을 수 있는 다른 모드로 설정할 수 있습니다.일부 취미 디지털 서보는 선택적으로 다른 모드로 설정하고 "프로그래밍"할 수 있으므로 나중에 표준 RC ^[2]수신기에 의해 구동될 때 원하는 PID 컨트롤러 특성을 가집니다.

RC 서보는 보통 리시버에 의해 구동되며, 리시버는 배터리 팩 또는 배터리 제거 회로(BEC)를 내장한 전자 속도 컨트롤러(ESC)에 의해 구동됩니다.일반적인 배터리 팩은 NiCd, NiMH 또는 리튬 이온 폴리머 배터리(LiPo) 유형입니다.전압 정격은 다양하지만 대부분의 리시버는 5V 또는 6V에서 작동합니다.

기계사양

취미용 RC 서보의 제조 및 유통업체는 종종 서보의 기계적 특성에 대한 특정 약자 표기법을 사용한다.일반적으로 두 가지 수치, 즉 서보축 회전의 각 속도와 축에서 발생하는 기계적 토크가 제시됩니다.속도는 60° 각도로 샤프트를 회전시키기 위해 서보가 필요로 하는 시간 간격으로 표현됩니다.토크는 축에 장착된 일정한 반지름의 풀리에 매달릴 경우 서보가 끌어올릴 수 있는 무게로 표현됩니다.

예를 들어, 서보 모델을 "0.2초/2kg"이라고 설명하는 경우, 이는 "이 서보는 샤프트를 0.2초 만에 60° 회전시키고, 반경 1cm 풀리를 사용하여 2kg의 무게를 끌어올릴 수 있다"로 해석해야 합니다.즉, 이 특정 서보 모델은 1cm 거리에서 2kg² × 9.81m/s = 19.6N의 힘을 발생시키면서 (2µ/6) / 0.2s = 5.2rad/s의 각 속도로 샤프트를 회전시킨다. 즉, 19.6N × 0.01m = 0.14N의 토크를 발생한다.

SI 또는 임페리얼 유닛 시스템에 준거하지는 않지만, 60° 샤프트 회전 명령, 1cm 길이의 샤프트 크랭크 및 킬로그램 힘 범위의 제어봉 "힘"이 취미 RC 세계에서 일반적으로 사용되기 때문에 단축 표기법은 실제로 매우 유용합니다.

연속 회전 서보

연속 회전 서보는 이동 각도가 제한되지 않고 연속 회전할 수 있는 서보입니다.서보 입력 컨트롤이 있는 모터 및 변속기로 생각할 수 있습니다.이러한 서보에서는 입력 펄스에 의해 회전 속도가 발생하며, 일반적인 1.5ms의 중심값이 정지 위치입니다.값이 작을수록 서보는 시계 방향으로, 높은 값은 시계 반대 방향으로 회전해야 합니다.

탈옥

무선 제어를 위한 순차적 (비례적이지는 않지만) 액추에이터의 가장 초기 ^[3]형태는 탈출이었습니다.시계에 사용되는 장치와 마찬가지로, 이 탈출은 스프링이나 고무 밴드에서 저장된 에너지의 방출을 제어합니다.송신기의 각 신호는 작은 솔레노이드를 작동시켜 2개 또는 4개 로브 폴을 회전시킵니다.손톱은 시계처럼 두 개의 팔레트를 가지고 있어 손톱은 신호 펄스당 하나의 로브 위치만 회전할 수 있습니다.이 메커니즘을 통해 간단한 키 입력 송신기가 순차적 제어, 즉 모델에서 정의된 여러 위치 사이에서 선택할 수 있습니다.

방향타 제어에 사용되는 전형적인 네 개의 로브 탈출은 첫 번째와 세 번째 위치가 "직진"하도록 배치되며, 위치 2와 4는 "왼쪽"과 "오른쪽" 방향타이다.첫 번째 직진 위치에서 단일 펄스가 왼쪽으로 이동하거나 세 개의 펄스가 오른쪽을 선택합니다.단일 펄스가 더 많으면 ^[4]스트레이트 에이드로 돌아갑니다.이러한 시스템은 작동자가 어느 위치에 탈출이 있는지 기억하고 다음 턴에 현재 위치에서 1회 또는 3회 펄스가 필요한지 기억해야 하기 때문에 사용하기 어렵습니다.이를 발전시킨 것이 두 개의 로브 폴입니다. 이 폴에서는 송신기를 ^[4]연속적으로 키잉(따라서 솔레노이드 팔레트를 제자리에 고정)하여 이전 위치에 상관없이 동일한 키잉 시퀀스로 턴 위치를 선택할 수 있습니다.

탈옥은 저전력이지만 가볍다.그래서 그들은 모형 ^[3]보트보다 모형 항공기로 더 인기가 있었다.송신기와 수신기에 복수의 제어 채널(예를 들면, 주파수 키 리드 수신기)이 있는 경우,^[3] 각 채널에 1개씩, 복수의 이스케이프를 함께 사용할 수 있습니다.단일 채널 무선을 사용하더라도 일련의 이스케이프가 캐스케이드될 수 있습니다.탈출을 한 번 움직이면 펄스가 생겨 두 번째 느린 속도 탈출을 ^[4]하게 됩니다.1970년대 ^[3]초반에는 무선 제어에서 탈출이 사라지고 서보를 선호했다.

원심 플라이볼 액추에이터

플라이볼 액추에이터는 1951년 브레이튼 ^[5]폴에 의해 R/C 모델링에 도입되었으며, 모터 구동 시 방향타 제어봉을 다양한 각도로 당길 수 있는 자유 주행 축에 연결된 전기 모터와 원심 조속기로 구성되었다.키 달린 라디오 시스템과 함께 사용되는 이 기능을 통해 키 누름 타이밍을 변경하여 키 위치를 제어할 수 있습니다.모터 속도가 감소하면 스프링에 의해 방향타가 뒤로 당겨집니다.

참고 항목

• JST 커넥터

레퍼런스

외부 링크

• 취미 서보 기본