Progetto di un sistema di controllo di servomotori con web server – Parte 1

Nel settore della produzione industriale gli strumenti di lavorazione frequentemente utilizzati dipendono generalmente dai fattori di posizione e velocità. I controlli di posizione e velocità vengono effettuati tramite motori elettrici. Anche se le strutture di questi motori variano, tutti trasformano l'energia elettrica in energia meccanica. Per il controllo di posizione e velocità ogni motore elettrico potrebbe non essere adatto. In tal caso, quando si sceglie un motore elettrico è necessario considerare l'entità della forza da controllare.

Nelle applicazioni in cui la posizione deve essere controllata con precisione, vengono solitamente utilizzati motori passo-passo o servomotori. I servomotori sono principalmente preferiti nei controlli di sistema con bassa richiesta di potenza. In questo articolo applicativo presentiamo la prima parte di un semplice progetto di un sistema IoT di controllo di un servomotore basato sull’utilizzo della scheda di sviluppo ESP32 DevKitC V4 della Espressif Systems, di un servomotore SG90 e di un web server. Questo progetto puramente dimostrativo, benché applicabile in pratica per piccoli utilizzi, vuole essere una sorta di tutorial per chi volesse approfondire l’argomento sul controllo dei servomotori e realizzare in proprio un simile progetto. La descrizione del progetto sarà preceduta da una propedeutica panoramica sui servomotori.

Introduzione

I servomotori (o servocomandi) sono dispositivi elettrici autonomi che ruotano o spingono parti meccaniche di una macchina utensile con grande precisione. I servocomandi si trovano in molti posti: dai giocattoli all'elettronica domestica, nelle automobili e negli aeroplani. Se si possiede un modello di auto radiocomandata, aereo, drone o elicottero, sicuramente si stanno usando dei servomotori. In questi modelli, i servomotori muovono le leve avanti e indietro per controllare lo sterzo o regolare le superfici delle ali. Ruotando un albero collegato all'acceleratore del motore, un servomotore regola la velocità di un'auto o di un aereo alimentato a carburante. I servomotori compaiono anche nei dispositivi che usiamo ogni giorno.

Dispositivi elettronici come lettori DVD e Blu-ray utilizzano servomotori per estendere o ritrarre i vassoi del disco. Nelle automobili i servomotori gestiscono la velocità dell'auto: il pedale dell'acceleratore, simile al controllo del volume di una radio, invia un segnale elettrico che indica al computer dell'auto quanto è premuto. Il computer dell'auto calcola tali informazioni e altri dati da altri sensori e invia un segnale al servomotore collegato all'acceleratore per regolare la velocità del motore. Gli aerei commerciali utilizzano servocomandi e una relativa tecnologia idraulica per controllare il volo dell'aereo. I robot potrebbero non esistere senza servocomandi. Ad esempio, i robot servo comandati che vediamo nei film hanno dozzine di servomotori come anche nei giocattoli animali robotici. Anche i robot da laboratorio più piccoli usano i servomotori per muovere le loro articolazioni. I servomotori per hobby sono disponibili in una varietà di forme e dimensioni per diverse applicazioni.

Funzionamento di un servomotore

La semplicità di un servomotore è tra le caratteristiche che lo rendono così affidabile. Il cuore di un servomotore è un piccolo motore a corrente continua, simile a quello che si potrebbe trovare in un giocattolo poco costoso. Questi motori possono funzionare anche a batteria e possono girare a un regime elevato di numero di giri al minuto ma con una coppia molto bassa, ovvero, una bassa forza di torsione utilizzata per compiere il lavoro di rotazione dell’albero motore. Una disposizione degli ingranaggi può produrre alte velocità del motore con bassa coppia o diminuire la velocità a vantaggio di un aumento della coppia. Un minuscolo motore elettrico non ha elevata coppia, ma può girare molto velocemente. Il design dell'ingranaggio all'interno del servomotore converte l'uscita in una velocità di rotazione molto più lenta ma con più coppia. La quantità di lavoro effettivo è la stessa, solo più utile. [...]

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