Tutorial
Controllare SErvo HITEC
Come pilotare un servo Hitec analogico o Digitale
Servo Analogico e Servo digitale Hitec
Le differenze
Molti credono che i servo analogici e servo digitali vengano controllati in modo diverso. In realtà la principale differenza fra le due tipologie prodotte da Hitec risiede nel metodo di elaborazione del segnale di controllo. I servo analogici e digitali sono fra loro intercambiabili, ma offrono possibilità diverse di taratura. Il servo analogico, sostanzialmente, esce dalla fabbrica programmato in un certo modo e si può fare ben poco per regolarlo. A volte si può intervenire a livello meccanico, ma è praticamente una “scatola chiusa”. Il servo digitale mette a disposizione una serie di parametri lato utente.
Parametri regolabili dall’utente
Hitec mette a disposizione una serie di programmatori utilizzabili con un PC e un software per regolare i seguenti parametri:
Velocità massima del servo
La velocità può essere regolata in modo approssimativo con passi del 10%. Quindi avremo 10%, 20%,…, 100%.
Corsa del servo
La maggior parte dei servo digitali esce dalla fabbrica programmato per compiere una rotazione di circa 140°. L’interfaccia permette di regolare la corsa per spingere la rotazione fino a 200° sui nuovi servo Hitec.
E’ possibile, inoltre, fissare degli endpoint anche asimmetrici. Possiamo cioé definire la nostra posizione centrale, l’estremo destro e l’estremo sinistro. Queste posizioni non devono essere per forza simmetrice rispetto al centro. Il riferimento, infatti, è il duty cycle del segnale (durata). Come vedete nella figura accanto, il segnale di pilotaggio può durare 1ms, quindi avremo rotazione completamente a sinistra, 1.5ms per la rotazione al centro, 2 ms per la rotazione a destra.
Come è fatto un servo e come si controlla
Dopo questa introduzione di carattere generale, vediamo come si controlla un servo.
Innazitutto vediamo come è composto il servo per comprendere meglio il suo particolare segnale di controllo. I componenti sono:
- Motore DC
- Scheda di controllo
- Scatola ingranaggi
- Potenziometro ( o encoder )
Il cavo di controllo è costituito da 3 fili (Nero – Rosso – Giallo/Bianco)
Il filo nero e filo rosso sono rispettivamente il negativo e il positivo dell’alimentatore / batteria utilizzato per dare energia al servo. Questi due cavi portano la potenza elettrica al motore.
Il filo giallo (o bianco ) serve per il segnale di ingresso proveniente dall’esterno.
La scheda di controllo, interna al servo, elabora il segnale di di controllo e lo trasforma in una rotazione del motore.
Il potenziometro di feedback viene usato dalla scheda di controllo per “capire” di quanto ha ruotato il motore in modo da fermalo nella posizione impostata dall’utente.
Il segnale di controllo del servo
Veniamo ora al segnale di controllo. Se avete letto i paragrafi precedenti, avrete capito che il servo è una macchinetta complessa, non è un semplice motore.
Qualunque scheda di controllo, sia essa un driver, un arduino o la ricevente di un radiocomando deve fare una sola operazione: modulare il duty cycle del segnale di controllo.
Il duty cycle
Il segnale di controllo è sotanzialmente un’onda quadra che può assumere il valore di 5V o di 0V. Il segnale di controllo standard lavora a 50hz, questo significa che 50 volte al secondo, cioé ogni 20ms ci ritroveremo con un segnale che va a 5V. Quello che cambia è la durata del segnale 5V prima di tornare a 0V. Nella figura qui a fianco potete vedere che a durate diverse corrisponde una posizione del servo diversa. Il servo, naturalmente, lavora anche in tutte le posizioni intermedie. Quindi potremo avere un segnale di 1.1ms, 1.2ms, ma anche 1.01, 1.02 etc …
Risoluzione: la precisione del controllo
La precisione sul posizionamento del servo dipende da due fattori:
La lettura del segnale di ingresso
Il primo fattore è la lettura del segnale di ingresso. Un micriprocessore più veloce sarà in grado di leggere con maggior precisione le differenze fra un segnale di durata 1.001ms e 1ms. E potrà tradurre di sonseguenza l’informazione per il motore. In genere questa parte non è molto complessa perché la frequenza di 50Hz nel mondo dei microcontrollori è estremamente lenta, quindi la risoluzione nella lettura è abbastanza precisa.
La lettura del segnale di feedback
La caratteristica principale che determina la precisione è legata al feedback. Come spigato in precedenza, la scheda interna manda un segnale al motore e lo ferma quando il potenziometro “comunica” che il motore è arrivato nella posizione desiderata. Si capisce subito che :
- Il potenziometro è un organo meccanico
- La precisione di lettura è determinante per discriminare un angolo rispetto ad un altro.
Il potenziometro
Generlamente i potenziometri interni ai servo Hitec sono di buona costruzione, la ripetibilità del posizionamento è molto buona. Questa, oltre alla qualità degli ingranaggi, è una caratteristica fondamentale che li distingue dai servo cinesi ultra economici che troviamo in commercio.
La lettura del segnale ADC
L’ultimo punto che determina la precisione, la qualità e anche il costo del servo è la lettura. I modelli più economici utilizzano dei controlli ad 8bit ( ormai quasi scomparsi). 8 bit significa che possiamo distinguere fino a 256 posizioni del potenziometro. Capite bene, quindi, che inviare un segnale di ingresso iper definito ad un convertitore ad 8 bit, non serve a nulla.
L’ultima generazione di servo Hitec utilizza delle MCU da 32 bit in grado di risolvere 0.1°. Limitando la corsa del motore all’intervallo che vi serve, potete ulteriormente aumentare la precisione di lettura.
Tensione di alimentazione di un Servo
Alcuni pensano di controllare il servo modulando la tensione di alimentazione. La regolazione del voltaggio, in realtà è abbastanza irrilevante e può incidere eventualmente sulla coppia ( “forza” esercitata dal servo) anche se in modo limitato. Tutti i servo hanno una tensione minima e massima di funzionamento. Sotto la tensione minima la scheda di controllo si spegne e quindi non avviene alcun controllo. Sopra la tensione massima si rischia di bruciare la scheda di controllo e il regolatore interno. Ciascun modello ha un intervallo di tensioni utile, vi consiglio di esaminare le specifiche del vostro particolare servo o di cercare il datasheet sul sito del costruttore.
Catalogo servo
Sul nostro sito potete trovare alcuni servo della gamma Hitec. A magazzino abbiamo l’intera gamma Hitec, anche i modelli che non trovate direttamente sul nostro catalogo online.