المحرك المؤازر (السيرفو) Servo Motor

شرح محرك السيرفو

يستخدم المحرك المؤازر والذي يعرف أيضاً باسم محرك السيرفو بشكل شائع في الأجهزة عالية التقنية في التطبيقات الصناعية مثل تقنية الأتمتة. يعد المحرك المؤازر جهازاً كهربائياً قائم بذاته Self Contained، وتقوم الأجزاء الداخلية بالدوران والالتفاف في الآلة بكفاءة عالية ودقة كبيرة. يمكن نقل تغيير حركة اتجاه عمود الخرج (الشافت Shaft) لهذا المحرك إلى زاوية معينة. تُستخدم المحركات المؤازرة بشكل أساسي في الإلكترونيات المنزلية، والألعاب، والسيارات، والطائرات، وما إلى ذلك.

بعد قراءتك الشرح التفصيلي للمحرك المؤازر (السيرفو)، ستكون قادراً على معرفة ما هو محرك السيرفو؟ ومبدأ عمل محرك السيرفو، وأنواع محركات السيرفو وتطبيقاتها. أنظر الصورة التي في الأسفل والتي توضح مخطط تركيب محرك السيرفو من الداخل

أنواع المحركات المؤازرة Servo Motor Types

تصنف المحركات المؤازرة إلى أنواع مختلفة بناءً على تطبيقها، مثل محرك سيرفو AC، محرك سيرفو DC، محرك سيرفو DC بدون فرش Brushless، محرك سيرفو الدوران الموضعي، محرك سيرفو الدوران المستمر والمحرك المؤازر الخطي. تتكون المحركات المؤازرة النموذجية من ثلاثة أسلاك، وهي التحكم Control، الطاقة Power، الأرضي Ground (Gnd). يعتمد شكل وحجم هذه المحركات على تطبيقاتها. محرك سيرفو الـ RC هو النوع الأكثر شيوعاً من المحركات المؤازرة المستخدمة في تطبيقات الهوايات، الأردوينو، والروبوتات نظراً لبساطتها وقدرتها على تحمل ضغط العمل والموثوقية العالية في التحكم بواسطة المعالجات الدقيقة.

محرك سيرفو التيار المباشر DC Servo Motor

يعمل محرك السيرفو DC على مصدر منفصل من التيار المستمر، أي مصدر للملفات الخارجية الثابتة (Field Windings) والمسماة أيضاً بملفات المجال، والملفات الداخلية للجزء الدوار من المحرك (Armature Windings). يمكن التحكم بحركة دوران المحرك إما عن طريق التحكم في تيار الملفات الداخلية الدوارة للمحرك أو عن طريق تيار المجال (أي تيار الملفات الخارجية الثابتة). يتضمن التحكم بتيار المجال بعض المزايا الخاصة على التحكم في تيار الملفات الداخلية. بنفس الطريقة، يتضمن التحكم في تيار الملفات الداخلية بعض المزايا على التحكم بتيار المجال. وبناءً على التطبيقات المطلوبة، يجب تطبيق طريقة التحكم الملائمة على محرك السيرفو من النوع DC. يوفر محرك السيرفو DC دقة بالغة للغاية في التحكم، وأيضاً استجابة سريعة لبدء أو إيقاف إشارات الأوامر بسبب التفاعل الحثي المنخفض للملفات الداخلية الدوارة. تُستخدم المحركات المؤازرة DC في المعدات المماثلة في العمل مثل الآلات المحوسبة ذات التحكم الرقمي. والشكل التالي يوضح شكل محرك السيرفو DC

محرك سيرفو التيار المتردد AC Servo Motor

محرك السيرفو ذات التيار المتردد (أو المتناوب)؛ هو محرك تيار متردد يشتمل على جهاز تشفير Encoder يستخدم مع وحدات تحكم لإعطاء تحكم كامل في الدورة المغلقة والتغذية الراجعة. يمكن توظيف واستخدام هذا المحرك بدقة عالية والتحكم فيه بسلاسة تامة في التطبيقات الخاصة به والتي تتوافق معها. غالباً ما يكون لهذه المحركات المؤازرة AC تصميمات تشمل على نسبة أعلى من التسامح في الخطأ أو الأحمال. في بعض التصميمات البسيطة، يتم تطبيق فولتية عالية من أجل تحقيق عزم دوران أكبر. تشتمل تطبيقات محرك التيار المتردد بشكل أساسي على الأتمتة، والروبوتات، وآلات CNC، وتطبيقات أخرى بمستوى عالٍ من الدقة والتنوع المطلوب. والشكل التالي يوضح شكل محرك السيرفو AC

محرك سيرفو الدوران الموضعي Positional Rotation Servo Motor

محرك سيرفو التدوير الموضعي أو الدوران الموضعي، هو أكثر أنواع المحركات المؤازرة شيوعاً. عمود الدوران O/P Shaft يدور بحوالي 180 درجة. يتضمن محرك سيرفو الدوران الموضعي مانعات أو موقفات المادية ملموسة، موجودة في علبة آلية التروس الداخلية لإيقاف دوران المحرك خارج هذه الحدود، ولحماية مستشعر الدوران. تجد هذا النوع من المحركات المؤازرة في تطبيقات عديدة أهمها التحكم في تدفق المياه عن بعد، السيارات التي يتم التحكم فيها عن طريق الريموت اللاسلكي، الطائرات، الروبوتات، لعب الأطفال والعديد من التطبيقات الأخرى.

محرك سيرفو الدوران المستمر Continuous Rotation Servo Motor

يرتبط محرك سيرفو الدوران المستمر إلى حد بعيد بمحرك سيرفو الدوران الموضعي ويتشابه معه في العديد من الخصائص، ولكنه يمكن أن يدور في أي اتجاه إلى أجل غير مسمى. تُفهم إشارة التحكم، على أنها سرعة واتجاه الدوران لمحرك السيرفو ذات الدوران المستمر، بدلاً من تعيين الموضع الثابت للسيرفو. نطاق الأوامر لهذا المحرك المؤازر تشمل على تدوير أو دوران محرك السيرفو مع اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة كما هو مفضل أو مطلوب، مع التحكم في مقدار تغيير السرعة، اعتماداً على إشارة الأمر المرسلة. يستخدم هذا النوع من المحركات في أطباق الرادار Radar Dish، أي أنه إذا كنت تركب واحداً من تلك الأطباق على روبوت، فيمكنك من استخدام واحد من محركات سيرفو الدوران المستمر كأداة للدوران والبحث عن الاشارة. والشكل التالي يوضح شكل محرك سيرفو الدوران المستمر

محرك السيرفو الخطي Linear Servo Motor

محرك السيرفو الخطي، هو محرك مشابه لمحرك السيرفو الموضعي الذي تمت مناقشته أعلاه، ولكن مع تروس إضافية لتغيير حركة العمود من دوراني o/p الى خطي أي بشكل عرضي أو طولي (ذهاب وإياب). من الجدير ذكره هنا أنه ليس من السهل العثور على هذا النوع الخطي من المحركات المؤازرة، ولكن في بعض الأحيان، يمكنك العثور عليها في متاجر الهوايات حيث يتم استخدامها كمحركات في طرازات الطائرات المتقدمة الحديثة.

مبدأ عمل محرك السيرفو

تم اقتراح تصميم فريد للمحركات المؤازرة، وذلك للتحكم في الروبوتات والتطبيقات الأخرى التي تتطلب التحكم فيها بدقة كبيرة. يتم استخدام المحركات المؤازرة بشكل أساسي لضبط التحكم في السرعة وعند طلب عزم دوران عالي وتحديد المواقع المتحركة بدقة. ويتم تحقيق تلك الميزات بالأجزاء التالية: وهي مستشعر موضع المحرك وجهاز أو وحدة تحكم متطورة. يمكن تصنيف هذه المحركات وفقاً للمحرك المؤازر وآلية المؤازرة التي يعمل عليها. فمثلاً، إذا تم التحكم في محرك DC باستخدام هذه الآلية، فسيتم تسميته بمحرك مؤازر DC. تتوفر المحركات المؤازرة في تصنيفات القدرة من جزء من الواط إلى 100 واط. لذلك، تم تصميم الجزء الدوار لمحرك السيرفو بطول أطول وقطر أصغر؛ بحيث يكون لديه قصور ذاتي منخفض.

طريقة التحكم في محركات السيرفو

عادة ما يدور المحرك المؤازر 90 درجة في كل اتجاه، وبالتالي يمكن أن تكون الحركة القصوى من نقطة الصفر هي 180 درجة. ومع ذلك، لا يمكن للمحرك المؤازر العادي أن يدور إلى أبعد بفعل التركيب الميكانيكي الداخلي له والذي يشمل على نقاط إيقاف مادية في التروس.

كما نعلم الآن، فإن هنالك ثلاثة أسلاك لمحرك السيرفو: السلك الموجب، سلك الأرضي وسلك التحكم. يتم التحكم في محرك السيرفو عن طريق إرسال إشارة تعديل عرض النبضة (PWM) عبر سلك التحكم. يتم إرسال نبضة كل 20 مللي ثانية. يحدد عرض النبضات موضع عمود الحركة.

مثال للتحكم في محرك السيرفو

نبضة مقدارها 1 مللي ثانية ستحرك العمود بعكس اتجاه عقارب الساعة عند -90 درجة، وستحرك نبضة مقدارها 1.5 مللي ثانية العمود في الوضع المحايد الذي يبلغ 0 درجة والنبضة التي تبلغ 2 مللي ثانية ستتحرك في اتجاه عقارب الساعة عند +90 درجة. أنظر الشكل الذي في الأسفل والذي يشمل على توضيح لشكل تلك النبضات والمدة الزمنية لكل منها للتحكم في المحرك المؤازر

عندما نطلب من محرك سيرفو التحرك عن طريق تطبيق نبضة بعرض مناسب، يتحرك العمود إلى الموضع المطلوب للعمود ويحافظ عليه. لكن المحرك يقاوم التغيير. لذلك، تحتاج النبضات تلك إلى التكرار المستمر حتى يشغل المحرك هذا الموقع.

تطبيقات واستخدامات محرك السيرفو

محرك السيرفو صغير وفعال، ولكنه وبنفس الوقت يمكن أن يشكل خطراً وخسارة مادية وخاصة عند الاستخدام في بعض التطبيقات التي بحاجة الى اتقان مثل التحكم الدقيق في الموضع كما هو الحال في المصانع. يتم التحكم في هذا المحرك بواسطة إشارة معدل عرض النبض PMW. تشتمل تطبيقات المحركات المؤازرة بشكل أساسي على أجهزة الكمبيوتر والروبوتات والألعاب ومشغلات الأقراص المضغوطة / أقراص DVD وما إلى ذلك. تُستخدم هذه المحركات على نطاق واسع في تلك التطبيقات، حيث يتم تنفيذ مهمة معينة بشكل متكرر وبطريقة دقيقة. وهذه أهم استخدامات واستعمالات المحرك المؤازر

يتم استخدام محرك سيرفو في الروبوتات لتنشيط الحركات، مما يمنح الذراع زاوية دقيقة في الحركة.
يتم استخدام محرك السيرفو لبدء وتحريك وإيقاف أحزمة النقل التي تحمل المنتج مع العديد من المراحل مثل المطارات، نقاط التفتيش، تسمية المنتج في المصانع، التعبئة والتغليف.
يكون محرك السيرفو مدمج في الكاميرا، وذلك لتصحيح عدسة الكاميرا لتحسين الصور البؤرية والتي تعرف بالمصطلح Focus.
يتم استخدام المحرك المؤازر في السيارة الآلية للتحكم في عجلات الروبوت، مما ينتج عنه الكثير من عزم الدوران لتحريك وبدء وإيقاف السيارة والتحكم في سرعتها.
يستخدم محرك السيرفو في نظام التتبع الشمسي لتصحيح زاوية اللوحة بحيث تبقى كل لوحة شمسية في مواجهة الشمس.
يستخدم المحرك المؤازر (السيرفو) في آلات تشكيل وقطع المعادن، وذلك لتوفير تحكم محدد في الحركة.
يستخدم محرك السيرفو في المنسوجات للتحكم في آلات الغزل والنسيج وآلات الحياكة والأنوال.
يستخدم محرك سيرفو في فتح الأبواب الأوتوماتيكية، وللتحكم في الباب في الأماكن العامة مثل محلات السوبر ماركت والمستشفيات والمسارح.

بالتالي، فإن هذا كله يتعلق بعمل محرك السيرفو وأنواعه وتطبيقاته.

الكترونيات للجميع