محرك سيرفو

تعريف محرك سيرفو

يعد محرك السيرفو (Servo Motor) عبارة عن محرك كهربائي يستخدم في العديد من التطبيقات حيث يتطلب التحكم الدقيق في موضع أو زاوية دوران آلية. ويستخدم عادة في أنظمة التحكم في الحركة للروبوتات والطائرات بدون طيار والسيارات التحكم عن بعد والطابعات ثلاثية الأبعاد والماكينات CNC.

والميزة الرئيسية لمحرك السيرفو هي قدرته على توفير التحكم الدقيق في الموضع. باستخدام حلقة ردود فعل (feedback loop)، يمكن لمحرك السيرفو ضبط موضعه في الوقت الحقيقي لمتابعة إشارة الأمر بدقة عالية. ومن المعروف أيضًا بأن محرك السيرفو فعال جدًا من حيث استهلاك الطاقة، حيث يستخدم الطاقة فقط عندما يكون هناك حاجة لضبط الموضع.

وبسبب دقتها وكفاءتها الطاقية، يتم استخدام محركات السيرفو على نطاق واسع في مجالات الروبوتات والأتمتة والتحكم في الحركة.

أنواع المحركات سيرفو

يوجد عدة أنواع من محركات السيرفو والتي تختلف في المواصفات والاستخدامات ومن بينها:

ميني سيرفوموتور SG-90 SG90

يعد محرك السيرفو الصغير SG90 أحد أشهر أنواع محركات السيرفو المتوفرة في السوق، حيث يتميز بتصميمه الصغير الحجم والمناسب للعديد من التطبيقات الصغيرة والمشاريع الهواة. ويمتاز بميزات تشمل:

1- دقة عالية في التحكم في الموضع. 2- قوة الدوران العالية والتي تتراوح بين 1.5-6 كجم/سم². 3- سرعة الحركة العالية والتي تتراوح بين 0.1-0.2 ثانية لكل 60 درجة دوران. 4- السعر المناسب والمتاح بسهولة في الأسواق.

تستخدم محركات السيرفو SG90 في العديد من التطبيقات الهواة والتعليمية، بما في ذلك المشاريع الروبوتية الصغيرة والطائرات بدون طيار ومنصات التصوير المصغرة والعديد من التطبيقات الأخرى.

محرك سيرفو MG996 360 درجة

محرك السيرفو MG996R هو نوع من محركات السيرفو الرقمية والتي تعد واحدة من أفضل أنواع محركات السيرفو المتاحة في السوق. يتميز هذا المحرك بعدة ميزات من بينها:

1- قدرة على الدوران بزاوية 360 درجة. 2- تحمل عزم دوران عالي يصل إلى 10 كجم.سم. 3- دقة عالية في التحكم في الموضع. 4- سرعة الحركة العالية والتي تتراوح بين 0.17 ثانية لكل 60 درجة دوران. 5- يمكن التحكم فيه عن طريق إشارة PWM (Pulse Width Modulation) التي تتميز بدقة وسرعة في التحكم.

يتم استخدام محركات السيرفو MG996R في العديد من التطبيقات التي تتطلب قدرة على الدوران بزاوية كاملة، مثل تطبيقات الروبوتات والمركبات الصغيرة والأجهزة التحكمية والمشاريع الهواة والتعليمية.

محرك سيرفو معدنية MG90S

محرك السيرفو MG90S هو محرك سيرفو رقمي آخر يستخدم في تطبيقات الروبوتات والأنظمة الآلية والمشاريع الهواة والتعليمية. يتميز هذا المحرك بعدة ميزات من بينها:

1- قدرة على الدوران بزاوية تصل إلى 180 درجة. 2- عزم دوران عالي يصل إلى 2.2 كجم.سم. 3- دقة عالية في التحكم في الموضع. 4- سرعة الحركة العالية والتي تتراوح بين 0.1 ثانية لكل 60 درجة دوران. 5- يمكن التحكم فيه عن طريق إشارة PWM (Pulse Width Modulation) التي تتميز بدقة وسرعة في التحكم.

كيف تعمل محرك سيرفو؟

يعمل محرك السيرفو عن طريق استخدام عدة عناصر داخلية تعمل معًا لتحقيق حركة دقيقة ومحددة بواسطة إشارة تحكم. تتكون محركات السيرفو الأساسية من محرك DC، وحدة تحكم، ومجموعة من العتاد والمحركات والمستشعرات.

عند إرسال إشارة تحكم إلى المحرك، يتم تحويلها بواسطة الوحدة المركزية داخل المحرك إلى إشارة PWM (نبض عريض النبض)، والتي تشير إلى الموقع المطلوب لمحرك السيرفو. يستخدم المستشعر داخل المحرك لقياس الموقع الفعلي لمحرك السيرفو، وبالتالي يتم تعديل إشارة PWM لتحقيق الموقع المطلوب.

بما أن المحرك يستجيب بدقة لإشارة PWM، يتم استخدام محركات السيرفو في تطبيقات تتطلب دقة في التحكم في الموقع والزاوية، مثل تحريك الذراعين في الروبوتات، أو التحكم في موقع واتجاه الكاميرا في أنظمة التصوير، أو التحكم في القطع والمحاور في ماكينات الطحن والتصنيع باستخدام الحاسب الآلي.

كيف يتحكم الميكروكنترولور في المحرك سيرفو ؟

يمكن التحكم في محرك السيرفو باستخدام الميكروكنترولر عن طريق توصيله بمنفذ PWM (نبض عريض النبض) الموجود على الميكروكنترولر. يتم برمجة الميكروكنترولر لإرسال إشارة PWM إلى المحرك السيرفو، والتي تحدد الموقع المطلوب للمحرك.

تختلف طريقة التحكم بمحرك السيرفو باختلاف الميكروكنترولر المستخدم، ولكن العملية تتضمن عادة برمجة دالة تستخدم لتوليد إشارة PWM بالتردد المناسب ونسبة الواجب الزمني المناسبة (Duty Cycle)، وتضبط هذه القيمة وفقاً للموقع المطلوب للمحرك.

يمكن استخدام أيضًا مكتبات برمجية متخصصة للتحكم في محركات السيرفو، والتي تتيح واجهة برمجية سهلة لتوليد إشارات PWM للتحكم في المحرك. وعادةً ما يتم توصيل السلك الأسود للمحرك بالأرضي Ground، والسلك الأحمر بالجهد المناسب (عادةً 5 فولت)، والسلك الأصفر بمنفذ PWM على الميكروكنترولر.

لماذا نستخدم محرك سيرفو؟

يستخدم محرك السيرفو لتوفير حركة دقيقة ودوران محدد في الروبوتات والمشاريع الإلكترونية الأخرى. ويستخدم عادةً في التحكم في المواقع الدقيقة للأجزاء المتحركة في الروبوتات والطائرات بدون طيار ومشاريع الأتمتة الصناعية الأخرى.

عندما يتم توصيل إشارة PWM إلى محرك السيرفو، يتحرك المحرك بزاوية محددة ودقيقة حسب القيمة الموجودة في الإشارة المرسلة إليه. وبما أن المحرك السيرفو يحتوي على دائرة تحكم داخلية تقوم بمعالجة الإشارة وتحويلها إلى حركة دقيقة، فإنه يوفر دقة عالية واستجابة سريعة للتحكم في الحركة.

يتميز محرك السيرفو أيضاً بالقدرة على الحفاظ على الموضع المطلوب حتى في حالة انقطاع التيار الكهربائي، وذلك بفضل وجود آلية داخلية تعمل على قفل المحرك في الموضع الذي تم تحديده.

محرك سيرفو والروبوتات

يعتبر محرك السيرفو أحد العناصر الأساسية في تطبيقات الروبوتات والأتمتة الصناعية، حيث يستخدم لتحريك الأجزاء المتحركة بدقة عالية واستجابة سريعة للتحكم. ويستخدم في العديد من التطبيقات مثل:

1- الأذرع الروبوتية: يتم استخدام محركات السيرفو لتحريك أجزاء الذراع الروبوتية بدقة عالية وسلاسة.

2- الكاميرات الذكية: يستخدم محرك السيرفو في تحريك الكاميرات الذكية وتوجيهها نحو الهدف المحدد.

3- المنصات المتحركة: يستخدم محرك السيرفو لتحريك المنصات المتحركة بدقة عالية وسرعة، مثل المنصات المستخدمة في الطائرات بدون طيار والروبوتات الجوالة.

4- الأتمتة الصناعية: يستخدم محرك السيرفو في تحريك الأدوات والأجزاء المتحركة في الأتمتة الصناعية بدقة عالية واستجابة سريعة للتحكم.

5- الطابعات ثلاثية الأبعاد: يستخدم محرك السيرفو في تحريك رأس الطباعة في الطابعات ثلاثية الأبعاد لتحقيق دقة عالية في الطباعة.

ويعتبر استخدام محركات السيرفو أساسياً في تطبيقات الروبوتات والأتمتة الصناعية لتوفير دقة عالية وسلاسة في التحكم في الحركة والمواقع، وتحسين أداء الأنظمة الآلية وزيادة كفاءتها.