Les Servos-Moteurs RC

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Un servomoteur, ou servo, est souvent utilisé pour diriger, car il met l’essieu de direction ou le gouvernail dans la position envoyée. Contrairement au moteur, le servo doit pouvoir mesurer son angle de travail pour permettre une direction précise. Ce dernier ne peut pas entrainer le modèle, car il a une buttée de position minimale et maximale. Le servo reçoit un signal codé en largeur d’impulsion (PWM) qui définit une position entre le minimum et le maximum. Les servos digitaux sont plus précis que les servos analogues. Les informations techniques importantes pour les modélistes sont le poids du servo, la force, plus exactement le couple et la vitesse de rotation.

Il sont peu utiliser dans le monde du drone car la direction est assurée par la propulsion. Par contre les avions, planeurs, bateaux et voitures en utilise en plus des moteurs de propulsion.

On en trouve de toutes les tailles et de toutes les puissances. La plupart du temps la sortie varie entre 0 et 180°.Les servomoteurs contiennent un petit moteur connecté via des engrenages à un axe de sortie. L’axe de sortie qui pilote le bras du servomoteur est aussi connecté à un potentiomètre afin de fournir une rétroaction (feedback en Anglais) de la position à un circuit de contrôle interne.

Servomotor 01.jpg


Types de servomoteurs[modifier]

Télécharger la listes des servos Spektrum PDF

ServoChartspektrum.png

Principe de fonctionnement d’un servomoteur[modifier]

La partie électrique d’un servomoteur ne dispose que de 3 fils codés par couleur, pour des servomoteurs type modélisme, et 5 fils pour des servomoteurs de grosse puissance genre Mastodon 9944 et Mammoth 38055 de chez Topmodel, qui permettent d’alimenter le moteur et de lui transmettre des ordres de positions sous forme d’un signal codé en largeur d’impulsion plus communément appelés PWMou RCO. Cela signifie que c’est la durée des impulsions qui détermine l’angle absolu de l’axe de sortie et donc la position du bras de commande du servomoteur. Le signal est répété périodiquement, en général toutes les 20 millisecondes, ce qui permet à l’électronique de contrôler et de corriger continuellement la position angulaire de l’axe de sortie, cette dernière étant mesurée par le potentiomètre.

Lorsque le moteur tourne, l’axe du servomoteur change de position, ce qui modifie la résistance du potentiomètre. Le rôle de l’électronique est de commander le moteur pour que la position de l’axe de sortie soit conforme à la consigne reçue : c’est un asservissement

  • PWM : La modulation de largeur d’impulsions (MLI ; en anglais : Pulse Width Modulation, soit PWM)
  • RCO : Rapport Cyclique d’Ouverture

Différentes connectiques et de couleurs pour le raccordement d’un servomoteur.[modifier]

Cablage des nappes[modifier]

SERVOMOTEUR-CONNECTIQUE-REDOHM-020.jpg


Analogique ou numérique[modifier]

La commande est identique en analogique et numérique, tout se passe dans le boitier du servo. Un servomoteur analogique est asservis avec un circuit analogique d’une fréquence faible, alors qu’un servo numérique est asservis par un microcontrôleur avec une fréquence élevée. Un système numérique a donc un temps de réponse plus rapide et une plus grande précision mais une consommation électrique plus importante .

3 grands types de servomoteur[modifier]

Servomoteur standard[modifier]

Déplacement de 0° A 180°.

Servomoteur a rotation continu[modifier]

A la différence du servomoteur standard, le servomoteur à rotation continue tourne comme un moto-réducteur à courant continu : c’est l’impulsion de commande qui définit le sens et la vitesse de rotation.

Servomoteur analogique avec signal de feedback[modifier]

Un signal analogique dépendant de la position du servomoteur permet de connaître la position réelle de celui-ci.Ce signal permet d’améliorer la précision et la stabilité. Applications: robotique, apprentissage de mouvement, enregistrement de positions, etc. Le signal de retour analogique est disponible sur un quatrième fil.

Pourquoi utiliser un servo analogique avec signal de feedback?[modifier]

Le problème avec le contrôle d’un servomoteur RC standard à partir d’un microcontrôleur est qu’il s’agit d’une «boucle fermée» dans le boîtier du servomoteur, mais d’une «boucle ouverte» par rapport à votre microcontrôleur (carte Arduino par exemple). Vous pouvez indiquer au servo la position souhaitée de l’arbre, mais vous n’avez aucun moyen de confirmer si cela se produit réellement.

Les servomoteurs à retour de position vous permettent de fermer cette boucle externe en transmettant également le signal de retour au microcontrôleur!

Les servos RC font généralement ce qu’on leur dit de faire, mais dans de nombreux cas, un servomoteur peut ne pas le faire.

Comme par exemple :

  • Taille du moteur insuffisante
  • Alimentation électrique insuffisante
  • Interférence physique
  • Interférence électrique
  • Défaut de connexion
  • Ou une recopie d’un mouvement fait à la main sur ce même servomoteur
  • Etc …..

Dans ces cas, les informations venant du retour de position pourraient vous alerter sur un éventuel problème.

Mais s’il faut aussi intégrer que même si le servo est correctement dimensionné et fonctionne normalement, il faut encore un certain temps pour répondre à une commande de position. Dans de nombreuses applications, il est tout aussi important de savoir quand la position est atteinte.

Sans retour d’information, la plupart des programmes de servocommande doivent émettre des hypothèses sur la durée d’un mouvement particulier. L’ajout de retards temporels fixes au code du servo convient aux applications simples, mais peut entraîner des performances lentes et / ou saccadées lorsque vous essayez de coordonner plusieurs mouvements d’asservissement ou des interactions entre des servos et d’autres capteurs ou actionneurs.

Ou pire: si les délais ne sont pas assez longs, vos servos risquent de ne pas atteindre la position souhaitée à temps. Cela peut provoquer des dysfonctionnements et / ou endommager votre projet. Les problèmes de minutage sont un gros problème dans les projets alimentés par batterie, car les moteurs fonctionneront plus lentement à mesure que la batterie faiblira.

Le signal de retour brut est une tension. Afin de convertir cette tension en une position significative, nous devons l’étalonner sur le servo. En lisant les valeurs de retour à deux positions connues, nous pouvons interpoler les valeurs de retour attendues pour chaque position intermédiaire.

Voilà donc une utilité de ce type de servomoteur

Coupe d’un servomoteur[modifier]

SERVOMOTEUR-001.jpg

Différents types de construction mécanique pour les pignons[modifier]

  • Le nylon est prévu pour les applications standard et offre une excellente résistance à l’usure et dans le temps
  • Karbonite est 5 fois plus fortes que le nylon et offre une meilleure résistance à l’usure (la Karbonite : matériau composite plastique renforcé utilisé dans les servomoteurs Hitec.
  • Le métal est parfait pour les applications difficiles et est 16 fois plus fort que le nylon
  • Le titane n’offre pratiquement pas d’usure après des années d’utilisation et 48 fois plus fort que les engrenages en nylon.

Vitesse d’un servomoteur[modifier]

La vitesse d’un Servomoteur est indiquée en "degrés secondes" , tout comme pour une voiture pour la référence de vitesse est de 0 à 100 km/h , un servomoteur a une vitesse exprimée de 0 à 60 degrés /s.

Définir le couple d’un servomoteur[modifier]

Le couple d’un servomoteur a pour unité le kg.cm (kilogramme-centimètre ) Rappel : La formule du couple est la suivante : C= F*r la relation entre le couple C du servomoteur ( en kilogramme mètre ), F la force exercée sur le bras du servomoteur ( en kilogramme ) et r la distance ( en mètre ) à laquelle s’exerce cette force par rapport à l’axe de rotation du servomoteur

Le servomoteur x peut fournir un couple de 4kg.cm .Ce même servomoteur pourra soulever une charge de 4kg si la tige fait 1 cm en revanche pour une tige de 5cm il ne pourra soulever une masse de 800g et enfin pour une tige de 10cm la charge sera de 400g.

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Formule pour définir le poids maximum à une distance donnée:[modifier]

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Conseils utiles[modifier]

  • Ne surchargez pas vos servomoteurs. Lors de la surcharge d’un servomoteur , la consommation de courant de celui-ci augmente énormément , si cette état se prolonge trop longtemps cela risque de les détruires.
  • Sélectionner le servomoteur en fonction de l’application . N’hésitez pas de le surdimensionner.
  • Veillez à obtenir un déplacement sans contrainte des tringles. Vérifiez régulièrement que les tringles glissent sans problèmes dans les gaines ( en les décrochant du servomoteur ) .Les contraintes induisent une consommation de courant plus grande et réduisent sensiblement la précision du positionnement .
  • Les servomoteurs de doivent pas bloquer .
  • Évitez que le servomoteurs forcer.
  • Protéger vos servomoteurs contre les vibrations. Assurez une protection au servomoteur par des douilles en caoutchouc.