サーボ（ラジコン）

Servo_(radio_control)
サーボ（また、RCサーボは）小さい、安価、大量生産されているサーボモータまたは他のアクチュエータに使用される無線制御と小規模ロボット。
小型ラジコンロータリーサーボ
他のタイプも利用可能ですが、ほとんどのサーボはロータリーアクチュエータです。リニアアクチュエータが使用されることもありますが、ベルクランクとプッシュロッドを備えたロータリーアクチュエータを使用するのが一般的です。もともととして使用するいくつかの種類、セール ウインチ用モデルのヨットは、連続的に回転することができます。

コンテンツ
1 工事
2 手術
3 繋がり
4 機械的仕様
5 連続回転サーボ
6 脱進機
7 遠心フライボールアクチュエータ
8 も参照してください
9 参考文献
10 外部リンク

工事

  連続回転サーボの内部機構
典型的なサーボは、減速機の列を駆動する小さな電気モーターで構成されています。ポテンショメータは、出力軸に接続されています。いくつかの単純な電子機器は、閉ループ サーボ機構を提供します。

手術
ポテンショメータによって測定された出力の位置は、コントロール（つまり、無線コントロール）からのコマンドされた位置と継続的に比較されます。違いがあると、適切な方向にエラー信号が発生し、電気モーターが前方または後方に駆動され、出力シャフトがコマンド位置に移動します。サーボがこの位置に達すると、エラー信号が減少してゼロになり、その時点でサーボは動きを停止します。
コマンドが変更されたため、またはサーボが設定位置から機械的に押されたために、サーボ位置がコマンドされた位置から変更された場合、エラー信号が再表示され、モーターはサーボ出力シャフトを必要な位置に復元します。 。
最近のほとんどすべてのサーボは比例サーボであり、このコマンド位置は移動範囲内のどこにでも配置できます。初期のサーボ、および脱進機と呼ばれる先行装置は、限られた数の設定位置にしか移動できませんでした。

繋がり
サーボ制御
ラジコンサーボは、標準の3線式接続で接続されています。DC電源用に2本、制御用に1本で、パルス幅変調（PWM）信号を伝送します。各サーボには、無線制御受信機からの個別の接続とPWM信号がこの信号は、単純な電子機器、またはArduinoなどのマイクロコントローラーによって簡単に生成されます。これは、低コストとともに、ロボット工学や物理コンピューティングに広く採用されるようになりました。
RCサーボは、標準の0.025 “”スクエアピンに結合する3ピン0.1″”スペーシングジャック（メス）を使用します。最も一般的な順序は、信号、+電圧、グランドです。標準電圧は4.8V DCですが、6Vと12Vもいくつかのサーボで使用されます。制御信号は、フレームレートが50HzのデジタルPWM信号です。各20ミリ秒の時間枠内で、アクティブハイのデジタルパルスが位置を制御します。パルスは名目上1.0msから2.0msの範囲で、1.5msが常に範囲の中心です。この範囲外のパルス幅は、「オーバートラベル」に使用できます。つまり、サーボを通常の範囲を超えて移動します。
PWMには2つの一般的なタイプが各PWMは、サーボが予想される位置を決定するために使用する値を定義します。最初のタイプは「絶対」であり、任意に長いロータイムの周期を持つアクティブハイタイムパルスの幅によって値を定義します。2番目のタイプは「相対的」であり、コントロールがアクティブである時間のパーセンテージ（高時間と低時間）によって値を定義します。「アブソリュート」タイプは、比較的単純な電子機器を使用して制御信号を多重化することにより、最大8つのサーボが1つの通信チャネルを共有できるようにし、最新のRCサーボの基礎となっています。「相対」タイプは、PWMのより伝統的な使用法であり、単純なローパスフィルターが「相対」PWM信号をアナログ電圧に変換します。サーボがパルスの幅に応答するため、2つのタイプは両方ともPWMです。ただし、最初のケースでは、サーボもパルスの順序に敏感である可能性が
サーボは、アース、電源、制御の3本のワイヤーで制御されます。サーボは、アクチュエータアームの角度を設定する制御線を介して送信されるパルスに基づいて移動します。サーボは、角度に関する正しい情報を取得するために、20ミリ秒ごとにパルスを予期します。サーボパルスの幅は、サーボの角運動の範囲を決定します。
1.5 ms幅のサーボパルスは通常、サーボを「ニュートラル」位置（通常は指定された全範囲の半分）に設定し、1.0 msのパルスは0°に設定し、2.0 ms〜90°のパルス（通常は指定された全範囲の半分）に設定します。 90°サーボの場合）。サーボハードウェアの物理的な制限とタイミングはブランドやモデルによって異なりますが、一般的なサーボの全角運動は90°〜180°の範囲で移動し、ニュートラル位置（45°または90°）はほとんど常に1.5です。 MS。これは、すべてのホビーアナログサーボで使用される「標準パルスサーボモード」です。
趣味のデジタルサーボは、アナログサーボと同じ「標準パルスサーボモード」パルスで制御されます。一部のホビーデジタルサーボは、ロボットコントローラがサーボシャフトの実際の位置を読み戻すことができる別のモードに設定できます。一部のホビーデジタルサーボは、オプションで別のモードに設定して「プログラム」できるため、後で標準のRCレシーバーで駆動するときに必要なPIDコントローラー特性を備えています。
RCサーボは通常、レシーバーから電力を供給されます。レシーバーは、バッテリーパックまたは統合または個別のバッテリーエリミネーター回路（BEC）を備えた電子スピードコントローラー（ESC）から電力を供給されます。一般的なバッテリーパックは、NiCd、NiMH、またはリチウムイオンポリマーバッテリー（LiPo）タイプのいずれかです。定格電圧はさまざまですが、ほとんどの受信機は5Vまたは6Vで動作します。

機械的仕様
趣味のRCサーボの製造業者および販売業者は、サーボの機械的特性の特定の省略表記を使用することがよく通常、サーボシャフトの回転角速度とシャフトに発生する機械的トルクの2つの数値が示されます。速度は、シャフトを60°の角度で回転させるためにサーボが必要とする時間間隔として表されます。トルクは、サーボがシャフトに取り付けられた特定の半径のプーリーからぶら下がっている場合にサーボが引き上げることができる重量として表されます。
たとえば、サーボモデルが「0.2秒/ 2 kg」と記述されている場合、「このサーボはシャフトを0.2秒で60°回転させ、1cmを使用して2kgの重量を引き上げることができます。ラジアスプーリー」。すなわち、（2π/ 6）/ 0.2、S = 5.2の角速度とシャフト特定サーボモデルが回転することである RADは2キロ×9.81メートルを生成しながら/ S / S 2 = 19.6  Nすなわち、それは生産力で1cmの距離19.6N×0.01m = 0.196 Nmトルク。
SIまたはインペリアル単位系のいずれにも準拠していませんが、60°のシャフト回転コマンド、1 cmの長さのシャフトクランク、およびキログラム力範囲の制御棒の「力」が一般的であるため、省略表記は実際には非常に便利です。趣味のRCの世界で。

連続回転サーボ
連続回転サーボは、移動角度に制限がなく、連続回転できるサーボです。それらは、サーボ入力制御を備えたモーターおよびギアボックスと考えることができます。このようなサーボでは、入力パルスによって回転速度が発生し、通常の1.5msの中心値が停止位置になります。値を小さくするとサーボが時計回りに回転し、値を大きくすると反時計回りに回転します。

脱進機

  脱進機の操作シーケンス
ラジコン用のシーケンシャル（比例ではありませんが）アクチュエータの最も初期の形式はエスケープメントでした。時計で使用される装置と同様に、この脱進機は、ばねまたは輪ゴムからの蓄積エネルギーの放出を制御します。送信機からの各信号は小さなソレノイドを操作し、2つまたは4つのローブの爪を回転させます。時計のように、つめには2つのパレットがあるため、つめは信号パルスごとに1つのローブの位置でのみ回転できます。このメカニズムにより、単純なキー付き送信機でシーケンシャル制御、つまりモデルで定義された多数の位置からの選択が可能になります。
舵制御に使用される典型的な4ローブ脱進機は、1番目と3番目の位置が「真っ直ぐ前方」になり、2番目と4番目の位置が「左」と「右」の舵になるように配置されます。最初の直進位置からの単一のパルスにより、左に移動できます。または、3つのパルスで右を選択します。さらに単一のパルスが直進に戻ります。このようなシステムは、エスケープメントがどの位置にあるかをオペレーターが覚えておく必要があり、次のターンに現在の位置から1パルスまたは3パルスが必要かどうかを覚えておく必要があるため、使用が困難です。これを発展させたのが2ローブの爪で、送信機を連続的にキーイングする（したがってソレノイドパレットを所定の位置に保持する）ことで、前の位置に関係なく、同じキーイングシーケンスでターン位置を選択できました。
脱進機は低出力でしたが、軽量でした。したがって、それらは模型ボートよりも模型飛行機に人気がありました。送信機と受信機に複数の制御チャネルがある場合（たとえば、周波数キー付きリード受信機）、チャネルごとに1つずつ、複数のエスケープメントを一緒に使用できます。単一チャネルの無線機でも、一連の脱進機がカスケードされることがありました。1つの脱進機を動かすとパルスが発生し、それが2番目の低速の脱進機を駆動しました。エスケープメントは、1970年代初頭までに、サーボを支持してラジコンから姿を消していました。

  1965年頃のモデルボート舵制御用のグラウプナー「キネマティック」エスケープメント

遠心フライボールアクチュエータ

  Centrfugalフライボールアクチュエータ
フライボールアクチュエータはブレイトンポール、によって1951年にR / Cモデルに導入したと電動モータとから構成遠心ガバナ、モータが動作してと、舵コントロールを引く可能性が自走軸に接続されています程度を変えてロッド。キー付き無線システムで使用すると、キーを押すタイミングを変えることで、舵の位置をある程度制御できます。モーターの速度が低下すると、ラダーはスプリングによって引き戻されます。

も参照してください
JSTコネクタ

参考文献
^ ロボット学会、「アナログサーボとデジタルサーボの違いは何ですか？」 ^ 「デジタルサーボの動作とインタフェース」、 robosavvy.com basicmicro.com アーカイブで2012-03-08ウェイバックマシン ^ フィリップ・コノリー。ヴィック・スミード（1970）。ラジコンモデルボート。モデルおよび関連出版物。pp。93–94。
^ Smeed＆Connolly 1970、p。15 ^ ラジオコントロールの殿堂、ブレイトンポールによるフライボールアクチュエータ

外部リンク
コモンズには、サーボ（ラジコン）に関連するメディアが
趣味サーボの基本”