サーボモーターとは？

サーボモーターとは？

サーボモータは、非常に正確に回転させることができ、モータの種類です。通常、このタイプのモーターは、モーターシャフトの現在の位置に関するフィードバックを提供する制御回路で構成されています。このフィードバックにより、サーボモーターを非常に正確に回転させることができます。特定の角度や距離でオブジェクトを回転させたい場合は、サーボモーターを使用します。サーボ機構を介して動作するシンプルなモーターで構成されてい ます。モーターがDC電源で駆動される場合はDCサーボモーターと呼ばれ、AC駆動モーターである場合はACサーボモーターと呼ばれます。このチュートリアルでは、DCサーボモーターの動作についてのみ説明します。。これらの主要な分類とは別に、ギアの配置のタイプと動作特性に基づいて、他の多くのタイプのサーボモーターがあります。サーボモーターには通常、非常に高トルクのサーボモーターを小型で軽量のパッケージに収めることができるギア構成が付属しています。これらの機能により、おもちゃの車、RCヘリコプターや飛行機、ロボット工学などの多くのアプリケーションで使用されています。

サーボモーターの定格はkg / cm（キログラム/センチメートル）です。ほとんどのホビーサーボモーターの定格は3kg / cmまたは6kg / cmまたは12kg / cmです。このkg / cmは、サーボモーターが特定の距離で持ち上げることができる重量を示します。例：6kg / cmのサーボモーターは、負荷がモーターシャフトから1cm離れて吊り下げられている場合、6kgを持ち上げることができるはずです。距離が長くなるほど、重量負荷容量は小さくなります。サーボモーターの位置は電気パルスによって決定され、その回路はモーターの横に配置されます。

サーボモーターの動作メカニズム

これは3つの部分で構成されています。

1. 制御対象デバイス
2. 出力センサー
3. フィードバックシステム

これは、正のフィードバックシステムを使用してモーションとシャフトの最終位置を制御する閉ループシステムです。ここで、デバイスは、出力信号と基準入力信号を比較することによって生成されたフィードバック信号によって制御されます。

ここで、基準入力信号は基準出力信号と比較され、3番目の信号はフィードバックシステムによって生成されます。そして、この3番目の信号は、デバイスを制御するための入力信号として機能します。この信号は、フィードバック信号が生成されるか、基準入力信号と基準出力信号の間に差がある限り存在します。したがって、サーボ機構の主なタスクは、ノイズが存在する場合にシステムの出力を目的の値に維持することです。

サーボモーターの動作原理

サーボは、モーター（DCまたはAC）、ポテンショメーター、ギアアセンブリ、および制御回路で構成されます。まず、ギアアセンブリを使用してRPMを下げ、モーターのトルクを上げます。サーボモーターシャフトの初期位置で、電位差計のノブの位置は、電位差計の出力ポートで電気信号が生成されないようになっています。ここで、電気信号がエラー検出アンプの別の入力端子に与えられます。これで、これら2つの信号の違い（1つはポテンショメータからのもの、もう1つは他のソースからのもの）がフィードバックメカニズムで処理され、エラー信号に関して出力が提供されます。このエラー信号はモーターの入力として機能し、モーターが回転を開始します。これでモーターシャフトがポテンショメーターに接続され、モーターが回転するとポテンショメーターが信号を生成します。したがって、ポテンショメータの角度位置が変化すると、その出力フィードバック信号も変化します。しばらくすると、ポテンショメータの位置は、ポテンショメータの出力が提供された外部信号と同じになる位置に到達します。この状態では、外部から印加された信号とポテンショメータで生成された信号に差がないため、アンプからモーター入力への出力信号はなく、この状況ではモーターの回転が停止します。外部から印加された信号とポテンショメータで生成された信号に差がないため、アンプからモーター入力への出力信号はありません。この状況では、モーターは回転を停止します。外部から印加された信号とポテンショメータで生成された信号に差がないため、アンプからモーター入力への出力信号はありません。この状況では、モーターは回転を停止します。

サーボモーターとマイクロコントローラーのインターフェース：

s90サーボモーターのような趣味のサーボモーターとMCUのインターフェースは非常に簡単です。 サーボには3本のワイヤーが出ています。そのうち2つは電源（正と負）に使用され、1つはMCUから送信される信号に使用されます。アン MG995メタルギアサーボモータ 最も一般的にRCカーのために使用されているヒューマノイドロボットなどMG995の画像を以下に示します。

サーボモーターの色分けは異なる場合がありますので、それぞれのデータシートを確認してください。

すべてのサーボモーターは+ 5V電源レールと直接連動しますが、3つ以上のサーボモーターを使用する場合は、モーターが消費する電流量に注意する必要があります。適切なサーボシールドを設計する必要があります。

サーボモーターの制御：

すべてのモーターには、3本のワイヤーが出ています。そのうち2つは電源（正と負）に使用され、1つはMCUから送信される信号に使用されます。

サーボモーターは、制御線によって提供されるPWM（Pulse with Modulation）によって制御されます。最小パルス、最大パルス、繰り返しレートがあります。サーボモーターは、ニュートラル位置からどちらの方向からも90度回転できます。サーボモーターは20ミリ秒（ms）ごとにパルスを検出することを想定しており、パルスの長さがモーターの回転距離を決定します。たとえば、1.5msのパルスは、モーターを90°の位置に回転させます。たとえば、パルスが1.5msより短い場合、シャフトは0°に移動し、1.5msより長い場合、サーボは180°に回転します。

サーボモーターは PWM（パルス幅変調）の 原理で動作します。つまり、回転角は、制御PINにパルスが印加されている時間によって制御されます。基本的にサーボモーターは 、可変抵抗器（ポテンショメーター）といくつかのギアによって制御されるDCモーターで構成されています。 DCモーターの高速力はGearsによりトルクに変換されます。 WORK = FORCE X DISTANCE、DCモーターでは力が小さく、距離（速度）が高く、サーボでは力が大きく、距離が小さいことがわかっています。ポテンショメータはサーボの出力シャフトに接続されており、角度を計算し、必要な角度でDCモーターを停止します。

サーボモーターは0度から180度まで回転できますが、製造によっては最大210度まで回転できます。この回転の程度は、適切な幅の電気パルスをその制御ピンに適用することによって制御できます。サーボは20ミリ秒ごとにパルスをチェックします。幅1ms（1ミリ秒）のパルスでサーボを0度、1.5msで90度（ニュートラル位置）、2msパルスで180度回転できます。

すべてのサーボモーターは+ 5V電源レールと直接連動しますが、3つ以上のサーボモーターを使用する場合は、モーターが消費する電流量に注意する必要があります。適切なサーボシールドを設計する必要があります。

サーボモータの動作原理と実際の使用法の詳細については、サーボモータの制御が例で説明されている以下のアプリケーションを確認してください。

• サーボモーターテスター回路
• 8051マイクロコントローラーとインターフェースするサーボモーター
• Arduinoを使用したサーボモーター制御
• ArduinoDueによるサーボ制御
• フレックスセンサーによるサーボ制御
• ラズベリーパイサーボモーターチュートリアル