[Elettronica] I servocomandi


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I servocomandi o servi sono dei componenti fondamentali per poter comandare a distanza i modelli r/c; sono in grado infatti di trasformare i segnali, che inviamo alla RX per mezzo del TX, in movimento, grazie al quale sono in grado di governare e muovere tutti i leveraggi presenti sui modelli. Sono composti da una scatola esterna che può essere realizzata sia in materiale plastico che in metallo, all’interno della quale trovano posto una scheda di controllo, a cui arriva una piattina formata da tre fili: due dedicati all’alimentazione in corrente continua (positivo +/negativo -) e uno dedicato al segnale impulsivo o PWM. A monte dei tre fili è montata una spinetta femmina per pin strip a passo 2,54 mm. Alla scheda di controllo sono collegati poi un motore elettrico e un potenziometro; questi tre elementi, uniti tra loro, formano di fatto un sistema ad anello chiuso. A loro volta, l’albero del motore elettrico e l’albero del potenziometro sono collegati tra loro tramite una serie di ingranaggi. Per far ruotare il motore dovremo inviare alla scheda di controllo, per mezzo della TX e RX, un segnale digitale; quando il motore inizierà a ruotare per mezzo degli ingranaggi, farà ruotare anche l’albero del potenziometro; quando quest’ultimo avrà raggiunto la posizione desiderata, la scheda di controllo spegnerà il motore bloccandolo in quel punto. Gli ingranaggi, oltre a collegare tra loro gli alberi del motore e del potenziometro, fanno ruotare anche un ingranaggio dotato di un albero di uscita calettato su cui andranno montate infine le squadrette che hanno il compito di trasferire il movimento rotatorio dei servi ai leveraggi del nostro modello.

Anche per i servi, come per le batterie, gli Esc, i radiocomandi, i motori etc.. ne esistono di tutti i tipi e per tutte le tasche! Partiamo col dire che esistono due grandi famiglie di servi, quelli digitali e quelli analogici. I servi digitali rispetto agli analogici sono più veloci e precisi, più potenti e rapidi nell’elaborare i dati; possono essere alimentati con batterie Li-Po e per questo necessitano che a monte ci sia un’ottima sezione di alimentazione e, in ultimo, possono essere programmati. Il loro unico difetto é il prezzo; sono infatti più costosi rispetto a quelli analogici. E’ prassi comune usare su un mezzo r/c la stessa tipologia di servi: analogici con analogici e digitali con digitali. Finita questa distinzione iniziale, il resto dei parametri da prendere in cosiderazione per l’acquisto dei servi sono i medesimi per entrambi le tipologie che siano digitali o analogici.

Per scegliere un servo bisogna partire dalle sue dimensioni; queste sono dettate dalla scala del modello su cui andrà montato e dal tipo di lavoro per cui verrà impiegato. Le dimensioni dei servi sono: Maxi, Standard, Micro, Mini, Sub Micro. A questi si aggiungono servi che per profilo, dimensioni e tipo di funzioni sono adatti ad essere installati solo su determinati modelli, tra questi vi sono i servi:

alari: sono servocomandi che per profilo e dimensioni nascono per essere installati all’interno delle ali di modelli a motore o nelle ali di alianti.

argano: sono servocomandi nati per essere utilizzati sulle barche r/c a vela e sono in grado di compiere diverse rivoluzioni.

retrattili: sono servocomandi nati specificatamente per i carrelli retrattili la cui escursione è compresa tra i 160° e i 180°.

Trovata la misura si passerà ad analizzare le seguenti caratteristiche:

  • Alimentazione: ogni servocomando, per esprimersi al meglio, ha bisogno di lavorare con il suo voltaggio specifico che deve essere rispettato. Un voltaggio superiore offre più forza e velocità al servo, ma porterà inevitabilmente la sua parte elettronica ad una rapida dipartita. Al contrario, un voltaggio inferiore non arrecherà danno ai servi, ma li farà lavorare con prestazioni inferiori. Va poi ricordato che la tensione “standard” in uscita dalle riceventi, a cui vanno collegati i servi, ha un range di lavoro che va dai 5 Volt ai 6 Volt ed è quindi consigliabile abbinarvi dei servi che sopportino come valore massimo 6 Volt e non oltre, questo perchè le prestazioni offerte oltre i 6 Volt sarebbero del tutto inutilizzate.

Esempio:

Alimentazione: 4,8V – 6,0V

  • Coppia con 4.8V: 16.5 kg-cm – Velocità con 4.8V: 0.18 sec/60°
  • Coppia con 6.0V: 20.0 kg-cm – Velocità con 6.0V: 0.16 sec/60°

Alimentazione: 6,0V – 7.4V

  • Coppia con 6.0V: 20.0 kg-cm – Velocità con 6.0V: 0.16 sec/60°
  • Coppia con 7,4V: 26.0 kg-cm – Velocità con 7,4V: 0.13 sec/60°

Ovviamente i valori espressi in questo esempio varieranno in base al tipo di voltaggio che le elettroniche di bordo sono in grado di erogare. Se avete un’elettronica in grado di offrire una tensione in uscita da 6 Volt a 7,4 Volt, abbinerete dei servi che sopportano una tensione massima di 7,4 Volt e non oltre, in quanto, come già scritto, tutto quello che possono dare oltre i 7,4 Volt “rimarebbe sulla carta”!

  • Coppia: La coppia indicata con la dicitura “Coppia Kg-Cm” non è altro che la “forza” che possiede il servo; normalmente nell’automodellismo i servi con molta coppia e molta velocità vengono impiegati sullo sterzo e vengono decisi in base al tipo di specialità per cui è stato progettato l’automodello. Nel caso di automodelli da pista, saranno da preferirsi servi velocissimi dotati di una buona coppia; nell’offroad, invece, saranno da preferirsi servi meno veloci ma con un’ottima coppia. Per quanto riguarda il sistema del gas/freno su automodelli da pista, la velocità dei servi è meno importante rispetto alla coppia, in quanto il freno è usato di continuo, considerata l’alta velocità del modello e la potenza della frenata; mentre negli automodelli da offroad, visto il continuo accelerare/frenare e la presenza del doppio freno a disco, è da preferire l’utilizzo di servi molto veloci e dotati anche di un’ottima coppia. Ovviamente quanto scritto sopra è da applicarsi a qualunque modello r/c; nel caso, per esempio, di un elicottero, i servi dedicati al piatto ciclico saranno di norma leggermente più lenti e con una coppia maggiore rispetto al servo che gestisce la sola coda.
  • Velocità: La velocità di un servo si misura in tempo/spazio; un servo che fa 0,08s /60° significa che impiega solo 8 centesimi di secondo per completare uno spostamento della squadretta di 60°.

Per comprendere meglio la differenza di velocità tra due servi prendiamo ad esempio:

  • Servo A Velocità sec 0,08/60° (6V)
  • Servo B Velocità sec   0,1/60° (6V)

Ora sapendo che:

  • il primo numero dopo la virgola sono i decimi di secondo 0,1
  • il secondo numero dopo la virgola sono i centesimi di secondo 0,01
  • il terzo numero dopo la virgola sono i millesimi di secondo 0,001

avremo che il servo A impiega 8 centesimi di secondo per spostare la squadretta di 60°; il servo B impiega un decimo di secondo per effettuare lo stesso spostamento della squadretta. Quindi, a conti fatti, è più lento di due centesimi di secondo rispetto al servo A. E’ importante che, quando si confrontano le velocità tra i diverse servi, l’angolo dello spostamento della squadretta sia uguale tra loro; in caso contrario acquisteremo il servo sbagliato.

Esempio:

  • Servo A Velocità sec 0,09/60° (6V)
  • Servo B Velocità sec 0,08/40° (6V)

A prima vista può sembrare che il servo B sia più veloce del servo A, invece è più lento. Il servo B impiega 0,04 sec per ogni spostamento della squadretta pari a 20°, mentre il servo A ne impiega 0,03 sec per effettuare lo stesso spostamento della squadretta. In tolare il servo B per effettuare 60° di spostamento come il servo A impiegherebbe 0,12 sec.

  • Gli ingranaggi sono un altro elemento da prendere in considerazione; generalmente i servi entry level hanno gli ingranaggi interni realizzati in materiale plastico (nylon) che sono soggetti ad usura precoce e a rottura in caso di bloccaggi improvvisi causati da urti o altro. Va detto comunque che, da qualche anno, gli ingranaggi in nylon stanno lasciando il posto a quelli realizzati in karbonite, un materiale che offre prestazioni nettamente migliori sia in termini di durata che di resistenza. I servi di medio ed alto livello, dotati di alti valori di coppia e velocità, presentano invece gli ingranaggi interni in acciaio o in titanio. Questi ultimi, rispetto a quelli in nylon e in karbonite, sono meno esposti a rotture in caso di bloccaggi improvvisi; rendono il movimento del servo più preciso e sono in ultimo meno soggetti ad usura. Per far sì che il movimento di un servo sia il più fluido e preciso possibile, i suoi ingranaggi devono muoversi su cuscinetti a sfera. Generalmente nei servi ad alte prestazioni tutti gli ingranaggi lavorano su cuscinetti, mentre nei servi entry level gli ingranaggi lavorano su boccole in ottone o in nylon e presentano un solo cuscinetto a sfera. In ultimo, ma non per importanza, va considerato il tipo di motore che si trova all’interno dei servi.
  • Brushed (a spazzole): a grosse linee sono motori entry level che hanno, sui lati interni della cassa, due magneti al cui centro è posto un rotore con nucleo ferromagnetico su cui vi sono avvolte delle bobine di rame, mentre sul tappo del motore sono collocate le spazzole che andranno a sfiorare il collettore del rotore, chiudendo in questo modo il circuito elettrico.
  • Coreless: a grandi linee funzionano come i motori Brushed. La differenza sostanziale è che hanno il rotore interno formato da un albero centrale su cui è montato un magnete permanente, all’esterno del quale si trovano gli avvolgimenti elettrici in rame. Essendo quindi privi del nucleo ferromagnetico, tipico dei motori Brushed, presentano una massa del gruppo rotore molto inferiore; ciò si traduce in accelerazioni e decelerazioni piu rapide e in un consumo minore delle spazzole.
  • Brushless: il loro funzionamento è l’esatto opposto di quello dei motori “Brushed”. All’interno della cassa si trova uno statore fisso, sul quale sono avvolte le spire di filo di rame che formano le “bobine”; all’interno dello statore è inserito il rotore mobile che gira su cuscinetti a sfera e sul quale sono montati i magneti. Alimentando le bobine presenti sullo statore con tre poli e in modo alternato tra loro, si creeranno i campi elettromagnetici che respingeranno i magneti presenti sul rotore e di conseguenza faranno ruotare quest’ultimo sul proprio asse. La polarità interna è gestita da un circuito integrato che nasce appositamente per questo scopo. Sono i motori più precisi, efficienti e affidabili del lotto. Quindi, tirando le somme, il top sono i motori Brushless, seguiti poi dai Coreless e in ultimo dai Brushed.

 

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Gettermachine

Informazioni su Gettermachine

Credo che il modellismo abbia fatto sempre parte del mio DNA, ricordo infatti che sin da piccolo avevo la passione di lavorare con degli attrezzi, costruire oggetti, aprire giocattoli per verificare come fossero fatti al loro interno e per capirne il loro funzionamento. A consacrare questa mia passione fu una macchinina radiocomandata con motore a miscela che mi fu regalata per il mio decimo compleanno nel lontano 1986. Negli anni, questa mia passione si è sempre più consolidata fino ad abbracciare diversi settori modellistici e collezionistici, gokin, A/F, prop repliche, busti, auro r/c etc. Dal 1991 sono sulla rete come vortice11 e gettermachine, e dal 2006 ho dato vita al forum MetalRobot e ai siti gokin.it, metalrobot.it e onroadrc.it!