Servomotoren sind wesentliche Komponenten in Bewegungssteuerungssystemen und bieten hohe Präzision und Zuverlässigkeit in einer Vielzahl von Anwendungen, von der Robotik und Automobilindustrie bis hin zur industriellen Automatisierung und Unterhaltungselektronik. Es gibt zwei Arten von Servomotoren: Positions-Rotations-Servomotoren und kontinuierlich rotierende Servomotoren. Obwohl beide Typen unterschiedliche Rollen in der Bewegungssteuerung erfüllen, ist das Verständnis ihrer Unterschiede der Schlüssel zur Auswahl des richtigen Motors für Ihre spezifischen Anforderungen. Dieser Artikel untersucht die grundlegenden Unterschiede zwischen Positions- und kontinuierlich rotierenden Servomotoren und vergleicht ihr Design, ihre Anwendungen, Leistungsmerkmale und Eignung für unterschiedliche Aufgaben. Um diesen Vergleich zu erleichtern, fügen wir auch eine detaillierte Tabelle und Analyse bei.

Übersicht über Servomotoren

Servomotoren sind dafür ausgelegt, Drehmoment, Geschwindigkeit und Winkelposition präzise zu steuern. Sie arbeiten in einem geschlossenen Regelkreis, in dem Feedback vom Motor (normalerweise von einem Encoder oder Potentiometer) verwendet wird, um die Leistung des Motors basierend auf einem Befehlssignal anzupassen. Dieses geschlossene Regelkreissystem stellt sicher, dass der Motor wie erwartet funktioniert, und ermöglicht eine feine Bewegungssteuerung. Servomotoren können je nach ihrer Drehfähigkeit in zwei Hauptkategorien unterteilt werden:

  • Positionsrotations-Servomotoren (auch als Standard-Servomotoren bekannt)
  • Kontinuierliche Rotations-Servomotoren

Positions- vs. kontinuierlich rotierende Servomotoren

Positionsrotations-Servomotoren

Der Bewegungsbereich, in dem sich Positionsrotations-Servomotoren drehen können, liegt normalerweise zwischen 0° und 180°, während einige Versionen 360° erreichen können. Das Hauptmerkmal dieser Motoren ist ihre Fähigkeit, die Welle in einen bestimmten Winkel zu drehen und diese Position beizubehalten, bis ein neuer Befehl empfangen wird. Die Position des Motors wird mithilfe von Pulsweitenmodulationssignalen (PWM) gesteuert, die den Drehwinkel bestimmen. Bei einem Positionsservomotor wird die Welle von einem kleinen Gleichstrommotor angetrieben, und der Rückkopplungsmechanismus, normalerweise ein Encoder oder Potentiometer, gibt die Position der Welle ständig an den Motorregler weiter. Dadurch kann sich der Motor in den genau erforderlichen Winkel bewegen und diese Position mit hoher Genauigkeit halten.

Anwendungen

Servomotoren mit Positionsrotation werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine genaue Kontrolle der Winkelbewegung erfordern. Einige typische Anwendungen sind:

  • Robotik: Zur Steuerung von Roboterarmen, Greifern oder Beinen, bei denen präzise Winkelbewegungen unerlässlich sind.
  • Modellbau und RC-Fahrzeuge: Zur Steuerung von Lenkung, Rudern und anderen Teilen in ferngesteuerten Autos, Booten und Flugzeugen.
  • Kamerasysteme: Zur Feinsteuerung der Position von Kameras in Schwenk- und Neigemechanismen, Kardanaufhängungen und anderen Bewegungsverfolgungssystemen.
  • CNC-Maschinen: Zur hochpräzisen Positionierung von Werkzeugen und Werkstücken.

Leistungsmerkmale

Kriterium Beschreibung
Präzision Hohe Präzision, in der Regel innerhalb von 1°
Geschwindigkeit Moderate Geschwindigkeit, fokusiert auf präzise Positionierung
Drehmoment Moderat bis hoch (abhängig von Größe und Design)
Tragfähigkeit Moderat (abhängig von der Motorgröße und Anwendung)
Steuerungsmethode PWM-Signal zur Steuerung der Winkelposition
Energieverbrauch Moderat (abhängig vom Halten der Position und der Last)
Kosten In der Regel höher aufgrund von Präzision und Komplexität
Anwendungen Robotik, RC-Fahrzeuge, CNC-Maschinen, Kameras

Servomotoren mit kontinuierlicher Rotation

Im Gegensatz zu Servomotoren mit Positionsrotation sind Servomotoren mit kontinuierlicher Rotation für eine kontinuierliche Rotation in beide Richtungen (im oder gegen den Uhrzeigersinn) ausgelegt und werden oft als „Standardservos mit modifiziertem Getriebe“ bezeichnet. Servomotoren mit kontinuierlicher Rotation funktionieren ähnlich wie Gleichstrommotoren, verfügen jedoch über integrierte Steuerelektronik, die Geschwindigkeit und Richtung basierend auf PWM-Signalen regelt. Wenn ein PWM-Signal eingegeben wird, dreht sich der Motor kontinuierlich in die durch den Arbeitszyklus des Signals vorgegebene Richtung. Ein PWM-Signal mit 50 % Arbeitszyklus stoppt den Motor normalerweise (Neutralstellung), während höhere oder niedrigere Arbeitszyklen den Motor entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn drehen.

Anwendungen

Servomotoren mit kontinuierlicher Rotation sind ideal für Anwendungen, die konstante Bewegung erfordern und keine präzise Winkelpositionierung benötigen. Einige gängige Anwendungen sind:

  • Robotik: Wird zum Antrieb von Rädern und anderen beweglichen Teilen von Robotern verwendet, bei denen kontinuierliche Bewegung erforderlich ist, wie z. B. bei mobilen Robotern oder Fahrzeugen.
  • Fördersysteme: Für Systeme, die kontinuierliche und ununterbrochene Bewegung benötigen, wie z. B. in Fließbändern oder Verpackungsmaschinen.
  • RC-Fahrzeuge: Wird in Rädern oder anderen Teilen ferngesteuerter Autos, Lastwagen und Boote verwendet.
  • Schwenk- und Neigesysteme für Kameras: Zur Steuerung der kontinuierlichen Bewegung von Kameras ohne die Notwendigkeit einer präzisen Winkelsteuerung.
Merkmal Kontinuierlicher Rotations-Servomotor
Bewegungstyp Kontinuierliche Rotation (im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn)
Steuerungsmethode PWM-Signal zur Steuerung von Geschwindigkeit und Richtung
Präzision Gering (kein präziser Positionssteuerung)
Geschwindigkeitsregelung Proportional zum PWM-Arbeitszyklus (variable Geschwindigkeit)
Drehmoment Moderat (nimmt mit der Geschwindigkeit ab)
Tragfähigkeit Gering bis moderat
Anwendungen Robotik (Räder, bewegliche Teile), Förderbänder, RC-Fahrzeuge, Kameraschwenksysteme
Kosten In der Regel erschwinglich und einfach
Energieverbrauch Höher während der kontinuierlichen Bewegung
Komplexität Einfache Steuerung (PWM)

Vergleich: Positions- vs. kontinuierlich rotierende Servomotoren

Um die wichtigsten Unterschiede zwischen Positions- und kontinuierlich rotierenden Servomotoren besser zu verstehen, können wir verschiedene Aspekte der Leistung, Anwendungen und Designmerkmale aufschlüsseln. Diese wichtigen Unterschiede sind in der folgenden Grafik zusammengefasst:

Merkmal Positionsrotations-Servomotor Kontinuierlicher Rotations-Servomotor
Bewegungstyp Drehung innerhalb eines festen Bereichs (0° bis 180°) Kontinuierliche Rotation (im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn)
Steuerungsmethode PWM-Signal zur Steuerung der Winkelposition PWM-Signal zur Steuerung von Geschwindigkeit und Richtung
Anwendungen Robotik, RC-Fahrzeuge, CNC-Maschinen, Kameras Robotik (Räder), Förderbänder, RC-Fahrzeuge, Kameraschwenksysteme
Präzision Hohe Präzision, in der Regel innerhalb von 1° Geringe Präzision (kein fester Positionskontrolle)
Geschwindigkeitsregelung Begrenzte Geschwindigkeitsregelung, fokusiert auf Position Volle Kontrolle über die Geschwindigkeit, proportional zum PWM-Arbeitszyklus
Drehmoment Moderat bis hoch (abhängig von der Last und dem Design) Moderates Drehmoment, nimmt mit der Geschwindigkeit ab
Tragfähigkeit Moderat (abhängig von der Größe und dem Design des Motors) Gering bis moderat
Energieverbrauch Moderat, abhängig vom Halten der Position und der Last In der Regel höher während der kontinuierlichen Bewegung
Anwendungsfälle Präzise Steuerung von Winkeln, Aufgaben der Winkelpositionierung Kontinuierliche Bewegung, Aufgaben der Geschwindigkeitssteuerung, einfache Richtungssteuerung

Detaillierte Analyse:

  • Präzision: Positionsrotationsservos eignen sich hervorragend für Anwendungen, die hohe Präzision erfordern, und bieten eine wiederholbare Positionierung, die für Roboter- und CNC-Systeme von entscheidender Bedeutung ist. Kontinuierliche Rotationsservos sind dagegen nicht dafür ausgelegt, bestimmte Positionen zu halten, was sie für Anwendungen ungeeignet macht, bei denen Präzision oberste Priorität hat.
  • Geschwindigkeit und Bewegung: Kontinuierliche Rotationsservos bieten Flexibilität in Bezug auf kontinuierliche Bewegung und Geschwindigkeitsregelung, was sie ideal für den Antrieb von Rädern und beweglichen Teilen macht. Positionsrotationsservos konzentrieren sich jedoch darauf, sich in bestimmte Winkel zu bewegen und diese Positionen zu halten, was bedeutet, dass ihre Geschwindigkeit normalerweise niedriger und ihre Bewegung diskreter ist.
  • Drehmoment: Da ihre Getriebesysteme so gebaut sind, dass sie eine genaue Kontrolle über die Bewegung des Motors ermöglichen, haben Positionsrotationsservos normalerweise ein höheres Drehmoment bei niedrigen Geschwindigkeiten. Kontinuierliche Rotationsservos bieten zwar kontinuierliche Bewegung, bieten aber weniger Drehmoment bei höheren Geschwindigkeiten und sind normalerweise nicht dafür ausgelegt, schwere Lasten zu tragen.
  • Kosten und Komplexität: Im Allgemeinen sind kontinuierliche Rotationsservos einfacher und günstiger als Positionsrotationsservos. Die Komplexität der letzteren – aufgrund der Notwendigkeit präziser Steuerungs- und Rückkopplungsmechanismen – erhöht ihre Kosten. Für viele grundlegende Anwendungen, bei denen Präzision nicht entscheidend ist, bieten Servomotoren mit kontinuierlicher Rotation eine kostengünstige und effektive Lösung.

Auswahl des richtigen Servomotors für Ihre Anwendung

Die Entscheidung zwischen Positions- und kontinuierlichen Rotationsservomotoren hängt von den spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung ab. Hier sind einige Hinweise, die Ihnen bei der Auswahl des besten Motors helfen:

Verwenden Sie einen Positionsrotationsservomotor, wenn:

  • Sie den Rotationswinkel exakt steuern müssen.
  • Die Anwendung Wiederholbarkeit und Genauigkeit erfordert, wie etwa in der Robotik oder CNC-Bearbeitung.
  • Sie Systeme wie Kamerakardanringe oder Lenkmechanismen in RC-Fahrzeugen bauen, bei denen eine präzise Winkelsteuerung unerlässlich ist.

 

 

Verwenden Sie einen Servomotor mit kontinuierlicher Rotation, wenn:

  • Sie eine kontinuierliche Bewegung benötigen, wie etwa bei einem mobilen Roboter oder einem Fördersystem.
  • Eine exakte Platzierung ist nicht erforderlich; die Hauptprobleme sind Richtung und Geschwindigkeitskontrolle.
  • Sie Systeme wie Räder für Roboter oder einfache Schwenkmechanismen bauen, bei denen eine kontinuierliche Bewegung erforderlich ist.

 

Sowohl Positionsrotationsservomotoren als auch kontinuierlich rotierende Servomotoren haben ihre einzigartigen Stärken und Einschränkungen, wodurch sie für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind. Servomotoren mit kontinuierlicher Rotation eignen sich gut für Anwendungen, die eine konstante Bewegungs- und Geschwindigkeitsregelung erfordern, während Positionsservos am besten für Aufgaben geeignet sind, die eine genaue Kontrolle der Winkelposition erfordern. Als Servomotorhersteller kann Ihnen das Verständnis der Unterschiede zwischen diesen beiden Motortypen dabei helfen, fundierte Entscheidungen auf der Grundlage Ihrer spezifischen Anforderungen zu treffen, unabhängig davon, ob Sie ein Robotersystem, ein RC-Fahrzeug oder eine automatisierte Maschine bauen.