فهم محركات السيرفو

فهم محركات السيرفو: دليل للمبتدئين

1. ما هي محركات السيرفو؟

محرك السيرفو هو جهاز كهروميكانيكي صغير يمكنه تدوير عموده إلى زاوية محددة بدقة بناءً على إشارة تحكم. يُستخدم على نطاق واسع في الطائرات اللاسلكية، والروبوتات، وأنظمة الأتمتة، ومشاريع الإلكترونيات للهواة.

وعلى عكس المحركات الكهربائية العادية التي تدور بشكل مستمر، فإن محركات السيرفو تتحرك ضمن نطاق زاوية محدد — عادةً بين 0° و180° — وتبقى في موقعها حتى تتلقى أمراً جديداً.

2. أنواع محركات السيرفو

تتوفر محركات السيرفو بأشكال مختلفة حسب وظيفتها وتطبيقها:

• سيرفو تقليدي (Standard Servo): يدور ضمن نطاق زاوي محدد (عادة 0° إلى 180°). يُستخدم في التوجيه أو أسطح التحكم.
• سيرفو بالدوران المستمر (Continuous Rotation Servo): يدور باستمرار في أي اتجاه، ويُستخدم مثل المحرك العادي، ويتم التحكم بالاتجاه والسرعة عبر PWM.
• سيرفو خطي (Linear Servo): يحول الحركة الدورانية إلى حركة خطية (دفع أو سحب)، ويُستخدم في تطبيقات متخصصة.

سيرفو تقليدي (Standard Servo)

سيرفو بالدوران المستمر (Continuous Rotation Servo)

سيرفو خطي (Linear Servo)

3. التطبيقات الشائعة

تُستخدم محركات السيرفو في العديد من المجالات بسبب دقتها واعتماديتها، ومنها:

• الطائرات اللاسلكية (التحكم في الدفة، الارتفاع، الجنيحات)
• سيارات RC (التوجيه والتحكم في السرعة)
• الأذرع والملاقط الروبوتية
• أنظمة تثبيت الكاميرات (Pan-Tilt)
• الآليات المؤتمتة في المشاريع الإلكترونية والميكاترونية

4. مكونات محرك السيرفو

يتكوّن السيرفو النموذجي للهواة من الأجزاء التالية:

• محرك DC صغير: يوفر الطاقة الميكانيكية.
• علبة تروس: تقلل سرعة المحرك وتزيد من العزم.
• مقياس جهد (Potentiometer): يراقب موقع العمود ويرسل التغذية الراجعة إلى الدائرة.
• دائرة تحكم إلكترونية: تقارن بين الموقع الحالي والإشارة المطلوبة وتحرك المحرك حتى يصل إلى الموقع المطلوب.

5. كيف يعمل السيرفو؟

يتم التحكم في محركات السيرفو باستخدام تقنية تُسمى تعديل عرض النبضة (PWM):

• يتم إرسال نبضة كل 20 ميلي ثانية.
• عرض النبضة (عادة بين 1ms و2ms) يحدد موقع العمود:
• • نبضة 1ms: تقريبا 0°
  • نبضة 1.5ms: تقريبا 90°
  • نبضة 2ms: تقريبا 180°
• تقوم الدائرة الداخلية بتحريك المحرك حتى يطابق مقياس الجهد الموضع المطلوب، ثم تتوقف وتحافظ عليه.

6. أطراف السيرفو وألوان الأسلاك

تحتوي معظم محركات السيرفو على ثلاثة أسلاك:

• الإشارة (Signal): عادةً باللون البرتقالي أو الأصفر أو الأبيض – تتصل بمخرج PWM من المتحكم.
• الطاقة (VCC): عادةً باللون الأحمر – تتصل بمصدر جهد موجب (5V أو 6V).
• الأرضي (GND): عادةً باللون البني أو الأسود – تتصل بالطرف السالب لمصدر الطاقة.

قد تختلف الألوان قليلاً حسب الشركة المصنعة، لذا يُفضل مراجعة الدليل أو الملصق قبل التوصيل.

7. الجهد والتيار المطلوب

فهم متطلبات الطاقة مهم لتشغيل السيرفو بأمان وكفاءة:

• الجهد التشغيلي: غالباً بين 4.8 فولت و6 فولت.
• سحب التيار:
• • أثناء التثبيت (بدون حركة): بضعة ميلي أمبير
  • أثناء الحركة بتحميل خفيف: بين 100 و500 ميلي أمبير
  • أثناء التحميل العالي أو التوقف: قد يتجاوز 2 أمبير

عند تشغيل عدة محركات سيرفو أو استخدام نماذج بعزم عالٍ، يُنصح باستخدام مصدر طاقة خارجي بدلاً من الاعتماد على منافذ المتحكم الدقيقة.

8. أحجام السيرفو وأنواع التروس

أحجام السيرفو

• مايكرو سيرفو (مثل 9g): خفيف وصغير الحجم، مناسب للطائرات الصغيرة والمشاريع البسيطة.
• ميني سيرفو: متوسط الحجم، يعطي عزم أعلى من المايكرو مع الحفاظ على الحجم المدمج.
• سيرفو قياسي (Standard): أكبر حجماً، يوفر عزم أعلى ويُستخدم في الطائرات الأكبر والأنظمة الميكانيكية الثقيلة.

أنواع التروس

• تروس بلاستيكية: خفيفة ورخيصة وهادئة، مناسبة للمهام الخفيفة ولكنها أقل تحملاً.
• تروس معدنية: أقوى وأكثر تحملًا، مناسبة للتطبيقات ذات العزم العالي أو الاستخدام المتكرر.

أفضل الخيارات للطائرات اللاسلكية

• سيرفو مايكرو بتروس بلاستيكية مناسبة للطائرات الصغيرة المصنوعة من الفوم.
• سيرفو مايكرو أو ميني بتروس معدنية يفضل استخدامها على أسطح التحكم التي تتعرض لقوى أكبر.
• سيرفو قياسي بتروس معدنية يُستخدم في الطائرات الكبيرة أو التطبيقات التي تحتاج عزمًا عاليًا مثل العجلات القابلة للطي أو الجنيحات الكبيرة.

9. استخدام أجهزة اختبار السيرفو

جهاز اختبار السيرفو هو أداة بسيطة تسمح بفحص عمل السيرفو بدون الحاجة إلى متحكم أو برمجة.

الميزات

• يتصل مباشرة بمقبس السيرفو ذي الثلاثة أطراف (الإشارة، الطاقة، الأرضي).
• يوفر أوضاع مختلفة: التحكم اليدوي، تحديد الموضع الوسطي، المسح التلقائي.
• واجهة سهلة: عادة بمقبض دوار أو أزرار.

أماكن الشراء

تتوفر أجهزة اختبار السيرفو على الإنترنت من خلال:

• أمازون
• إيباي
• علي إكسبريس
• متاجر هواة RC

تتراوح الأسعار بين 5 و15 دولارًا أمريكيًا، وهي أداة مفيدة لأي شخص يعمل في مشاريع RC أو الإلكترونيات. بعض النماذج تدعم اختبار أكثر من سيرفو في نفس الوقت.

إذا كنت مرتاحًا للبرمجة باستخدام أردوينو، يمكنك أيضًا كتابة برنامج بسيط لاختبار السيرفو باستخدام مكونات قليلة أو بدون مكونات إضافية. هذا النهج يمنحك مرونة أكبر، وسيكون موضوع المقال التالي.

10. الخلاصة

محركات السيرفو عنصر أساسي في العديد من مشاريع الإلكترونيات، سواء للمبتدئين أو المتقدمين. فهم كيفية عملها، وتوصيلها، واختبارها، واختيار الحجم والنوع المناسب منها، يفتح الباب أمامك لإنشاء أنظمة تحكم دقيقة في الطائرات أو الروبوتات أو أي مشروع ذكي.

بمجرد أن تتقن المفاهيم الأساسية وتقنيات PWM، يمكنك البدء في تنفيذ مشاريع تفاعلية وذات تحكم حركي دقيق بكل سهولة.

أو بإمكانك إستكشاف تصنيفات أخرى

عالم الإلكترونيات

الفيزياء وميكانيكا الطيران

استكشف العالم الخفي تحت المجهر