servo-moteur, les limites

Dans le cadre d’un projet électro-mécanique, j’utilise des servo-moteurs (ci-après: servo) miniatures, pour des mouvements contrôlés.Bienvenu pour du contrôle commande, peu cher (le modèle en photo est à … 4,95 CHF!) livré avec un jeu de roues, étoiles et levier plastiques pour commander une position, le servo est de plus facile à piloter et simple à connecter.

Mon projet n’a pas besoin d’une grande précision, ni même de force extraordinaire. cependant je me suis posé quelques questions… et les ai relayées aux membres du club! En voici la teneur:

1. quelle est la résolution/précision envisageable?
2. pourquoi le mécanisme vibre-t-il à l’arrêt?
3. quelle est la charge admissible?
4. quel est le comportement en surcharge?

1 – Précision

Avec Arduino, la formule consacrée à la position est indiquée par un exemple. Lecture d’un potentiomètre sur 10 bits (valeur 0..1023) et réglage de la consigne 0 à179; donc 180°.

void loop() 
{ 
  val = analogRead(potpin);            // reads the value of the potentiometer (value between 0 and 1023) 
  Serial.print("\t");
  Serial.print(val, DEC);
  val = map(val, 0, 1023, 0, 179);     // scale it to use it with the servo (value between 0 and 180) 
  myservo.write(val);                  // sets the servo position according to the scaled value 
  delay(15);                           // waits for the servo to get there 
}

Donc on en déduit que la résolution ne saurait être supérieure à 1/180. Il en résulte, sur la pin de commande, une impulsion positive dont la largeur est au minimum de 0.55 ms, et 2,38 ms au maximum, si j’en crois mon scope; répétée toute les 20 ms. De plus, il faut savoir que les servos, connectés par 3 fils (+Alim, 0V, impulsion) ont une électronique interne qui positionne l’axe selon la largeur d’impulsion.

2 – Vibrations

Le programme ci-dessus, appliqué à un servo, même non chargé, laisse entendre des vibrations et montre un frétillement. Est-ce le rafraichissement de la consigne donnée par la boucle?

Selon Laurent Francey, le positionnement est réalisé de manière interne par un potentiomètre couplé sur l’axe de rotation. Or celui-ci est mû par le moteur via des rouages en plastique,  si le servo est bon marché (c’est mon cas!), sinon en laiton; qui ont du jeu. L’axe n’étant  pas parfaitement solidaire du potentiomètre de position, il s’ensuit – pour certains paliers, certaines positions –  une correction envoyée au moteur à travers ces jeux; ce qui provoque les vibrations.

3 – Charge admissible

Avec un design mécanique parfait, un servo n’a pas besoin de puissance de maintien: toutefois, la vitesse d’exécution de la position, voire le déplacement de la charge nécessite un certain couple: on peut alors alimenter ces moteurs avec une tension plus élevée. Souvent les caractéristiques sont données pour 4,8V et pour 6V. Comme dans mon projet le rappel est fait par des ressorts, le servo nécessite de la puissance pour tenir sa position  (ce n’est pas bien; mais c’est partit comme cela…) Un autre phénomène peut provoquer de la consommation: un changement incessant de position.En clair: ça chauffe.

4 –  Comportement en surcharge

Afin de tester les limites du système (modèle 230500-62 chez Conrad: ), j’ai provoqué des aller-retour, avec charge. Au bout d’un moment, le moteur commence à chauffer; l’électronique interne le débranche quelques secondes, puis il reprend sa poursuite. Cela se traduit par un hoquet.

La charge a aussi une influence sur la position, et tend à la fausser selon le gain proportionnel de la régulation interne du moteur.

Yves Masur (9/2013)