Um controlo de movimento impreciso conduz a uma fraca qualidade do produto, ao desperdício de energia e a falhas de produção. Os servomotores resolvem este problema com elevada precisão, controlo de feedback e eficiência. Descubra como funcionam.

Os servomotores são motores controlados com precisão que utilizam sistemas de feedback para obter um controlo preciso do movimento em automação, robótica e maquinaria industrial. A sua conceção interna garante eficiência, binário e precisão posicional.

Continue a ler para compreender a sua estrutura e funções industriais.

Interior de um servomotor

Servomotores são dispositivos electromecânicos concebidos para fornecer movimentos angulares ou lineares precisos através de um controlo em circuito fechado. Ao contrário dos motores simples, os servomotores combinam elementos mecânicos, eléctricos e de controlo num único sistema integrado para garantir um desempenho consistente e uma precisão baseada em feedback.

Um servo motor típico contém os seguintes componentes principais:

• Estator e Rotor: O estator gera um campo magnético rotativo, enquanto o rotor é a parte móvel que segue este campo.

• Codificador ou Resolver: Posicionado no veio, fornece feedback em tempo real sobre a posição, velocidade e direção ao controlador.

• Caixa de velocidades (opcional): Alguns servomotores incluem um trem de engrenagens para reduzir a velocidade e aumentar o binário.

• Interface do controlador: Recebe sinais de comando (por exemplo, tensão, PWM ou comandos digitais) e ajusta o comportamento do motor em conformidade.

• Acionamento ou amplificador: Modula a tensão ou a corrente com base no feedback, assegurando uma resposta precisa aos sinais de entrada.

Quando um sinal é enviado para o motor, o circuito interno compara-o com o feedback do codificador. A diferença entre a posição pretendida e a posição real desencadeia um movimento de correção, resultando num posicionamento reativo e preciso.

Este circuito de feedback contínuo é o que distingue os servomotores dos motores de circuito aberto, como os steppers, tornando-os indispensáveis para a automação e sistemas de alta precisão.

Controlo de servo-motores

Os servomotores funcionam com sistemas de controlo de circuito fechado, o que significa que comparam constantemente o desempenho real com o comando pretendido e fazem ajustes em tempo real. Este nível de controlo permite uma regulação precisa do posicionamento, da velocidade e do binário.

O sistema de controlo é normalmente composto por:

1. Entrada de comando: Pode ser um sinal digital, uma tensão analógica ou um sinal de modulação de largura de impulsos (PWM). Define o movimento desejado - seja ângulo, velocidade ou posição.

2. Controlador ou servoaccionamento: Processa o comando de entrada e compara-o com o sinal de retorno do codificador ou do resolver. Se houver algum desvio (chamado "erro"), o controlador modifica a entrada do motor para o corrigir.

3. Dispositivo de feedback: Codificadores ou resolvers montados no eixo do motor monitorizam a velocidade e a posição. Estes dispositivos enviam actualizações contínuas para o controlador, criando um ciclo de feedback dinâmico.

4. Amplificação de potência: O controlador utiliza o sinal de erro para acionar amplificadores de potência, que ajustam a corrente ou a tensão do motor para obter a saída desejada.

5. Afinação e controlo PID: Muitos sistemas utilizam circuitos de controlo PID (Proporcional-Integral-Derivativo) para assegurar uma aceleração e desaceleração suaves, eliminar o overshoot e minimizar o erro em estado estacionário.

Este mecanismo de feedback preciso permite que os servomotores mantenham um elevado desempenho mesmo sob variações de carga, paragens súbitas ou alterações de velocidade - tornando-os ideais para aplicações exigentes.

Tipos de servomotores

Os servomotores existem em várias formas, cada uma adaptada a critérios de desempenho específicos, restrições de tamanho e complexidade de controlo. As classificações mais comuns incluem:

1. Servomotores de corrente alternada

Funcionam com corrente alternada e são conhecidos pelo seu desempenho a alta velocidade, controlo preciso e utilização eficiente da energia. São frequentemente utilizados em máquinas CNC, robótica e sistemas de transporte. Oferecem:

• Elevada relação binário-inércia

• Boa dissipação de calor

• Elevada precisão com codificadores ópticos

2. Servomotores de corrente contínua

Funcionando em corrente contínua, os servomotores CC são mais simples e mais económicos. São normalmente utilizados em automação de pequena escala, veículos RC e sistemas mecatrónicos. As principais caraterísticas incluem:

• Circuito de controlo simples

• Eficiência moderada

• Ideal para aplicações de baixo custo e baixo consumo de energia

3. Servomotores sem escovas (BLDC)

Utilizam comutação eletrónica em vez de escovas, oferecendo uma vida útil prolongada e uma manutenção reduzida. Amplamente utilizado em drones, equipamento médico e ferramentas de precisão. As vantagens incluem:

• Alta velocidade e fiabilidade

• Sem desgaste da escova

• Baixa interferência electromagnética

4. Servomotores lineares

Em vez de rodar, os servomotores lineares produzem movimento linear direto. São ideais para o fabrico de semicondutores e para o corte a alta velocidade, onde é necessária uma translação direta.

5. Servomotores digitais

Equipados com microcontroladores, os servos digitais oferecem uma melhor consistência de binário, um controlo mais preciso e programabilidade. Utilizados em sistemas robóticos e aeroespaciais de topo de gama.

A seleção do tipo de servomotor depende dos requisitos da sua aplicação em termos de precisão, velocidade, ambiente e orçamento.

Tabela de comparação: Servomotores AC vs DC vs BLDC

Aplicações de servomotores

Os servomotores são a espinha dorsal do controlo de movimentos de precisão em várias indústrias. A sua capacidade de fornecer movimentos precisos, repetíveis e eficientes torna-os ideais para tarefas simples e complexas.

1. Automação industrial

Utilizados em linhas de montagem, embalagem e braços robóticos, os servomotores fornecem movimento controlado para sistemas de recolha e colocação, prensas e mesas de indexação. A sua elevada fiabilidade em serviço contínuo é uma vantagem importante.

2. Maquinaria CNC

Os servomotores accionam os eixos em routers, tornos e fresadoras CNC, onde o posicionamento ao nível do mícron e a velocidade consistente são fundamentais para a qualidade do produto e a longevidade da ferramenta.

3. Robótica

Os sistemas robóticos dependem fortemente dos servomotores para controlo das articulações, acionamento das pinças e rotação das rodas. A sua capacidade de resposta em tempo real torna-os perfeitos para robôs colaborativos (cobots) e robótica industrial.

4. Aeroespacial

Nos sistemas de aviação, os servomotores são utilizados em superfícies de controlo, equipamento de simulação e actuadores de precisão. O seu elevado binário, capacidade de resposta e fiabilidade são essenciais em cenários de missão crítica.

5. Equipamento médico

Os servomotores accionam robôs cirúrgicos, mesas de imagiologia e bombas de infusão. O seu baixo ruído, precisão e capacidade de funcionar em ambientes limpos são vitais para as tecnologias de cuidados de saúde.

6. Impressão e etiquetagem

Utilizados em alimentadores de papel, aplicadores de etiquetas e sistemas de registo, os servomotores permitem um movimento de alta velocidade e precisão com um erro mínimo - mesmo com um elevado rendimento.

Os servomotores continuam a evoluir em termos de sofisticação, expandindo-se para veículos autónomos, sistemas de energia renovável e até robôs humanóides.

Resumo

Os servomotores proporcionam movimentos eficientes, precisos e controlados em tempo real, tornando-os essenciais nas indústrias de automação, CNC, médica e aeroespacial.Para mais informações, contactar [email protected]