Servo, servomoottori

Servomoottori on varmasti kaikille tuttu ja paljon muutakin kuin rc-laitteissa käytetty väline, mutta mehän ei olla servomoottoreiden muista käyttökohteista kiinnostuneita. Servo rc-laitteissa on koteloitu moottori, joka välityksien avulla tuottaa voiman pyörivään servovarteen. Sitä käytetään siis kopteria ohjaavien osien liikuttamiseen. Servoja löytyy hyvin suurella hintahaitarilla ja useammassa kokoluokassa. Servoissa tärkeitä ominaisuuksia on nopeus ja voima. Nopeus ilmoitetaan ajan ja kulman suhteen eli yleensä kuinka nopeasti servo kääntyy 60 astetta. Nopeimmat servot tällä hetkellä taitavat olla 0,05s/60 astetta. Hitaimmat menevät yli 0,20 sekunnin. Yleensä servo, joka on nopea ei ole kaikista vahvin. Nopeimpia servoja käytetäänkin usein hoitamaan gyron käskyjä peräroottorin kulmien muutoksissa.

Vääntö ilmoitetaan servoissa joko kg.cm tai oz.in. Näiden ero on vain käytetyissä mittayksiköissä. Molemmissa käsitellään painoa ja pituusmittaa. Esimerkiksi 3 kg.cm tarkoittaa, että yhden senttimetrin mittaisella servovarrella (servopyörän keskipisteestä 1cm pois päin) pystyy servo tuottamaan 3 kg voiman. Käytännön esimerkkinä voisi ajatella, että jos servovarteen ripustaa tuohon 1 cm mitan päähän 3 kg punnuksen ei servon pitäisi antaa periksi.

Servon rattaat voi olla nylonia, karboniittia (?) tai erilaisia metalliseoksia.
Nylon rattaat on heikoimmat ja hajoavat torpissa helposti, mutta ovat toisaalta myös halpoja, antavat periksi ja näin ehkä säästää muun servon rikkoutumiselta.
Karboniittirattaat (engl. karbonite) ovat neljä kertaa nylonrattaita kestävämpiä sekä omaavat hyvän kulutuksenkeston, esim Hitec ilmoittaa 250.000 kierroksen kulumaksi melkein nollan.
Metallirattaat taas ovat vahvimmat, mutta usein löytyy vasta arvokkaammista servoista. Välillä kuulee huhuja, että metallirattaat kuluisivat esimerkiksi karboniittirattaita enemmän ja se aiheuttaisi klappia/väljyyttä servon rattaistoon. Toisaalta taas kuulee kuinka samat metallirattaiset servot ovat toimineet moitteetta vuosia ja selvinneet useista torpeistakin. Pääsääntöisesti kuitenkin kalleimmissa servoissa on metallirattaat, mutta niiden metalliseos voi vaihdella.

Servon laakerointi voi olla toteutettu liukulaakereilla tai kuulalaakereilla, joita voi olla yksi tai kaksi servon rattaistossa. Servon kuori on usein muovia, mutta se voi kalliissa servossa olla alumiinia. Suurin osa servoista on speksattu toimimaan 4,8 - 6 voltilla. Osa toimii vain 4,8 voltilla, mutta nykyään on myös servoja, joita voi käyttää suoraan 2S lithium polymer akulla, joka on 8,4V täytenä.

Servon kaapelissa on kolme johdinta joiden kautta syötetään servolle käyttöjännite sekä tieto siitä mihin asentoon servopyörä tulee ohjata. Tyypillisesti servolle syötetään n. 20 ms välein (50 kertaa sekunnissa) pulssi jonka pituus on välillä 1-2 ms. Kun pulssin pituus on 1 ms ohjataan servo toiseen äärilaitaan kun taas 2 ms pulssilla saavutetaan toinen äärilaita. 1,5 ms:n pulssi ohjaa servon keskelle liikealuetta. Johdinten värit ovat yleensä seuraavat:

väri	toimito
musta/ruskea	maa (GND)
punainen	käyttöjännite (esim. +4,8V)
valkoinen/keltainen/oranssi	ohjaussignaali

Digitaalinen ja analoginen

Digitaalinen servo sisältää logiikkapiirin, jonka tehtävänä on ohjata servoa signaalin vaatimalla tavalla. Se pystyy optimoimaan servon tarvitseman virran eri tilanteissa. Siksi digitaalisen servon vääntö on tasaisempi läpi koko liikealueen. Analogisella servolla vääntö kasvaa suhteessa liikkeeseen ja siten syötettyyn virtaan. Toinen digitaalisen servon etu on nopeampi moottorin kontrollointi. Analogisessa servossa (ainakin Futaballa) moottoria käskytetään 50 pulssilla sekunnissa. Digitaalinen servo käyttää 300 lyhyempää pulssia sekunnissa. Näin saavutetaan nopeampi vaste käskyille ja samalla myös parempi vaste liikkeen kiihtyvyyden muutoksille. Myös servon pitovoima (holding power) kasvaa eli servo pysyy paremmin halutussa tilassa vaikka siihen kohdistuu ulkoisia voimia.

---