Servo Motor: o que é, como funciona e seu uso na robótica industrial

Este artigo busca elucidar o que é um servo motor e como essa tecnologia está aplicada na robótica industrial, no ambiente de produção, e os principais benefícios e desafios em seu uso.

Continue a leitura e confira em detalhes:

• O que é servo motor?
• Tipos de servo motor
• Qual o tipo de servo motor mais utilizado nas aplicações industriais?
• Utilize uma solução de automação mais refinada com robôs colaborativos

Um servo motor é um dispositivo eletromecânico que converte sinais de controle em movimento mecânico preciso. É composto por três principais componentes: um motor, um sistema de feedback e um controlador.

O motor em um servo motor é geralmente um motor de corrente contínua (DC) de alta qualidade, embora também possam ser utilizados motores de corrente alternada (AC). O motor converte a energia elétrica em energia mecânica, gerando torque e girando o eixo.

O sistema de feedback é responsável por fornecer informações precisas sobre a posição do eixo do motor. Normalmente, é usado um dispositivo chamado potenciômetro, que é conectado ao eixo do motor e fornece um sinal de tensão proporcional à posição angular do eixo.

O controlador é a parte central do servo motor, encarregada de receber o sinal de controle e processá-lo para controlar o motor. O sinal de controle é geralmente um sinal de pulso modulado (PWM) e contém informações sobre a posição ou velocidade desejada do eixo.

O controlador compara a posição atual do eixo, fornecida pelo sistema de feedback, com a posição desejada e ajusta a tensão aplicada ao motor para alcançar o movimento correto.

A integração desses componentes permite que um servo motor seja capaz de realizar movimentos precisos e controlados.

O sistema de feedback contínuo fornece informações em tempo real sobre a posição do eixo, permitindo que o controlador faça ajustes para manter a posição desejada.

Isso torna os servo motores particularmente úteis em aplicações que exigem posicionamento preciso, como robótica industrial, sistemas de controle automatizados, modelagem por computador, entre outros.

Os servo motores têm uma ampla faixa de aplicações, graças à sua capacidade de fornecer controle preciso de posição, velocidade e torque.

Eles são amplamente utilizados em robótica industrial para controlar os movimentos de robôs em linhas de produção; em sistemas de controle de movimento, como em CNC (Controle Numérico Computadorizado), onde o posicionamento preciso é essencial; aeromodelismo e drones, onde a estabilidade e o controle são fundamentais.

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Como funciona um servo motor industrial?

Um servo motor industrial é uma versão robusta e potente do servo motor comumente usado. Esses motores são projetados para atender às demandas rigorosas de aplicações industriais, que exigem alto desempenho, confiabilidade e precisão.

Em termos de funcionamento, um servo motor industrial segue os mesmos princípios básicos de um servo motor convencional. Ele é composto por um motor de corrente contínua ou corrente alternada, um sistema de feedback e um controlador.

No entanto, existem algumas diferenças notáveis em relação ao tamanho, potência e recursos adicionais.

O motor em um servo motor industrial é dimensionado para fornecer torque elevado, permitindo movimentar cargas pesadas e realizar tarefas exigentes. Geralmente, eles são motores de corrente alternada trifásicos (AC) ou motores de corrente contínua sem escovas (BLDC), que oferecem alta eficiência e durabilidade.

O sistema de feedback em um servo motor industrial pode usar diferentes dispositivos, como encoders ópticos ou resolvers, para fornecer informações precisas sobre a posição angular e a velocidade do motor. Esses dispositivos são capazes de lidar com cargas pesadas e ambientes industriais adversos.

O controlador de um servo motor industrial é projetado para lidar com as necessidades específicas das aplicações industriais. Ele recebe comandos de controle, como a posição ou velocidade desejada, e compara esses comandos com os dados de feedback para determinar as ações necessárias para alcançar o movimento correto.

Os controladores industriais geralmente têm recursos avançados, como algoritmos de controle sofisticados, capacidade de comunicação em rede para integração com sistemas de automação e a capacidade de lidar com condições operacionais difíceis.

Quais as aplicações industriais?

Existem diversas aplicações industriais para os servo motores, que são amplamente utilizados em uma variedade de tarefas e processos na indústria. Aqui estão alguns exemplos de tarefas em que os servo motores são comumente aplicados:

• Robótica industrial: Usados para controlar os movimentos de robôs industriais em várias tarefas, como soldagem, montagem, pintura, paletização, embalagem e manipulação de materiais;
• Controle de máquinas-ferramenta: Em máquinas-ferramenta, como tornos, fresadoras e centros de usinagem, os servo motores são empregados para controlar os movimentos dos eixos, garantindo alta precisão e repetibilidade nos processos de usinagem;
• Linhas de produção automatizadas: Usados em diversos equipamentos em linhas de produção, como transportadores, braços robóticos, esteiras, sistemas de embalagem e prensas, para controlar o movimento de peças, garantir sincronização precisa e aumentar a eficiência da produção;
• Controle de processos industriais: Utilizados em aplicações de controle de processos, como válvulas de controle, bombas, misturadores e agitadores, para garantir o controle preciso de fluxo, pressão e mistura em diversos setores industriais, como química, petroquímica, alimentos e bebidas, entre outros;
• Manipulação e posicionamento de cargas: Empregados em equipamentos de movimentação e manipulação de cargas, como guindastes industriais, empilhadeiras, transportadores e sistemas de posicionamento, para fornecer movimentos precisos, levantamento de cargas e posicionamento de objetos pesados;
• Indústria de embalagens: Utilizados em máquinas de embalagem, como seladoras, rotuladoras e sistemas de dosagem, para controlar o posicionamento, a velocidade e a precisão do processo de embalagem;
• Automação industrial: Empregados em diversos sistemas de automação industrial, como sistemas de transporte automatizado (AGVs), manipulação automatizada de materiais, sistemas de picking e sorting, garantindo movimentos precisos e eficientes nos processos automatizados;
• OEMs: Essa indústria precisa de velocidade e precisão, duas qualidades inerentes aos servomotores. Por isso, montam arquiteturas cheias de servo drives e servo motores para suas operações de produção de máquinas;
• Uma aplicação extra! Cobots usam servomotores em guias lineares quando é necessário maior alcance do robô (um 7º eixo em uma paletização ou um 7º eixo para um robô operar duas máquinas CNC simultaneamente, por exemplo). Essa solução, inclusive, beneficia diferentes empresas e diferentes aplicações.

Existem vários tipos de servo motores disponíveis, cada um com suas próprias características, pontos fortes e fracos. Abaixo, listamos alguns dos tipos mais comuns de servo motores com suas informações principais resumidas em tópicos.

• Características: Opera com corrente contínua e possui escovas para a comutação das bobinas do motor. Geralmente, oferece alta velocidade e resposta dinâmica;
• Pontos fortes: Custo relativamente baixo, alta velocidade, ampla faixa de torque e ampla disponibilidade de modelos;
• Pontos fracos: Desgaste das escovas ao longo do tempo, menor vida útil em comparação com servo motores sem escovas;
• Aplicações comuns: Robótica, máquinas-ferramenta, automação industrial, equipamentos de controle de processo.

• Características: Utiliza ímãs permanentes e comutação eletrônica para eliminar a necessidade de escovas. Oferece alta eficiência e maior vida útil;
• Pontos fortes: Alta eficiência, baixa manutenção, alta densidade de potência, ampla faixa de velocidade;
• Pontos fracos: Preço relativamente mais alto, requer controle eletrônico mais sofisticado;
• Aplicações comuns: Robótica, automação industrial, equipamentos médicos, veículos elétricos, aeromodelismo.

• Características: Opera com corrente alternada e pode ser alimentado diretamente pela rede elétrica. Oferece alta potência e torque;
• Pontos fortes: Alto torque, ampla disponibilidade de energia elétrica, alta confiabilidade;
• Pontos fracos: Menor controle de velocidade em baixas rotações, complexidade do controle de posição precisa;
• Aplicações comuns: Robótica industrial, automação de linha de produção, controle de válvulas, maquinário pesado.

• Características: Transforma o movimento rotacional em movimento linear. Possui uma haste que se estende ou retrai para realizar o trabalho;
• Pontos fortes: Precisão de posicionamento linear, alta força de tração, simplicidade mecânica;
• Pontos fracos: Restrição do movimento em apenas uma direção, menor velocidade em comparação com servo motores rotativos;
• Aplicações comuns: Automação industrial, sistemas de posicionamento, máquinas de embalagem, máquinas de impressão.

• Características: Converte pulsos elétricos em movimento angular discreto. É utilizado principalmente em sistemas de posicionamento de precisão;
• Pontos fortes: Baixo custo, controle preciso de posição angular, alta capacidade de retenção de torque;
• Pontos fracos: Baixa velocidade em comparação com servo motores de corrente contínua, não é adequado para aplicações de alta dinâmica;
• Aplicações comuns: Impressoras 3D, máquinas CNC, equipamentos de posicionamento, robótica de baixo custo.

É importante destacar que essas são apenas algumas categorias de servo motores, e existem variações e modelos específicos dentro de cada tipo. As características, pontos fortes e fracos podem variar dependendo do fabricante e do modelo específico do servo motor.

Com base em sua ampla aplicabilidade e uso na indústria, os servo motores mais comumente empregados incluem:

• Servo Motores de Corrente Contínua sem Escovas (BLDC): Os servo motores BLDC são amplamente utilizados em várias indústrias, como automação industrial, robótica, sistemas de controle de movimento e equipamentos médicos. Esses motores oferecem alta eficiência, baixa manutenção e alto desempenho, sendo capazes de atender a uma ampla gama de requisitos de controle de movimento.
• Servo Motores de Corrente Alternada (AC): Os servo motores AC também são bastante utilizados em aplicações industriais. Eles são empregados em robótica industrial, controle de máquinas-ferramenta, linhas de produção automatizadas e em sistemas de controle de processos. Os motores AC oferecem alto torque e potência, sendo especialmente adequados para aplicações que requerem movimentos de cargas pesadas.
• Servo Motores de Passo: Embora os servo motores de passo não sejam tão comuns quanto os outros tipos mencionados, eles têm sua aplicabilidade em certos cenários. São utilizados em impressoras 3D, máquinas CNC, equipamentos de posicionamento e outros sistemas que exigem controle preciso de movimento angular. Os motores de passo são conhecidos por sua precisão e capacidade de retenção de torque, tornando-os adequados para aplicações que exigem posicionamento preciso.

Lembre-se de que as preferências e o uso de servo motores podem variar dependendo do setor industrial, dos requisitos específicos da aplicação e das preferências dos fabricantes de equipamentos.

Recomenda-se consultar empresas especializadas e fornecedores de servo motores para obter informações atualizadas e específicas sobre as tendências do setor.

O servo motor pode ser uma solução de automação industrial interessante para algumas aplicações, mas não oferece a mesma flexibilidade e inteligência na utilização que outros sistemas.

Os robôs colaborativos, ou cobots, por exemplo, são mais flexíveis, fáceis de programar, possuem instalação simplificada, são leves, seguros, podem ser usados sem células de segurança após apreciação de riscos obrigatória, possuem pouco impacto no chão de fábrica e ainda são muito bons em operações de baixo mix e alto volume.

Já são mais de 50.000 cobots implementados ao redor do mundo pela Universal Robots, atendendo indústrias de diferentes segmentos e portes, em aplicações como paletização, soldagem, aplicação de cola, aplicação de tinta, parafusamento, lixamento, inspeção de qualidade e muito mais.

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