Servo Brick¶

Features¶

• Steuert bis zu 7 RC Servos mit max. 3A über USB
• Brushless Motoren über externe ESCs ebenfalls steuerbar
• API für viele Programmiersprachen verfügbar
• Unterstützt TurboPWM
• Über API einstellbare Servospannung, Periode und Pulsweite
• Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung steuerbar
• Erweiterbar über zwei Bricklet Anschlüsse

Beschreibung¶

Der Servo Brick kann bis zu 7 RC Servos mit einem maximalen Strom von 3A per USB steuern. Eine API für viele Programmiersprachen ermöglichen das Steuern der Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung der angeschlossenen Servos. Die Ausgangsspannung ist ebenfalls per API einstellbar (max. 9V), der Stromverbrauch jedes Servos kann einzeln gemessen werden. Zusätzlich kann die PWM jedes Servos einzeln konfiguriert werden.

Modellbau-Fahrtenregler (Electronic Speed Controller - ESC) können anstatt der Servos angeschlossen werden und ermöglichen es andere Motoren, wie z.B. Brushless Motoren, zu steuern. Es muss nur der richtige ESC abhängig vom Motor gewählt werden, so dass auch Motoren mit einem Stromverbrauch von 150A und mehr steuerbar sind.

Über zwei Anschlüsse können Bricklets angeschlossen werden, die die Fähigkeiten des Bricks erweitern. Der Servo Brick kann mit anderen Bricks in einem Stapel genutzt werden. Zum Beispiel kann ein zusätzlicher Master Brick mit Master Extensions genutzt werden, um die USB Verbindung durch andere kabelgebundene Schnittstellen (RS485, Ethernet) oder drahtlose Schnittstellen (WLAN) zu ersetzen.

Die Versorgung der Servos erfolgt entweder über eine externe Stromversorgung (schwarze Stromversorgungsbuchse), die direkt an den Brick angeschlossen wird, oder über die interne Stromversorgung des Stapels. Der Brick schaltet automatisch auf externe Stromversorgung um, sobald eine angeschlossen wird.

Technische Spezifikation¶

* einstellbar pro Servo

Ressourcen¶

• MCP3008 Datenblatt (Download)
• Schaltplan (Download)
• Umriss und Bohrplan (Download)
• Quelltexte und Platinenlayout (Download)
• 3D Modell (Online ansehen | Download: STEP, FreeCAD)

Anschlussmöglichkeit¶

Das folgende Bild zeigt die verschiedenen Anschlussmöglichkeit des Servo Bricks.

Erster Test¶

Um einen Servo Brick testen zu können, müssen zuerst Brick Daemon und Brick Viewer installiert werden. Brick Daemon arbeitet als Proxy zwischen der USB Schnittstelle der Bricks und den API Bindings. Brick Viewer kann sich mit Brick Daemon verbinden, gibt Informationen über die angeschlossenen Bricks und Bricklets aus und ermöglicht es diese zu testen.

Schließe einen RC Servo und eine passende Stromversorgung an den Brick an. Der Aufbau sollte dem im folgenden Bild ähnlich sehen.

Wenn der Brick per USB an den PC angeschlossen wird sollte einen Moment später im Brick Viewer ein neuer Tab namens "Servo Brick" auftauchen. Wähle diesen Tab aus.

Auf der linke Seite des Tabs kann der einzustellende Servo ausgewählt werden. Dieser kann ein- und ausgeschaltet, die zulässige PWM Pulsweite eingestellt und der Winkelbereich definiert werden. Zusätzlich wird der Stromverbrauch des Servos angezeigt. Weiter unten finden sich vier Regler mit denen Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Servos kontrolliert werden können. Der vierte Regler dient zur Einstellung der PWM Periode (siehe Servo PWM einstellen für weiterführenden Information).

Auf der rechten Seite wird die externe und die Versorgungsspannung des Stapels angezeigt. Darunter findet sich eine graphische Darstellung des Zustandes jedes Servos. Ganz unten können die Mindesteingangsspannung und die Ausgangsspannung eingestellt werden. Wird die Mindesteingangsspannung unterschritten wird der Undervoltage Callback ausgelöst.

Unten rechts ist der "Start Test" Knopf, dieser startet eine Testsequenz bei der alle Servos zufällige Bewegungen ausführen.

Nun kann ein eigenes Programm geschrieben werden. Der Abschnitt Programmierschnittstelle listet die API des Servo Brick und Beispiele in verschiedenen Programmiersprachen auf.

Servo PWM einstellen¶

Typischerweise wird ein RC Servo über ein PWM Signal mit 20ms Periode und 1ms bis 2ms Pulsweite gesteuert. Dabei definiert die Pulsweite die gewünschte Position. Es gibt aber auch Servos die nicht diesem Standard entsprechen, daher erlaubt der Servo Brick alle Parameter des PWM Signals zu konfigurieren.

Der Standardwert für die Periode ist 19,5ms. Diese Periode funktioniert mit allen bisher getesteten Servos (20ms funktioniert mit einigen chinesischen Servos nicht zuverlässig). Falls im Datenblatt des Servos eine Periode angeben ist sollte dieser Wert auch eingestellt werden. Es ist allerdings eher unwahrscheinlich, dass dieser Wert verändert werden muss.

Eher interessant ist die minimale und maximale Pulsweite. Der Standardbereich ist 1ms bis 2ms. Die meisten Servos können aber auch einen größeren Winkelbereich fahren wenn der Bereich der Pulsweite vergrößert wird. Falls im Datenblatt des Servos eine Angabe über die zulässige Pulsweite gemacht ist sollte diese entsprechend eingestellt werden. Falls der zulässige Bereich der Pulsweite unbekannt ist können die richtigen Werte durch Ausprobieren angenähert werden. Dazu muss der Bereich solange vergrößert werden bis der Servo anfängt zu stottern. Der zulässige Bereich sind dann der nächste kleiner, bei dem der Servo noch nicht stottert.

Stromversorgung¶

Der Servo Brick hat eine interne Stromversorgung, die es ermögliche die Ausgangsspannung für die Servos einzustellen. Die interne Stromversorgung kann entweder über den schwarzen Stromversorgungsstecker auf der Platine versorgt werden oder über eine Stromversorgung die unter den Brick gesteckt wird. Der Brick schaltet von selbst auf extern Versorgungen um, wenn am schwarzen Stecker eine Spannung anliegt. Da die interne Stromversorgung einen Step-Down Regler verwendet muss die Eingangsspannung am schwarzen Stromversorgungsstecker 1V höher sein als die eingestellt Ausgangsspannung für die Servos. Andernfalls ist ein stabiler Betrieb nicht gewährleistet.

Brushless Motoren mit ESCs verwenden¶

Mit dem Servo Brick können bis zu 7 Brushless Motoren mittels externen Electronic Speed Controllern (ESC) gesteuert werden. Dazu muss einfach der Brushless Motor an den ESC und der ESC an den Servo Brick angeschlossen werden. Mit diesem Aufbau ist der maximale Motorstrom nur durch den verwendeten ESC beschränkt.

Andere Hardware anschließen¶

Es können auch andere Geräte wie z.B. Lüfter mit PWM Eingang (nicht zu verwechseln mit Tachoausgang) gesteuert werden. Diese dürfen nur direkt über das Servo Brick mit Strom versorgt werden, wenn die normale Gerätespannung unter 9V liegt.

Möchte man z.B. einen 12V Lüfter betreiben, so sollte dieser nicht über das Servo Brick versorgt werden! Auftretende Spannungsspitzen können dazu führen, dass die Maximalspannung von 10V (definiert durch einen verbauten Tantal-Kondensator) überschritten wird und der Tantal-Kondensator explodiert! Um dies zu verhindern sollte der Lüfter extern über 12V versorgt werden (12V, Masse). Das PWM Signal kommt dann vom Servo Brick. Masse muss ebenfalls mit dem Servo Brick verbunden werden.

Fehler LED¶

Die rote LED leuchtet wenn die Versorgungsspannung unter das einstellbaren Minimum fällt.

Programmierschnittstelle¶

Siehe Programmierschnittstelle für eine detaillierte Beschreibung.

FAQ¶