1、サーボの動作原理
サーボは位置（角度）サーボドライバの一種であり、電子制御部品と機械制御部品で構成されています。制御信号が入力されると、電子制御部はコントローラの指示に従ってDCモータ出力の回転角度と速度を調整し、機械部によって制御面の変位と対応する角度変化に変換されます。サーボの出力軸は位置フィードバックポテンショメータに接続されており、出力角度の電圧信号をポテンショメータを介して制御回路基板にフィードバックすることで、閉ループ制御を実現します。
2、無人航空機への応用
ドローンにおけるサーボの応用は広範囲かつ重要であり、主に以下の側面に反映されています。
1. 飛行制御（ラダー制御）
① 機首方位とピッチ制御：ドローン用サーボは、主に飛行中の機首方位とピッチ制御に用いられ、自動車のステアリングギアに似ています。サーボは、ドローンに対する操縦面（ラダーやエレベーターなど）の位置を変化させることで、必要な操縦効果を生み出し、機体の姿勢を調整し、飛行方向を制御します。これにより、ドローンは所定のルートに沿って飛行し、安定した旋回と離着陸を実現します。
②姿勢調整：飛行中、ドローンは様々な複雑な環境に対応するために、常に姿勢を調整する必要があります。サーボモーターは操縦面の角度変化を正確に制御することで、ドローンの迅速な姿勢調整を支援し、飛行の安定性と安全性を確保します。
2. エンジンスロットルとスロットル制御
サーボはアクチュエータとして、飛行制御システムから電気信号を受信して、スロットルとエアドアの開閉角度を正確に制御し、燃料供給と吸入量を調整して、エンジン推力の正確な制御を実現し、航空機の飛行性能と燃料効率を向上させます。
このタイプのサーボには、精度、応答速度、耐震性、耐高温性、耐干渉性などについて非常に高い要件があります。現在、DSpower はこれらの課題を克服し、大量生産向けの成熟したアプリケーションを実現しています。
3. その他の構造制御
① ジンバル回転：ジンバルを搭載した無人航空機では、サーボがジンバルの回転制御も担っています。ジンバルの水平方向と垂直方向の回転を制御することで、サーボはカメラの正確な位置決めと撮影角度の調整を実現し、航空写真撮影や監視などの用途で高品質な画像と動画を提供します。
②その他のアクチュエータ：上記の用途に加えて、サーボは投擲装置、エプロンロック装置など、ドローンの他のアクチュエータを制御するためにも使用できます。これらの機能の実装は、サーボの高精度と信頼性に依存します。
2、タイプと選択
1. PWMサーボ：小型・中型無人航空機では、PWMサーボが優れた互換性、強力な爆発力、そしてシンプルな制御動作から広く使用されています。PWMサーボはパルス幅変調信号によって制御され、応答速度が速く、高精度です。
2. バスサーボ：大型ドローンや複雑な動作が求められるドローンには、バスサーボが適しています。バスサーボはシリアル通信を採用しており、複数のサーボをメイン制御ボードから集中制御できます。位置フィードバックには磁気式エンコーダが一般的に採用されており、精度が高く寿命も長いだけでなく、様々なデータに基づくフィードバックを提供することで、ドローンの運用状態をより適切に監視・制御できます。
3、利点と課題
ドローン分野におけるサーボの応用は、小型、軽量、シンプルな構造、設置の容易さなど、大きな利点があります。しかし、ドローン技術の継続的な発展と普及に伴い、サーボの精度、安定性、信頼性に対する要求はますます高まっています。そのため、サーボの選定と使用においては、ドローンの安全かつ安定した運用を確保するために、ドローンの具体的なニーズと動作環境を総合的に考慮する必要があります。
DSpowerは、無人航空機（UAV）向けサーボ「W」シリーズを開発しました。オールメタルケースで、-55℃までの超低温耐性を備えています。CANバス制御で、IPX7の防水性能を備えています。高精度、高速応答、耐振動性、耐電磁干渉性などの優れた特長を備えています。ぜひご相談ください。
まとめると、無人航空機分野におけるサーボの応用は、飛行制御や姿勢調整といった基本機能にとどまらず、複雑な動作の実行や高精度な制御の提供など、多岐にわたる側面を包含しています。技術の継続的な進歩と応用シナリオの拡大に伴い、無人航空機分野におけるサーボの応用展望はさらに広がるでしょう。
投稿日時: 2024年9月23日