Modelářská serva - úprava na 360° otáčení

Běžná modelářská serva se mohou otočit nanejvýše o 180°, krom některých, která to zvládnou až o 270°. Poté servo dojede na mechanický doraz a pokus o další natočení může vést až ke zničení motorku nebo převodů serva - podle toho, která komponenta vydrží déle.
Pokud tedy chceme modelářské servo použít jako motor s převodovkou (např. pro pohon točny nebo třeba mlýnského kola) je nutné servo upravit. Postup úprav si přiblížíme v tomto článku.
Upravené servo bude možné řídit pomocí servodekodéru, lokomotivního DCC dekodéru nebo analogově (např. spínačem).

Princip úpravy

Z úvodního článku o modelářských servech je patrný princip funkce serva - vnitřní elektronika snímá polohu ramene serva a dolaďuje jí vůči řídícímu signálu. Pro zajištění kontinuálního pohybu je tedy nutné vnutit servu mylnou informaci o aktuálním natočení tak, aby se snažilo trvale dotahovat k požadované poloze. Pokud tedy řídící elektronice serva vnutíme jako zpětnou vazbu trvale hodnotu odpovídající středové poloze ramene, bude se při jakémkoliv požadavku na jinou polohu snažit natočit požadovaným směrem. Za normální situace by následovala změna zpětné vazby a servo by se zastavilo, zde však žádná změna ve zpětné vazbě nenastane a servo se bude dále otáčet. Informace o poloze ramene je snímána z potenciometru, který stačí nahradit vhodným odporovým děličem.
U takto upraveného serva tedy můžeme řídit směr otáčení serva podle toho, jestli chceme servo řídícím signálem natočit doleva či doprava vůči středové poloze a též rychlost otáčení podle toho, jak velkou výchylku od středové polohy po něm požadujeme.

Nutné mechanické úpravy spočívají v odstranění dorazů a propojení posledního kola se snímacím potenciometrem. Elektrické úpravy spočívají buď v kompletním odstranění elektroniky a jejím nahrazením např. DCC řadičem a nebo v modifikaci elektroniky tak, aby zpětná vazba v kombinaci se vstupním signálem zajistila trvalé otáčení motorku. Když už je servo rozebrané, doporučuji využít této příležitosti i pro základní odrušení serva.

Mechanické úpravy serva
Pro odstranění dorazů je třeba servo rozebrat - obvykle povolením čtyř šroubů ze spodní strany. Poté je možné sejmout vrchní kryt serva a získat tak přístup k převodovce. Nás zajímá v první řadě poslední převodové kolo ze kterého je třeba odstranit kolíčky (výstupky) dorazů a mechanickou vazbu na snímací potenciometr zpětné vazby. Při práci dávejte pozor, ať převody nezbavíte vazelíny a nenapadají Vám dovnitř piliny nebo jiné zbytky!
V případě velkých serv je situace jednodušší - ozubené kolo je nasazeno volně na ložisku a pro jeho sundání není třeba velké síly. Kolíčky dorazů odřízneme ostrým nožem, žiletkovou pilkou nebo třeba pilovým kotoučkem v mikrovrtačce. Mechanickou vazbu na potenciometr odstraníme vyhozením vložky na spodní části ozubeného kola. Pokud to není možné, můžeme použít vhodného vrtáčku pro zvětšení vnitřního otvoru tak, aby přestal potenciometrem otáčet. Alternativou může být též odříznutí ovládací hřídelky potenciometru.
U mikroserv tvoří hřídelka potenciometru přímo osičku převodovky, takže ji není možné jednoduše odstranit. V tomto případě je tedy nutné opatrně stáhnout převodová kolečka převodovky z osičky a potenciometr vyjmout pro provedení úprav. Potenciometr již nebude využit pro snímání polohy, takže jej můžeme odpájet od elektroniky aby šel lépe vyjmout. Přístup dovnitř je ze strany od osičky celkem pohodlný. Potenciometr má svoje dorazy které je třeba odbrousit. Dále je vhodné odstranit bronzové sběrače např. odříznutím nebo vytrhnutím. Protože nás již nezajímají elektrické vlastnosti této součástky není od věci ji promazat troškou oleje. Můžeme též odstranit již nepotřebné vývody serva na jeho spodní straně a zbytek potenciometru vrátit zpět do mikroserva.

Elektrické úpravy serva
Elektrické úpravy velkého serva lze provést i bez pájení - stačí nastavit potenciometr tak, aby servo bylo natočené na středovou polohu.
Pro mikroserva je třeba nahradit zničený potenciometr jiným způsobem - konkrétně dvojicí rezistorů vhodné velikosti. Potenciometr má typicky odpor 5k ohmů a středová hodnota odpovídá natočení do poloviny. Proto doporučuji opatřit si 2ks odporů 2k7, případně 2k49, které zapájíme na plošky po vodičích potenciometru. Vzhledem k rozměrům mikroserv doporučuji použít SMD součástky velikosti 0603, eventuálně 0805.
Pro některé účely může být vhodné použít ovládání pomocí lokomotivního DCC dekodéru - takto lze např. realizovat ručně řízený pohon točny dle návodu Houmra. Postup je jednoduchý - vyhodíme celou elektroniku serva a motorek připojíme přímo k dekodéru. Pokud dekodér neumí snížit výstupní napětí na max. napětí motorku serva (5V, resp. 6V) je nutné použít ještě předřadný odpor v sérii s motorkem.
Stejný postup lze použít pokud chceme servo řídit pouze analogově, např. tlačítky nebo spínačem bez jakéhokoliv servodekodéru.

Odrušení serva
Jak jsem popisoval v článku věnovaném rušení v kolejišti je komutátor stejnosměrných motorů velice nepříjemným zdrojem rušení. A protože levná serva mají odrušení velice špatné, pokud vůbec nějaké mají, je více než vhodné provést následující úpravy:
- přidat kondenzátor ~33nF nebo 47nF přímo mezi vývody motorku (pokud nepoužijeme lokomotivní DCC dekodér
- propojit kryt motorku se zemnícím vodičem (to je ten černý nebo hnědý vodič
Při pájení vodiče ke krytu motorku je třeba nezahřívat motor příliš dlouho, neboť hrozí nenapravitelná demagnetizace magnetů působením vysoké teploty.

Generování řídícího signálu
Pro řízení (nejen) takto upraveného serva můžeme využít např. servotester - továrně vyráběná krabička s potenciometrem, kterým můžeme nastavovat výchylku serva. Jejich ceny se ale pohybují v řádu několika set. Levnější verzi si ti zdatnější zvládnou vyrobit sami např. z obvodu založeného na multivibrátoru 555. Lze také sáhnout po jednoduché elektronice založené na destičce s procesorem, která využívá pro ovládání digitální signál, případně přímo DCC komunikaci. Výběr vhodného provedení obvodu závisí zejména na ovládání použitém pro řízení celého kolejiště. Řídící obvod by však měl být co nejblíže k ovládanému servu.