Vibração e zumbido do servomotor: causas e soluções

Resposta rápida

A maioria dos tremores e zumbidos dos servos vem de problemas de alimentação, não do servo em si. Alimente o servo a partir de uma fonte separada de 5-6V com capacidade de pelo menos 1A por servo pequeno, partilhe o terra com o Arduino e mantenha os fios de sinal curtos. Se o tremor continuar, o servo pode estar danificado ou a carga pode ser demasiado pesada para a sua classificação de binário.

Porque é que os servos tremem: as três causas reais

Um servo é um motor de malha fechada: compara o sinal PWM com o seu potenciómetro interno e aciona o motor até os dois coincidirem. O tremor e o zumbido acontecem quando essa malha é perturbada. Existem apenas três causas práticas: alimentação instável, sinal ruidoso ou sobrecarga mecânica. A alimentação é de longe a mais comum. O regulador de 5V integrado do Arduino fornece normalmente apenas 500mA, e um servo pequeno pode consumir 700mA ou mais no instante em que começa a mover-se. Essa queda de tensão reinicia a lógica interna do servo e produz um tremor rápido. Os problemas de sinal vêm a seguir: fios longos, terras deficientes ou PWM de um pino que também está a acionar um LED ou um buzzer. A sobrecarga mecânica vem por último: se a alavanca estiver a lutar contra uma carga pesada ou uma ligação presa, o servo procura continuamente e zumbe na corrente de bloqueio.

Ruído na alimentação: a correção mais comum

Desligue o fio de alimentação do servo do Arduino e alimente-o a partir de uma fonte separada de 5-6V. Um pack de baterias 4xAA ou uma fonte de bancada funciona para testes. Ligue o terra do servo tanto ao terra da fonte como ao terra do Arduino. Esta única alteração corrige a maioria dos tremores porque o regulador do Arduino deixa de sofrer quebras de tensão. Se já estiver a usar uma fonte separada e ainda ouvir zumbido, adicione um condensador eletrolítico de 470uF a 1000uF entre os pinos de alimentação e terra do servo, perto do servo. O condensador absorve os picos de corrente que ocorrem sempre que o motor arranca. Para projetos de motores DC onde também precisa de controlo de velocidade, um controlador de velocidade PWM como o 1203BK pode isolar o ruído do motor da alimentação lógica, embora não seja um driver de servo. Mantenha os fios de alimentação do motor e da lógica separados e entrançe o par de alimentação para reduzir o ruído irradiado.

Verificações de sinal e cablagem para zumbido de servo Arduino

Se a alimentação estiver limpa e o servo ainda tremer, observe o caminho do sinal. Use um fio jumper curto, com menos de 20cm, entre o pino do Arduino e o fio de sinal do servo. Fios de sinal longos captam ruído de motores e fontes de comutação. Evite os pinos 0 e 1 num Uno se usar serial; a biblioteca Servo desativa o PWM nos pinos 9 e 10 em algumas placas, por isso consulte a documentação da sua placa. No código, certifique-se de que não está a atualizar a posição do servo mais rápido do que ele consegue mover-se. Um erro comum é escrever uma nova posição a cada iteração do loop com um valor que muda ligeiramente devido ao ruído do sensor. Adicione uma banda morta: só chame servo.write() quando o alvo mudar mais de 2 graus. Se usar um sensor externo para comandar o servo, filtre a leitura do sensor. Por exemplo, um módulo RTC como o DS1302 não é um sensor, mas se o seu projeto mover um servo com base no tempo, leia o tempo uma vez por segundo, não a cada loop.

Causas mecânicas: quando o servo luta contra si mesmo

Desligue a alavanca do servo e execute o servo sem carga. Se o zumbido desaparecer, o problema é mecânico. Verifique se há bloqueios na ligação, uma alavanca pressionada demasiado para dentro da estria, ou uma carga que excede o binário do servo. Servos pequenos como o SG90 têm um binário de bloqueio de cerca de 1.8 kg-cm a 4.8V; empurrá-los além disso causa procura constante e calor. Verifique também se o servo está montado com segurança. Uma montagem solta faz o servo vibrar, o que o potenciómetro interno lê como erro de posição, criando um ciclo de feedback. Se o servo zumbe mesmo sem carga e com alimentação limpa, o potenciómetro interno ou a engrenagem podem estar gastos. Nesse caso, a substituição é a solução prática.

Quando parar de resolver problemas e substituir o servo

Se já tentou uma fonte de alimentação separada, um condensador, fios de sinal curtos e um teste sem carga, e o servo ainda treme ou zumbe, o próprio servo está provavelmente danificado. O desgaste do potenciómetro interno é comum em servos baratos após uso prolongado. Antes de substituir, verifique o sinal com um testador de servos ou um pino Arduino conhecido como bom. Se um servo novo funcionar na mesma configuração, o antigo é o problema. Se um servo novo também tremer, o problema está no caminho de alimentação ou sinal, não no servo. Não continue a usar um servo a zumbir sob carga; a corrente de bloqueio pode sobreaquecer o motor e danificar o driver ou a fonte.

Tabela de diagnóstico de tremor de servo

• Zumbido ou tremor quando o servo começa a mover-se: O regulador de 5V do Arduino está a sofrer quebras sob a corrente de arranque do servo. Alimente o servo a partir de uma fonte separada de 5-6V com capacidade de pelo menos 1A por servo pequeno e ligue os terras entre si. Se o tremor parar, a solução é uma fonte dedicada para o servo.
• Zumbido contínuo de baixo nível sem comando de movimento: O servo está a receber um sinal ruidoso ou está mecanicamente carregado. Verifique fios de sinal longos, um terra partilhado ou uma ligação presa. Adicione uma banda morta no código para que pequenas mudanças do sensor não atualizem o servo. Se o zumbido parar quando desligar a alavanca, o problema é mecânico.
• Tremor que persiste com alimentação limpa e sem carga: O potenciómetro interno ou as engrenagens do servo estão provavelmente gastos. Teste com um servo conhecido como bom. Se o servo novo funcionar, substitua o antigo. Pare de resolver problemas e substitua o servo se uma unidade nova se comportar corretamente na mesma configuração.

Peças que ajudam com alimentação e sinal de servo

• Controlador de velocidade PWM DC 6V-28V 3A 1203BK – Potenciómetro ajustável: Controlador de velocidade PWM DC 6V-28V 3A 1203BK com potenciómetro ajustável, capacidade de 80W e design compacto de 50×32×15mm. Útil para projetos de motores DC onde precisa de isolar o ruído do motor da sua alimentação lógica; não é um driver de servo, mas pode ajudar a testar se o ruído do motor está a causar tremor.
• Módulo de relógio de tempo real -DS1302: O módulo de relógio de tempo real DS1302 fornece contagem de segundos, minutos, horas, dia, data, mês e ano com um cristal integrado e backup CR2032, comunicando através de uma interface serial de 3 fios. Se o seu projeto de servo for baseado no tempo, ler o tempo uma vez por segundo em vez de a cada loop reduz atualizações desnecessárias do servo que podem causar tremor.