Jen málo modelářů neví, co to servo je a k čemu slouží. Je to přece ta krabička, která hýbe výškovkou, směrovkou, křidýlky a podobně. Z čeho se skládá, jaké typy serv a nejčastější závady?

Servo rozebrané na díly.

Serva se vyrábějí a prodávají v nejrůznějších velikostech, barevných provedeních, s různými parametry a cenami. Jedno mají ale společné. Jejich hlavní (a skoro jedinou) funkcí je nastavit výchylku své páky podle výchylky ovládací páky, pozice přepínače, nebo tahového potenciometru na vysílači. Navíc by vše mělo proběhnout co nejrychleji a páka serva by měla v nastavené pozici setrvat nezávisle na tom, jaká síla na ni působí. Tento článek si ovšem neklade za cíl objasnit všechny parametry serv. Spíše se podíváme na to, z čeho se serva skládají a co vše se v nich může porouchat.

Většina serv, nezávisle na velikosti, barvě, nebo výrobci se skládá z několika základních prvků. Těmi jsou:

• Mechanické části – zde patří převody, ložiska, páky, krabička serva a podobně.
• Motor – zdoj pohybu a síly pro páku serva.
• Potenciometr – snímá aktuální polohu páky serva.
• Elektronika – řídí motor na základě signálů od přijímače a aktuální polohy, ve které se nachází výstupní páka

Podívejme se na detaily a funkci každé z hlavních částí serva.

Převody:
Většina serv je v plastové krabičce, v jejíž horní části jsou umístěny převody (sadu ozubených kol), které jsou buď z plastu, nebo z kovu. Pevnost a tuhost těchto mechanických prvků ovlivňuje robustnost a hmotnost vlastního serva. Kovové převody obvykle značí, že servo je silnější a těžší, než stejné servo s plastovými převody. Při rozhodování o použití serva s plastovými nebo kovovými převody záleží hodně na jeho zamýšleném použití. Například v modelu malého letadla, které je určeno pro létání pouze v parku a na větší vzdálenost už není ani vidět, je zbytečné používat silné servo s ocelovými převody. Naopak, ve větším akrobatu je „plastové“ servo docela nebezpečné.

Detail převodů serva, na výstupní hřídeli je pro ilustraci nasazena páka.

Ložiska:
Na výstupní hřídel serva (na kterou se dává páka) a vlastně i na převody mohou během provozu působit velké síly a stranové zatížení. Je proto třeba zajistit, aby se výstupní hřídel moc nepohybovala do stran, ale pouze otáčela kolem své osy. Levná nebo malá serva tyto problémy moc neřeší a spoléhají se pouze na plastovou krabičku, ve které jsou uzavřena. Protože ale musí být kolem hřídele a krabičky mezera, aby se hřídel mohla volně otáčet, může se u těchto serv projevovat určitá vůle a nepřesnost při jejich zatížení. Pro malé a pomalé modely to nevadí a servo většinou funguje tak, jak má. Ale co když je servo větší, nebo se předpokládá, že bude zatěžováno opravdu hodně?

Silnější, větší, nebo přesnější serve nespoléhají jen na podporu krabičky, ale používají na výstupní hřídeli kuličková ložiska. Jejich použitím se výrazně eliminuje tření, opotřebení a i různé vůle mezi hřídelí a jejím uložením. Serva se liší i počtem ložisek. „Dobrá“ serva mají pouze jedno ložisko, které je většinou v horní části krabičky, tam, kde z ní vystupuje hlavní hřídel. „Ještě lepší“ serva mají ložiska dvě, jedno v horní částli a druhé ve spodní části výstupní hřídele.

Motory:
V servech se všeobecně používají pouhé tři typy motorů. Nejrozšířenějším typem je stejnosměrný motor se třemi nebo pěti póly (vinutími). Velkou výhodou těchto motorů je jejich nízká cena a vysoká odolnost. Nevýhodou je, že mají tendenci reagovat pomaleji. Důvodem pro to je jejich těžký rotor (železo a železné vodiče něco váží).

Druhým nejrozšířenějším typem je „coreless“ motor. Nedá se říci, který typ je používán více, proto berte toto rozdělení podle pořadí pouze informativně. „Coreless“ motor, jak už originální název napovídá, nemá těžký ocelový rotor. Namísto něho se používá lehký plastový rotor, na němž jsou navinuta jednotlivá vinutí. Výhodou tohoto typu motoru je vyšší rychlost jeho reakcí (díky nižší hmotnosti rotoru je jednodušší jej roztočit a zastavit). Tento motor má i vyšší kroutící moment, protože vinutí v něm může mít mnohem větší průměr. Výrobní náklady na „coreless“ motor jsou ovšem vyšší a tak se tyto motory používají hlavně do rychlých serv. Ale vzhledem k tomu, jak padají ceny, je čím dál více serv vybaveno právě tímto druhem motorů.

Stejnosměrný motorek serva.

Posledním typem motorů, se kterým se lze v servech setkat, jsou střídavé motory. Tyto typy motorů mohou být navrženy tak, aby poskytovaly vysokou úroveň točivého momentu (čili aby byly silné). Střídavý motor má také výhodu v tom, že má jedinnou pohyblivou část (rotor) a na rozdíl od stejnosměrných motorů nemá žádné kartáče, které by přepínaly vinutí a které by se opotřebovávaly. Řízení motoru má na starosti regulátor, který řídí otáčky a rychlost motoru elektronicky. Serva s těmito motory jsou k vidění ovšem jen zřídka, jelikož výrobní náklady na střídavý motor a jeho ovládací obvod jsou v porovnání se stejnosměrnými druhy vysoké.

Řídící elektronika:
Uvnitř každého serva je malá deska s různými obvody, která se stará o vlastní řízení serva. Úkolem řídící elektroniky (někdy též nazývané jako zesilovač) je převod řídících signálů od přijímače na pohyb motoru a tím i na pohyb výstupní páky. Před dávnou dobou, kdy se proporcionální ovládání teprve vyvíjelo, byl k dispozici pouze analogový zesilovač, dnes je k dispozici i jeho digitální ekvivalent. Oba typy mají své výhody i nevýhody.

Přijímač posílá řídící signály v délce od jedné do dvou milisekund (1 / 1000 sekundy) a doba trvání signálu je úměrná výchylce serva. Střed je při délce signálu přibližně 1,5ms a záleží na každém servu a jeho výrobci, jak je střed určen. Tyto krátké impulzy jsou posílány k servu přibližně 50x za sekundu a pokaždé, když přijde impulz na standartní (analogový) zesilovač serva, tak zesilovač zkontroluje, jestli je výstupní páka serva v pozici, která odpovídá délce přijatého impulzu. Pokud je třeba s pákou pohnout, zesilovač vyšle krátký pulz do motoru serva a tak posune výstupní páku. Jak je vidět, motor serva není v provozu neustále, ale pouze po krátkou dobu po příchodu impulzu z přijímače. Není tak naplno využit kroutící moment motoru a servo nedosahuje plné rychlosti pohybu. Dalším problémem je, že točivý moment (a od něj odvozená síla serva) rapidně klesá s klesající vzdáleností, o kterou se má páka přesunout. Je-li tato vzdálenost dostatečně malá, točivý moment nemusí stačit k tomu, aby pákou vůbec pohnul (motor se nestihne roztočit) a výsledkem tak je „vrčení“ serva.

Elektronika řídící servo.

Od dob prvních analogových zesilovačů doba výrazně pokročila a s ní i technika. Na trhu je velké množství malých digitálních čipů, které se chovají jako malé počítače. Tyto tzv. mikrokontroléry mají vlastní malou paměť, dají se programovat a je tak jednoduché přizpůsobit jejich chování aktuálním potřebám. Není se tedy co divit, že si našly cestu i jako zesilovače v servech. Díky jejich použití může být servo mnohem rychlejší, silnější a přesnější.

Digitální obvod pro řízení serva pracuje zjednodušeně tak, že si zapamatuje poslední šířku signálu, kterou přijal od přijímače a motor řídí i v době, kdy žádný signál nedostává. Výsledkem je, že servo je silnější (motor pracuje neustále) a i přesnější, jelikož mikrokontroler může vyhodnocovat pozici páky i v době mezi řídícími impulzy. Digitální serva lze jednoduše identifikovat. Stačí je zapnout a zaposloucht se do zvuku, který vydávají. Díky vysoké frekvenci, se kterou je řízen motor, mohou „zpívat“ (například digitální serva Hitec), nebo „bručet“ (JR nebo Futaba). Možnosti digitálního chipu mají ještě další výhodu. Pokud to podporují, je možné je uživatelsky nastavovat (programovat) buď přes počítač (s použitím specifického propojovacího kabelu), nebo pomocí programátoru (malé krabičky, která se dodává jako příslušenství k servům). Díky programování je například možné nastavit rychlost serva, pásmo nečinnosti (o kolik se musí změnit výchylka páky na vysílači, aby se servo pohlo), maximální výchylky, směr serva a podobně. Tyto možnosti analogové serva nenabízejí.

Jak je z popisu zřejmé, digitální serva jsou všeobecně lepší než standartní. Je ovšem na zvážení každého modeláře, jaký druh použít. Do lehkých, cvičných a rekreačních modelů je mnohdy mnohem levnější použít analogové servo, které bude dostatečně vyhovovat a hlavně bude levnější.

Zpětná vazba:
Stále mluvíme o tom, že zesilovač v servu nastaví výstupní páku do polohy, která odpovídá poloze kniplu na vysílači (a šířce pulzu, který dostane od přijímače). Jak ale řídící elektronika pozná, v jaké poloze zrovna výstupní páka je a kam s ní pohnout? Tuto takzvanou zpětnou vazbu zajišťuje potenciometr (proměnný odpor), který je připojen k výstupní hřídeli a řídící elektronice. Se změnou polohy výstupní páky serva se mění i obvodové poměry (napětí a odpor) na potenciometru a tyto změny zpětně sleduje řídící elektronika.

Jelikož je potenciometr jedinou možností, jak může servozesilovač určit polohu, je třeba zajistit jeho co nejlepší funkci. Kvalitní serva používají i kvalitní potenciometry, ale zvláště levná serva se spokojí i s nižší kvalitou. Pokud se potenciometr opotřebuje, nebo zašpiní (na dráhu, po které jezdí jezdec potenciometru se dostane prach, nebo se část této dráhy prodře a stane se nevodivou), začne se servo chovat „divně“. Může se stát, že neudrží zvolenou polohu, vibruje, nebo neustále zajíždí k jedné z krajních poloh. Levné součástky mohou být také náchylné na vibrace a tak se výše uvedené chování nemusí ani projevit při testování na zemi, ale až během provozu modelu. Po stržených převodech je právě vada potenciometru druhou nejobvyklejší závadou serva (závadám a jejich odstraňování se budeme věnovat dále v článku).

Potenciometr pro zpětnou vazbu, který je umístěný rovnou na výstupní hřídeli.

Přívodní kablík:
Pro funkci serva je nutné jej nějak napájet a přivádět k němu i řídící signály od přijímače. Pro připojení se používá třížilový kablík, který má většinou silikonovou izolací a je velmi ohebný. U velkých serv se používají přívody z kroucených vodičů, které přispívají k potlačení indukce a rušivých napětí v situacích, kdy servem prochází velký proud. Každý z přívodních vodičů je odlišen jinou barvou a každý má jinou funkci: žlutý(oranžový), nebo bílý vodič je určen pro řídící signál, červený pro kladný pól napájení a hnědý, nebo černý je záporný pól napájení.

Výběr správného serva:
Při výběru serva je důležitější vybírat podle parametrů, zamýšleného použití a stylu jízdy/letu, než podle výrobce. Moderní serva se vyrábějí od maličkých třígramových s velmi malou silou, až po opravdu velká a silná serva s velkým tahem a silou. Vždy je ale třeba myslet na to, že pro špatnou volbu serva vzhledem k jeho použití není žádná omluva a dříve či později se hlavně poddimenzované servo poškodí. A jelikož platí Murphyho zákony, určitě se tak stane v nejméně vhodnou chvíli.

Pro malé modely (někdy označované jako „foamies“, nebo „parkflyers“) klidně postačí malá devítigramová serva. Jejich předností je pořizovací cena. V případě poškození tohoto malého serva vyjde jednodušeji poškozené vyhodit a nahradit druhým, než ztrácet čas pokusy o jeho opravu.

Pro větší modely (například letadla kolem 2,5 – 3 kg) se většinou používají serva označovaná jako „standartní“. Jsou o něco větší než předchozí a poskytují dostatek síly v porovnání se svou velikostí. Zde se již vyplatí uvažovat o servech s kuličkovým ložiskem, ovšem mnoho modelářů létá s levnými servy bez ložisek a nemají s nimi problémy. Znovu je třeba ovšem zdůraznit, že velmi záleží na plánovaném nasazení serva (kde a v jakých podmínkách bude pracovat).

Pokud se počítá s vyšším zatížením serva (například při 3D létání), je dobré zvážit použití digitálních serv, která jsou rychlejší a přesnější a také zvolit takové servo, které má kovové převody. Převody z kovu se mnohem hůře ničí a je tak mnohem menší šance, že se při nějakém manévru tzv „očešou převody“ (strhají zoubky na některých z převodových kol).

Údržba a závady serv:
Servo jako takové v podstatě nevyžaduje údržbu. Musí být ovšem správně dimenzováno a připevněno k modelu. Během předstartovní přípravy je ovšem dobré zkontrolovat, že všechna serva pracují, nevydávají žádné podezřelé zvuky a všechna táhla k nim jsou dostatečně pevně připojená. Pokud vše výše uvedené zkontrolujeme a nenajdeme závadu, kontrola serv je u konce. Horší to ovšem je, když se něco začne chovat „jinak“, nebo „divně“.

Pokud servo kmitá ikdyž má být podle vysílače v klidu, je pravděpodobně znečištěný, nebo poškozený potenciometr pro zpětnou vazbu. Pokud je odporová dráha pouze znečištěná, pomůže otevření krabičky serva a prostříknutí potenciometru vhodným přípravkem (např. Kontox). Pokud po zaschnutí přípravku a kompletaci začne servo pracovat a pracuje i po důkladném prozkoušení, byl potenciometr pouze špinavý. Pokud se chová pořád stejně, je pravděpodobně přerušená odporová dráha a v tomto případě pomůže jen výměna serva, nebo výměna potenciometru za druhý, který musí být ale stejných parametrů.

Jestli se servo pohybuje nepravidelně, vydává zvuky připomínající mlýnek na kávu, nebo se stále protáčí (je slyšet, že se motor točí) a páka stojí, jsou pravděpodobně poškozené převody. Většinou stačí otevřít vrch serva a zkontrolovat, jestli nemá některé z převodových kol stržené zuby. Pokud ano, je třeba vyměnit celou sadu převodů, ne pouze jedno poškozené kolo.

Mezi další projevy poškozeného serva patří například to, že je celé servo zablokované a nedá se s ním hnout ani na jednu stranu. Toto se může stát z více příčin, mezi které patří poškození převodů, nebo špatné uložení některých hřídelek v servu. Zde pomůže opět kontrola všech převodů a jejich uložení. Je-li servo během provozu horké, je třeba zkontrolovat přívodní kabely, jestli nejsou porušeny a jestli jsou správně připojeny. Zahřívání mohou také způsobit zadřené, nebo těžko se pohybující převody, které je třeba také zkontrolovat. Když zjistíte, že servo vrčí, může to být normální. Pokud je to pod zatížením, servo se pouze snaží působit proti síle, která jej tlačí. Pokud je servo digitální, může vrčet, nebo se projevovat jinými zvukovými projevy. Pokud vrčí analogové servo bez zatížení, někdy pomůže povolit šrouby, které drží krabičku o čtvrt až půl otáčky.

Závěrem:
Jak je už u dálkově ovládaných modelů zvykem, je třeba si uvědomit, že serva jsou pouze jedním článkem v dlouhém řetězci komponent, které máte ve svém modelu. Selhání každého prvku v tomto řetězci může vyústit až v katastrofu. Je proto třeba brát ohled na veškeré vybavení a věnovat mu náležitou pozornost. Serva sice nejsou extrémně náročná na údržbu, to ale v žádném případě neznamená, že by se na ně mělo cíleně zapomínat. Je třeba si i uvědomit, že jako každé jiné elektronické zařízení, mají i serva určitý odběr a teče jimi proud. Odběr serva může být docela velký a pokud tomuto nepřizpůsobíme napájecí zdroj, může se jednoduše stát, že dojde k přetížení nebo poklesu napětí a model bude neovladatelný.