Composant · Actionneur
Servo Gripper
Un servomoteur, une tringlerie et deux doigts — l'organe terminal le moins cher. Ce qu'il tient vraiment, pourquoi il écrase le fragile, quoi changer d'abord.
Présentation
Une pince à servomoteur est le plus petit organe terminal complet : un servomoteur hobby, une tringlerie qui convertit la rotation du palonnier en deux mors bougeant ensemble, et deux doigts avec des patins. La plupart sont imprimées ; le cadre est une seule pièce, la tringlerie est soit une paire d’engrenages sur les deux pivots de doigts soit des ciseaux, et l’ensemble pèse 30–60 g avec le servomoteur.
Elle existe parce que c’est l’objet le moins cher en robotique qui transforme un système de positionnement en machine qui fait quelque chose. Elle a aussi un ensemble très précis de limites, et chacune remonte à un seul fait : un servomoteur hobby commande un angle et votre objet se soucie d’une force.
Le seul chiffre que personne ne publie
Chaque annonce cite le couple de blocage du servomoteur. Presque aucune ne cite le bras de levier — la distance du centre du palonnier à l’endroit où le patin touche réellement l’objet — et c’est la moitié de l’équation qui décide de ce que la pince peut faire :
F_jaw = τ_stall / L| Bras de levier | Force au blocage (SG90) | Continue (~70 %) | Course des mors par pas servo | Ouverture sur 120° de balayage |
|---|---|---|---|---|
| 12 mm | 14,67 N | 10,27 N | 0,209 mm | 25 mm |
| 20 mm | 8,80 N | 6,16 N | 0,349 mm | 42 mm |
| 30 mm | 5,87 N | 4,11 N | 0,524 mm | 63 mm |
| 45 mm | 3,91 N | 2,74 N | 0,785 mm | 94 mm |
| 60 mm | 2,93 N | 2,05 N | 1,047 mm | 126 mm |
Un bras court est meilleur en force et en résolution. Ce qu’il coûte, c’est la plage, et la plage est fixée par la chose la plus large à saisir. L’ordre de conception est donc : mesurez votre plus gros objet, choisissez le bras de levier qui ouvre assez, et acceptez la force qui en sort. Si la force ne suffit pas, c’est alors qu’il faut chercher un servo plus gros ou une autre tringlerie — pas avant.
Mesurez L sur la pince réelle. Sur une pince angulaire, il change avec la largeur de l’objet, c’est pourquoi la même pince semble forte sur une pièce de 20 mm et faible sur une de 50 mm.
Ce qu’elle tiendra ou non
Avec un SG90 sur un bras de 30 mm (4,11 N continus), des patins genre caoutchouc à μ 0,4, un facteur de sécurité de 2 et un levage vif :
| Objet | Tient ? | Pourquoi |
|---|---|---|
| Boulon M6, 12 g | oui, facilement | Léger, μ élevé, indestructible |
| Bloc de bois, 40 g | oui | Marge confortable |
| Œuf de poule, 58 g | oui — mais en bloquant | Veut 1,9 N ; le servo se cale à 4,1 N, sous la limite d’écrasement de 30 N de l’œuf |
| Bouteille PET vide, 20 g | oui, limite | Surface lisse, μ bas, et elle se cabosse |
| Gobelet papier, 8 g | non | S’écrase vers 4 N, là où le servo se cale |
| Fraise, 15 g | non | S’écrase vers 3 N |
| Pièce 200 g en mouvement rapide | non | Veut 6,6 N ; raccourcissez le bras à 18 mm ou ralentissez |
Notez le motif des échecs : les choses légères et délicates échouent et les lourdes solides non. C’est l’inverse de l’intuition et c’est le problème central de ce composant.
Pourquoi elle écrase les choses délicates
Le bouton de la pince est une position. Les limites de l’objet sont des forces. Le taux de change entre elles est la raideur en série du doigt, du patin, de la tringlerie et de l’objet, et avec des pièces imprimées rigides ce taux est brutal :
usable window (mm) = ( min(F_crush, F_servo) − F_slip ) / k| Doigt | k | Fenêtre sur une fraise | Positions servo qui marchent |
|---|---|---|---|
| Imprimé rigide | 25 N/mm | 0,108 mm | 0 |
| Patin mousse | 4 N/mm | 0,677 mm | 1 |
| Ressort en série | 0,8 N/mm | 3,386 mm | 7 |
| Lame flexible imprimée | 0,35 N/mm | 7,739 mm | 15 |
Une pince rigide ne tombe jamais dans sa propre fenêtre. Elle dépasse et reste calée au plafond de force du servo, ce qui marche seulement parce que ce plafond est sous la limite d’écrasement de la plupart des objets solides — le servo servant d’embrayage non conçu. Montez un servo plus fort et l’embrayage monte, et il casse aussi les œufs.
Le simulateur de pince permet de faire jouer tout cela l’un contre l’autre, et force, blocage et compliance d’une pince à servomoteur détaille la correction.
La construire ou l’acheter
Imprimez-la. Les trois nombres qui comptent — bras de levier, ouverture des mors, raideur des doigts — sont exactement ceux qu’un kit acheté fige à des valeurs choisies pour une photo produit. Une pince imprimée permet de fixer le bras de levier depuis votre pièce et de changer un doigt flexible en dix minutes.
Ce qu’il faut bien faire :
| Décision | Faites ceci |
|---|---|
| Bras de levier | Fixé par l’objet le plus large, puis vivez avec la force |
| Tringlerie | Une paire d’engrenages sur les deux pivots garde les mors symétriques et autocentrés. Une conception à un seul doigt pousse la pièce de côté en se fermant |
| Matière des doigts | PETG ou nylon pour les lames. Le PLA flue en charge soutenue et prend une forme en semaines |
| Patins | TPU ou mousse EVA autocollante. Double à peu près μ par rapport au PLA nu, et ajoute de la compliance gratis |
| Compliance | Un ressort d’extension entre palonnier et doigt est les 40 centimes au meilleur rendement du montage |
| Butée dure | Pour qu’une consigne folle ne mette pas le ressort en butée et n’envoie pas tout le couple de blocage dans la tringlerie |
| Rétroaction | Un micro-interrupteur à levier sur un doigt, environ 50 centimes. C’est ce qui fait d’une démo une machine |
| Câblage | Alimentation servo sur son propre rail, masse commune, quelques centaines de µF près du servo |
Ce qu’elle ne fait pas
À dire explicitement, car ce sont les raisons de prendre autre chose :
- Pas de commande en force. Vous commandez une position et déduisez une force. Si votre tâche veut une force spécifiée, il faut un capteur d’effort ou un contrôleur à mesure de courant, pas ceci.
- Pas de détection de prise seule. Un servomoteur hobby simple ne dit rien. Ajoutez un interrupteur.
- Médiocre sur objets ronds, coniques ou irréguliers. C’est de la fermeture par force, pas un problème de force, et serrer plus fort aggrave.
- Ne peut pas tenir indéfiniment. Courant de blocage, chaleur, et servo mort. Concevez le cycle de service.
- Deux contacts laissent la pièce pivoter. Les objets longs tournent hors des mors en mouvement. Trois contacts ou un doigt enveloppant corrigent.
Où elle s’insère
C’est l’organe terminal pour le kit bras 4 axes et pour le robot pick-and-place. Il se pilote exactement comme tout autre servo — un canal PWM, ou un sur seize sur un PCA9685 une fois que le bras a plus d’articulations que la carte n’a de minuteurs.
Si vous saisissez des objets plats et lisses par le dessus, arrêtez-vous et chiffrez d’abord une ventouse et une petite pompe. Ce sera moins cher, plus rapide et plus doux que tout ce que vous pouvez imprimer.
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Utilisé dans ces réalisations
Projets, parcours d'apprentissage et simulateurs qui intègrent le composant Servo Gripper.
Questions
FAQ : Servo Gripper
Qu'est-ce qu'une pince à servomoteur ?
Un organe terminal à deux doigts entraîné par un seul servomoteur hobby, généralement via une paire d'engrenages ou une tringlerie en ciseaux pour que les deux mors bougent ensemble. C'est la chose la moins chère qui soulèvera un objet, elle se visse au poignet de tout bras hobby, et c'est ce qu'utilise presque tout premier montage de pick-and-place. L'ensemble fait typiquement un cadre imprimé plus un SG90, et coûte quelques livres.
Combien une pince à servomoteur peut-elle soulever ?
La force des mors vaut le couple de blocage divisé par le bras de levier, donc un SG90 à 0,176 N·m avec un bras de 30 mm donne 5,87 N au blocage et environ 4,11 N en continu. Ce que cela soulève dépend du frottement : avec la formule standard F = m(g + a)·SF/(μ·n), 4,11 N de force de mors à μ 0,4 avec un facteur de sécurité de 2 et un levage vif tiennent environ 100–120 g. Divisez le bras de levier par deux et vous doublez la force — et divisez par deux l'ouverture des mors.
Pourquoi ma pince à servomoteur écrase-t-elle tout ?
Parce que vous commandez une position et que l'objet se soucie d'une force, et que des doigts imprimés rigides convertissent l'une en l'autre bien trop brutalement. Avec des doigts rigides, la fenêtre utilisable entre lâcher une fraise et la détruire fait environ 0,1 mm de course de mors, alors qu'un pas de servo déplace les mors d'environ 0,5 mm. Aucune consigne ne tombe dans la fenêtre. Mettez une mousse, un ressort ou une lame flexible imprimée en série et la fenêtre s'ouvre en proportion de 1/k.
Faut-il une rétroaction sur une pince à servomoteur ?
Pas pour serrer, mais oui pour savoir si la prise a marché. Un servomoteur hobby simple est en boucle ouverte pour vous — il tient un angle et ne dit rien. La réponse utile la moins chère est un micro-interrupteur à levier à l'intérieur d'un doigt, environ 50 centimes, donnant un signal numérique il-y-a-quelque-chose. La mesure de courant marche aussi et détecte en plus un écrasement, au prix d'un seuil à étalonner.
Tenir un objet endommagera-t-il le servomoteur ?
Oui, en cas de maintien long. Une pince fermée sur un objet est un servomoteur bloqué tirant environ 0,5 A sans air, et un SG90 chauffe en dizaines de secondes et meurt en minutes de cela. Ouvrez les mors dès la pièce posée, reculez la consigne d'un pas ou deux après la prise, alimentez le servo depuis sa propre alimentation, et pour les longs maintiens utilisez une tringlerie à genouillère ou un verrou mécanique qui ne tire rien.
Faut-il acheter un kit ou l'imprimer ?
Imprimez-la. La géométrie qui compte — le bras de levier, l'ouverture des mors, la raideur des doigts — est exactement ce qu'un kit acheté fige pour vous à des valeurs choisies pour la photo plutôt que pour votre pièce. Une pince imprimée permet de fixer le bras de levier depuis l'objet le plus large voulu et de changer un doigt flexible en dix minutes. N'achetez un kit que pour un cadre métal destiné à du lourd.
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