Modifiche al servo - Servo modification



Il servo è un piccolo dispositivo con un asse esterno. Questo asse può ruotare in una specifica posizione angolare per mezzo di un segnale codificato. Fintanto che tale segnale codificato è inviato al servo, l'asse del servo mantiene la sua posizione. Se il segnale codificato cambia, anche l'asse del servo ruota alla nuova posizione. Nella pratica questi servo vengono utilizzati per muovere i piani di quota degli aeromodelli e per tutti i movimenti necessari ad un'auto radiocontrollata. Ovviamente sono ottimi anche per dare movimento alle culle per la fotografia aerea.

A Servo is a small device that has an output shaft. This shaft can be positioned to specific angular positions by sending the servo a coded signal. As long as the coded signal exists on the input line, the servo will maintain the angular position of the shaft. As the coded signal changes, the angular position of the shaft changes. In practice, servos are used in radio controlled airplanes to position control surfaces, they are also used in radio controlled cars and of course for the cradle for kite aerial photography.





I servi sono molto utili per movimentare le culle. Il motore è piccolo, come si vede nella foto sopra, hanno itegrato il circuito elettronico, e sono estremamente potenti per la loro dimensione. Un servo è composto da varie parti come si vede in foto. Il circuito elettronico per il controllo del motore, il motore, una cascata di ingranaggi e il contenitore.Inoltre dal contenitore escono tre cavi elettrici con all'estremità un connettore da inserire nella ricevente. Un cavo è per l'alimentazione positiva (+5volts), uno la massa o negativo (-ground) e infine il terzo per il controllo. A seconda delle case produttrici i colori di questi tre cavi può variare secondo la tabella.

Servos are extremely useful in robotics. The motors are small, as you can see by the picture above, have built in control circuitry, and are extremely powerful for their size. A standard servo such as the Futaba S-148 has 42 oz/inches of torque, which is pretty strong for its size. It also draws power proportional to the mechanical load. A lightly loaded servo, therefore, doesn't consume much energy. The guts of a servo motor are shown in the picture below. You can see the control circuitry, the motor, a set of gears, and the case. You can also see the 3 wires that connect to the outside world. One is for power (+5volts), ground, and the white wire is the control wire. The colors of that wires change for each model like you can see in the tab.



Visto ora come è composto un servo vediamo come funziona. il motore del servo dispone di un circuito di controllo e di un potenziometro, questo potenziometro è connesso con l'asse esterno. Questo potenziometro ha la funzione di monitorare la posizione dell'asse esterno. Se la posizione dell'asse è corretta, rispetto il segnale di controllo, il motore resterà fermo, se la posizione non è corretta il motore ruoterà sino a raggiungere la posizione corretta. Solitamente l'asse di un servo può lavorare su un angolo di 90 gradi, in un servo standard, l'asse, non può ruotare per 360 gradi, avendo, al suo interno, dei limitatori meccanici posti sull'ingranaggio terminale. La tensione applicata al motore è proporzionale con l'angolo che l'asse deve percorrere, se l'asse deve ruotare per un angolo di 90 gradi il motore ruoterà alla massima velocità, viceversa se l'angolo è piccolo il motore ruoterà lentamente. Questo viene chiamato controllo proporzionale. Ora ci si chiede come viene comunicato l'angolo in cui si deve portare l'asse del servo, il cavo definito precedentemente di controllo invia il segnale con la posizione. L'angolo è determinato dalla durata dell'impulso che è applicato al cavo di controllo. Questo impulso è chiamato Pulse Coded Modulation. Il servo si aspetta un impulso ogni 20 millisecondi (.02 secondi). La lunghezza dell'impulso determinerà quanto lunga dovrà essere la rotarione del motore. Per esempio, un impulso di 1.5 millisecondi, porterà ad una rotazione dell'asse sui 45 gradi o posizione di neutro. se l'impulso è più breve l'asse ruoterà in direzione dei 0 gradi e se maggiore di 1.5 millisecondi l'asse ruotera in direzione dei 90 gradi. Ora che si è appreso come funziona un servo ci si chiede come utilizzarli al meglio per le culle. In una culla i due movimenti principali sono l'inclinazione denominato "TILT" e la rotazione denominato "PAN". Se per il primo è sufficente un servo standard che ruoti di 90 gradi, per il secondo è sovente modificare il servo in modo che possa ruotare liberamente su 360 gradi. Questa modifica è semplice da eseguire, meglio se si lavora su un servo Futaba S-148 facilmente reperibile.

So, how does a servo work? The servo motor has some control circuits and a potentiometer (a variable resistor, aka pot) that is connected to the output shaft. In the picture above, the pot can be seen on the right side of the circuit board. This pot allows the control circuitry to monitor the current angle of the servo motor. If the shaft is at the correct angle, then the motor shuts off. If the circuit finds that the angle is not correct, it will turn the motor the correct direction until the angle is correct. The output shaft of the servo is capable of traveling somewhere around 90 degrees. A normal servo is used to control an angular motion of between 0 and 90 degrees. A normal servo is mechanically not capable of turning any farther due to a mechanical stop built on to the main output gear. The amount of power applied to the motor is proportional to the distance it needs to travel. So, if the shaft needs to turn a large distance, the motor will run at full speed. If it needs to turn only a small amount, the motor will run at a slower speed. This is called proportional control. How do you communicate the angle at which the servo should turn? The control wire is used to communicate the angle. The angle is determined by the duration of a pulse that is applied to the control wire. This is called Pulse Coded Modulation. The servo expects to see a pulse every 20 milliseconds (.02 seconds). The length of the pulse will determine how far the motor turns. A 1.5 millisecond pulse, for example, will make the motor turn to the 45 degree position (often called the neutral position). If the pulse is shorter than 1.5 ms, then the motor will turn the shaft to closer to 0 degrees. If the pulse is longer than 1.5ms, the shaft turns closer to 90 degrees. Now that you understand how a servo works, you can ask how you can use a servo for a cradle. In a cradle ther's two principals movements, inclination or "TILT" and rotation or "PAN". For the TILT you can use a standard servo ( 90 degrees) but for the PAN is better e servo modification to allow a 360 degrees rotation. The changes are quite easy to do, once you have seen the insides. This modification is known to work quite well on Futaba S-148 servos, which are commonly available.

Appresa la teoria sopra sappiamo che se portiamo l'asse del servo in posizione neutra (45 gradi) e rimuoviamo il potenziometro che ne controlla la posizione sostituendolo con una resistore fisso di equivalente valore, avremo che applicando un segnale di controllo al servo il motore inizierà a ruotare alla ricerca della nuova posizione angolare, ma essendo sprovvisto del sensore di controllo, ruotera continuamente sino a che non si invierà un nuovo segnale indicandogli la posizione di neutro.
Questa semplice ed economica modifica permetterà di avere una demoltiplica di notevole potenza e di piccole dimensioni.

Vediamo in dettaglio cosa fare per modificare un servo:

1. Sostituire il potenziometro interno con un equivalente resistore
2. Rimuovere gli stop meccanici sull'ingranaggio terminale

  • Materiale necessario:
  • Piccolo cacciavite a stella per aprire il servo
  • Saldatore elettrico per stagno
  • Pompa o treccia per rimuovere lo stagno
  • Tronchesi piccole o coltello per rimuovere gli stop meccanici
  • Due resistori da 2.2k (generalmente valori compresi tra 2.2k e 3.3k vanno bene)

Seguire questi passi per la modifica:

  • Aprire il servo svitando le quattro viti poste sotto al servo. Rimuovere la parte superiore del servo. Vi troverete la cascata di ingranaggi, generalmente ricoperta di grasso bianco.
  • Ponete attenzione a come sono disposti gli ingranaggi e rimuoveteli dal servo. L'ingranaggio più grande e fine posto al centro non necessita di essere rimosso. Vedi foto.
  • Localizzate e rimuovete (se vi sono) le due piccole viti che fissano il motore alla parte centrale del contenitore del servo
  • Rimuovete il circuito elettrico. Per fare ciò probabilmente è necessaria una pressione sull'asse del potenziometro in modo che si scastri, aiutatevi facendo pressione sul piano del banco da lavoro
  • Dalla parte posteriore del servo uscirà il circuito, il motore e il potenziometro.

The theory behind this hack is to make the servo think that the output shaft is always at the 45 degree mark. This is done by removing the feedback sensor, and replacing it with an equivalent circuit that creates the same readings as the sensor being at 90 degrees. Thus, giving it the signal for 0 degrees will cause the motor to turn on full speed in one direction. The signal for 90 degrees will cause the motor to go the other direction. Since the feedback from the output shaft is disconnected, the servo will continue in the appropriate direction as long as the signal remains.
The result of this is a really nice compact gearhead motor with built in electronics. The interface to this motor unit is a 1 wire control line, +5 volts for power, and a ground.

As for the details, there are actually only two modifications to make to the servo.

1. Replace the position sensing potentiometer with an equivalent resistor network
2. Remove the mechanical stop from the output shaft

Here are the steps. You will need a few supplies


  • small philips screwdriver for opening the case
  • a soldering iron
  • a desoldering pump or solder wick for removing the potentiometer
  • a sharp knife or wire cutters for removing the mechanical stop
  • Two 2.2k resistors (actually, anything between 2.2k and 3.3k will work, as long as they are equal values)

The following steps will help you make the modifications.

  • Open the case by removing the 4 screws located at the bottom of the servo. The bottom plate should come off easily. Remove the top of the case. You will find a set of gears under the top case, a several blobs of white grease. Try hard to save the grease by leaving it on the gears.
  • Be careful to note how the gears are arranged, and remove them from the top of the servo. The large fine tooth gear in the middle does not need to be removed. See the picture.
  • Locate and remove the two small philips head screws on the left shaft in the picture above. These screws go through the top case and into the drive motor.
  • Next, you need to remove the circuit board from the case. To do this, you will probably need to press down hard on the brass shaft on the right side. This is the top of the position potentiometer. I find that pressing that brass shaft against the edge of the workbench helps push it through.
  • From the bottom, very carefully pry up on opposing corners of the circuit board. The board should slide out with the motor and potentiometer attached. You should end up with the following parts on the table.


open servoServo with top and bottom removed


Servo with top and gears removed


Pot location


Disassembled servo motor.

  • Ora necessitate del saldatore per dissaldare in potenziometro dal circuito. Solitamente taglio i lunghi reofori e li dissaldo aiutato dallo stagnatore posto sul lato posteriore del circuito.
  • Quando il potenziometro sarà rimosso lo dovrete sostituire con i resistori. Per fare ciò ponete i resistori uno vicino all'altro, congiungete due reofori dei resistori facendo in modo che uno dei due sia più lungo in modo da inserirsi facilmente nel foro del circuito stampato. Saldate i due reofori congiunti e a questo punto otterrete una coppia di resistori con tre reofiri di ugual lunghezza pronti a sostituire il vecchio potenziometro. Una seconda soluzione è sostituire il potenziometro con uno di egual valore ma di tipo multi giri.

  • Now for the actual modifications. You will need to desolder the potentiometer from the board. I usually cut the long leads off a quarter inch or so from the bottom. I then use solder wick on the back side of the board.
  • Once the pot has been removed, you need to wire in the resistor network in its place. To do this, place the resistors side by side and twist one pair of leads. Solder them together, but leave one of the leads long enough to make a 3 wire part. Then replace the pot with this 3 wire pot. As seen in the picture below, the pot has been replaced by the resistor network. You can also replece the pot with a multi turning pot.


An unmodified (left) and modified circuit board.


A second solution for pot replace; use a multi turming pot

  • Ora riassemblate il circuito nel contenitore del servo facendo attenzione a posizionare tutto come in origine.
  • Prima di rimontare gli ingranaggi è necessaria una modifica, bisogna rimuovere lo stop meccanico, potete fare ciò semplicemente tagliandolo.
  • Se necessario usare il potenziometro come asse per l'ingranaggio terminale occorre modificare anche il potenziometro in modo da rimuovere lo stop meccanico posto internamente. Aprite il potenziometro e rimuovetelo piegandolo verso l'esterno e richiudete il tutto.
  • Sistemate gli ingranaggi nella posizione originale, fissate il motore con le viti, richiudete la parte superiore e quella inferiore
  • La modifica è terminata
  • Now, reassemble the circuit board into the case. Note that the pot is now missing, so only the motor will protrude through the top of the case.
  • Before reinstalling the gears, you will need to modify the gear with the output shaft so the mechanical stop is removed. The mechanical stop is a small tab of plastic on the lower gear surface. In the picture below, you can see the tab on the left gear. This should be cut down flush with the surface. Try to get all of the tab removed, as is shown with the gear on the right side.
  • If you use the pot for shaft is necessary a modification. Open the pot and remove the mechanical stop.
  • Replace the gears as they were when you took the motor apart, replace the top of the case, the bottom plate, and the two screws.
  • Your done!


An unmodified (up) and modified output shaft gear


Pot modification

Il motore ora potrà ruotare liberamente nelle due direzioni. Montate una squadretta sul servo e verificate il funzionamento, controllate rumori strani provenienti dalle parti meccaniche e verificate che nessun ingranaggio faccia resistenza alla rotazione.

The motor should now be able to turn all the way around. Connect a control horn, and carefully apply enough pressure to make the horn turn around. Feel for any mechanical problems, such as a gear catching on the cut off section of the tab. You should not feel any catching or resistance. It would be best not to play with turning the servo by hand too much. This device is not intended to be driven from the output shaft, and it may cause undo wear and tear on the servo motor.