Sollte ich einen Motor oder einen Servo für einen Roboterarm wählen? 3 wichtige Punkte, die Ihnen bei der Entscheidung helfen

Haben Sie jemals darüber nachgedacht, was das Problem ist, wenn Ihr Roboterarm plötzlich mitten in der Luft stehen bleibt oder wie verrückt vibriert, als wäre er besessen?

1. Eine Multiple-Choice-Frage, die Ihnen den Schlaf rauben wird

Seien Sie nicht so gespannt auf die Parameterliste. Versuchen Sie, sich Ihren Roboterarm als menschlichen Arm vorzustellen. Der Motor ist wie ein reiner Muskel, er kann sich nur stark zusammenziehen und entspannen; und dieServoähnelt eher einer Sehne mit eigenem Gehirn, sie weiß genau, in welchem ​​Winkel sie bleiben möchte.

Ich habe viele Leute gesehen, die sich zu Beginn auf die Zahlen „Drehmoment“ und „Spannung“ fixiert hatten, aber der fertig zusammengebaute Roboterarm war entweder so weich wie Nudeln, ohne die Festigkeit und Unterstützung, die er überhaupt haben sollte. Manchmal war der Roboterarm so hart wie ein rostiges Eisenrohr und verlor seine Flexibilität und Bedienbarkeit.

Angenommen, Sie wählen aServo, okay, wenn ja, sind Sie bereit, seine erbärmliche Fähigkeit zur kontinuierlichen Rotation zu akzeptieren? Eine extrem große AnzahlServos sind zum „Positionieren“ und nicht zum „Laufen“ konzipiert. Wenn Sie sich andererseits für einen Gleichstrommotor entscheiden, sind Sie dann bereit, sich mit dem lästigen Problem auseinanderzusetzen – mangelnde Rückmeldung, woher wissen Sie, wohin sich der Motor gedreht hat?

Ein Experiment, das das Problem veranschaulicht, besteht darin, ein gewöhnliches 9-g-Servo an einem einfachen Roboterarm zu installieren, einen N20-Motor zum gleichen Preis an einem anderen einfachen Roboterarm zu installieren und sie dann ein Ei greifen zu lassen. Infolgedessen stoppte der Servoarm in der zweiten Sekunde stetig und der Motorarm zerdrückte die Eierschale nach dem fünften Versuch. Das Problem ist nicht, dass der Motor nicht stark genug ist, sondern dass er nicht weiß, wann er anhalten muss.

2. Die Konfrontation zwischen zwei Kernwünschen

Lassen Sie uns die Anforderungen aufschlüsseln.

Im Bereich der mechanischen Konstruktion gibt es einen besonders wichtigen Begriff namens Drehmoment, der häufig in Ihren Konstruktionsunterlagen auftaucht. Stellen Sie sich vor, wenn Sie möchten, dass der Roboterarm eine 500-ml-Flasche Wasser aufnimmt, kann der Servo aufgrund seiner Stärke bei gleichem Volumen im Allgemeinen eine direktere Verriegelungskraft bereitstellen. Beachten Sie, dass keine zusätzlichen Bremsen erforderlich sind. Der Unterschied besteht darin, dass der Motor mit dem Untersetzungsgetriebe und dem Encoder zusammenarbeiten muss, um die Situation eines „irgendwo anhalten“ zu simulieren.

Nehmen Sie als Beispiel einen kleinen sechsachsigen Roboterarm. Wenn jedes Gelenk einen Servo verwendet, ist für das gesamte Steuerungssystem möglicherweise nur eine PCA9685-Karte erforderlich. Was aber, wenn dieser durch einen Motor ersetzt wird? Dann müssen Sie sechs Closed-Loop-Treiber und eine Reihe von Interrupt-Pins sorgfältig vorbereiten.

Beschäftigen Sie sich jedoch noch nicht zu sehr mit dem Jubeln. Das grundlegende Problem bei Servos ist ihr Ansprechverhalten. Wenn Sie ihn bitten, sich von 0 Grad auf 180 Grad zu drehen, verhält er sich wie ein alter Mann, der langsam auf und ab geht. Was den Motor betrifft, so dauert es nur 0,1 Sekunden, um einen halben Kreis zu drehen, solange die Spannung die Bedingungen erfüllt. Daher reicht die Verwendung eines Servos aus, um Sie zu verärgern, wenn Sie bei Anwendungen schnelles Greifen, Werfen oder kontinuierliches Drehen benötigen, wie z. B. beim Tischtennis, bei dem Roboterarme aufgenommen werden.

F: Ist das Lenkgetriebe wirklich genauer als der Motor?

Zuerst sagte A, dass dies nicht unbedingt der Fall sei, und erwähnte dann, dass die Genauigkeit gewöhnlicher Servos etwa 0,5 Grad beträgt, die Genauigkeit von Schrittmotoren und Encodern mit geschlossenem Regelkreis jedoch 0,05 Grad erreichen kann, und wies schließlich darauf hin, dass der Vorteil von Servos darin besteht, dass ihre Integration relativ einfach ist.

F: Ich möchte einen Roboterarm für den Unterricht bauen. Welchen soll ich wählen?

Wählen Sie einen Servo aus, entfernen Sie den Encoder und die Antriebsschaltung und konzentrieren Sie sich auf die Kinematik und die Programmierlogik. Achten Sie darauf, ein Servo mit Metallzähnen zu wählen, um ein Abtasten der Zähne zu vermeiden.

F: Ist die Motorlösung günstiger?

1. A sagte, dass es auf den ersten Blick billig aussieht, aber in Wirklichkeit ist es teuer. 2. Der Preis eines Gleichstrommotors beträgt mehrere zehn Yuan. 3. Was aber, wenn Encoder, Treiber und mechanische Bremsen hinzukommen? 4. Der endgültige Gesamtpreis wird den Preis der gleichen Lenkgetriebestufe übersteigen.

3. Dieses hypothetische Szenario, das Sie dazu bringt, es zu bereuen

Nach drei Wochen beginnt Ihr Roboterarm zu zucken. Sie öffnen die Debugging-Schnittstelle und stellen fest, dass die Temperatur des Servos nach fünfzehn Minuten Dauerbetrieb auf 65 Grad ansteigt. Erst dann fällt Ihnen plötzlich ein: Warum um alles in der Welt habe ich die Kostenkontrolle überhaupt nicht in Betracht gezogen? Nicht die Kosten im Hinblick auf das Budget, sondern die „Wartungskosten“ und die „Zeitkosten“.

Gleichzeitig tauchte ein realer Fall eines Studententeams auf. Sie wählten sorgfältig zwölf MG995-Servos aus, um einen zweiarmigen Roboter zu bauen. Am Tag vor der Demonstration kam es jedoch zu einer unerwarteten Situation. Alle Servos sprangen aufgrund der Leistungswelligkeit zufällig an. Sie hatten keine andere Wahl, als den Plan zu ändern und ihn durch eine Kombination aus Motoren und Encodern zu ersetzen. Seitdem hat das Debuggen der PID ganze zwei Monate gedauert.

Es gibt ein ähnliches Projekt mitkpowerServo. Während des Bauprozesses dieses Projekts ergab sich eine andere Situation. Da in diesem Projekt das Servo selbst über eine Übertemperaturschutzfunktion verfügt, wurden die Demonstrationsergebnisse trotz einiger Geschwindigkeitseinbußen schließlich wie geplant erreicht.

Daher war die Antwort auf diese Multiple-Choice-Frage nie „Welches ist besser“, sondern „Welches ist weniger schlecht“.

4. Drei Schritte zum Handeln für Sie

Wählen Sie ein Blatt Papier und schreiben Sie die drei Kernbewegungen Ihres Roboterarms auf: „Teile aufheben“ oder „eine Flagge schwenken“? Unter diesen erfordert Ersteres eine statische Aufrechterhaltung der Kraft, während Letzteres eine dynamische Beschleunigung erfordert.

Führen Sie einen einfachen Belastungstest durch: Drücken Sie den Servoarm mit den Händen zusammen, um seine Verriegelungsfähigkeit in verschiedenen Winkeln zu spüren. Bewegen Sie dann mit den Händen die Motorwelle (bei ausgeschaltetem Strom), um das Gefühl der Freiheit ohne Hindernisse zu erleben.

Seien wir ehrlich: Man kann nicht das Beste aus beiden Welten haben. Wenn Sie die ultimative Reaktionsgeschwindigkeit anstreben und die Last weniger als 200 g beträgt, dann sind mikrokernlose Motoren mit magnetischen Encodern der zukünftige Trend; Wenn Sie einen einfachen, sofort einsetzbaren Aufbau und geballte Leistung benötigen, ist ein Servo derzeit noch die am wenigsten schlechte Wahl.

Das Klügste, was ich gesehen habe, ist nicht, zwischen beiden zu wählen, sondern einen hybriden Ansatz zu verwenden: Servos für das Handgelenk zu verwenden, um die Genauigkeit zu gewährleisten, und Motoren für die Basis zu verwenden, um die Geschwindigkeit sicherzustellen. Bringen Sie zum Abschluss ein Paar widersprüchlicher Argumente zum Abschluss: Wenn Sie das Auswahlproblem heute nicht lösen können, bleibt Ihr Roboterarm nach drei Monaten entweder in einer Schublade liegen und mit Staub bedeckt, oder er verströmt aufgrund übermäßiger Hitze einen unvergesslichen Brandgeruch.

Legen Sie nun das Telefon zur Seite und drehen Sie den Servoarm und die Motorwelle. Erkennen Sie den Unterschied und treffen Sie dann Ihre Wahl.