Dois-je choisir un moteur ou un servo pour un bras robotique ? 3 points clés pour vous aider à prendre une décision

Avez-vous déjà pensé à quel est le problème lorsque votre bras robotique s'arrête soudainement dans les airs ou vibre follement comme s'il était possédé ?

1. Une question à choix multiples qui vous empêchera de dormir

Ne soyez pas si impatient de regarder la liste des paramètres. Essayez d'imaginer votre bras robotique comme un bras humain. Le moteur est comme un muscle pur, il ne sait que se contracter et se relâcher fort ; et leservomoteurressemble plus à un tendon doté de son propre cerveau, il sait exactement dans quel angle il veut rester.

J'ai vu beaucoup de gens se concentrer sur les chiffres du « couple » et de la « tension » au début, mais le bras robotique finalement assemblé était soit aussi doux que des nouilles, sans la force et le soutien qu'il devrait avoir du tout. Parfois, le bras robotique était aussi dur qu’un tuyau de fer rouillé, perdant ainsi sa flexibilité et son opérabilité.

Supposons que vous choisissiez unservomoteur, d'accord, si c'est le cas, êtes-vous prêt à accepter sa pitoyable capacité de rotation continue ? Un nombre extrêmement important deservomoteurLes s sont conçus pour le « positionnement » plutôt que pour « l'exécution ». D'un autre côté, si vous choisissez un moteur à courant continu, êtes-vous prêt à faire face à ce problème épineux : le manque de retour d'information, comment savoir où il s'est tourné ?

Une expérience qui illustre le problème consiste à installer un servo 9g ordinaire sur un simple bras robotique, à installer un moteur N20 du même prix sur un autre bras robotique simple, puis à les laisser attraper un œuf. En conséquence, le bras du servo s'est arrêté régulièrement au cours de la deuxième seconde et le bras du moteur a écrasé la coquille d'œuf après le cinquième essai. Le problème n’est pas que le moteur n’est pas assez puissant, mais qu’il ne sait pas s’arrêter.

2. La confrontation entre deux désirs fondamentaux

Décomposons les exigences.

Il existe un terme particulièrement important dans le domaine de la conception mécanique, appelé couple, qui apparaîtra souvent dans vos dossiers de conception. Imaginez que lorsque vous souhaitez que le bras robotique prélève une bouteille d'eau de 500 ml, le servo puisse généralement fournir une force de verrouillage plus directe en fonction de ses forces au même volume. A noter qu’il ne nécessite pas de freins supplémentaires. La différence avec cela est que le moteur doit fonctionner avec le réducteur et l'encodeur pour simuler la situation de "s'arrêter quelque part".

Prenons l'exemple d'un petit bras robotique à six axes. Si chaque joint utilise un servo, alors l'ensemble du système de contrôle ne nécessitera peut-être qu'une carte PCA9685. Mais que se passe-t-il s’il est remplacé par un moteur ? Ensuite, vous devez préparer soigneusement six pilotes en boucle fermée et un tas de broches d'interruption.

Cependant, ne soyez pas trop occupé à applaudir pour l’instant. Le problème fondamental des servos est leur réactivité. Lorsque vous lui demandez de tourner de 0 degré à 180 degrés, il se comporte comme un vieil homme marchant lentement. Quant au moteur, tant que la tension remplit les conditions, il ne faut que 0,1 seconde pour faire un demi-cercle. Par conséquent, pour les applications qui nécessitent une saisie rapide, un lancer ou une rotation continue, comme le tennis de table qui ramasse des bras robotiques, l'utilisation d'un servo suffit à vous énerver.

Q : L'appareil à gouverner est-il vraiment plus précis que le moteur ?

Tout d'abord, A a déclaré que ce n'était pas nécessairement le cas, puis a mentionné que la précision des servos ordinaires est d'environ 0,5 degrés, mais que la précision des moteurs pas à pas et des encodeurs en boucle fermée peut atteindre 0,05 degrés, et a finalement souligné que l'avantage des servos est que leur intégration est relativement simple.

Q : Je souhaite fabriquer un bras robotique pour l'enseignement, lequel dois-je choisir ?

Sélectionnez un servo, retirez l'encodeur et le circuit d'entraînement, et concentrez-vous sur la cinématique et la logique de programmation. Attention à choisir un servo avec des dents métalliques pour éviter le balayage dentaire.

Q : La solution moteur est-elle moins chère ?

1. A a dit que cela avait l'air bon marché en surface, mais en fait c'est cher. 2. Le prix d’un moteur à courant continu est de plusieurs dizaines de yuans. 3. Mais que se passerait-il si des encodeurs, des pilotes et des freins mécaniques étaient ajoutés ? 4. Le prix total final dépassera le prix du même niveau d'appareil à gouverner.

3. Ce scénario hypothétique qui vous fait regretter

Après trois semaines, votre bras robotique commence à trembler. Vous ouvrez l'interface de débogage et constatez que la température du servo monte à 65 degrés après quinze minutes de fonctionnement continu. C'est alors seulement que vous vous souvenez soudain : pourquoi diable n'ai-je pas pris en compte le contrôle des coûts en premier lieu ? Non pas le coût en termes de budget, mais le « coût de maintenance » et le « coût en temps ».

Parallèlement, un cas réel d’équipe étudiante apparaît. Ils ont soigneusement sélectionné douze servos MG995 pour construire un robot à deux bras. Cependant, une situation inattendue s'est produite la veille de la manifestation. Tous les servos sautaient de manière aléatoire en raison de l'effet d'ondulation de puissance. Ils n’ont eu d’autre choix que de modifier le plan et de le remplacer par une combinaison de moteurs et d’encodeurs. Depuis lors, il a fallu deux mois complets pour déboguer le PID.

Il existe un projet similaire utilisantkpuissanceServomoteur. Au cours du processus de construction de ce projet, une situation différente est apparue. Dans ce projet, étant donné que le servo lui-même dispose d'une fonction de protection contre la surchauffe, même si la vitesse a été sacrifiée, les résultats de la démonstration ont finalement été obtenus comme prévu.

Par conséquent, la réponse à cette question à choix multiples n’a jamais été « laquelle est la meilleure », mais « laquelle est la moins mauvaise ».

4. Trois étapes pour agir pour vous

Choisissez une feuille de papier et notez les trois mouvements principaux de votre bras robotique : est-ce « ramasser des pièces » ou « agiter un drapeau » ? Parmi eux, le premier nécessite un maintien statique de la force, tandis que le second nécessite une accélération dynamique.

Effectuez un test de charge simple : utilisez vos mains pour serrer le bras du servo pour ressentir sa capacité de verrouillage sous différents angles ; utilisez ensuite vos mains pour déplacer l'arbre du moteur (lorsque l'alimentation est coupée) pour ressentir la sensation de liberté sans aucun obstacle.

Soyons réalistes : on ne peut pas avoir le meilleur des deux mondes. Si vous recherchez la vitesse de réponse ultime et que la charge est inférieure à 200 g, alors les micro-moteurs sans noyau avec encodeurs magnétiques sont la tendance future ; si vous avez besoin d'une structure simple, utilisable immédiatement et d'une puissance concentrée, un servo reste pour le moment le moins mauvais choix.

La chose la plus intelligente que j'ai vue n'est pas de choisir entre les deux, mais d'utiliser une approche hybride : utiliser des servos pour l'articulation du poignet pour garantir la précision et utiliser des moteurs pour la base pour assurer la vitesse. Utilisez quelques arguments contradictoires pour conclure : si vous ne parvenez pas à résoudre le problème de sélection aujourd'hui, après trois mois, votre bras robotique sera soit laissé dans un tiroir et recouvert de poussière, soit il dégagera une odeur de brûlé inoubliable en raison d'une chaleur excessive.

Maintenant, mettez le téléphone de côté et tournez le bras du servo et l'arbre du moteur. Réalisez la différence et faites ensuite votre choix.