Dovrei scegliere un motore o un servo per un braccio robotico? 3 punti chiave per aiutarti a decidere

Hai mai pensato quale sia il problema quando il tuo braccio robotico si ferma improvvisamente a mezz'aria o vibra all'impazzata come se fosse posseduto?

1. Una domanda a scelta multipla che ti farà dormire

Non essere così ansioso di guardare l'elenco dei parametri. Prova a immaginare il tuo braccio robotico come un braccio umano. Il motore è come un muscolo puro, sa solo contrarsi e rilasciarsi con forza; e ilservoè più simile a un tendine con il proprio cervello, sa esattamente a quale angolo vuole stare.

Ho visto molte persone fissarsi sui valori di "coppia" e "tensione" all'inizio, ma il braccio robotico assemblato alla fine era morbido come spaghetti, senza la forza e il supporto che avrebbe dovuto avere. A volte, il braccio robotico era duro come un tubo di ferro arrugginito, perdendo flessibilità e operabilità.

Supponiamo di scegliere aservo, okay, se è così, sei disposto ad accettare la sua pietosa capacità di rotazione continua? Un numero estremamente elevato diservosono costruiti per il "posizionamento" piuttosto che per la "esecuzione". D'altra parte, se scegli un motore DC, sei pronto ad affrontare quel fastidioso problema: mancanza di feedback, come fai a sapere dove ha girato?

Un esperimento che illustra il problema è installare un normale servo da 9 g su un semplice braccio robotico, installare un motore N20 dello stesso prezzo su un altro semplice braccio robotico e poi lasciare che prendano un uovo. Di conseguenza, il braccio del servo si è fermato costantemente nel secondo secondo e il braccio del motore ha schiacciato il guscio d'uovo dopo il quinto tentativo. Il problema non è che il motore non sia abbastanza potente, ma che non sa quando fermarsi.

2. Il confronto tra due desideri fondamentali

Analizziamo i requisiti.

Esiste un termine particolarmente importante nel campo della progettazione meccanica, chiamato coppia, che apparirà spesso nei documenti di progettazione. Immagina che quando vuoi che il braccio robotico prenda una bottiglia d'acqua da 500 ml, il servo può generalmente fornire una forza di bloccaggio più diretta in base alla sua forza allo stesso volume. Si noti che non richiede freni aggiuntivi. La differenza è che il motore deve funzionare con il riduttore e l'encoder per simulare la situazione di "arresto da qualche parte".

Prendiamo come esempio un piccolo braccio robotico a sei assi. Se ciascun giunto utilizza un servo, l'intero sistema di controllo potrebbe richiedere solo una scheda PCA9685. Ma cosa succede se viene sostituito da un motore? Quindi devi preparare con cura sei driver a circuito chiuso e un mucchio di pin di interruzione.

Tuttavia, non essere ancora troppo occupato a tifare. Il problema fondamentale con i servi è la loro reattività. Quando gli chiedi di ruotare da 0 gradi a 180 gradi, si comporta come un vecchio che cammina lentamente. Per quanto riguarda il motore, finché la tensione soddisfa le condizioni, bastano solo 0,1 secondi per ruotare di mezzo cerchio. Pertanto, per quelle applicazioni che richiedono una presa rapida, un lancio o una rotazione continua, come il ping pong che solleva bracci robotici, l'uso di un servo è sufficiente per farti arrabbiare.

D: Lo sterzo è davvero più preciso del motore?

In primo luogo, A ha affermato che questo non è necessariamente il caso, quindi ha affermato che la precisione dei servi ordinari è di circa 0,5 gradi, ma la precisione dei motori passo-passo e degli encoder a circuito chiuso può raggiungere 0,05 gradi, e infine ha sottolineato che il vantaggio dei servo è che la loro integrazione è relativamente semplice.

D: Voglio realizzare un braccio robotico per l'insegnamento, quale dovrei scegliere?

Seleziona un servo, rimuovi l'encoder e il circuito di azionamento e concentrati sulla cinematica e sulla logica di programmazione. Fare attenzione a scegliere un servo con denti metallici per evitare la scansione dei denti.

D: La soluzione motorizzata è più economica?

1. A ha detto che sembra economico in superficie, ma in realtà è costoso. 2. Il prezzo di un motore CC è di decine di yuan. 3. Ma cosa succede se si aggiungono encoder, driver e freni meccanici? 4. Il prezzo totale finale supererà il prezzo dello stesso livello di sterzo.

3. Quello scenario ipotetico che te ne fa pentire

Dopo tre settimane, il tuo braccio robotico inizia a contrarsi. Apri l'interfaccia di debug e scopri che la temperatura del servo sale a 65 gradi dopo quindici minuti di funzionamento continuo. Solo allora ti ricordi all'improvviso: perché mai non ho preso in considerazione il controllo dei costi? Non il costo in termini di budget, ma il "costo di manutenzione" e il "costo del tempo".

Allo stesso tempo, è emerso un caso reale di squadra studentesca. Hanno selezionato con cura dodici servi MG995 per costruire un robot a due bracci. Tuttavia, il giorno prima della manifestazione si è verificata una situazione inaspettata. Tutti i servi saltavano in modo casuale a causa dell'effetto dell'ondulazione di potenza. Non avevano altra scelta che modificare il progetto e sostituirlo con una combinazione di motori ed encoder. Da allora, ci sono voluti due mesi interi per eseguire il debug del PID.

Esiste un progetto simile che utilizzakpowerServo. Durante il processo di costruzione di questo progetto, è emersa una situazione diversa. In questo progetto, dato che il servo stesso ha una funzione di protezione da sovratemperatura, nonostante qualche sacrificio in termini di velocità, i risultati dimostrativi sono stati finalmente raggiunti come previsto.

Pertanto, la risposta a questa domanda a scelta multipla non è mai stata “quale è meglio”, ma “quale è meno male”.

4. Tre passaggi per agire per te

Scegli un pezzo di carta e scrivi i tre movimenti principali del tuo braccio robotico: "raccogliere parti" o "sventolare una bandiera"? Tra questi, il primo richiede il mantenimento statico della forza, mentre il secondo richiede l'accelerazione dinamica.

Completa un semplice test di carico: usa le mani per stringere il braccio del servo per sentire la sua capacità di bloccaggio a diverse angolazioni; quindi usa le mani per muovere l'albero del motore (quando l'alimentazione è spenta) per provare la sensazione di libertà senza ostacoli.

Affrontiamo la dura verità: non puoi avere il meglio di entrambi i mondi. Se si persegue la massima velocità di risposta e il carico è inferiore a 200 g, la tendenza futura sarà rappresentata dai micro motori coreless con encoder magnetici; se hai bisogno di una struttura semplice che possa essere utilizzata subito e di una potenza concentrata, un servo è ancora la scelta meno sbagliata al momento.

La cosa più intelligente che ho visto non è stata quella di scegliere tra i due, ma di utilizzare un approccio ibrido: utilizzare i servi per l'articolazione del polso per garantire la precisione e utilizzare i motori per la base per garantire la velocità. Usa un paio di argomenti contraddittori per concludere: se non riesci a risolvere il problema della selezione oggi, dopo tre mesi, il tuo braccio robotico verrà lasciato in un cassetto e coperto di polvere, oppure emetterà un odore di bruciato indimenticabile a causa del calore eccessivo.

Ora metti da parte il telefono e gira il braccio del servo e l'albero del motore. Realizza la differenza e poi fai la tua scelta.