Devo escolher um motor ou servo para um braço robótico? 3 pontos-chave para ajudá-lo a decidir

Você já pensou qual é o problema quando seu braço robótico para repentinamente no ar ou vibra loucamente como se estivesse possuído?

1. Uma pergunta de múltipla escolha que vai deixar você sem sono

Não fique tão ansioso para olhar a lista de parâmetros. Tente imaginar seu braço robótico como um braço humano. O motor é como um músculo puro, só sabe contrair e soltar com força; e oservoé mais como um tendão com seu próprio cérebro, ele sabe exatamente em que ângulo quer ficar.

Já vi muitas pessoas se fixarem nos números de “torque” e “tensão” quando começaram, mas o braço robótico final montado era tão macio quanto macarrão, sem a força e o suporte que deveria ter. Às vezes, o braço robótico era tão duro quanto um cano de ferro enferrujado, perdendo flexibilidade e operabilidade.

Suponha que você escolha umservo, ok, se sim, você está disposto a aceitar sua lamentável capacidade de rotação contínua? Um número extremamente grande deservos são construídos para "posicionamento" em vez de "execução". Por outro lado, se você escolher um motor DC, você está pronto para enfrentar aquele problema incômodo - falta de feedback, como saber para onde ele girou?

Um experimento que ilustra o problema é instalar um servo 9g comum em um braço robótico simples, instalar um motor N20 do mesmo preço em outro braço robótico simples e deixá-los pegar um ovo. Como resultado, o braço servo parou continuamente no segundo segundo e o braço motor esmagou a casca do ovo após a quinta tentativa. O problema não é que o motor não seja forte o suficiente, mas sim que ele não sabe quando parar.

2. O confronto entre dois desejos centrais

Vamos analisar os requisitos.

Existe um termo particularmente importante no campo do projeto mecânico, chamado torque, que aparecerá frequentemente em seus registros de projeto. Imagine que quando você deseja que o braço robótico pegue uma garrafa de água de 500 ml, o servo geralmente pode fornecer uma força de travamento mais direta com base em sua força no mesmo volume. Observe que não requer freios adicionais. A diferença disso é que o motor tem que trabalhar com a caixa redutora e o encoder para simular a situação de “parar em algum lugar”.

Tomemos como exemplo um pequeno braço robótico de seis eixos. Se cada junta usar um servo, todo o sistema de controle poderá exigir apenas uma placa PCA9685. Mas e se for substituído por um motor? Então você deve preparar cuidadosamente seis drivers de malha fechada e vários pinos de interrupção.

No entanto, não fique muito ocupado torcendo ainda. O problema fundamental dos servos é a sua capacidade de resposta. Quando você pede para girar de 0 a 180 graus, ele se comporta como um velho andando devagar. Quanto ao motor, desde que a tensão atenda às condições, leva apenas 0,1 segundos para girar meio círculo. Portanto, para aquelas aplicações que exigem agarramento rápido, arremesso ou rotação contínua, como tênis de mesa pegando braços robóticos, usar um servo é suficiente para deixá-lo chateado.

P: O mecanismo de direção é realmente mais preciso que o motor?

Primeiro, A disse que este não é necessariamente o caso e, em seguida, mencionou que a precisão dos servos comuns é de cerca de 0,5 graus, mas a precisão dos motores de passo e codificadores de circuito fechado pode chegar a 0,05 graus e, finalmente, apontou que a vantagem dos servos é que sua integração é relativamente simples.

P: Quero fazer um braço robótico para ensino, qual devo escolher?

Selecione um servo, remova o codificador e o circuito de acionamento e concentre-se na cinemática e na lógica de programação. Tenha cuidado ao escolher um servo com dentes de metal para evitar a digitalização dos dentes.

P: A solução do motor é mais barata?

1. A disse que aparentemente parece barato, mas na verdade é caro. 2. O preço de um motor DC é de dezenas de yuans. 3. Mas e se forem adicionados codificadores, drivers e freios mecânicos. 4. O preço total final excederá o preço do mesmo nível de aparelho de direção.

3. Aquele cenário hipotético que faz você se arrepender

Depois de três semanas, seu braço robótico começa a se contorcer. Você abre a interface de depuração e descobre que a temperatura do servo sobe para 65 graus após quinze minutos de operação contínua. Só então você se lembra de repente: por que diabos eu não levei em consideração o controle de custos? Não o custo em termos de orçamento, mas sim o “custo de manutenção” e o “custo de tempo”.

Ao mesmo tempo, surgiu um caso real de equipe de estudantes. Eles selecionaram cuidadosamente doze servos MG995 para construir um robô de dois braços. Porém, uma situação inesperada ocorreu um dia antes da manifestação. Todos os servos saltaram aleatoriamente devido ao efeito da ondulação de energia. Eles não tiveram escolha senão mudar o plano e substituí-lo por uma combinação de motores e codificadores. Desde então, foram necessários dois meses completos para depurar o PID.

Existe um projeto semelhante usandopotênciaServo. Durante o processo de construção deste projeto, surgiu uma situação diferente. Neste projeto, dado que o próprio servo possui função de proteção contra superaquecimento, embora tenha havido algum sacrifício na velocidade, os resultados da demonstração foram finalmente alcançados conforme planejado.

Portanto, a resposta a esta questão de múltipla escolha nunca foi “qual é melhor”, mas sim “qual é menos ruim”.

4. Três etapas de ação para você

Escolha um pedaço de papel e anote os três movimentos principais do seu braço robótico: é “pegar peças” ou “agitar uma bandeira”? Dentre eles, o primeiro requer manutenção estática da força, enquanto o segundo requer aceleração dinâmica.

Faça um teste simples de suporte de carga: use as mãos para apertar o braço do servo e sentir sua capacidade de travamento em diferentes ângulos; em seguida, use as mãos para mover o eixo do motor (quando a energia estiver desligada) para experimentar a sensação de liberdade sem quaisquer obstáculos.

Vamos encarar a dura verdade: você não pode ter o melhor dos dois mundos. Se você busca a velocidade de resposta máxima e a carga é inferior a 200g, então os micromotores sem núcleo com codificadores magnéticos são a tendência futura; se você precisa de uma estrutura simples que possa ser usada imediatamente e com potência concentrada, um servo ainda é a escolha menos ruim no momento.

A coisa mais inteligente que vi não foi escolher entre os dois, mas usar uma abordagem híbrida: usar servos na articulação do pulso para garantir precisão e usar motores na base para garantir velocidade. Use alguns argumentos contraditórios para finalizar: se você não conseguir resolver o problema de seleção hoje, depois de três meses, seu braço robótico ficará em uma gaveta e coberto de poeira, ou emitirá um cheiro de queimado inesquecível devido ao calor excessivo.

Agora deixe o telefone de lado e gire o braço do servo e o eixo do motor. Perceba a diferença e então faça sua escolha.