Угол хода микросервопривода, правильно ли вы установили этот параметр?

Когда ваша роботизированная рука внезапно застревает во время движения и издает ненормальный звук. Или, может быть, после того, как ваш миниатюрный сервопривод использовался сотни раз, его шестерни имеют износ, который можно увидеть невооруженным глазом. За этими явлениями часто указывают на один и тот же технический параметр, который все игнорируют: угол хода.

Диапазон физического перемещения микросервопривода имеет две границы. Одной границей является механический предел, определяемый внутренним набором шестерен и потенциометром. Этот механический предел обычно составляет от 0 до 180 градусов. Другая граница — это эффективный ход, который вы устанавливаете с помощью управляющего сигнала. Большинство людей сосредотачивают внимание только на последнем, но игнорируют соответствующие отношения между первым и вторым.。

Вот три основных факта, к которым вам следует вернуться.

Факт 1: Физические ограничения — это красные линии, которые нельзя пересекать.

Каждый микрорулевой механизм содержит набор редукторов и потенциометр обратной связи. Когда выходной рычаг поворачивается к концу механической конструкции, шестерня застревает, и в то же время значение сопротивления потенциометра достигает своего предела. Как только это положение будет превышено, ток резко возрастет.

Распространенной ошибкой является установка в коде целевого угла 190 градусов, но сам сервопривод имеет механический диапазон только 180 градусов.。

Фактические последствия заключаются в том, что сервопривод постоянно находится в остановленном состоянии, что приводит к перегреву микросхемы драйвера и, в конечном итоге, к сгоранию внутренних компонентов.

Что касается эмпирических данных, то существует ситуация, когда физический предел превышен более чем на 5 градусов, а время непрерывного срыва составляет 2 секунды. В это время вероятность повреждения превышает 70%.

Вы можете подумать, что современные сервоприводы имеют защиту от перегрузки по току, но большинство микросервоприводов не имеют такой функции. Логика их разработки заключается в адаптации сигнала к механической границе, а не в его активной защите.

Факт 2: Существует дрейф соответствующей зависимости между сигналом управления и углом хода.

Обычно ширина управляющего импульса стандартного сервопривода находится в диапазоне от 0,5 до 2,5 мс, а соответствующий диапазон углов составляет от 0 до 180 градусов. Однако при фактическом выполнении производственных работ для двух сервоприводов одной партии существует вероятность того, что их средние положения будут отличаться на 5-10 градусов.

Различия партий в сопротивлении потенциометра.

Механические допуски на сборку зубчатых передач.

Деформация материала, вызванная перепадами температур.

Есть такое явление, которое вызвано множеством факторов, то есть происходит систематическое отклонение между импульсным сигналом, который вы посылаете на рулевой механизм, и углом, на который он фактически поворачивается.Если вы продолжите использовать диапазон импульсов по умолчанию и не выполните калибровку, команда 0 градусов может соответствовать -3 градусам фактического положения, которое уже достигло физического предела.。

Ключевые слова: физический предел

Факт 3: Чрезмерное стремление к большим углам ускорит износ шестерен.

Даже если у вас есть сервопривод с номинальным углом 180 градусов, даже если вы установите ход на 175 градусов, даже если он на первый взгляд кажется безопасным и надежным, как только вы часто совершаете возвратно-поступательные движения в крайних положениях на обоих концах, ударная нагрузка на концевые зубья шестерни в три-пять раз превышает среднюю величину хода.

У пластиковых шестерен после повторения крайнего хода 5000 раз зубья сильно изнашиваются, а виртуальное положение увеличивается более чем на 0,5 градуса.

Металлические шестерни: изнашиваются медленно, но длительная эксплуатация в экстремальных условиях приведет к ослаблению выходного вала.

Решение состоит в том, чтобы оставить избыточный буфер от 5 до 10 градусов на обоих концах, а угол, используемый при фактическом использовании, должен контролироваться в пределах 160 градусов.

Представлена ​​типичная сцена, представляющая собой подвес, приводимый в движение сервоприводом. В то время, если бы горизонтальное поле зрения, требуемое камерой, составляло девяносто градусов влево и вправо, вы бы использовали полный диапазон перемещения от нуля до ста восьмидесяти градусов. Через три месяца вы заметите, что точность наведения снизилась, а экран начнет дрожать. Причина в том, что повреждения шестерни в крайнем положении накопились до необратимости.

Как правильно выставить угол хода

Вам необходимо выполнить два отдельных этапа: калибровку оборудования и квалификацию программного обеспечения.

Этапы аппаратной калибровки:

1. Отсоедините сервопривод от нагрузки.

2. Отправьте наименьший импульсный сигнал, который вы планируете использовать (например, 1,0 мс).

3. Вручную поверните выходной рычаг, чтобы найти положение, в котором звук удара шестерни не будет слышен, и закрепите его.

4. Повторите клемму максимального импульсного сигнала.

Ограниченные шаги программного обеспечения:

1. Запишите фактические значения ширины импульса в двух вышеуказанных местах.

2. В вашем управляющем коде установите эти два значения как абсолютные верхнюю и нижнюю границы.

3. В пользовательский интерфейс добавляется дополнительный коэффициент масштабирования, так что фактический рабочий угол составляет только 80% от программного ограничения.

Этот двухслойный защитный механизм позволяет продлить срок службы рулевого механизма в 2–3 раза. Данные отраслевых испытаний показывают, что после сохранения запаса в 10 градусов частота отказов шестерен снижается примерно на 65%.

Ключевые слова: ширина импульса

Часто задаваемые вопросы (Q/A)

Вопрос: Может ли угол хода рулевого механизма превышать номинальное значение?

О: Нет. Как только механический предел будет превышен, немедленно возникнет ток опрокидывания, который приведет к сгоранию цепи привода или шестерни. Обязательно работайте строго в соответствии с диапазоном углов, указанным в спецификации изделия.

Вопрос: Почему установленные мной 90 градусов на самом деле поворачиваются только на 85 градусов?

Это связано с тем, что существует допуск в соответствующем соотношении между шириной импульса управляющего сигнала и углом. Вам необходимо повторно откалибровать среднее значение пульса. Вообще говоря, 1,5 мс соответствуют 90 градусам, при необходимости подстройте его.

Вопрос: Как быстро определить, достиг ли сервопривод физического предела?

Когда вы слышите звук, во время обычного движения он тихий. Когда он достигнет предела, раздастся непрерывный звук «щелчка» или резкий звук тока, и он немедленно прекратит отправлять инструкции по увеличению угла.

Вопрос: Отличаются ли рекомендации по командировочным размерам для пластиковых и металлических шестерен?

Что касается шестерен, то для пластиковых шестерен рекомендуется оставлять запас в пятнадцать градусов, а для металлических достаточно всего десяти градусов. Поскольку ударопрочность пластика слабее, чем у металла, необходима более консервативная граница.

Вопрос: Изменится ли угол хода при разном напряжении?

О: Напряжение повлияет на скорость и крутящий момент, но не повлияет на диапазон углов. Пока ширина импульса сигнала остается неизменной, угол не изменится. Однако в условиях низкого напряжения сервоприводу может не хватить мощности для достижения заданного положения.

Рекомендации к действию: начните со следующего дизайна.

Повторяются три основных момента:

Физические ограничения — это жесткие границы, и их никогда не следует нарушать.

Существует систематическая ошибка между управляющим сигналом и фактическим углом, который необходимо откалибровать.

Оставляя запасы буфера для крайних положений, можно существенно снизить износ шестерни.

Список конкретных действий:

1. Выполните аппаратную калибровку всех вновь прибывших сервоприводов и запишите фактический диапазон импульсов.

2. Определите в коде константы MIN_PULSE и MAX_PULSE вместо прямого использования теоретических значений.

3. Добавьте к каждому сервоприводу коэффициент масштабирования мягкого ограничения в 10 градусов.

4. После каждых 1000 запусков повторно калибруйте среднюю точку и отслеживайте смещение.

Ключевые слова: резервная конструкция

Каждый угол хода, который вы устанавливаете в своем проекте, по сути, является вопросом поиска баланса между физическими законами и механическими допусками. Если этот баланс игнорировать, сервопривод выйдет из строя преждевременно. И если вы посмотрите правде в глаза, вы получите не только более длительное время работы, но и предсказуемую точность управления. В следующий раз напишешь "сервопривод.write(170)", сначала спросите себя: достаточно ли за этим числом места для 10 градусов дыхания?