Что выбрать: двигатель или сервопривод для роботизированной руки? 3 ключевых момента, которые помогут вам принять решение

Вы когда-нибудь задумывались о том, в чем проблема, когда ваша роботизированная рука внезапно останавливается в воздухе или безумно вибрирует, как будто одержимая?

1. Вопрос с несколькими вариантами ответов, который лишит вас сна

Не беспокойтесь о списке параметров. Попробуйте представить свою роботизированную руку как человеческую. Мотор подобен чистой мышце, он умеет только сильно сокращаться и расслабляться; исервоприводбольше похоже на сухожилие с собственным мозгом, оно точно знает, под каким углом хочет оставаться.

Я видел, как многие люди зацикливались на цифрах «крутящий момент» и «напряжение», когда они только начинали, но окончательно собранная роботизированная рука была либо мягкой, как лапша, либо вообще не имела той силы и поддержки, которые она должна была иметь. Иногда роботизированная рука становилась твердой, как ржавая железная труба, теряя гибкость и работоспособность.

Предположим, вы выбралисервоприводокей, если так, готовы ли вы принять его жалкую способность непрерывного вращения? Чрезвычайно большое количествосервоприводs созданы для «позиционирования», а не для «бега». С другой стороны, если вы выберете двигатель постоянного тока, готовы ли вы столкнуться с неприятной проблемой – отсутствием обратной связи, как узнать, куда он повернул?

Эксперимент, иллюстрирующий проблему, состоит в том, чтобы установить обычный сервопривод 9g на простую роботизированную руку, установить двигатель N20 той же цены на другую простую роботизированную руку, а затем позволить им схватить яйцо. В результате сервопривод остановился на второй секунде, а моторчик раздавил яичную скорлупу после пятой попытки. Проблема не в том, что мотор недостаточно силен, а в том, что он не знает, когда остановиться.

2. Противостояние двух основных желаний

Давайте разберем требования.

В области механического проектирования существует особенно важный термин, называемый крутящим моментом, который часто встречается в ваших записях о проектировании. Представьте себе, что когда вы хотите, чтобы роботизированная рука взяла бутылку с водой объемом 500 мл, сервопривод обычно может обеспечить более прямое фиксирующее усилие, основанное на его сильных сторонах при том же объеме. Обратите внимание, что он не требует дополнительных тормозов. Отличие при этом в том, что мотору приходится работать с редуктором и энкодером, чтобы имитировать ситуацию «где-то остановиться».

В качестве примера возьмем небольшую шестиосную роботизированную руку. Если в каждом шарнире используется сервопривод, то для всей системы управления может потребоваться только плата PCA9685. А что, если его заменить мотором? Затем вам придется тщательно подготовить шесть драйверов с обратной связью и кучу выводов прерываний.

Однако пока не слишком увлекайтесь аплодисментами. Основная проблема сервоприводов — их быстрота реагирования. Когда вы просите его повернуть от 0 до 180 градусов, он ведет себя как медленно шагающий старик. Что касается двигателя, то, пока напряжение соответствует условиям, ему потребуется всего 0,1 секунды, чтобы совершить поворот на полкруга. Поэтому в тех приложениях, которые требуют быстрого захвата, броска или непрерывного вращения, например, при сборе роботизированных манипуляторов в настольном теннисе, использования сервопривода будет достаточно, чтобы вас расстроить.

Вопрос: Действительно ли рулевой механизм точнее мотора?

Сначала А сказал, что это не обязательно так, а затем упомянул, что точность обычных сервоприводов составляет около 0,5 градуса, но точность шаговых двигателей и энкодеров с обратной связью может достигать 0,05 градуса, и, наконец, отметил, что преимущество сервоприводов заключается в том, что их интеграция относительно проста.

Вопрос: Я хочу сделать роботизированную руку для обучения, какой мне выбрать?

Выберите сервопривод, удалите энкодер и схему привода и сосредоточьтесь на кинематике и логике программирования. Будьте осторожны, выбирая сервопривод с металлическими зубьями, чтобы избежать сканирования зубов.

Вопрос: Является ли решение с двигателем дешевле?

1. А сказал, что на первый взгляд это выглядит дешево, но на самом деле это дорого. 2. Цена двигателя постоянного тока составляет десятки юаней. 3. А что если добавить энкодеры, драйверы и механические тормоза. 4. Окончательная общая цена будет превышать цену рулевого механизма того же уровня.

3. Этот гипотетический сценарий, который заставляет вас сожалеть об этом

Через три недели ваша роботизированная рука начинает дергаться. Вы открываете интерфейс отладки и обнаруживаете, что температура сервопривода взлетает до 65 градусов после пятнадцати минут непрерывной работы. Только тогда вы вдруг вспоминаете: с какой стати я вообще не принял во внимание контроль затрат? Не стоимость с точки зрения бюджета, а «стоимость обслуживания» и «затраты времени».

В то же время выявился реальный случай студенческого отряда. Они тщательно отобрали двенадцать сервоприводов MG995 для создания двурукого робота. Однако накануне демонстрации произошла непредвиденная ситуация. Все сервоприводы подпрыгивали случайным образом из-за эффекта пульсации мощности. У них не было другого выбора, кроме как изменить план и заменить его комбинацией двигателей и энкодеров. С тех пор на отладку PID ушло целых два месяца.

Есть аналогичный проект, использующиймощностьСервопривод. В процессе реализации этого проекта сложилась другая ситуация. В этом проекте, учитывая, что сам сервопривод имеет функцию защиты от перегрева, хотя и были некоторые жертвы в скорости, результаты демонстрации наконец были достигнуты, как и было запланировано.

Поэтому ответом на этот вопрос с несколькими вариантами ответов никогда не было «какой из них лучше», а «какой из них менее плох».

4. Три шага к действию для вас

Выберите лист бумаги и запишите три основных движения вашей роботизированной руки: «сбор деталей» или «размахивание флажком»? Среди них первый требует статического поддержания силы, а второй требует динамического ускорения.

Выполните простой тест на несущую способность: сжимайте руками рычаг сервопривода, чтобы почувствовать его фиксирующую способность под разными углами; затем передвигайте вал двигателя руками (при отключенном питании), чтобы ощутить чувство свободы без каких-либо препятствий.

Давайте посмотрим правде в глаза: невозможно получить лучшее от обоих миров. Если вы стремитесь к максимальной скорости отклика и нагрузке менее 200 г, то бессердечные микродвигатели с магнитными энкодерами — это будущая тенденция; Если вам нужна простая конструкция, которую можно использовать прямо из коробки и сконцентрированная мощность, сервопривод на данный момент по-прежнему является наименее плохим выбором.

Самое разумное, что я видел, — это не выбирать между двумя, а использовать гибридный подход: использовать сервоприводы для лучезапястного сустава, чтобы обеспечить точность, и использовать моторы для основания, чтобы обеспечить скорость. Для завершения используйте пару противоречивых аргументов — если вам не удастся решить задачу выбора сегодня, через три месяца ваша роботизированная рука либо останется в ящике стола и будет покрыта пылью, либо из-за чрезмерного нагрева она будет издавать незабываемый запах гари.

Теперь отложите телефон в сторону и поверните рычаг сервопривода и вал двигателя. Осознайте разницу и затем сделайте свой выбор.