¿Debo elegir un motor o un servo para un brazo robótico? 3 puntos clave que te ayudarán a decidir

¿Alguna vez has pensado cuál es el problema cuando tu brazo robótico se detiene repentinamente en el aire o vibra locamente como si estuviera poseído?

1. Una pregunta de opción múltiple que te quitará el sueño

No esté tan ansioso por mirar la lista de parámetros. Intenta imaginar tu brazo robótico como un brazo humano. El motor es como un músculo puro, sólo sabe contraerse y soltarse con fuerza; y elservoEs más como un tendón con su propio cerebro, sabe exactamente en qué ángulo quiere permanecer.

He visto a muchas personas obsesionarse con las cifras de "par" y "voltaje" cuando comenzaron, pero el brazo robótico ensamblado final era tan suave como fideos, sin la fuerza ni el soporte que debería tener. A veces, el brazo robótico era tan duro como un tubo de hierro oxidado, perdiendo su flexibilidad y operatividad.

Supongamos que elige unservoBueno, si es así, ¿estás dispuesto a aceptar su lamentable capacidad de rotación continua? Un número extremadamente grande deservoLos s están diseñados para "posicionarse" en lugar de "correr". Por otro lado, si elige un motor de CC, ¿está preparado para afrontar ese molesto problema: la falta de retroalimentación, cómo saber dónde ha girado?

Un experimento que ilustra el problema consiste en instalar un servo normal de 9 g en un brazo robótico simple, instalar un motor N20 del mismo precio en otro brazo robótico simple y luego dejar que agarren un huevo. Como resultado, el brazo servo se detuvo de manera constante en el segundo segundo y el brazo motor aplastó la cáscara del huevo después del quinto intento. El problema no es que el motor no tenga la potencia suficiente, sino que no sabe cuándo parar.

2. El enfrentamiento entre dos deseos centrales

Analicemos los requisitos.

Existe un término particularmente importante en el campo del diseño mecánico, llamado torque, que a menudo aparecerá en sus registros de diseño. Imagine que cuando desea que el brazo robótico recoja una botella de agua de 500 ml, el servo generalmente puede proporcionar una fuerza de bloqueo más directa en función de su fuerza en el mismo volumen. Tenga en cuenta que no requiere frenos adicionales. La diferencia con esto es que el motor tiene que trabajar con la caja reductora y el codificador para simular la situación de "parada en algún lugar".

Tomemos como ejemplo un pequeño brazo robótico de seis ejes. Si cada articulación utiliza un servo, es posible que todo el sistema de control solo requiera una placa PCA9685. ¿Pero qué pasa si se reemplaza por un motor? Luego debes preparar cuidadosamente seis controladores de circuito cerrado y un montón de pines de interrupción.

Sin embargo, no te ocupes demasiado animando todavía. El problema fundamental con los servos es su capacidad de respuesta. Cuando le pides que gire de 0 grados a 180 grados, se comporta como un anciano que camina lentamente. En cuanto al motor, siempre que el voltaje cumpla las condiciones, solo tarda 0,1 segundos en girar medio círculo. Por lo tanto, para aquellas aplicaciones que requieren agarre rápido, lanzamiento o rotación continua, como tenis de mesa levantando brazos robóticos, usar un servo es suficiente para molestarte.

P: ¿El mecanismo de dirección es realmente más preciso que el motor?

Primero, A dijo que este no es necesariamente el caso, y luego mencionó que la precisión de los servos ordinarios es de aproximadamente 0,5 grados, pero la precisión de los codificadores y motores paso a paso de circuito cerrado puede alcanzar los 0,05 grados, y finalmente señaló que la ventaja de los servos es que su integración es relativamente simple.

P: Quiero hacer un brazo robótico para enseñar, ¿cuál debo elegir?

Seleccione un servo, retire el codificador y el circuito de accionamiento y concéntrese en la cinemática y la lógica de programación. Tenga cuidado al elegir un servo con dientes metálicos para evitar el escaneo de los dientes.

P: ¿Es la solución del motor más barata?

1. A dijo que parece barato en la superficie, pero en realidad es caro. 2. El precio de un motor de corriente continua es de decenas de yuanes. 3. Pero ¿qué pasa si se añaden codificadores, controladores y frenos mecánicos? 4. El precio total final será superior al precio del mismo nivel de aparato de dirección.

3. Ese escenario hipotético que te hace arrepentirte

Después de tres semanas, su brazo robótico comienza a moverse. Abres la interfaz de depuración y descubres que la temperatura del servo se eleva a 65 grados después de quince minutos de funcionamiento continuo. Sólo entonces recuerdas de repente: ¿por qué diablos no tuve en cuenta el control de costes? No el coste en términos de presupuesto, sino el "coste de mantenimiento" y el "coste de tiempo".

Al mismo tiempo surgió un caso real de equipo de estudiantes. Seleccionaron cuidadosamente doce servos MG995 para construir un robot de dos brazos. Sin embargo, un día antes de la manifestación ocurrió una situación inesperada. Todos los servos saltaron aleatoriamente debido al efecto de la onda de energía. No tuvieron más remedio que cambiar el plan y sustituirlo por una combinación de motores y codificadores. Desde entonces, han sido necesarios dos meses completos para depurar el PID.

Hay un proyecto similar usandokpotenciaServo. Durante el proceso de construcción de este proyecto, surgió una situación diferente. En este proyecto, dado que el servo en sí tiene una función de protección contra sobrecalentamiento, aunque hubo cierto sacrificio en la velocidad, los resultados de la demostración finalmente se lograron según lo previsto.

Por tanto, la respuesta a esta pregunta de opción múltiple nunca ha sido “cuál es mejor”, sino “cuál es menos mala”.

4. Tres pasos de acción para usted

Elija una hoja de papel y escriba los tres movimientos principales de su brazo robótico: ¿es "recoger piezas" o "ondear una bandera"? Entre ellos, el primero requiere el mantenimiento estático de la fuerza, mientras que el segundo requiere una aceleración dinámica.

Complete una prueba de carga simple: use sus manos para apretar el brazo del servo y sentir su capacidad de bloqueo en diferentes ángulos; luego use sus manos para mover el eje del motor (cuando la energía esté apagada) para experimentar la sensación de libertad sin obstáculos.

Afrontemos la dura verdad: no se puede tener lo mejor de ambos mundos. Si busca la máxima velocidad de respuesta y la carga es inferior a 200 g, entonces los micromotores sin núcleo con codificadores magnéticos son la tendencia futura; Si necesita una estructura simple que pueda usarse nada más sacarla de la caja y potencia concentrada, un servo sigue siendo la opción menos mala en este momento.

Lo más inteligente que he visto es no elegir entre los dos, sino utilizar un enfoque híbrido: usar servos para la articulación de la muñeca para garantizar la precisión y usar motores para la base para garantizar la velocidad. Utilice un par de argumentos contradictorios para terminar: si no logra resolver el problema de selección hoy, después de tres meses, su brazo robótico quedará en un cajón y cubierto de polvo, o emitirá un olor a quemado inolvidable debido al calor excesivo.

Ahora, deja el teléfono a un lado y gira el brazo del servo y el eje del motor. Date cuenta de la diferencia y luego haz tu elección.