Новини

Щоб роботизована рука могла гнучко рухатися та точно захоплювати об'єкти, ключовим є точне керування кожним її суглобом. Саме тут свою роль відіграють серводвигуни. Як основний приводний компонент роботизованої руки, серводвигун перетворює електричні сигнали в точний кутовий рух, тим самим забезпечуючи позиціонування та керування роботизованою рукою.

Розуміння того, як серводвигуни керують роботизованими маніпуляторами, є вирішальним кроком у світ проектування та виробництва роботів.

Який основний принцип керування серводвигуном роботизованої руки?

Серводвигун містить невеликий двигун постійного струму, зубчасту передачу та потенціометр зворотного зв'язку за положенням. Коли ви надсилаєте керуючий сигнал, схема керування порівнює цей сигнал з поточним кутом, що подається назад потенціометром.

Якщо є розбіжність, двигун запускається, використовуючи редуктор для уповільнення та збільшення крутного моменту, змушуючи вихідний вал обертатися, доки він не досягне заданого положення та не зупиниться. Ця система керування із замкнутим контуром забезпечує точність контролю кута.

Для роботизованих рук,кожен шарнір оснащений сервоприводомКоординуючи кути повороту кількох серводвигунів, кінцевий ефектор роботизованої руки може слідувати заданій траєкторії в просторі.

Наприклад, щоб роботизована рука з трьома ступенями свободи підняла чашку, розміщену на столі, серводвигуни плечового, ліктьового та зап'ястного суглобів повинні працювати разом, щоб розрахувати та виконати серію безперервних змін кута.

Чому серводвигуни підходять для керування роботизованою рукою?

Сервоприводи мають значну перевагу: високий рівень інтеграції. Вони розміщують двигун, редуктор та схему керування в компактному корпусі, що забезпечує розробникам рішення «підключи та працюй».

Виробники робототехнічних рукне потрібно купувати двигуни та драйвери окремо, а також їм не потрібно виконувати складне налаштування параметрів ПІД-регулятора. Це значно знижує вхідний бар'єр для роботизованих маніпуляторів та скорочує цикл розробки.

Крутний момент зупинки, що забезпечується серводвигуном, є вирішальним для роботизованої руки. Після досягнення роботизованою рукою цільового положення, навіть якщо її стан порушується зовнішніми силами, серводвигун продовжуватиме подавати живлення для підтримки кута і таким чином демонструватиме певний ступінь «утримуючої сили».

Саме ця характеристика дозволяє роботизованій руці утримувати об'єкти у стабільному стані або не відхилятися від заданого положення при незначному зіткненні.

Як вибрати правильну модель сервоприводу для роботизованої руки

Під час вибору серводвигуна крутний момент і швидкість є двома найважливішими параметрами. Крутний момент визначає «силу» серводвигуна, дозволяючи йому подолати крутний момент, що створюється вагою ланок роботизованої руки та навантаженням. Простий метод оцінки полягає в тому, що крутний момент, необхідний для з'єднання, повинен бути щонайменше в 1,5 раза більшим за крутний момент, що створюється ланками та навантаженням.

Швидкість впливає на плавність рухів роботизованої руки; чим менше значення, наприклад, 0,1 сек/60°, тим швидше рух.

Для освітніх або настільних проектів з роботизованою рукою, спільнеСервопривід DS-R003BМодель двигуна часто є гарною відправною точкою з відмінною економічною ефективністю.

Який конкретний формат сигналу керування серводвигуном?

Сервоприводи широко використовують сигнали ШІМ (широтно-імпульсної модуляції) для керування. Керуючий імпульс визначається не рівнем напруги, а його тривалістю. Стандартний період керуючого імпульсу зазвичай становить 20 мілісекунд.

Протягом цього періоду тривалість сигналу високого рівня коливається від 0,5 до 2,5 мілісекунд. Ця ширина імпульсу безпосередньо відповідає кутовому зміщенню вихідного вала від 0° до 180°.

Зокрема, тривалість імпульсу 0,5 мс зазвичай відповідає положенню 0°, 1,5 мс – нейтральному положенню 90°, а 2,5 мс – положенню 180°. Для генерації цієї імпульсної хвилі певної тривалості необхідно використовувати порти вводу/виводу мікроконтролера.

Як запрограмувати скоординований рух роботизованої руки?

Найважливіший аспект використання програмування для керування роботизованою рукою з кількома ступенями свободи полягає в кінематичних розрахунках. Вам потрібно встановити відображення між «простором суглобів» та «декартовим простором».

Взявши за приклад лінійний рух кінцевого ефектора роботизованої руки, вам потрібно обчислити цей прямий шлях у протилежному напрямку, перетворивши його на послідовність кутів, що змінюються з часом для кожного шарнірного сервоприводу.

У реальному програмуванні ви спочаткуспланувати бажану траєкторію руху кінцевого ефектора роботизованої рукиПотім, використовуючи обернену кінематику, ви обчислюєте цільовий кут, на який повинен обертатися кожен сервопривід у режимі реального часу.

Потім плата керування послідовно надсилає відповідні ШІМ-сигнали до кожного сервоприводу, забезпечуючи їхнє одночасне або послідовне досягнення призначених положень. Це забезпечує плавні, скоординовані складені рухи.

Поширені проблеми під час створення роботизованої руки на сервоприводі

Для початківців найпоширенішою проблемою є вібрація суглобів роботизованої руки або їх неточність у досягненні своїх положень. Зазвичай це спричинено недостатнім живленням. Коли кілька сервоприводів працюють одночасно, споживання струму дуже високе, і USB-порт комп'ютера або простий акумулятор не можуть його забезпечити, що призводить до різкого падіння напруги.

Рішення полягає у використанні окремого, регульованого джерела живлення з достатньою потужністю та додаванні конденсатора великої ємності паралельно до лінії живлення кожного сервоприводу для буферизації струмового навантаження.

Ще однією поширеною проблемою є недостатня механічна жорсткість, що призводить до надмірно щільного складання. Структурне коливання розсіює крутний момент сервоприводу, тоді як надмірно щільне складання збільшує опір тертю. Обидві ці ситуації можуть призвести до неточного позиціонування сервоприводу та навіть перегріву.

Переконайтеся, що деталі вашої роботизованої руки точно оброблені, надійно з'єднані, а також щопластини сервоприводу встановлені правильно без прослизанняДодавання відповідних затримок руху в код також може запобігти вібрації сервоприводу через перерегулювання.