Ştiri

Pentru a permite unui braț robotic să se miște flexibil și să prindă obiecte cu precizie, cheia constă în controlul precis al fiecăreia dintre articulațiile sale. Tocmai aici își joacă rolul servomotoarele. Fiind componentă centrală de acționare a brațului robotic, servomotorul transformă semnalele electrice în mișcare unghiulară precisă, realizând astfel poziționarea și controlul brațului robotic.

Înțelegerea modului în care servomotoarele controlează brațele robotice este un pas crucial în lumea proiectării și fabricației de roboți.

Care este principiul de bază al comenzii cu servomotor a unui braț robotic?

Un servomotor conține un motor de curent continuu de dimensiuni reduse, un set de angrenaje și un potențiometru cu feedback de poziție. Când trimiteți un semnal de control, circuitul de control compară acel semnal cu unghiul de curent transmis de potențiometru.

Dacă există o discrepanță, motorul pornește, utilizând setul de angrenaje pentru a încetini și a crește cuplul, determinând arborele de ieșire să se rotească până când atinge poziția desemnată și se oprește. Acest sistem de control în buclă închisă asigură precizia controlului unghiului.

Pentru brațele robotice,fiecare articulație este echipată cu un servoPrin coordonarea unghiurilor de rotație ale mai multor servomotoare, efectorul final al brațului robotic poate urma o traiectorie predeterminată în spațiu.

De exemplu, pentru a face un braț robotic cu trei grade de libertate să ridice o cană așezată pe o masă, servomotoarele articulațiilor umărului, cotului și încheieturii mâinii trebuie să lucreze împreună pentru a calcula și executa o serie continuă de modificări ale unghiului.

De ce sunt servomotoarele potrivite pentru controlul brațelor robotice?

Servomotoarele au un avantaj semnificativ: integrare ridicată. Acestea adăpostesc motorul, reductorul și circuitele de control, toate într-o carcasă compactă, oferind dezvoltatorilor o soluție „plug and play”.

Producători de brațe roboticenu este nevoie să achiziționați separat motoare și drivere...și nici nu trebuie să efectueze reglaje complexe ale parametrilor PID. Acest lucru reduce semnificativ bariera de intrare pentru brațele robotice și scurtează ciclul de dezvoltare.

Cuplul de blocare furnizat de servomotorul este crucial pentru brațul robotic. Odată ce brațul robotic atinge poziția țintă, chiar dacă este perturbat de forțe externe, servomotorul va continua să furnizeze energie pentru a menține unghiul și, prin urmare, va prezenta un anumit grad de „forță de menținere”.

Această caracteristică este cea care permite brațului robotic să mențină obiectele într-o stare stabilă sau să nu se abată ușor de la postura prestabilită atunci când primește o coliziune ușoară.

Cum să alegi modelul de servo potrivit pentru un braț robotic

Atunci când se selectează un servomotor, cuplul și viteza sunt cei mai importanți doi parametri. Cuplul determină „forța” servomotorului, permițându-i să depășească cuplul generat de greutatea legăturilor brațului robotic și de sarcină. O metodă simplă de estimare este că cuplul necesar pentru articulație ar trebui să fie de cel puțin 1,5 ori mai mare decât cuplul generat de legături și sarcină.

Viteza afectează fluiditatea mișcărilor brațului robotic; cu cât valoarea este mai mică, cum ar fi 0,1 sec/60°, cu atât mișcarea este mai rapidă.

Pentru proiecte educaționale sau de birou cu brațe robotice, comunulServo DS-R003BModelul motorului este adesea un bun punct de plecare cu o excelentă eficiență a costurilor.

Care este formatul specific al semnalului de comandă al servomotorului?

Servomotoarele utilizează pe scară largă semnale PWM (Pulse Width Modulation - Modulația lățimii impulsurilor) pentru control. Impulsul de control nu este determinat de nivelul tensiunii, ci de durata sa. O perioadă standard a impulsului de control este de obicei de 20 de milisecunde.

În această perioadă, durata semnalului de nivel înalt variază între 0,5 și 2,5 milisecunde. Această lățime a impulsului corespunde direct deplasării unghiulare a arborelui de ieșire de la 0° la 180°.

Mai exact, o lățime a impulsului de 0,5 ms corespunde în general poziției de 0°, 1,5 ms poziției neutre de 90° și 2,5 ms poziției de 180°. Trebuie să utilizați porturile I/O ale microcontrolerului pentru a genera această formă de undă a impulsului cu o lățime specifică.

Cum se programează mișcarea coordonată a unui braț robotic?

Cel mai important aspect al utilizării programării pentru a controla un braț robotic cu mai multe grade de libertate constă în calculele cinematice. Trebuie să stabiliți o relație de mapare de la „spațiul articulațiilor” la „spațiul cartezian”.

Luând ca exemplu mișcarea liniară a efectorului final al brațului robotic, trebuie să calculați această traiectorie dreaptă în direcția opusă, transformând-o într-o secvență de unghiuri care se modifică în timp pentru fiecare servomotor articular.

În programarea reală, mai întâiplanificați traiectoria dorită a efectorului final al brațului roboticApoi, folosind cinematica inversă, calculați unghiul țintă la care fiecare servo ar trebui să se rotească în timp real.

Placa de control trimite apoi semnale PWM corespunzătoare fiecărui servomotor secvențial, asigurându-se că acestea ajung simultan sau în secvență la pozițiile desemnate. Acest lucru realizează mișcări compozite line și coordonate.

Probleme frecvente la construirea unui braț robotic montat pe servo

Pentru începători, cea mai frecventă problemă este vibrația articulațiilor brațului robotic sau faptul că acestea nu își ating cu precizie pozițiile. Acest lucru este cauzat, în general, de o alimentare insuficientă. Atunci când mai multe servomotoare funcționează simultan, consumul de curent este foarte mare, ceea ce un port USB al computerului sau o simplă baterie nu poate acoperi, ceea ce duce la o cădere bruscă de tensiune.

Soluția este de a utiliza o sursă de alimentare separată, stabilizată, cu putere suficientă și de a adăuga un condensator de mare capacitate în paralel cu linia de alimentare a fiecărui servomotor pentru a amortiza cererea de curent.

Rigiditatea mecanică insuficientă, care duce la un asamblaj prea strâns, este o altă problemă frecventă. Oscilațiile structurale vor disipa cuplul servo, în timp ce un asamblaj prea strâns va crește rezistența la frecare. Ambele situații pot duce la o poziționare inexactă a servomotoarelor și chiar la supraîncălzire.

Asigurați-vă că piesele brațului robotic sunt prelucrate cu precizie, conectate în siguranță și căplăcile de acționare a servomotorului sunt instalate corect fără alunecareAdăugarea de întârzieri de mișcare adecvate în cod poate, de asemenea, preveni vibrațiile servomotoarelor din cauza depășirii valorii.