חֲדָשׁוֹת

כדי לאפשר לזרוע רובוטית לנוע בגמישות ולתפוס חפצים במדויק, המפתח טמון בשליטה מדויקת בכל אחד מהמפרקים שלה. כאן בדיוק ממלאים מנועי סרוו את תפקידם. כרכיב ההנעה המרכזי של הזרוע הרובוטית, מנוע הסרוו ממיר אותות חשמליים לתנועה זוויתית מדויקת, ובכך משיג את המיקום והשליטה של ​​הזרוע הרובוטית.

הבנת האופן שבו מנועי סרוו שולטים בזרועות רובוטיות היא צעד מכריע בעולם תכנון וייצור הרובוטים.

מהו העיקרון הבסיסי של בקרת מנוע סרוו בזרוע רובוטית?

מנוע סרוו מכיל מנוע DC קטן, מערכת גלגלי שיניים ופוטנציומטר משוב מיקום. כאשר שולחים אות בקרה, מעגל הבקרה משווה את האות הזה לזווית הזרם המוזנת על ידי הפוטנציומטר.

אם יש פער, המנוע מתחיל לפעול, תוך שימוש בגלגל השיניים המוגדר כדי להאט ולהגביר את המומנט, מה שגורם לציר המוצא להסתובב עד שהוא מגיע למיקום המיועד ונעצר. מערכת בקרה בלולאה סגורה זו מבטיחה את דיוק בקרת הזווית.

עבור זרועות רובוטיות,כל מפרק מצויד בסרוועל ידי תיאום זוויות הסיבוב של מספר מנועי סרוו, האפקטור הקצה של הזרוע הרובוטית יכול לעקוב אחר מסלול קבוע מראש במרחב.

לדוגמה, כדי לגרום לזרוע רובוטית בעלת שלוש דרגות חופש להרים כוס המונחת על שולחן, מנועי הסרוו של מפרקי הכתף, המרפק ושורש כף היד צריכים לעבוד יחד כדי לחשב ולבצע סדרה של שינויי זווית רציפים.

מדוע מנועי סרוו מתאימים לבקרת זרוע רובוטית?

לסרוו יש יתרון משמעותי: אינטגרציה גבוהה. הם מאחסנים את המנוע, גיר ההפחתה ומעגלי הבקרה, כולם בתוך מארז קומפקטי, ומספקים למפתחים פתרון "חבר והפעל".

יצרני זרועות רובוטיותאין צורך לרכוש מנועים ודרייברים בנפרד, וגם אין צורך לבצע כוונון מורכב של פרמטרי PID. זה מוריד משמעותית את מחסום הכניסה לזרועות רובוטיות ומקצר את מחזור הפיתוח.

מומנט ההשתהרות שמספק מנוע הסרוו הוא קריטי עבור הזרוע הרובוטית. ברגע שהזרוע הרובוטית מגיעה למיקום היעד, גם אם היא מופרעת על ידי כוחות חיצוניים, מנוע הסרוו ימשיך לספק חשמל כדי לשמור על הזווית וכך להפגין מידה מסוימת של "כוח החזקה".

מאפיין זה הוא המאפשר לזרוע הרובוטית להחזיק עצמים במצב יציב או לא לסטות בקלות מהתנוחה המוגדרת מראש כאשר היא סופגת התנגשות קלה.

כיצד לבחור את דגם הסרוו הנכון עבור זרוע רובוטית

בבחירת מנוע סרוו, מומנט ומהירות הם שני הפרמטרים החשובים ביותר. המומנט קובע את "הכוח" של מנוע הסרוו, ומאפשר לו להתגבר על המומנט שנוצר ממשקל החוליות של הזרוע הרובוטית והעומס. שיטת הערכה פשוטה היא שהמומנט הנדרש למפרק צריך להיות לפחות פי 1.5 מהמומנט שנוצר על ידי החוליות והעומס.

המהירות משפיעה על חלקות תנועות הזרוע הרובוטית; ככל שהערך נמוך יותר, כגון 0.1 שניות/60°, כך התנועה מהירה יותר.

לפרויקטים חינוכיים או שולחניים של זרוע רובוטית, המשותףסרוו DS-R003Bדגם מנוע הוא לרוב נקודת התחלה טובה עם יעילות כלכלית מעולה.

מהו הפורמט הספציפי של אות בקרת מנוע סרוו?

סרוו משתמשים באופן נרחב באותות PWM (אפנון רוחב פולס) לבקרה. פולס הבקרה אינו נקבע על ידי רמת המתח, אלא על ידי משכו. תקופת פולס בקרה סטנדרטית היא בדרך כלל 20 מילישניות.

במהלך תקופה זו, משך האות ברמה הגבוהה משתנה בין 0.5 ל-2.5 מילישניות. רוחב פולס זה מתאים ישירות לתזוזה הזוויתית של ציר המוצא מ-0° עד 180°.

באופן ספציפי, רוחב פולס של 0.5ms מתאים בדרך כלל למצב 0°, 1.5ms למצב ניטרלי של 90°, ו-2.5ms למצב 180°. עליך להשתמש ביציאות ה-I/O של המיקרו-בקר כדי לייצר צורת גל פולס זו ברוחב ספציפי.

כיצד לתכנת את התנועה המתואמת של זרוע רובוטית?

ההיבט החשוב ביותר בשימוש בתכנות לשליטה בזרוע רובוטית בעלת דרגות חופש מרובות טמון בחישובים קינמטיים. עליכם ליצור קשר מיפוי מ"מרחב משותף" ל"מרחב קרטזי".

אם ניקח כדוגמה את התנועה הליניארית של אפקטור הקצה של הזרוע הרובוטית, עליכם לחשב את המסלול הישר הזה בכיוון ההפוך, ולהפוך אותו לרצף של זוויות המשתנות עם הזמן עבור כל סרוו מפרק.

בתכנות בפועל, קודם כללתכנן את המסלול הרצוי של אפקטור הקצה של הזרוע הרובוטיתלאחר מכן, באמצעות קינמטיקה הפוכה, מחשבים את זווית היעד שבה כל סרוו צריך להסתובב בזמן אמת.

לאחר מכן, לוח הבקרה שולח אותות PWM מתאימים לכל סרוו ברצף, ומבטיח שהם יגיעו למיקומם הייעודי בו זמנית או ברצף. כך משיגים תנועות מורכבות חלקות ומתואמות.

בעיות נפוצות בעת בניית זרוע רובוטית המותקנת על סרוו

למתחילים, הבעיה הנפוצה ביותר היא שמפרקי הזרוע הרובוטית עלולים לרטוט או שלא להגיע במדויק למיקומם. זה נגרם בדרך כלל עקב אספקת חשמל לא מספקת. כאשר מספר סרוו פועלים בו זמנית, צריכת הזרם גבוהה מאוד, ויציאת USB של המחשב או חבילת סוללות פשוטה אינם יכולים לעמוד בה, מה שמוביל לירידה חדה במתח.

הפתרון הוא להשתמש בספק כוח נפרד ומווסת עם הספק מספיק, ולהוסיף קבל בעל קיבולת גדולה במקביל לקו החשמל של כל סרוו כדי לחסום את דרישת הזרם.

קשיחות מכנית לא מספקת המובילה להרכבה הדוקה מדי היא בעיה נפוצה נוספת. תנודות מבניות יפיצו את מומנט הסרוו, בעוד שהרכבה הדוקה מדי תגביר את ההתנגדות לחיכוך. שני מצבים אלה עלולים להוביל למיקום סרוו לא מדויק ואף להתחממות יתר.

ודא שחלקי הזרוע הרובוטית שלך מעובדים במדויק, מחוברים היטב, ושהםלוחות הנעת סרוו מותקנים כראוי ללא החלקההוספת השהיות תנועה מתאימות בקוד יכולה גם למנוע רעידות סרוו עקב יתר-על.