اخبار

برای اینکه یک بازوی رباتیک بتواند به طور انعطاف‌پذیر حرکت کند و اشیاء را به طور دقیق بگیرد، کلید اصلی در کنترل دقیق هر یک از مفاصل آن نهفته است. این دقیقاً همان جایی است که سروو موتورها نقش خود را ایفا می‌کنند. سروو موتور به عنوان جزء اصلی محرک بازوی رباتیک، سیگنال‌های الکتریکی را به حرکت زاویه‌ای دقیق تبدیل می‌کند و در نتیجه موقعیت‌یابی و کنترل بازوی رباتیک را محقق می‌سازد.

درک چگونگی کنترل بازوهای رباتیک توسط سروو موتورها، گامی اساسی در دنیای طراحی و ساخت ربات است.

اصل اساسی کنترل سروو موتور یک بازوی رباتیک چیست؟

یک سروو موتور شامل یک موتور DC کوچک، یک مجموعه چرخ دنده و یک پتانسیومتر فیدبک موقعیت است. وقتی یک سیگنال کنترل ارسال می‌کنید، مدار کنترل آن سیگنال را با زاویه جریانی که توسط پتانسیومتر برگردانده می‌شود، مقایسه می‌کند.

اگر اختلافی وجود داشته باشد، موتور شروع به کار می‌کند و با استفاده از مجموعه چرخ‌دنده، سرعت را کاهش و گشتاور را افزایش می‌دهد و باعث چرخش شفت خروجی تا رسیدن به موقعیت تعیین‌شده و توقف آن می‌شود. این سیستم کنترل حلقه بسته، دقت کنترل زاویه را تضمین می‌کند.

برای بازوهای رباتیک،هر مفصل مجهز به یک سروو موتور استبا هماهنگ کردن زوایای چرخش چندین سروو موتور، عملگر نهایی بازوی رباتیک می‌تواند یک مسیر از پیش تعیین‌شده را در فضا دنبال کند.

برای مثال، برای اینکه یک بازوی رباتیک سه درجه آزادی بتواند فنجانی را که روی میز قرار دارد بردارد، موتورهای سروو مفاصل شانه، آرنج و مچ باید با هم کار کنند تا یک سری تغییرات زاویه پیوسته را محاسبه و اجرا کنند.

چرا سروو موتورها برای کنترل بازوی رباتیک مناسب هستند؟

سروو موتورها یک مزیت قابل توجه دارند: یکپارچگی بالا. آنها موتور، گیربکس کاهنده و مدار کنترل را همگی در یک محفظه جمع و جور جای می‌دهند و به توسعه‌دهندگان یک راه‌حل «اتصال و استفاده» ارائه می‌دهند.

تولیدکنندگان بازوی رباتیکنیازی به خرید جداگانه موتور و درایور نیستو همچنین نیازی به تنظیم پیچیده پارامترهای PID ندارند. این امر به طور قابل توجهی مانع ورود به بازار برای بازوهای رباتیک را کاهش داده و چرخه توسعه را کوتاه می‌کند.

گشتاور ایستایی که توسط سروو موتور ارائه می‌شود برای بازوی رباتیک بسیار مهم است. هنگامی که بازوی رباتیک به موقعیت هدف می‌رسد، حتی اگر توسط نیروهای خارجی مختل شود، سروو موتور به تأمین نیرو برای حفظ زاویه ادامه می‌دهد و بنابراین درجه خاصی از «نیروی نگهدارنده» را نشان می‌دهد.

این ویژگی است که بازوی رباتیک را قادر می‌سازد اشیاء را در حالت پایدار نگه دارد یا در صورت برخورد جزئی، به راحتی از وضعیت از پیش تعیین شده منحرف نشود.

چگونه مدل سروو موتور مناسب برای یک بازوی رباتیک را انتخاب کنیم؟

هنگام انتخاب یک سروو موتور، گشتاور و سرعت دو پارامتر بسیار مهم هستند. گشتاور، "نیروی" سروو موتور را تعیین می‌کند و آن را قادر می‌سازد تا بر گشتاور تولید شده توسط وزن پیوندهای بازوی رباتیک و بار غلبه کند. یک روش تخمین ساده این است که گشتاور مورد نیاز برای مفصل باید حداقل ۱.۵ برابر گشتاور تولید شده توسط پیوندها و بار باشد.

سرعت بر نرمی حرکات بازوی رباتیک تأثیر می‌گذارد؛ هرچه مقدار آن کمتر باشد، مانند 0.1 ثانیه/60 درجه، حرکت سریع‌تر است.

برای پروژه‌های آموزشی یا بازوی رباتیک رومیزی، رایجسروو موتور DS-R003Bمدل موتور اغلب نقطه شروع خوبی با اثربخشی هزینه عالی است.

فرمت خاص سیگنال کنترل سروو موتور چیست؟

سروو موتورها به طور گسترده از سیگنال‌های PWM (مدولاسیون پهنای پالس) برای کنترل استفاده می‌کنند. پالس کنترل توسط سطح ولتاژ تعیین نمی‌شود، بلکه توسط مدت زمان آن تعیین می‌شود. دوره استاندارد پالس کنترل معمولاً 20 میلی‌ثانیه است.

در طول این دوره، مدت زمان سیگنال سطح بالا بین 0.5 تا 2.5 میلی ثانیه متغیر است. این پهنای پالس مستقیماً با جابجایی زاویه‌ای شفت خروجی از 0 تا 180 درجه مطابقت دارد.

به طور خاص، پهنای پالس ۰.۵ میلی‌ثانیه معمولاً مربوط به موقعیت ۰ درجه، ۱.۵ میلی‌ثانیه مربوط به موقعیت ۹۰ درجه خنثی و ۲.۵ میلی‌ثانیه مربوط به موقعیت ۱۸۰ درجه است. برای تولید این شکل موج پالس با پهنای مشخص، باید از پورت‌های ورودی/خروجی میکروکنترلر استفاده کنید.

چگونه حرکت هماهنگ یک بازوی رباتیک را برنامه‌ریزی کنیم؟

مهم‌ترین جنبه‌ی استفاده از برنامه‌نویسی برای کنترل یک بازوی رباتیک چند درجه آزادی، محاسبات سینماتیکی است. شما باید یک رابطه‌ی نگاشت از «فضای مفصلی» به «فضای دکارتی» ایجاد کنید.

به عنوان مثال، با در نظر گرفتن حرکت خطی عملگر انتهایی بازوی رباتیک، باید این مسیر مستقیم را در جهت مخالف محاسبه کنید و آن را به دنباله‌ای از زوایا تبدیل کنید که با گذشت زمان برای هر سروو مفصل تغییر می‌کنند.

در برنامه‌نویسی واقعی، شما ابتدامسیر مطلوب عملگر نهایی بازوی رباتیک را برنامه‌ریزی کنیدسپس، با استفاده از سینماتیک معکوس، زاویه هدفی را که هر سروو باید در زمان واقعی بچرخد، محاسبه می‌کنید.

سپس برد کنترل، سیگنال‌های PWM مربوطه را به ترتیب به هر سروو ارسال می‌کند و از رسیدن آنها به موقعیت‌های تعیین‌شده‌شان به طور همزمان یا به ترتیب اطمینان حاصل می‌کند. این امر حرکات ترکیبی روان و هماهنگی را به ارمغان می‌آورد.

مشکلات رایج هنگام ساخت بازوی رباتیک مجهز به سروو موتور

برای مبتدیان، رایج‌ترین مشکل این است که مفاصل بازوی رباتیک ممکن است بلرزند یا به طور دقیق به موقعیت خود نرسند. این امر عموماً به دلیل منبع تغذیه ناکافی ایجاد می‌شود. هنگامی که چندین سروو موتور به طور همزمان کار می‌کنند، جریان مصرفی بسیار زیاد است، که یک پورت USB کامپیوتر یا یک باتری ساده نمی‌تواند آن را تأمین کند و منجر به افت شدید ولتاژ می‌شود.

راه حل این است که از یک منبع تغذیه جداگانه و تنظیم شده با توان کافی استفاده کنید و یک خازن با ظرفیت بالا را به موازات خط تغذیه هر سروو اضافه کنید تا تقاضای جریان را بافر کند.

استحکام مکانیکی ناکافی که منجر به مونتاژ بیش از حد محکم می‌شود، یکی دیگر از مشکلات رایج است. لق زدن سازه، گشتاور سروو را از بین می‌برد، در حالی که مونتاژ بیش از حد محکم، مقاومت اصطکاکی را افزایش می‌دهد. هر دوی این موقعیت‌ها می‌توانند منجر به موقعیت‌یابی نادرست سروو و حتی گرمای بیش از حد شوند.

مطمئن شوید که قطعات بازوی رباتیک شما دقیقاً ماشینکاری شده، به طور ایمن متصل شده‌اند وصفحات درایو سروو به درستی و بدون لغزش نصب شده انداضافه کردن تأخیرهای حرکتی مناسب در کد همچنین می‌تواند از لرزش سروو به دلیل جهش بیش از حد جلوگیری کند.