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数字舵机从根本颠覆了舵机的控制系统体系, 相对于传统模拟舵机,数字舵机的两个优势是:1.因为微处理器的关系,数字舵机可以在将动力脉冲发送到舵机马达之前,对输入的信号根据设定的参数进行处理。这意味着动力脉冲的宽度,就是说激励马达的动力,可以根据微处理器的程序运算而调整,以适应不同的功能要求,并优化舵机的性能。2.数字舵机以高得多的频率向马达发送动力脉冲。就是说,相对与传统的50脉冲/秒,是300脉冲/秒。虽然,因为频率高的关系,每个动力脉冲的宽度被减小了,但马达在同一时间里收到更多的激励信号,并转动得更快。这也意味着不仅仅舵机马达以更高的频率响应发射机的信号,而且“无反应区”变小;反应变得更快;加速和减速时也更迅速、更柔和;数字舵机提供更高的精度和更好的固定力量。此外还有防抖动,响应速度快的优点。
因此数字舵机的出现得以实现48路舵机控制器的实现 .按照舵机的转动角度分有180度舵机和360度舵机。 180度舵机只能在0度到180度之间运动,超过这个范围,舵机就会出现超量程的故障,轻则齿轮打坏,重则烧坏舵机电路或者舵机里面的电机。360度舵机转动的方式和普通的电机类似,可以连续的转动,不过我们只可以控制它转动的方向和速度,不能调节转动角度。
舵机座结构设计及其加工工艺分析
舵机座是电控小车上的一个零件,通过设计集舵机支座、重块支架的固定、传感器支座于一体的舵机座零件,简化电控小车的拆装内容。分析该零件的加工工艺,为复杂零件的设计加工提供借鉴的作用。
机器人舵机控制器设计
舵机是一种位置伺服的驱动器,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。在本设计中,我们采用单片机来驱动舵机工作,单片机通过改变输出的PWM信号占空比来控制舵机的转角与转速;舵机能够实现正转、反转、自动旋转等功能;为了更直观地显示转角,我们采用了四位八段数据管用于实时显示。
舵机的大小由外舾装按照船级社的规范决定,选型时主要考虑扭矩(kN/m),在设计工作中有两个考核要点:
1. 主机在MCR(最大持续稳定工况)状态下,舵角由一舷的35o转到另一舷的30o需要在28sec之内完成。
2. 舵杆的计算,即其直径的确定。
舵机(约125kg)目 前多用电液式,即液压设备由电动设备进行遥控操作。产品形式分2类:
1. 往复柱塞式舵机(74000DWT散货轮用),原理是通过高低压油的转换而作工产生直线运动,并通过舵柄转换成旋转运动。
2. 转叶式舵机(化学品船用),原理是高低压油直接作用于转子,体积小而高效,但成本较高。
生产厂商:往复柱塞式舵机(国内可生产)国外主要由日本川崎,德国的HATLAPA提供;国内由泰兴市依科攀船舶设备有限公司。转叶式舵机(全进口)主要由Rolls-Royce生产小型的,Frydenbo生产大型的。
两类舵机的差别:
往复柱塞式舵机以上舵承来承重舵系,下舵承来定位,舵柄的压入量仅几毫米;而转叶式舵机不需要上舵承,由舵机直接承重,但是在舵机平台需要考虑水密性,舵柄的压入量需几十毫米。往复柱塞式舵机对尺寸的要求较大。往复柱塞式舵机可以向一舷偏转不到40o,转叶式舵机可达70 o。
液压系统作用是高、低压转换,将压力损失转化为机械运动。包括1.高压泵组(提供压力油)2.控制、操作设备3.执行机构(油马达,油缸柱塞等)。
第一点的原因我们可以理解为,现在的舵机都是并联控制的,舵机线都是需要接到控制板上,我们可以幻想,如果舵机可以串联就好了。脚腕关键的舵机串到膝关节,一直串到髋关节,最后一根线直接接到主控板上,甚至可以把所有的舵机都串进去。我们可以惊喜的发现,只需要1根线,最多4根线就可以搞定17个舵机了。
第二点的原因是舵机自己不能存储中位修正值,修正值需要我们发控制脉冲的时候补进去。我们可以想象,如果我告诉舵机:你好,放松,我要修正你的头的位置,它有点歪了。然后舵机就放松下来,我们把它的头摆正,然后告诉它:这是你头部的正确方向,你以后需要以这位置为正前方,然后舵机就把这个位置记下来了,并且我告诉它转60度它就以这为初始位置转60多,不多不少。
第三点原因是机器人没有神经系统,根本不知道疼痛。如果我们能给控制卡提供每一个关节的力矩、电流、电压、温度、转角,那么机器人缺胳膊少腿的问题都可以解决。呵呵,好像有点神奇了。
其实一点不神奇,因为自从串行总线智能舵机出现后,这些幻想都可以瞬间变成现实。总线伺服舵机简单的说就是可以串联,并且接受数据信号,能够提供关节的力矩、电流、温度、角度等信息,能准确控制位置的运动单元,外形可以和舵机一模一样。我们用一个带串口给总线发送一条指令:舵机ID1,转20度;舵机ID2转30度,舵机ID3休息……直到理论上最后一个舵机。然后所有的舵机就会执行这条指令。这样一连串的动作组成的动作组,一连串的动作组组成工程。就形成了一套你想要的舞蹈、体操、或是一段步态的路径。想想,智慧火花就此开启了。
总的来说,串行总线智能舵机好处实在是太多了。但市面上是否存在这样的一整套结构呢。从舵机到主控板一整套的方案。答案是有的。经过多年研究实验,开发出一套即从主控板到舵机的串行总线智能舵机应用解决方案,该方案的发布对于许多想开发机械臂,机器人,积木,以及许多DIY项目的简直是一个福音。即使不是码农,没有接触过代码的人类也能够在极短的时间内熟悉这套底层系统。这样在认知的道路上大大节约了时间。串行总线智能舵机具有极简布线,开机回中位功能,数据反馈功能,磁编码更稳定可控,开放协议功能,可以接入你想要的功能,如触摸感应,语音通话,距离感应器等等。真正解决了底层解放的生态模式。
总线伺服舵机。我们先来看一下我们现在使用舵机和数字舵机时遇见的问题。
1、我们利用舵机(不论数字还是模拟)搭建一个仿人机器人,用了17个自由度,用了17个舵机。每根舵机都要接到控制板上,根据舵机的身体布局位置,有的线还需要延长,所有的线加起来可能需要十几个端口,像团海草一样把机器人整个身体缠了个遍,机器人在走动的时候突然发现舵机线被拉松了,机器人一个趔趄把脖子都摔断了。控制板上需要做出17个以上PWM信号接口,那可是长长的一排插针啊。如果对于一个健忘的人来说,还很容易忘记哪个插针对应哪个舵机,好不容易接上后,一通电,机器人腿转到背后去了,一排查发现腿关节接到肩关节了。当我们需要给机器人加些传感器时候,突然发现,IO口都被用掉了,定时器不够用了,天啊,我想会是个噩梦。
2、舵机的每一个舵机的参数也不一定一样,不时还会出现居中位置偏差较大的情况,好不容易装出机器人来后发现舵机的中位不一致,和理论计算得出来的机器人步态不相匹配。这样麻烦就大了,需要对每一个舵机设置中位,在发送舵机控制信号的时候还需要对每一个舵机都单独加入这个修正值,而不能统一调用某一个通用的PWM产生函数,天啊,一个步态就是17行代码啊。当然,达人们都是勤劳和严谨的,并不觉得这是辛苦的事情。而有些人会买可以通过编程器调节和设置中位的舵机,当然,可能会很贵。
3、机器人步态的编写是件非常麻烦的事,我们在编写步态的时候给舵机的初始值基本上都是有偏差的,比如我想肩关节转到180度位置,但由于舵机个体差异的问题,这个值已经让舵机处于堵转状态。过一会之后,我们发现机器人一只胳膊不能用了,可怜的机器人啊,还不知道到底发生了什么事。时候检查发现机器人肩关节堵转时间过久,导致电机过热,让舵机外壳融化,然后导致减速齿轮箱错位,舵机就失效了,机器人的一只胳膊就残废了。