人工智能——关于舵机的那些事儿

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人工智能——关于舵机的那些事儿

原标题:人工智能——关于舵机的那些事儿

了解舵机

舵机是一种位置(角度)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。舵机通过一瞬间的堵转扭力将舵盘进行转向,持续的时间短。最早以前在高档遥控玩具,如飞机、潜艇模型,遥控机器人中已经得到了普遍应用。如今通过技术的革新,加工工艺的升级,舵机在各行各业中已得到越来越广泛的应用。

舵机机器人

舵机是糅合了多项技术的科技结晶体,它由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成,是一套自动控制装置,用一个闭环反馈控制回路不断校正输出的偏差,使系统的输出保持恒定。我们在生活中常见的恒温加热系统就是自动控制装置的一个范例,其利用温度传感器检测温度,将温度作为反馈量,利用加热元件提输出,当温度低于设定值时,加热器启动,温度达到设定值时,加热器关闭,这样就使温度始终保持恒定。对于舵机而言呢,位置检测器是它的输入传感器,舵机转动的位置一变,位置检测器的电阻值就会跟着变。通过控制电路读取该电阻值的大小,就能根据阻值适当调整电机的速度和方向,使电机向指定角度旋转。

舵机的形状和大小很多,常见的有标准舵机,微型舵机,大扭力舵机。小舵机力相对小,想要在小舵机中上大扭力,需要改进机构件,如采用更强硬的外壳,常见的有CNC加工的铝外壳,具有硬度强,散热好等优点;采用更精密的齿轮组合,常见的有铜齿,铁齿,铝齿,钛齿,钢齿等。除此之外:结构的设计和加工工艺是影响整个舵机运行的效果。一款舵机的好坏往往体现在上电运转的一瞬间便能知悉舵机的品质。

除了大小和重量,舵机还有两个主要的性能指标:扭力和转速,这两个指标由齿轮组和电机所决定。扭力,通俗讲就是舵机有多大的劲儿。例如在5V的电压下,标准舵机的扭力是5.5kg/cm,指的是1cm处所能负载的最大重量。转速指从一个位置转到另一个位置要多长时间。在5V电压下,舵机标准转度是0.2秒移动60度(即10/0.2=50RPM)。舵机的堵转扭力仅适用于航模中的转向系统。用于机械臂、机器人关节、以及其他需要持续负载转向的机构中就不适合,这会很大程度影响损坏舵机,出现卡齿、崩齿、发热、短路、变形等情况。和我们人一样,最大能背起100斤的沙袋,但只能背一会儿,如果换成30kg就能背的时间更久。这里我们区分两个概念:一个是100斤沙袋(堵转扭矩),30kg沙袋(额定扭矩),只有让舵机的载荷在堵转扭矩的1/3-1/5处。舵机的效能就会越高,使用的时间就会越长。

理解了额定扭矩和堵转扭矩,便能在选型中做出分析。扭矩是力与力矩相乘。额定扭矩便是堵转扭矩的三分一左右(这个额定界定切确的来说是要看在什么样的负载,什么样的速度运行时,温度维持在50°左右,这样的判定更为准确)。把控好富余的力,舵机在使用过程才会游刃有余。

如何延长舵机使用寿命?

1、使用额定扭矩工作,不得超过大于堵转扭矩的力。

2、让舵机只受到一个工作力。即舵机的输出轴只负责一个面的顺逆方向转动。不可以出现支撑、拉扯、斜向、吊载等其他的力。这样长时间会使得输出轴变形,从而直接影响内部齿轮出现变形、卡齿、崩齿、断轴等情况。建议在输出轴外侧采用轴承固定。

3、启动和停止采用加速度缓冲,类似汽车的启动加速停止过程。如果是直接一个最大速度从当前位置到目标位置,对齿轮的冲击很大。

4、电控上做限制,如果突然受外力的冲击,输出轴收到严重堵转。可以在电控上加入电流反馈。当堵转后电流升高,在设定的一个时间内采取让舵机输出轴处于自由转动状态,当外力停止后又恢复正常工作。

5、当舵机运行时间长出现舵盘松动、运行不正常时及时停止工作,分析检查电控和结构上的问题,更换零配件,加润滑油等方式延长使用时间。

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