Приветствую Вас ГостьВторник, 26.09.2017, 10:30

Robostroi


Повышение точности позиционирования сервопривода

В данной статье описана методика улучшения точности и повторяемости позиционирования сервопривода при помощи внешнего потенциометра обратной связи.

Допустим, у нас есть радиоуправляемая машина (как на рисунке ниже), и мы хотим снабдить ее видеокамерой с двумя степенями свободы. При движении в вертикальной плоскости камера должна быть способной смотреть прямо вперед, вертикально вверх и вниз под углом 20 градусов - итого диапазон перемещения составляет 110 градусов. Это можно реализовать с помощью стандартного радиоуправляемого сервопривода. При движении в горизонтальной плоскости камера должна поворачиваться направо/налево вплоть до разворота назад - итого диапазон перемещения составляет 360 градусов.


http://www.roboclub.ru/netcat_files/11_707.jpg

Проблема в том, что сервоприводы, подходящие для горизонтального вращения вокруг своей оси, достаточно дороги. Поэтому возникает идея приспосабливать для этих целей обычные сервоприводы от, например, радиоуправляемых аэропланов.

Первый вариант состоит в троекратном ускорении обычного сервопривода. Для этого к выходному валу сервомеханизма прикрепляют шестерню с 36-ю зубцами, а основание вращающейся горизонтальной платформы помещают на 12-зубчатую шестерню. Тогда диапазон поворота стандартного сервопривода увеличится в три раза и составит более 360 градусов.

http://www.roboclub.ru/netcat_files/11_713.JPG


К сожалению, не только угловая скорость увеличивается в три раза, - погрешность позиционирования также возрастает в три раза. И когда джойстик дистанционного пульта помещается в центральное положение, камера не возвращается в точности в начальную позицию. Отклонение зависит от направления и дистанции предыдущего поворота. Так что эта конструкция работает, но весьма неточно.

Решение заключается в использовании внешнего потенциометра для создания обратной связи в цепи позиционирования сервомеханизма. Предложенная методика по улучшению точности позиционирования подойдет для любой схемы управления сервопривода.

http://www.roboclub.ru/netcat_files/11_708.jpg


Здесь уместно изложить немного теории. Рекомендуется обратить внимание на имеющийся в Интернете тематический обзор.

Положение выходного вала в стандартном радиоуправляемом сервоприводе определяется двумя сигнальными потоками. Это внешний контрольный сигнал, генерируемый парой передатчик/приемник или управляющим компьютером, и опорный, который генерируется самим сервомеханизмом.

Контрольный и опорный сигналы радиоуправляемого сервопривода:


http://www.roboclub.ru/netcat_files/11_715.JPG

Мотор поворачивает выходной вал сервопривода в таком направлении, чтобы уменьшить сигнал погрешности до нуля, насколько это возможно. Ширина импульсов внутреннего сигнала управляется потенциометром обратной связи, соединенным с выходным валом на конце зубчатой передачи мотора сервомеханизма. Именно этот потенциометр и отсоединяют в различных модификациях сервоприводов для достижения, например, постоянного вращения колес робота.Электроника сервомеханизма сравнивает ширину импульсов входящего контрольного сигнала с шириной опорных импульсов. Если входной сигнал шире, то мотор работает в одном направлении, если уже, то мотор работает в противоположном направлении.
Мотор и элемент обратной связи стандартного радиоуправляемого сервопривода:


http://www.roboclub.ru/netcat_files/11_717.JPG
Обычно эти потенциометры представляют собой линейные переменные резисторы 5кОм. Когда мотор перемещает выходной вал, он поворачивает потенциометр, что изменяет ширину опорного сигнала, пока она не совпадет с шириной контрольного сигнала. При точном (или почти точном) совпадении длительностей обоих импульсов мотор выключается.
Это "почти точное совпадение длительностей" служит источником мертвой зоны сервомеханизма. Большинство современных сервоприводов изменяют скорость мотора так, чтобы он работал медленно при близких значениях ширин импульсов для предотвращения "рыскания" и вибрирования сервопривода вблизи мертвой зоны. А при существенной разнице в длительности импульсов мотор работает на полной скорости. Некоторые конструкторы роботов используют это свойство для достижения эффекта "переключения скоростей" в переделанных сервоприводах.
Наше решение по достижении большей точности позиционирования состоит в следующем. Платформа с видеокамерой приводится во вращение непосредственно выходным валом сервопривода, а вместо внутреннего потенциометра обратной связи используется внешний. Поскольку внутренний потенциометр удален, сервомеханизм будет вращаться до тех пор, пока внешний потенциометр не повернется на соответствующий угол. Поэтому вместо ускорения выходного вала (что приводит к ухудшению точности позиционирования из-за увеличения мертвой зоны), осуществляется замедление потенциометра обратной связи.


http://www.roboclub.ru/netcat_files/11_709.jpg

Мы взяли 80-зубчатую шестерню, на которую поместили платформу с камерой, и 20-зубчатую шестерню для 10-оборотного потенциометра. Тогда один полный оборот платформы соответствует четырем оборотам потенциометра, в то время как полный диапазон движения сервопривода соответствует пяти оборотам потенциометра. При этом мы не увеличили погрешность позиционирования в три раза, как это было в случае, описанном в начале статьи.


http://www.roboclub.ru/netcat_files/11_710.jpg
http://www.roboclub.ru/netcat_files/11_719.JPG

Последовательность действий:
1. Откройте сервомеханизм и удалите или отключите устройство обратной связи от выходной зубчатой передачи.
2. Найдите, где три провода от потенциометра соединяются с печатной платой сервопривода. Отпаяйте их и припаяйте подходящий кабель из трех проводов.
3. При необходимости расширьте отверстия для управляющих проводов, чтобы пропустить через них и этот новый кабель.
4. Выберите подходящий мульти-поворотный потенциометр. Для примера, описанного в этой статье, прекрасно подошел 10-поворотный 10кОм потенциометр. Припаяйте три провода кабеля к выходам этого потенциометра, убедитесь что база, земля и сигнал подключены правильно.
5. Механически прикрепите потенциометр к вашему устройству.


http://www.roboclub.ru/netcat_files/11_711.jpg


Для проверки сервомеханизма запитайте его и пустите номинальный сигнал (1,5 мс). Мотор должен заработать, соответственно, выходной вал придет во вращение. Следует поворачивать внешний потенциометр руками до тех пор, пока мотор не замедлится и не остановится. При дальнейшем повороте потенциометра выходной вал должен придти во вращение в противоположном направлении, вначале медленно, затем быстрее по мере дальнейшего поворота потенциометра.
Именно все вышеописанное мы и проделали, и это прекрасно работает. Голова робота поворачивается на 195 градусов в обе стороны и возвращается точно на первоначальную позицию, когда управляющий джойстик переводится в центральное положение.
Поскольку устройство обратной связи подсоединено непосредственно к выходной платформе, это корректирует проскальзывания и люфты в приводе, которые могут вызывать избыточный или недостаточный поворот. Сервомотор продолжает работать, пока платформа не займет правильную позицию, независимо от проскальзывания в зубчатой передаче.

http://www.roboclub.ru/netcat_files/11_712.jpg

Надеемся, что этот материал будет полезен. Успешной работы!
Поиск
Наш опрос
Оцените мой сайт
Всего ответов: 180
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Форма входа
Календарь новостей
«  Сентябрь 2017  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930
Реклама
    WMmail.ru - сервис почтовых рассылок WMlink.ru - рекламный брокер SB-MONEY.RU - Электронная коммерция, Сервисы для вебмастеров, Раскрутка
    OZON.ru
    Обмен SMS
    ПОЛУЧИТЬ:  
    НА:
Мини-чат