¿Cómo elegir un mecanismo de dirección? Fórmula de cálculo de par y método de selección de modelo

Los amigos que han trabajado con robots o modelos de aviones deben haber tenido esta experiencia: estaban entusiasmados por empezar a trabajar, pero terminaron deslumbrados por un montón de parámetros del mecanismo de dirección. Par, velocidad, tamaño, método de control... ¿cuál debo elegir para que mi proyecto funcione perfectamente? No te preocupes, hoy te aclaramos este asunto para que ya no tengas que preocuparte por elegir unservoen el futuro.

¿Cómo elegir unservobasado en el cálculo del par

Lo primero que hay que tener en cuenta a la hora de elegir unservoes el par, que determina directamente si su brazo robótico puede levantar cosas o si el automóvil puede funcionar normalmente. Si el par no es suficiente, el servo se atascará o incluso se quemará. ¿Cómo calcularlo?

Primero tenemos que estimar cuánta fuerza requerirá su mecanismo. Por ejemplo, si desea hacer un cardán de dos grados de libertad y configurar una cámara, debe calcular la distancia desde el centro de gravedad de la cámara al eje del servo y luego multiplicarla por el peso de la cámara y el soporte. Por lo general, se requiere un margen de 1,5 a 2 veces porque habrá un impacto inercial durante el arranque y el movimiento.

Calcule el par requerido y luego observe la unidad de par en la tabla de parámetros del mecanismo de dirección, que generalmente es kg·cm (kilogramo fuerza·centímetro). Por ejemplo, si calcula que necesita 2 kg·cm, entonces será mejor que elija un servo con una clasificación nominal de 3 kg·cm o más. De esta manera, durante el funcionamiento real, el mecanismo de dirección no funcionará con cargas elevadas durante mucho tiempo y la vida útil será más larga.

¿Cuál es la diferencia entre los servos digitales y los servos analógicos?

Esta puede ser una de las preguntas más confusas para muchos novatos. En pocas palabras, la principal diferencia entre los servos analógicos y los digitales es el método de procesamiento de la señal. El servo analógico funciona recibiendo una señal PWM de 50 Hz. Tiene un comparador interno que compara constantemente la señal de entrada con la señal de retroalimentación del potenciómetro.

El servo digital tiene un microprocesador adicional en su interior, que puede accionar el motor a una frecuencia más alta (como 300 Hz). Esto trae dos beneficios: primero, la velocidad de respuesta es más rápida, casi sin demoras; en segundo lugar, el par al inicio es mayor y la fuerza de retención cerca del punto neutral es más fuerte y no es propenso a pequeñas vibraciones como los servos analógicos.

Sin embargo, los servos digitales también tienen desventajas, es decir, son más caros y, como funcionan a altas frecuencias, consumen más energía en espera que los servos analógicos. Entonces, si simplemente construye un automóvil con control remoto simple, el servo analógico es completamente suficiente y rentable. Pero si quieres jugar con robots FPV o brazos robóticos de alta precisión, los servos digitales son lo tuyo.

Cómo hacer coincidir el voltaje y la velocidad del mecanismo de dirección

Mucha gente vuelve a comprar el servo y lo conecta directamente a la batería, sólo para descubrir que gira lentamente o echa humo directamente. Esto se debe a que no entiendo la relación entre voltaje y velocidad. La velocidad del mecanismo de dirección es básicamente proporcional al voltaje. Cuanto mayor sea el voltaje, más rápido girará el mecanismo de dirección y el par aumentará ligeramente.

Pero tenga en cuenta que cada tipo de servo tiene un rango de voltaje operativo nominal. Por ejemplo, los servos comunes son de 4,8 V a 6 V. Si le pones una batería de litio de 7,4 V, puede quemarse en un instante. Por lo tanto, asegúrese de leer primero el manual del servo para confirmar el rango de voltaje y luego seleccione el módulo estabilizador de voltaje o la batería correspondiente. Por ejemplo, si necesita un servo de dirección de respuesta rápida, puede elegir un voltaje ligeramente más alto dentro del rango permitido.

Además, cuanto mayor sea la velocidad, mejor. Para las articulaciones que requieren un control preciso, una velocidad ligeramente más lenta hará que sea más fácil de controlar sin excederse. El equilibrio debe basarse en el escenario de su aplicación real. Por ejemplo, el modelo de automóvil debe girar rápidamente, mientras que el movimiento del cardán debe ser suave.

Cómo leer la tabla de parámetros del servo

Cuando se enfrentan a una tabla de parámetros de servo, muchas personas sólo se centran en el par. De hecho, hay mucha información clave. La tabla de parámetros generalmente enumera la velocidad sin carga en segundos/60 grados, lo que significa cuántos segundos le toma al servo girar 60 grados. Cuanto menor sea este valor, más rápido será el servo.

También existe el parámetro zona muerta, que se refiere al cambio mínimo de señal de entrada que el servo puede distinguir. Cuanto más pequeña sea la zona muerta, más sensible responderá el servo a pequeñas instrucciones y más preciso será el posicionamiento. Por ejemplo, si la zona muerta es de 1 μs, entonces se pueden distinguir pequeños cambios de ángulo. Además, el material del engranaje también es muy importante. Los dientes de plástico son baratos pero fáciles de barrer. Los dientes de metal son fuertes pero pesados ​​y pueden tener un pequeño espacio.

El método de control también depende del método de control. La mayoría de los servos están controlados por señales PWM ordinarias, pero también hay algunos servos inteligentes que admiten comunicación en serie y pueden enviar información como ángulo, temperatura, voltaje, etc. Debe elegir según su propio tablero de control principal y su capacidad de programación. No lo compres sólo para descubrir que no sabes cómo usarlo.

¿Qué mecanismo de dirección se debe elegir en diferentes escenarios de aplicación?

Para diferentes tipos de proyectos, el enfoque a la hora de seleccionar el mecanismo de dirección es completamente diferente. Por ejemplo, si estás haciendo un robot biónico, como un robot hexápodo o bípedo, que tiene muchas articulaciones y es sensible al peso, entonces necesitas elegir un servo digital con peso ligero y torque moderado, y preferiblemente con engranajes metálicos, porque este tipo de robot tendrá un gran impacto cuando caiga.

Si está construyendo un robot submarino o un equipo de exploración, debería considerar un mecanismo de dirección impermeable o incluso un mecanismo de dirección anticorrosión personalizado. Para juguetes o kits educativos impresos en 3D, el costo es la primera prioridad. Los servos analógicos normales son suficientes y no te sentirás mal si se rompen.

Otro escenario son las carreras de alta velocidad, como coches y barcos a control remoto. El mecanismo de dirección requiere una respuesta rápida y un par suficiente, por lo que el parámetro de velocidad es muy importante. Aplicaciones como brazos robóticos y cardanes ponen más énfasis en la precisión del posicionamiento repetitivo y el tamaño de la zona muerta del servo para garantizar movimientos suaves y precisos.

Preste atención a las dimensiones de instalación y los métodos de fijación del mecanismo de dirección.

Este último punto es particularmente fácil de pasar por alto. Fue difícil calcular el torque y elegir el modelo, pero cuando lo compraste, descubriste que los orificios de los tornillos no coincidían o que el servo era demasiado grande para caber en tus partes estructurales. Existen estándares para las dimensiones de los servos. Los más comunes incluyen microservos de 9 g, servos estándar y servos de alto par.

Antes de imprimir en 3D o comprar piezas, asegúrese de comprobar los dibujos tridimensionales o los dibujos dimensionales de instalación proporcionados por el fabricante del mecanismo de dirección. Observe el ancho de la orejeta de montaje, el diámetro del orificio del tornillo y el espacio entre los orificios. Además, también se debe prestar atención a la forma del eje de salida del servo. Los hay de un solo filo y de cruz. El volante que elijas debe coincidir con él.

Otro punto es que también debe verse claramente la secuencia de las líneas del servo. Diferentes marcas de líneas de señal de servo, líneas eléctricas y cables de tierra pueden tener diferentes órdenes. Si están conectados incorrectamente, es posible que el servo no funcione, o que el servo o incluso el tablero de control principal se quemen. Desarrollar el buen hábito de leer el manual puede ahorrarle muchos problemas.

Bien, casi hemos hablado de cómo elegir un servo. Quiero preguntarte, después de leer este artículo, ¿sabes ahora qué tipo de servo necesitas para tu proyecto? ¿Hay algún parámetro que no hayas notado antes? Bienvenido a compartir sus pensamientos en el área de comentarios. Si lo encuentras útil, ¡no olvides darle me gusta y reenviarlo a tus amigos que juegan robots a tu alrededor!