Robomaster机械需要注意的问题(未完结)


1. 刚度-转动惯量

​ 需要精确控制姿态的机构如云台,首先需要保证的是机构本身的刚度,为了降低转动惯量而盲目降低机构本身的重量而大幅度牺牲机构刚度会造成机构不可控的结果。

​ 本部分主要讲述的是为了提高机构本身的可控性,需要机构本身的结构并不存在远小于控制频率的固有频率,否则该机构会因为共振而无法达成比较好的控制效果。

​ 这里以云台系统为例大概解释一下刚度和转动惯量对此类型机构的影响:由于绝大多数情况下,在设计控制器的时候,电控软件上会保证控制器中的物理模型与实际物理模型保持一致,比如云台系统中,云台电机输出的扭矩就可以直接等效到云台系统的转动角加速度上,因此只要机械上能够保证在正常工作条件下电机输出的扭矩能够通过一定方式换算到转动角加速度上即可,而刚度不足再次中扮演的角色就是:如果系统的刚度不足,相当于在系统中添加了一个弹簧,这会与系统本身组成弹簧振子,受系统中弹簧振子的个数和特性、传感器安装位置的影响,该系统就会成为难以建模的高阶系统甚至混沌系统而造成难以控制甚至不可控制;相比来说,转动惯量对于云台系统的影响就小得多了——他只会影响程序上电机输出扭矩与实际物理角加速度的对应关系,但是在同样性能需求下会对电机的极限参数尤其是极限扭矩提出更高的要求【没错,转动惯量对系统的影响只存在于电机的选型,理论上哪怕转动惯量再大,选用与之相匹配的足够强劲的电机,最终的控制效果也能比较好】。

2. 虚位

​ 对于需要双向输出扭矩的机构,不允许出现虚位,但是对于单向承力的机构,可以允许出现虚位,但是需要保证至少在绝大多数工况下机构不会在虚位的两端来回切换;

​ 首先,这里来重新认识一下虚位,这里的虚位和背隙的定义还不一样,背隙主要是减速机中的定义,暂时可以理解为工作状态带载时的“虚位”,不过这种减速机定义的虚位一般来说还是比较小的,这里的能影响控制的虚位主要是来源于机构设计上或者装配上存在并不完全合理的问题,最终会导致被执行机构(例如云台系统本身)能够在执行机构(例如云台电机)不发生运动的情况下运动的情况【可以理解为凭空出现了一个自由度】。

​ 以此为基础可以预想一下虚位对于控制的影响,其实想到控制的流程,控制器想要驱动执行机构运动,但是执行机构首先需要度过一段阻力比较小的虚位才能继续按照理想方式带载运动,上述流程对于控制的情况其实就在于在控制回路中引入了一个时有时无的滞后量,想要完全避免虚位对于最终结果的影响会非常困难,效果也会非常差,因此需要从机械设计上避免这样的问题。

​ 接下来就是什么时候能够有虚位而什么时候不允许存在虚位。还是回到最上面的这段话,举个例子,云台Pitch轴就是一个需要双向输出扭矩的机构,虽然受重力影响该机构在静态工况下只会工作在虚位的一侧,但是由于对机器人高响应性能的需求,电机实际输出的扭矩会导致云台产生足以克服重力加速度的转动加速度而导致控制时系统在虚位中间来回震荡,但是软件上并不存在对上述虚位的控制手段,因此有控制器震荡甚至发散的风险。但是,工程机器人中常出现的抬升机构就是一个经典的单向承力机构,执行电机在绝大多数工况下都需要承载着上层机构的全部质量,因此在上层机构比较重、抬升机构运动加速度不大的前提下就能够保证该机构永远只工作在虚位的其中一侧,因此并不会对控制产生比较明显的影响。

3.装配

  1. 装配前先通读图纸,我认为需要关注四点:

    1. 所有的零件:一方面要做到心中要有数,不重不漏;另一方面注意零件的加工问题,切割的对不对,打印的对不对,不用细节到每个孔,但大方向和关键设计不能错,尤其是对称结构的镜像问题。
    2. 装配顺序:
      1. 了解每个零件的大体位置,尽量把装配体分层或分部分,我认为分层以板子为分界,分部分以驱动元件装配比较方便。一个好的顺序可以避免很多麻烦。
      2. 并行螺母中间的先装;不依靠螺母连接的(卡住)先装;机械限位尽量最后装;分电板主控板等方便拆卸的最后装。
      3. 若有精力可以做个爆炸动画。
  2. ​ 3. 明确设计细节:比如说某个孔为方便装配到两边距离不同,某个零件装配前后的注意事项,需 要和出图者沟通或说明。

  3. ​ 4. 图中有没有完全定义,有自由度的先卡住,不然一拖就变了。

​ 2.装配时:

    1. 我个人觉得可以做到的话先不连接,摆一摆,以避免设计原理上的疏忽带来的问题。
    2. 如果用的是之前的东西,比如电机等,查询大疆给的手册或和电控的同学明确是哪个轴的驱动,是否需要改id和代码。拆时不要用蛮力扯线。
    3. 可以隐藏零件看某个零件的具体细节,但装配前要知道这里有一个隐藏了的,不然很容易忘…
    4. 工具随取随用随放回,保持整洁。
    5. 裁判系统等取后在盒子上标明放回,注意保存连接线。

​ 3.装配后:

    1. 检查功能是否能实现。
    2. 检查有没有没用的零件。有没有没上的螺栓。
    3. 检查有无晃动。

文章作者: RickyLove
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