Электрические приводы используются в 40 – 50% серийно выпускаемых промышленных роботов (ПР). Точность позиционирования электрического привода достигает значений до  ±0,5мм. Их применяют как в позиционном, так и в контурном режимах работы.

Преимуществами электроприводов являются более высокая экономичность, КПД, удобство сборки и хорошие регулировочные свойства. Как правило, в электроприводах используют синхронные, шаговые и двигатели постоянного тока.

При создании ПР различной сложности часто применяются сервоприводы. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) используется в управлении сервомотора для преобразования переменного напряжения в постоянное, с изменением его среднего значения. Управление средним значением напряжения происходит

путем изменения скважности ( g ) импульсов.

Цель данной работы– исследование зависимости ширины импульса от угла поворота сервопривода TowerPro MG995 и его отклонение от нормы, выявление причин этих отклонений и способа их устранения.

Для нашей прорабатываемой модели серводвигателя не приводилось официальных исследований.

Анализируемый привод, обычно, используется в приложениях, где не требуется точность позиционирования. Используем метод юстировки, путем подбора искомого угла ухода. Однако, предположительно, что одной юстировки не будет достаточно для дальнейшего использования данного сервопривода.

Если задача состоит в достоверности угла поворота вала, используют более дорогие модели серводвигателей. В настройке такого оборудования применяется сложнейшее программное и аппаратное регулирование.

Проблемой  всех  сервомоторов из данной  ценовой категории  является уход углового параметра q в результате продолжительной работы, т.е.дляq добавляется паразитная координата q + Dq (t) , где t–время использования.

Для устранения или, по крайней мере, уменьшения значимости этого недостатка, можно попробовать  скомпенсировать разницу Dq . Чтобы проверить гипотезу существования зависимости Dq (t) , следует провести серию экспериментов, для чего необходимо собрать стендовую модель, принципиальная схема которой представлена на рисунке 1.

В результате проведения серии экспериментов, используя разные углы поворота, собираем статистические данные. По собранным статистическим данным получаем график зависимостиq экспериментальная от длины импульса t и аппроксимируем его. Если     график не приближается к экспоненте, то целесообразно искать способ устранения ошибки.

Для начала, необходимо определить диапазон управляющего сигнала, так как для каждого образца серводвигателя он в какой-то мере индивидуальный.

Экспериментально было установлено, что 0 соответствует t1 = 520 мкс, а

180º t 2 = 2420мкс (рисунок 2)

 Для управления сервоприводом нам потребуется сформировать ШИМ с частотой 50 Гц. Воспользуемся двумя путями формирования ШИМ сигнала:

1)  открытая библиотекойSERVO из комплекта Arduino;

2)  подача высокого/низкого уровня сигнала на порт ввода/вывода с определенным временным интервалом.

Диапазон измеряемых эталонных углов составляет: 0 ,10 ,13 , 20 ,30 , 40 ...180 .

Выбранный охват был подобран не случайно. При первом запуске двигателя через стандартную библиотеку, была обнаружена «мертвая зона», которая равнялась 13 . Кроме «мертвой зоны» было обнаружено, что вал может поворачивается не на обещанные производителем 120 ,а на 180 .

Для обоих путей решения потребуется провести эксперимент для каждого угла из выбранного диапазона 50 раз.

Найдем средние значения экспериментальных углов поворота q и Dq . На основе полученных данных, построим графики для каждого из методов генерации ШИМ (а) – первый метод, б) – второй метод).

На рисунке 5 пронумеровано:

1 – диапазон работы, в котором необходима юстировка, но ее сложно или невозможно реализовать;

2 – диапазон работы, в котором можно обойтись без юстировки;

3 – диапазон работы, в котором необходима тарировка.

 

При анализе вышеуказанных графиков были получены промежуточные результаты:

1)        график зависимости между углом поворота и длиной импульса не имеет беспорядочный характер, следовательно, возможна корректировка угла поворота.

2)        производить регулировку возможно не для всего диапазона углов;

3)        метод формирования сигнала с помощью библиотеки SERVO из комплекта Arduino желательно использовать для среднего диапазона углов;

4)        метод подачи высокого/низкого сигнала на порт ввода/вывода с определенным временным интервалом желательно использовать для начального диапазона углов.

При первом подходе углы, которые целесообразно корректировать, лежат в диапазоне110-180 .

Среднее значение коэффициента углового ухода лежит в пределе 3 , что пропорционально 33мкс. Для данного метода это неважно, так как в код программы мы записываем величину угла.

При втором подходе углы лежат в диапазоне 50 - 110 и 120-180. Среднее значение коэффициента углового ухода лежит в пределе 3 и 6 ,что пропорционально 33мкс и 66мкс соответственно.

Записав данные значения в программный код и повторив серию экспериментов, было выяснено, что разработанный метод корректировки исправил ошибочные углы поворота.

В ходе проведенного анализа была исследована зависимости ширины импульса от угла поворота

сервопривода. Экспериментальным путем были установлены различия в углах поворота при разном задании ШИМ сигнала. Самым рациональным путем решения проблемы ухода угла сервопривода может являться задание начальной и конечной ширины импульса для каждого сервопривода индивидуально на основе проделанных измерений.

Список литературы

 

1.    Блум Джереми. Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства: Пер. с англ. – СПб.: БХВ – Петербург, 2015. – 336 с.: ил.

2.    Драчев Г.И. Теория электропривода. Челябинск, Издательство ЮУрГУ, 2002, 137 с.

3.    Cерводвигатель MG995 и Arduino.URL: http://arduino-diy.com/arduino-MG995-servo