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机械手电机的自锁验证方法讲解

发表时间:2016-05-27
昨天分享了机械手设计电位器及其标定分析,本文是:机械手电机的自锁验证方法讲解,喜欢就收藏吧。
前面在2.7节中讲到该机器人关节上未装制动器,所以必须通过软件程序实现关节的自锁,尤其是肩关节和肘关节的自锁。

解决思路:大臂和小臂在电机运转时不会由于重力而掉落,在电机停止的时候却会下落,因为电机一旦停止,就失去了驱动力矩,因此若想让大臂和小臂停止在预定位置,应该在此位置给关节电机施加一个电压,让它担负起大臂或小臂,而不让其由于重力而下落。但是,在不同的位置,重力对大臂或小臂的力矩不同,应提供给电机的电压也不同,如何选取电机的电压呢?

提供给电机的电压小了,不足以抵抗重力的力矩;提供给电机的电压大了,会使电机转动,使大臂或小臂上升;所以,最好能通过程序来自适应选择这个制动电压,方法有多种,下面是本文的设计过程。

程序设计方法一:

    在调用在OnT2Button()或OnT3Button()函数时,先给电机一个0电压,使电机失去驱动力矩,同时调用position_now(USHORT ka1_chan)函数获得此刻的关节位置,然后延时一段时间比如0.1s,再给电机一个小电压,形成一个小的制动力矩,通过采样此刻位置看其是否能使关节制动;如果不能,则使该电压值按照一定的步长线性增加,以增大制动力矩;这通过一个while()循环实现,如果采样位置不再减小,则表示大臂或小臂已停止下落,可跳出循环。
下图为程序流程图:

 

方法一验证:

    用方法一编写的程序,调用OnT2Button()或OnT3Button()函数后,对于正在上升的臂可以实现很好的制动,而对于下降的臂则不可靠,有时候下降的臂停止下落后会反弹又向上运动。
    定性分析其原因是由于上升的臂在电机失去驱动力矩后,在重力作用下会慢慢下落,下落初速度为0,静止后的速度变化不大,制动时间短,容易制动;而下降的臂失去驱动力矩后,在重力作用下仍以原来的速度下落,静止后的速度变化较大,制动时间长,很容易使制动电压的线性增长时,超过平衡重力所需要的电压,从而导致反弹现象的发生,其实质是由于电压的超调造成的。
    此后,针对这种反弹现象对程序作过多次修改,结果都不太理想,所以就尝试换一种方法。
 
程序设计方法二:

方法二采用传统的PID控制,电压超调后还可以减小,可以避免反弹现象的发生。
下图为程序流程图:

 

方法二验证:

由于方法二采用PID控制,需要选择合适的比例、积分、微分系数;另外还要选择for()循环中的延时时间t和循环次数n。
选择结果:kp=2.0,  ki=0.02,  kd=0.04, 
t=10,    n=10;
所以最终制动时间为n*t=100ms
总结:
     对于方法二,其控制框图如图4.1所示:

 

图4.1

分享几则励志的句子:

人生的幸福,一半要争,一半要随。争,不是与他人,而是与困苦。没有唾手可得的幸福,发愤图强,主动争取才能一步步接近幸福。随,不是随波逐流,而是知止而后安。能力与条件的限制,很多人事只能随遇而安,随缘而止。争,人生少遗憾;随,知足者常乐。
 
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人生最痛苦的事,莫过于不断努力而梦想永远无法实现,但是令人欣慰的是,我听见时间长廊的另一端有一个声音说:“也许今天无法实现,明天也不能。重要的是,它在你心里。重要的是,你一直在努力。”
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