рекомендация по построению электропривода

С времен, которые никто не помнит, человек проектировал и строил различные механические изделия для выполнения повторяющихся и трудоемких задач. Классическими примерами являются колесные телеги, повозки и тп. Они существуют в данное время с незначительно измененной кинематической и компоновочной схем в виде автомобилей и робототехнических платформ. Для приведения механизмов в движения используются различные типы приводов: бензиновые, ручные, электромеханические.

Данная рекомендация рассматривает один из путей добавления датчиков к коллекторному двигателю постоянного тока и построение на его основе привода для решения широкого спектра задач робототехники.

Если посмотреть на структурную схему электропривода, то он делится на исполнительную и управляющую части. Исполнительная часть состоит из редуктора, электрического двигателя и датчиков обратной связи( ОС ). Управляющая — печатные платы с силовыми каскадами для приведения в движение электродвигателя, нормирующими цепями приема сигналов датчиков ОС и программы управления движением( скоростное, позиционное, токовое и тд), реализованной в работе микроконтроллера.

DSC03395

 Структурная схема электропривода

В качестве редуктора применяется множество передаточных механизмов, обеспечивающих повышение или понижение выходного момента электродвигателя. Электродвигатели используются различные в зависимости от типа задачи и обеспечивают преобразование электрической энергии в механическое вращение вала двигателя. Датчики ОС определяют истинную скорость вращения вала двигателя для построения замкнутой системы управления.

В связи с потребностью для множества задач существуют организации промышленно выпускающие унифицированных сборки, включающие в себя все перечисленные элементы. Подобные сборки являются качественным, дорогим и готовым к промышленному использованию изделиями.

DSC03380

Унифицированная сборка производства Maxon

Для любительских проектов используются недорогие электродвигатели китайского производства. Недостатком такого подхода является отсутствие или слабая разрешающая способность датчиков ОС вращения вала двигателя.

DSC03368

Электродвигатель Pololu

Одним из вариантов устранения недостатка является применения датчика AS5040 производства Austriamicrosystems. Данный датчик детектирует поле расположенного  параллельно магнита и преобразует его изменение в сигналы квадратурного энкодера.

Модификация включает в себя соосное расположение магнита и датчика с зазором определенным в документации на датчик( 0.5 — 2 мм ). С этой целью изготавливаются следующие элементы:

  • Плата с расположенным на ней датчиком AS5040 с необходимыми дискретными пассивными компонентами, миниатюрным линейным стабилизатором напряжения +3.3В;
  • Плата коммутационная. В задачу которой входит пропускание тока управления электродвигателем и позиционирование платы с датчиком ОС. Плата припаивается непосредственно к клеймам электродвигателя;
  • Втулка с магнитом, которая запрессовывается на дополнительный вал двигателя.

P9030062.ORF

Сборка после соединения основных элементов

Далее напаиваются силовые и сигнальные провода на подготовленные площадки платы датчика.

P8280049.ORF

Сборка с напаянными проводами

Сборка устанавливается в выращенный на 3D принтере кожух, фиксируется внутри и заливается термоклеем.

P9040074.ORF

Обратная торцевая сторона

Управление скоростью и позицией исполнительного механизма осуществляется с использованием программы расположенной внутри микроконтроллера платы управления.

DSC03353

Платы управления( лицевая и обратная стороны )

Плата управления состоит из микроконтроллера, преобразователей напряжения, интегральной микросхемы драйвера электродвигателя и интерфейсных микросхем CAN и RS-485. Плата содержит четыре проводящих слоя. Шинный интерфейс позволяет соединять несколько устройств в единую сеть и осуществлять одновременное управление от центрального узла.

main

Схема платы управления

Данный электропривод используется для приведения в движение робототехнических платформ и полезной нагрузки.

P9170206.ORF

Сборка с червячной передачей

P9180215.ORF

Сборка с муфтой, устраняющей ошибки соосности

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *