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爱游戏app-雷尼绍RLS磁编码器增强两轮自平衡机器人小车的稳定性控制

发布时间: 2023-10-15 返回列表

  

在设计两轮自均衡机械人小车时,切确、快速地丈量角度扭转是一项要害要求。除此以外,零部件的重量和尺寸最小化也一样主要。东京机电年夜学(Tokyo Denki University, TDU) 工学部的学生,操纵雷尼绍联系关系公司RLS的RM08磁扭转编码器解决了这个问题。

布景

东京机电年夜学是一而至力在科学和手艺教育的高校,在1907年由两位年青的工程师广田精一和扇本真吉创建,其办学主旨是鞭策工程学科教育,为国度经济成长奠基基石。

石川淳师长教师在TDU的机械人与电机一体化学科任教,而且在机械人节制系统开辟等多个手艺范畴展开前驱研究。石川淳师长教师向工学部的学生们提出一项考验:建造一辆两轮自均衡机械人小车。在这个项目中,学生们选择了雷尼绍联系关系公司RLS的RM08磁扭转位置反馈编码器。

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挑战

石川淳师长教师对学生们提出的考验是:若何解决经典的节制理论困难 — 倒立摆。好比闻名的Segway(赛格威)电动均衡车,它的手艺根本是将倒立摆的质心设计在支点上方。

倒立摆与吊挂摆分歧,吊挂摆会在移位后天然恢复到不变的均衡位置,而倒立摆具有内涵的不不变性。想象一下,将台球杆或扫帚柄竖立倒放在手掌上,假如不延续调剂手的位置,它就会翻倒。

较短的倒立摆比力长的倒立摆加快阔别垂直位置的速度更快,是以需要更频仍地调剂位置,并且更难节制。好比,在手掌上连结钢笔挺立比连结台球杆竖立更难。

Segway所采取的一种解决方案是,将支点放在轮式平台上。这类车辆从IMU(惯性丈量单位)获得惯性输入。IMU包括两个传感器:加快度计和陀螺仪。

在这类环境下,垂直轴和程度轴上的加快度计均用在肯定重力引发的角度加快度。经由过程不竭监测摆锤的倾斜角和角速度,可以使用PD(比例微分)节制系统来驱动车轮向前或向后转动,以此连结均衡。

学生们决议在他们本身设计的节制系统中采取一种近似的方式,是以他们需要设计并集成一个高效的三件式解决方案,包罗倾斜角度传感、节制逻辑和机电驱动电路。对为此节制利用设计的PCB(印刷电路板),尺寸小且重量轻是集成到车把内的决议性要素。他们对PCB的布局进行了优化,以确保在最小的封装尺寸内集成所有必须的功能。

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解决方案

将PCB节制板安装在车把内,位在摆锤的顶部,承载所有必须的电子电路,包罗固态陀螺仪、微节制器、直流机电驱动器和电源治理组件。

轮式平台的底部有两条轴:毗连车轮的程度轴和由紧凑型直流机电驱动的垂直轴。两条轴的交叉处装有一个简单的锥齿轮传动装配,机电经由过程此传动装配可朝肆意标的目的驱动车轮。

系统必需将标的目的连结在近乎垂直的极小角度规模内,才能进行有用节制。假如小车朝任一标的目的倾斜跨越30 °,则可能会掉去不变性。为连结均衡,必需以颠末周详计较的加快度和速度爱游戏官方app持续驱动车轮。

为到达预期的活动节制机能,学生们需要一个高分辩率位置编码器来监控和调理机电输出。并且,这个编码器还必需小巧简便,可以或许容纳在小车纤薄的垂直布局中。

颠末深图远虑,他们终究选择了雷尼绍联系关系公司RLS的RM08磁扭转编码器。这款非接触式、无磨擦磁扭转编码器仅重2g(包罗电缆),具有铝制传感器外罩,直径为8 mm,厚度仅为3 mm。

学生们设计了一个细窄的尼龙衬圈,作为机电轴与RM08编码器的磁励体之间的机械毗连,而这个设计只增添了不到0.5g的重量。RM08编码器发生12位分辩率输出(每爱游戏手机版app转4,096步),可用在运行速度高达30,000 rpm的利用,精度到达±0.3 °。

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成果

东京机电年夜学的学生们设计出一个活动节制方案,利用RM08高速磁扭转编码器以12位分辩率丈量角度扭转,令两轮机械人小车连结自均衡和竖立。

RM08编码器的防护品级到达IP68,专用在集成到各类多量量OEM利用中,机能很是靠得住。

还一点也很主要,磁扭转编码器还解决了这辆小车刻薄的物理设计限制。它的外形极其紧凑且轻便,帮忙学生们同时降服了空间和负载限制。

这个项目标成功为学生们建立了决定信念,鼓励他们继续摸索更多的高阶机械人项目。

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-完-关在雷尼绍

雷尼绍是世界领先的工程科技公司之一,在周详丈量和医疗保健范畴具有专业手艺。公司向浩繁行业和范畴供给产物和办事— 从爱游戏官网飞机引擎、风力涡轮发机电制造,到口腔和脑外科医疗装备等。另外,它还在全球增材制造(也称3D打印)范畴居带领地位,是一家设计和制造工业用增材制造装备(经由过程金属粉末“打印”零件)的公司。

雷尼绍团体今朝在37个国度/地域设有79个分支机构,员工4,400人,此中2,500余名员工在英国本土工作。公司的年夜部门研发和制造均在英国本土进行,在截至2020年6月的2020财年,雷尼绍实现发卖收入5.10亿英镑,此中94%来自出口营业。公司最年夜的市场为中国、美国、日本和德国。

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(雷尼绍Renishaw)

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