04 Gyriant Pŵer: Mae'r Bont MOS 3-Gam yn Pennu Capasiti Torque Allbwn y Cymal

Ffigur 5: Mae gwifrau'r modur tair cam wedi'u cysylltu'n ganolog â'r adran bŵer MOS, gyda gwrthyddion samplu, gyrwyr a chydrannau hidlo wedi'u trefnu o'i gwmpas.

 

Mae'r gyrrwr cymal hwn wedi'i gynllunio ar gyfer moduron di-frwsh tair cam. Mae rheolaeth perfformiad uchel moduron BLDC tair cam fel arfer yn gofyn am dair hanner pont, gan ffurfio gwrthdröydd tair cam gydag o leiaf chwe MOSFET pŵer. Dyfeisiau MOS pecyn mawr lluosoggalli'w weld ar y PCBA o amgylch y pwyntiau sodro allbwn tair cam, yn gyson â'r bensaernïaeth hon.

 

Gellir symleiddio rhesymeg weithredol y bont tair cam fel a ganlyn:

Mae foltedd batri neu fws yn cael ei fwydo i mewn trwy P+ a P-; Mae newid cyflymder uchel hanner-bontydd MOS yn trosi foltedd DC yn gerrynt tair cam;

Mae'r cerrynt tair cam yn llifo i mewn i weindiadau'r modur i gynhyrchu maes magnetig cylchdroi; Mae'r rheolydd yn addasu cylchoedd dyletswydd PWM yn barhaus yn seiliedig ar safle'r amgodiwr ac adborth y cerrynt;

Yn y pen draw, gan alluogi'r cymal i allbynnu'r trorym, y cyflymder neu'r safle targed.

Bydd dyluniad gwael yr adran hon yn arwain at sawl problem nodweddiadol: gwresogi MOS gormodol, jitter cyflymder isel, crychdonni trorym difrifol, sbarduno amddiffyniad gor-gerrynt ffug, ac ymyrraeth EMI sy'n effeithio ar amgodwyr neu gylchedau cyfathrebu. Am y rheswm hwn, mae dylunio byrddau pŵer ar gyfer cymalau robotiaid yn llawer mwy heriol na dylunio byrddau gyrwyr modur bach cyffredin.

 

Ffigur 6: Gellir gweld y rheolydd foltedd TLV767 ar y bwrdd, ochr yn ochr ag anwythyddion, cynwysyddion a sawl cydran pŵer foltedd isel.

Mae'r goeden cyflenwad pŵer hefyd yn werth ei dadansoddi. Mae rheoleiddwyr LDO fel y TLV767 ac anwythyddion pŵer wedi'u marcio â "100" i'w gweld ar y PCB. O ystyried senario cymhwysiad cymalau â sgôr o 48V, gellir casglu nad yw'r system foltedd isel yn debygol o gael ei gostwng yn uniongyrchol o foltedd uchel trwy LDOs yn unig. Yn lle hynny, mabwysiadir pensaernïaeth cyflenwad pŵer tebyg i'r canlynol:

Bws foltedd uchel → Trosi cam-i-lawr switsio → Rheiliau foltedd isel (5V / 3.3V, ac ati) → Rheoleiddio LDO eilaidd / hidlo sŵn lleol

Mae'r bensaernïaeth bŵer hon yn fwy rhesymegol. Mae'r MCU, yr amgodiwr, yr amplifiers samplu a'r trawsderbynyddion cyfathrebu angen pŵer foltedd isel glân a sefydlog, tra bod y switshis MOS a llinellau cyfnod y modur yn cynhyrchu sŵn dwys. Os nad oes gan y cyflenwad pŵer foltedd isel berfformiad gwrth-ymyrraeth digonol, nid camweithrediadau modur yw'r namau cyntaf i ddod i'r amlwg fel arfer, ond neidiau ongl sydyn, toriadau cyfathrebu neu ddarlleniadau samplu cerrynt sy'n drifftio.

05 Synhwyro Cerrynt a Thymheredd: Rhaid i Gymalau Robot Fonitro'r Torque Allbwn mewn Amser Real

 

Ffigur 7: Mae nifer o wrthyddion synhwyro gwerth isel R001 wedi'u lleoli o dan yr adran pŵer tair cam.

Mae cydrannau R001 yn hanfodol ar y bwrdd hwn, gan gynrychioli gwrthyddion synhwyro gwerth isel lefel miliohm (1 mΩ fel arfer) a ddefnyddir i fesur cerrynt cyfnod modur neu gerrynt bws. Mae synhwyro cerrynt yn ffurfio craidd rheolaeth dolen gaeedig ar gyfer cymalau robotiaid, gan fod trorym allbwn modur BLDC yn gysylltiedig yn gryf â'i gerrynt cyfnod.

Mewn geiriau eraill, nid yw'r rheolydd yn "dyfalu" allbwn trorym y cymal; yn lle hynny, mae'n cyfrifo'r cerrynt trwy fesur y gostyngiad foltedd bach ar draws y gwrthyddion synhwyro:

Gostyngiad foltedd ar draws gwrthydd synhwyro → Mwyhadur a hidlo → Samplu ADC → Cyfrifo cerrynt → Rheoli trorym FOC

Mae cywirdeb y gadwyn signal hon yn effeithio'n uniongyrchol ar:

Cywirdeb Rheoli Torque: Os yw'r amcangyfrif cerrynt yn anghywir, bydd allbwn y torque yn anghywir.

Llyfnder Cyflymder Isel: Mae sŵn samplu uchel yn tueddu i achosi cryndod ar gyflymderau isel.

Amddiffyniad Gor-gerrynt: Gall ymateb araf losgi MOSFETau, tra bod gosodiadau rhy sensitif yn arwain at sbardunau amddiffyn ffug.

Strategaeth Rheoli Thermol: Mae cerrynt uchel parhaus yn arwain at gynnydd tymheredd ar yr un pryd mewn dirwyniadau modur, MOSFETau a gwrthyddion synhwyro cerrynt.

O safbwynt cynllun, mae gosod gwrthyddion synhwyro cerrynt yn agos at MOSFETau a gwifrau cyfnod yn byrhau'r ddolen cerrynt uchel, sy'n helpu i leihau anwythiant parasitig a gwallau samplu. Mae nifer fawr o wrthyddion a chynwysyddion bach wedi'u trefnu ger pob cyfnod, a ddefnyddir yn gyffredinol ar gyfer dampio giât, hidlo samplu, sefydlogi gyrwyr a dadgysylltu lleol.

Mae canfod tymheredd yr un mor hanfodol. Mae'r label NTC MOTOR yn dynodi thermistor wedi'i osod y tu mewn i'r modur neu wrth ymyl y dirwyniadau. Ar gyfer cymalau robotiaid humanoid, mae gweithrediad cyflymder isel a trorym uchel, dal statig hirfaith, ac effaith dros dro wrth sefyll neu sgwatio i gyd yn cynhyrchu codiadau tymheredd sylweddol. Mae'r NTC yn galluogi'r rheolydd i gyflawni tair swyddogaeth allweddol sy'n seiliedig ar dymheredd:

Cyfyngu ar y cerrynt: Lleihau'r cerrynt allbwn uchaf wrth i'r tymheredd godi; Dermateiddio: Capio'r trorym brig o dan lwythi trwm parhaus;

Diffodd amddiffynnol: Ewch i mewn i'r modd nam unwaith y bydd y tymheredd yn uwch na'r trothwy diogelwch.

Mae hwn hefyd yn allu sylfaenol y mae'n rhaid i gymalau robot proffesiynol ei feddu. Heb reolaeth dolen gaeedig tymheredd, ni all y cymal weithredu'n ddibynadwy am gyfnodau hir er gwaethaf ei sgôr trorym brig uchel.

06 Canfod Safle: Mae Amgodwyr Magnetig Deuol a Gerau yn Trosi Onglau Un Tro i Ddarlleniadau Safle Aml-Dro

Ar ôl tynnu'r PCBA, gellir gweld set o strwythurau gêr bach ar yr ochr arall. Nid y rhain yw'r prif gerau lleihau, ond mecanweithiau ategol a gynlluniwyd ar gyfer canfod ongl.

 

Ffigur 8: Ardal y gêr a'r amgodiwr magnetig ar gefn y bwrdd rheoli

 

Ffigur 9: Mae cylchdroi'r siafft ganolog yn gyrru'r ddau ger pinion cyfagos i gylchdroi'n gydamserol.

Yn strwythurol, mae cylchdro'r siafft ganolog yn gyrru'r ddau ger bach. Mae cydran magnetig wedi'i gosod yng nghanol pob gêr bach, gyda chyflenwadau amgodiwr magnetig wedi'u gosod ar y safleoedd cyfatebol ar gefn y PCBA. Mae amgodwyr magnetig yn mesur amrywiadau onglog meysydd magnetig, gan ddileu'r angen am ddisgiau gratio optegol. Maent yn goddefgar i halogiad olew bach a llwch, gan eu gwneud yn fwy addas ar gyfer cymalau robot cwbl gaeedig.

 

Ffigur 10: Mae'r strwythur deuol-ger a deuol-amgodwr yn gwella datrysiad onglog ac yn galluogi canfod safle aml-dro.

Yr hyn sy'n sefyll allan fwyaf yma yw'r cyfluniad "deuol-ger + deuol-magnetig amgodiwr". Mae ei werth yn mynd ymhell y tu hwnt i ychwanegu ail synhwyrydd yn unig ar gyfer cywirdeb uwch; mae'n fwyaf tebygol ei fod wedi'i beiriannu i wireddu cynllun amgodio safle absoliwt aml-dro:

Mae un amgodiwr magnetig yn mesur onglau'n gywir o fewn 0–360°;

eto gall cymal gylchdroi sawl chwyldro, ac ni all amgodwr un tro bennu nifer y cylchdroadau ar ei ben ei hun;

Os yw'r ddau gêr yn cynnwys gwahanol gyfrifiadau dannedd neu gymhareb gêr, maent yn ffurfio cydberthynas debyg i vernier;

Drwy gyfuno'r ddau ddarlleniad onglog, mae'r rheolydd yn cyfrifo'r safle absoliwt dros ystod llawer ehangach.

Mae'r strwythur hwn yn cynnig gwerth mawr i robotiaid dynolryw. Ar ôl diffodd y pŵer, gall y coesau, y breichiau neu gymalau'r canol gael eu dadleoli gan rymoedd allanol. Ar ôl ail-bweru, mae cymalau sydd angen symudiadau cartref helaeth yn dioddef o effeithlonrwydd isel ac yn peri peryglon diogelwch. Mae synhwyro safle absoliwt aml-dro yn caniatáu i gymalau adfer data ystum ar unwaith cyn gynted ag y bydd y pŵer yn cael ei adfer.