Làm thế nào tôi có thể bảo vệ tốt nhất các bộ phận nhạy cảm chống lại thiệt hại thông qua rung động?

Việc các thành phần trên một số loại robot gặp phải các áp lực môi trường lớn, một trong số đó là rung động. Đây có phải là điều tôi cần lo lắng với các thiết bị điện tử điển hình và các thành phần nhạy cảm khác, hoặc không thực sự? Nếu có, làm thế nào để tôi bảo mật các thành phần như vậy?

Tôi đã nghe nói về hai triết lý chính đằng sau điều này, đầu tiên là bạn nên sử dụng một hệ thống giảm xóc như với lò xo để hấp thụ cú sốc. Thứ hai là bạn nên giữ mọi thứ một cách cứng nhắc để nó không thể di chuyển, và do đó không thể đánh vào bất cứ thứ gì khác và phá vỡ.

Tôi nên làm theo cái nào, hoặc nếu câu trả lời là "nó phụ thuộc" thì tôi nên sử dụng như một hướng dẫn để bảo vệ tốt nhất các thành phần nhạy cảm?

Một phần điều này phụ thuộc vào nơi rung động đến từ đâu.

Mặc dù hai kỹ thuật bạn mô tả là rất có giá trị, nếu độ rung là từ bộ truyền động của chính bạn thì bạn có thể cải thiện đáng kể mọi thứ chỉ bằng cách sử dụng cấu hình vận tốc khác nhau cho các bước di chuyển của bạn.

Cấu hình vận tốc hình thang truyền thống là gia tốc không đổi lên đến vận tốc cực đại cố định theo hành trình vận tốc không đổi, theo sau là giảm tốc không đổi trở về vận tốc bằng không. Điều này tạo ra một cú giật tức thời cao (hoặc giật) - đạo hàm thứ ba của vị trí theo thời gian. Chính sự giật cao này thường gây ra thiệt hại rung động.

Nhiều bộ điều khiển chuyển động cung cấp một cấu hình vận tốc đường cong S bị hạn chế giật, điều này có thể làm giảm đáng kể các xung động cao. Ngoài ra, vì bạn đang tăng tốc độ tăng tốc của mình, bạn có thể thường xuyên điều chỉnh vòng lặp PID của mình mạnh mẽ hơn và thực sự đạt được hiệu suất tăng điểm-điểm. Thật không may, đây là chi phí của việc thêm phức tạp vào việc đồng bộ hóa và lập kế hoạch di chuyển của bạn.

Tôi cũng đã làm việc trên các hệ thống sử dụng các khối vuông nguyên chất cho toàn bộ di chuyển. Chúng tạo ra các cấu hình di chuyển mượt mà trong đó các chuyển động liền kề được kết hợp liền mạch với nhau mà không có sự giật mạnh có thể nhận biết được. Tuy nhiên, các hệ thống này thậm chí còn khó khăn hơn để đồng bộ hóa các di chuyển và toán học ở bước lập kế hoạch thậm chí còn phức tạp hơn so với các đường cong S.

Các thành phần nên có xếp hạng rung ở đâu đó. Khá nhiều thứ mà không có bộ phận chuyển động sẽ ổn. Một số cảm biến như gia tốc kế và con quay hồi chuyển bị ảnh hưởng.

Ví dụ, quadrotors là một ứng dụng bị ảnh hưởng đáng kể bởi độ rung. Bốn đạo cụ tạo ra một lượng rung hoàn toàn vô lý và một tứ giác đòi hỏi dữ liệu cảm biến chính xác từ gia tốc kế / con quay. Nếu bạn nhìn vào các đồ thị gia tốc, bạn sẽ thấy một lượng tiếng ồn không thể tin được.

Mặc dù vậy, rất ít quads có bất kỳ hình thức giảm rung nào, bộ lọc kalman là đủ để có được dữ liệu tốt.

Có rất nhiều tài liệu về giảm rung và một số cách tiếp cận có thể (cả chủ động và thụ động).

Tôi đã tìm thấy rằng bộ nhớ bọt là lý tưởng để giảm rung động cho thiết bị điện tử và các cảm biến nhỏ như accel / con quay hồi chuyển. Bộ nhớ bọt rất mềm nhưng quan trọng hơn là được thiết kế để làm ẩm cực kỳ tốt. Tôi đã giảm tiếng ồn gia tốc trên các UAV xuống ~ 80% bằng cách sử dụng bọt bộ nhớ trong quá khứ.

Trên hệ thống Asguard mà chúng tôi đang làm việc, chúng tôi có rất nhiều cú sốc do hình dạng bánh xe. Trên hệ thống này, chúng tôi cũng có thể giảm các rung động ở phía điều khiển như Mark đề xuất . Điều này đã được thực hiện thông qua việc đồng bộ hóa các bánh xe theo mô hình tối ưu.

Hệ thống cũng có một số tính năng thiết kế cơ học làm giảm các rung động. Bánh xe linh hoạt, khớp nối linh hoạt giữa bánh răng và bánh xe và cơ cấu khóa cho hầu hết các ốc vít.

Các thiết bị điện tử không được kết nối cứng nhắc với cấu trúc, nhưng sử dụng kết hợp bọt và cao su để giữ chúng đúng chỗ. Điều này đã làm việc tốt cho đến nay. Tuy nhiên, chúng tôi đã có rất nhiều vấn đề với các bộ kết nối, trong đó chúng tôi thường xuyên bị gãy vi mô trên các đầu nối bảng, đặc biệt là trên các đầu nối nặng hơn như firewire. Trong những trường hợp này, chúng tôi phải tạo ra các cấu trúc cơ học để giữ các đầu nối tại chỗ, hoặc thay thế các đầu nối bằng các phương án nhẹ nếu có thể.

Các thành phần nhạy cảm, ví dụ như IMU và các máy ảnh chúng tôi đã kết nối cứng nhắc với hệ thống. Đúng là điều này giúp cải thiện tiếng ồn trên gia tốc kế, nhưng Bộ lọc Kalman không bao giờ có vấn đề lớn với nó để ước tính định hướng. Khi sử dụng thời gian phơi sáng ngắn trên máy ảnh, các rung động cũng không phải là vấn đề lớn. Từ quan điểm cảm biến, chúng tôi thực sự mong đợi nhiều vấn đề hơn chúng ta thực sự có.

Vì vậy, tôi đoán câu trả lời cho câu hỏi của bạn là nó thực sự phụ thuộc vào hệ thống của bạn và như chúng ta đã thấy trong trường hợp của chúng tôi rằng bạn thường không cần phải bảo vệ các thành phần của mình khỏi rung động quá nhiều.

Sẽ mất rất nhiều thời gian để loại bỏ các thành phần của PCB / PWB, vì vậy đối với hầu hết các phần sẽ an toàn nếu bạn đảm bảo rằng việc lắp đặt là chính xác. Một điều mà mọi người quên là nếu có rung động thì cũng có thể có flex, và thậm chí một lượng nhỏ flex được truyền vào PWB cũng có thể gây hại. FR4 bị cứng và ở vị trí sai sẽ mất rất nhiều tải trọng. Nhưng điều này có thể dễ dàng sửa chữa với kiểu lắp phù hợp không cho phép lực truyền qua bảng - neo ở một bên, nửa cứng ở phía bên kia.