Trong điều khiển cánh tay robot, điều khiển định vị giúp báo cáo vị trí của cánh tay để biết được nó đang ở đâu và đã đi được bao xa. Có nhiều cách để chúng ta cung cấp thông tin phản hồi này. Vậy, encoder cho cánh tay robot nên sử dụng loại nào?

I. Điều khiển cánh tay robot.

Động cơ servo R/C là các hệ thống vòng kín vốn hữu dụng trong các hệ thống cánh tay nơi điều khiển vị trí chính xác của các khớp là cần thiết. Nhưng sử dụng các loại động cơ khác, bao gồm cả động cơ bánh răng DC và động cơ bước thì sao? Các hệ thống vòng mở này gây ra những vấn đề gì?

• Động cơ DC không có hệ thống phản hồi riêng, vì vậy nếu bạn đang xây dựng một nhánh vận hành tự động, bạn sẽ cần thêm một trong những kỹ thuật phản hồi được đề cập dưới đây. Những thứ này biến một hệ thống động cơ DC vòng hở thành một hệ thống vòng kín.
• Trong điều khiển điện tử, động cơ bước có thể được ra lệnh để xoay một số bước cụ thể, sau đó dừng lại. Bằng cách đếm chính xác các bước này, bạn có thể biết được vị trí của các khớp cánh tay tại bất kỳ thời điểm nào. Nhưng trong sử dụng thực tế, phương pháp này mang lại kết quả hơn cả mong đợi. Hai vấn đề chính: động cơ bước có thể mất định vị dưới tải nặng và lần đầu tiên sử dụng sau khi bật nguồn cho hệ thống, các động cơ không biết vị trí của mình ở đâu.

Bạn nên bổ sung bất kỳ hệ thống servo vòng hở nào bằng các công tắc giới hạn. Các công tắc này cung cấp một dấu hiệu khi các khớp tay đã di chuyển đến vị trí cực đoan của chúng. Đây có thể là nút ấn tạm thời hoặc công tắc lá.

Bạn cũng có thể xây dựng các thiết bị chuyển mạch quang bằng cách sử dụng bộ ngắt quang. Một miếng vá nhỏ bằng nhựa hoặc kim loại làm gián đoạn dòng ánh sáng giữa đèn LED và tranzitor quang điện, từ đó sẽ báo hiệu giới hạn chuyển động. Bạn có thể xây dựng các bộ ngắt này bằng cách gắn đèn LED hồng ngoại và tranzitor quang điện trên một tấm đục lỗ nhỏ. 

Tốt nhất là nên cung cấp một số loại phản hồi để báo cáo vị trí của cánh tay robot. Nếu không, các thiết bị điện tử điều khiển sẽ không bao giờ biết cánh tay đang ở đâu hoặc nó đã di chuyển được bao xa. Có một số cách bạn có thể cung cấp thông tin phản hồi này. Các phương pháp phổ biến nhất là một chiết áp, encoder tương đối và encoder tuyệt đối.

II. Sử dụng chiết áp.

Một phương pháp đơn giản để cung cấp phản hồi vị trí là gắn trục của một chiết áp vào khớp vai hoặc khuỷu tay hoặc động cơ. Khi khớp quay, nó di chuyển bình lần lượt thay đổi điện trở. Sự thay đổi điện trở này chỉ ra vị trí chính xác của khớp.

Chỉ cần chiết áp có một vòng quay di chuyển bằng hoặc lớn hơn vòng quay di chuyển của các khớp trong cánh tay. Nếu không, cánh tay robot sẽ đi qua các điểm dừng bên trong của chiết áp và bình sẽ bị hỏng. Di chuyển xoay vòng thường không phải là một vấn đề trong hầu hết các hệ thống cánh tay nơi các khớp hiếm khi di chuyển hơn 40° hoặc 50°. Nếu thiết kế cánh tay của bạn di chuyển nhiều hơn khoảng 270°, hãy sử dụng nồi đa chiều. Một nồi ba lượt là đủ.

Chiết áp xoay là loại phổ biến nhất, nhưng còn có một kiểu khác là bình trượt. Bạn vận hành nó bằng cách di chuyển cần gạt lên xuống thay vì xoay trục. Bình trượt là lý tưởng khi bạn muốn đo khoảng cách tuyến tính, chẳng hạn như lượng di chuyển (khoảng cách) của một chuỗi hoặc vành đai.

1. Chọn giá trị và loại chiết áp.

Giá trị chính xác của chiết áp không quan trọng, nhưng nó phải nằm trong phạm vi 50 kΩ đến 250 kΩ để dễ dàng giao tiếp với thiết bị điện tử của bạn. Hãy chắc chắn bình là độ côn tuyến tính chứ không phải là độ côn âm thanh. Sự khác biệt có liên quan đến thang đo điện trở của bình.

• Độ côn tuyến tính có nghĩa là điện trở tăng tỷ lệ thuận với vị trí của trục nồi.
• Độ côn âm thanh có nghĩa là điện trở tăng logarit với vị trí của trục. Đây cũng thường được gọi là độ côn logarit. Chúng thường được sử dụng cho các ứng dụng âm thanh chẳng hạn như điều khiển âm lượng.

2. Kết nối với các thiết bị điện.

Chiết áp có thể cung cấp một phép đo tương đối về vị trí của cánh tay robot, nhưng thông tin ở dạng tương tự như một điện trở hoặc điện áp mà không ai có thể giải thích trực tiếp bằng máy tính. Cách phổ biến nhất và nói chung là hữu ích nhất để kết nối nồi với mạch điều khiển là sử dụng thành phần này làm bộ chia điện áp. Khi bình quay (hoặc trượt), đầu ra của nó là điện áp biến đổi liên tục từ 0 đến nguồn điện áp dương (thường là 5 volt).

Cần gạt của bình được kết nối với đầu vào của bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC), giúp chuyển các mức điện áp thành byte. Nhiều bộ vi điều khiển hiện đại có ADC tích hợp, giúp bạn tránh những rắc rối khi kết nối một chip chuyển đổi tương tự sang số riêng biệt.

III. Sử dụng encoder tương đối.

Encoder tương đối là một thiết bị quang học hoặc cơ học đếm các xung được tạo bởi một đĩa khi nó quay. Chúng thường được sử dụng với các động cơ truyền động trên robot để xác định khoảng cách di chuyển.

Chúng thường được gọi là bộ mã hóa trục bởi vì họ thường kết nối với trục của động cơ mà chúng đang đo, mặc dù trong thực tế, bộ mã hóa có thể được ghép với động cơ theo bất kỳ cách nào. Chúng được gọi là encoder tương đối bởi vì chúng ghi lại chuyển động tăng dần theo từng bước, nhấp hoặc xung một lần. 

Thiết bị này có thể được sử dụng để đo tất cả các loại chuyển động, bao gồm chuyển động quay hoặc chuyển động tuyến tính của chuyển động cánh tay. Trong nội bộ, bộ mã hóa đếm số xung. Bằng cách biết có bao nhiêu xung xảy ra trong một vòng quay, bạn có thể tính được bộ mã hóa đã quay được bao xa.

IV. Sử dụng encoder tuyệt đối.

Một encoder tương đối chỉ đơn giản thông báo cho bạn khi có chuyển động và số lượng chuyển động nhưng không thực sự cho bạn biết vị trí chính xác của cánh tay robot. Bạn phải suy luận thông qua tính toán. Ít nhất, mỗi khi bạn cấp nguồn cho cánh tay robot của mình, bạn cần phải có tất cả các khớp quay trở lại vị trí trung lập. Từ đó, bạn có thể bắt đầu đếm xung và tính toán vị trí dựa trên số lượng xung.

Một encoder tuyệt đối sẽ cho bạn biết vị trí chính xác. Thay vì chỉ cung cấp xung hoặc nhấp chuột, một encoder tuyệt đối cung cấp đầu ra nhị phân có số chỉ vị trí. 

Trong khi bạn có thể tạo một encoder tuyệt đối, các thiết bị điện tử cảm biến lại rất khó. Bạn tốt nhất nên mua một sản phẩm được làm sẵn. Giá cả phụ thuộc vào công nghệ được sử dụng trong bộ mã hóa. Có ba loại cơ bản, theo thứ tự giảm dần của chi phí:

• Quang. Đây là loại đắt nhất, nhưng nhìn chung chúng cung cấp độ phân giải cao nhất, đó là số lượng lớn nhất của các vị trí có thể. Đầu ra thường là 8, 10 hoặc 12 bit. Càng nhiều bit, các vị trí có thể có thể được giải quyết càng lớn - 1024 vị trí cho 10 bit và 4096 vị trí cho 12 bit. Trong hầu hết các encoder quang, đầu ra là tín hiệu nối tiếp đơn giản với dữ liệu và đường xung nhịp.
• Từ tính. Chúng cung cấp độ phân giải tương tự như loại trên, nhưng với chi phí thấp hơn. Đầu ra có thể là nối tiếp, nhưng phổ biến hơn là một xung có độ rộng thay đổi tùy theo vị trí. Chúng có thể được giao tiếp với một vi điều khiển có chân chụp đầu vào. Khi một xung được nhận, chiều rộng của nó có thể được đo chính xác. Các biến thể khác trong đầu ra bao gồm một điện áp tương tự tuyến tính có giá trị thay đổi vị trí.
• Cơ khí. Khi độ phân giải thấp (12 đến 48 trên mỗi vòng quay) được chấp nhận, sản phẩm cơ học là lựa chọn thay thế rẻ nhất. Đầu ra thường là các chân riêng biệt trên thành phần chỉ ra mã nhị phân có trọng số.

Mỗi loại encoder đều có các điểm mạnh và điểm yếu riêng. Tuỳ vào từng trường hợp cụ thể mà chúng ta lựa chọn thiết bị thích hợp cho robot của mình. Uniduc hy vọng qua bài viết này, bạn đã biết được encoder cho cánh tay robot nên sử dụng loại nào để từ đó có thể chọn được sản phẩm chất lượng và đầu tư chính xác.

Chúc bạn thành đạt trong công việc và hạnh phúc trong cuộc sống !

Hotline / Zalo: 0903 666 014

Website: https://uniduc.com/vi

-------------////--------------------------------------------////------------

HUMANOID ROBOT CỦA CÔNG TY UNIDUC SẢN XUẤT PHÁT TRIỂN.