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2025第22屆越南國際工業(yè)制造及材料技術展覽會VINAMAC2025
2024-12-19
展會專題
活動專題
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活動專題
挑戰(zhàn)
石川淳先生對學生們提出的考驗是：如何解決經(jīng)典的控制理論難題 — 倒立擺。
學生們需要設計并集成一個高效的三件式解決方案，包括傾斜角度傳感、控制邏輯和電機驅(qū)動電路。
對于為此控制應用設計的PCB(印刷電路板)，尺寸小且重量輕是集成到車把內(nèi)的決定性要素。他們對PCB的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，以確保在最小的封裝尺寸內(nèi)集成所有必需的功能。
解決方案
將PCB控制板安裝在車把內(nèi)，位于擺錘的頂部，承載所有必需的電子電路。
輪式平臺的底部有兩條軸：連接車輪的水平軸和由緊湊型直流電機驅(qū)動的垂直軸。兩條軸的交叉處裝有一個簡單的錐齒輪傳動裝置，電機通過此傳動裝置可朝任意方向驅(qū)動車輪。
系統(tǒng)必須將方向保持在近乎垂直的極小角度范圍內(nèi)，才能進行有效控制。如果小車朝任一方向傾斜超過30 °，則可能會失去穩(wěn)定性。為保持平衡，必須以經(jīng)過精密計算的加速度和速度連續(xù)驅(qū)動車輪。
在電機軸上
耦合編碼器
為達到預期的運動控制性能，學生們需要一個高分辨率位置編碼器來監(jiān)控和調(diào)節(jié)電機輸出。而且，這個編碼器還必須小巧輕便，能夠容納在小車纖薄的垂直結(jié)構(gòu)中。
經(jīng)過深思熟慮，他們最終選擇了雷尼紹關聯(lián)公司RLS的RM08磁旋轉(zhuǎn)編碼器。這款非接觸式、無摩擦磁旋轉(zhuǎn)編碼器僅重2 g(包括電纜)，具有鋁制傳感器外罩，直徑為8 mm，厚度僅為3 mm。
學生們設計了一個細窄的尼龍襯圈，作為電機軸與RM08編碼器的磁勵體之間的機械連接，而這個設計只增加了不到0.5 g的重量。
RM08編碼器產(chǎn)生12位分辨率輸出(每轉(zhuǎn)4,096步)，可用于運行速度高達30,000 rpm的應用，精度達到±0.3 °。
結(jié)果
東京電機大學的學生們設計出一個運動控制方案，使用RM08高速磁旋轉(zhuǎn)編碼器以12位分辨率測量角度旋轉(zhuǎn)，令兩輪機器人小車保持自平衡和直立。
RM08編碼器的防護等級達到IP68，專用于集成到各種大批量OEM應用中，性能非常可靠。
還有一點也很重要，磁旋轉(zhuǎn)編碼器還解決了這輛小車苛刻的物理設計限制。它的外形極為緊湊且輕巧，幫助學生們同時克服了空間和負載限制。
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