०४ पावर ड्राइभ: ३-फेज MOS ब्रिजले जोइन्टको आउटपुट टर्क क्षमता निर्धारण गर्दछ।

चित्र ५: तीन-चरण मोटर तारहरू MOS पावर खण्डमा केन्द्रीय रूपमा जोडिएका छन्, यसको वरिपरि नमूना प्रतिरोधकहरू, ड्राइभरहरू र फिल्टर घटकहरू व्यवस्थित छन्।

 

यो संयुक्त ड्राइभर तीन-चरण ब्रशलेस मोटरहरूको लागि डिजाइन गरिएको हो। तीन-चरण BLDC मोटरहरूको उच्च-प्रदर्शन नियन्त्रणको लागि सामान्यतया तीन हाफ-ब्रिजहरू आवश्यक पर्दछ, जसले कम्तिमा छ पावर MOSFETs सहित तीन-चरण इन्भर्टर बनाउँछ। धेरै ठूला-प्याकेज MOS उपकरणहरूसक्छयस वास्तुकलासँग मिल्दोजुल्दो, तीन-चरण आउटपुट सोल्डर बिन्दुहरू वरिपरि PCBA मा देखिने।

 

तीन-चरण पुलको सञ्चालन तर्कलाई निम्नानुसार सरलीकृत गर्न सकिन्छ:

ब्याट्री वा बस भोल्टेज P+ र P- मार्फत फिड गरिन्छ; MOS हाफ-ब्रिजहरूको उच्च-गति स्विचिङले DC भोल्टेजलाई तीन-चरण प्रवाहमा रूपान्तरण गर्दछ;

घुम्ने चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न गर्न तीन-चरणको धारा मोटर विन्डिङहरूमा बग्छ; नियन्त्रकले एन्कोडर स्थिति र वर्तमान प्रतिक्रियाको आधारमा PWM कर्तव्य चक्रहरू निरन्तर समायोजन गर्दछ;

अन्ततः जोइन्टलाई लक्षित टर्क, गति वा स्थिति आउटपुट गर्न सक्षम बनाउँछ।

यस खण्डको कमजोर डिजाइनले धेरै सामान्य समस्याहरू निम्त्याउनेछ: अत्यधिक MOS ताप, कम-गतिको जिटर, गम्भीर टर्क रिपल, गलत ओभरकरेन्ट सुरक्षा ट्रिगरिङ, र एन्कोडरहरू वा सञ्चार सर्किटहरूलाई असर गर्ने EMI हस्तक्षेप। यस कारणले गर्दा, रोबोट जोइन्टहरूको लागि पावर बोर्ड डिजाइन साधारण साना मोटर ड्राइभर बोर्डहरूको भन्दा धेरै चुनौतीपूर्ण छ।

 

चित्र ६: TLV767 भोल्टेज रेगुलेटर बोर्डमा इन्डक्टरहरू, क्यापेसिटरहरू र धेरै कम-भोल्टेज पावर कम्पोनेन्टहरूसँगै देख्न सकिन्छ।

पावर सप्लाई ट्री पनि विश्लेषण गर्न लायक छ। TLV767 जस्ता LDO नियामकहरू र "१००" चिन्ह लगाइएका पावर इन्डक्टरहरू PCB मा देखिन्छन्। ४८V-रेटेड जोइन्टहरूको अनुप्रयोग परिदृश्यलाई विचार गर्दा, यो अनुमान गर्न सकिन्छ कि कम-भोल्टेज प्रणालीलाई LDO मार्फत मात्र उच्च भोल्टेजबाट सीधै तल झर्ने सम्भावना छैन। यसको सट्टा, निम्न जस्तै पावर सप्लाई वास्तुकला अपनाइएको छ:

उच्च-भोल्टेज बस → स्टेप-डाउन रूपान्तरण स्विच गर्दै → कम-भोल्टेज रेलहरू (५V / ३.३V, आदि) → माध्यमिक LDO नियमन / स्थानीय आवाज फिल्टरिङ

यो पावर आर्किटेक्चर बढी तर्कसंगत छ। MCU, एन्कोडर, नमूना एम्पलीफायर र सञ्चार ट्रान्सीभरहरूलाई सफा, स्थिर कम-भोल्टेज पावर चाहिन्छ, जबकि MOS स्विचहरू र मोटर फेज लाइनहरूले तीव्र आवाज उत्पन्न गर्छन्। यदि कम-भोल्टेज पावर आपूर्तिमा पर्याप्त एन्टी-हस्तक्षेप प्रदर्शनको अभाव छ भने, देखा पर्ने पहिलो त्रुटिहरू सामान्यतया मोटर खराबी होइनन्, तर अचानक कोण जम्प, सञ्चार ड्रपआउट वा बहाव गर्ने वर्तमान नमूना पठनहरू हुन्।

०५ वर्तमान र तापक्रम संवेदन: रोबोट जोइन्टहरूले वास्तविक समयमा आउटपुट टर्क निगरानी गर्नुपर्छ।

 

चित्र ७: धेरै R001 कम-मान सेन्स प्रतिरोधकहरू तीन-चरण पावर खण्ड मुनि अवस्थित छन्।

यस बोर्डमा R001 कम्पोनेन्टहरू महत्वपूर्ण छन्, जसले मोटर फेज करेन्ट वा बस करेन्ट मापन गर्न प्रयोग गरिने मिलिओम-स्तरको कम-मान सेन्स रेसिस्टरहरू (सामान्यतया 1 mΩ) प्रतिनिधित्व गर्दछ। करेन्ट सेन्सिङले रोबोट जोइन्टहरूको लागि बन्द-लूप नियन्त्रणको कोर बनाउँछ, किनकि BLDC मोटरको आउटपुट टर्क यसको फेज करेन्टसँग कडा रूपमा सम्बन्धित हुन्छ।

अर्को शब्दमा, नियन्त्रकले जोइन्टको टर्क आउटपुट "अनुमान" गर्दैन; बरु, यसले सेन्स रेसिस्टरहरूमा सानो भोल्टेज ड्रप मापन गरेर करेन्ट गणना गर्दछ:

सेन्स रेजिस्टरमा भोल्टेज ड्रप → एम्प्लीफिकेशन र फिल्टरिङ → एडीसी स्याम्पलिंग → हालको गणना → FOC टर्क नियन्त्रण

यस सिग्नल चेनको शुद्धताले प्रत्यक्ष रूपमा असर गर्छ:

टर्क नियन्त्रण शुद्धता: यदि हालको अनुमान गलत छ भने, टर्क आउटपुट गलत हुनेछ।

कम गतिको सहजता: उच्च नमूनाको आवाजले कम गतिमा झट्का निम्त्याउँछ।

ओभरकरेन्ट सुरक्षा: ढिलो प्रतिक्रियाले MOSFET हरू जलाउन सक्छ, जबकि अत्यधिक संवेदनशील सेटिङहरूले गलत सुरक्षा ट्रिगरहरू निम्त्याउँछ।

थर्मल व्यवस्थापन रणनीति: निरन्तर उच्च प्रवाहले मोटर विन्डिङ, MOSFET र करेन्ट-सेन्स प्रतिरोधकहरूमा एकैसाथ तापक्रम वृद्धि निम्त्याउँछ।

लेआउटको दृष्टिकोणबाट, MOSFET र फेज वायरिङको नजिक करेन्ट-सेन्स रेजिस्टरहरू राख्नाले उच्च-करेन्ट लूप छोटो हुन्छ, जसले परजीवी इन्डक्टन्स र नमूना त्रुटिहरू कम गर्न मद्दत गर्दछ। प्रत्येक चरणको नजिक ठूलो संख्यामा साना रेजिस्टरहरू र क्यापेसिटरहरू व्यवस्थित गरिएका छन्, जुन सामान्यतया गेट ड्याम्पिङ, नमूना फिल्टरिङ, ड्राइभर स्थिरीकरण र स्थानीय डिकपलिंगको लागि प्रयोग गरिन्छ।

तापक्रम पत्ता लगाउनु पनि उत्तिकै अपरिहार्य छ। MOTOR NTC लेबलले मोटर भित्र वा विन्डिङको छेउमा जडान गरिएको थर्मिस्टरलाई संकेत गर्छ। ह्युमनोइड रोबोट जोइन्टहरूको लागि, कम-गतिको उच्च-टर्क सञ्चालन, लामो समयसम्म स्थिर होल्डिङ, र उभिँदा वा स्क्वाट गर्दा क्षणिक प्रभावले उल्लेखनीय तापक्रम वृद्धि उत्पन्न गर्दछ। NTC ले नियन्त्रकलाई तीन प्रमुख तापक्रम-आधारित कार्यहरू गर्न सक्षम बनाउँछ:

विद्युत् प्रवाहको सीमा: तापक्रम बढ्दै जाँदा अधिकतम आउटपुट प्रवाह घटाउनुहोस्; घटाउने: निरन्तर भारी भार अन्तर्गत शिखर टर्कलाई क्याप गर्नुहोस्;

सुरक्षात्मक बन्द: तापक्रमले सुरक्षा सीमा नाघेपछि फल्ट मोडमा प्रवेश गर्नुहोस्।

यो पनि एक आधारभूत क्षमता हो जुन पेशेवर रोबोट जोइन्टहरूमा हुनै पर्छ। तापक्रम बन्द-लूप नियन्त्रण बिना, उच्च शिखर टर्क रेटिङको बावजुद जोइन्टले लामो समयसम्म भरपर्दो रूपमा काम गर्न सक्दैन।

०६ स्थिति पत्ता लगाउने: दोहोरो चुम्बकीय एन्कोडर र गियरहरूले एकल-टर्न कोणहरूलाई बहु-टर्न स्थिति पठनमा रूपान्तरण गर्छन्।

PCBA हटाएपछि, उल्टो छेउमा साना गियर संरचनाहरूको सेट देख्न सकिन्छ। यी मुख्य रिडक्सन गियरहरू होइनन्, तर कोण पत्ता लगाउनको लागि डिजाइन गरिएका सहायक संयन्त्रहरू हुन्।

 

चित्र ८: नियन्त्रण बोर्डको उल्टो छेउमा गियर र चुम्बकीय एन्कोडर क्षेत्र

 

चित्र ९: केन्द्रीय शाफ्टको घुमाइले दुई छेउछाउका पिनियन गियरहरूलाई समकालिक रूपमा घुमाउन प्रेरित गर्छ।

संरचनात्मक रूपमा, केन्द्रीय शाफ्टको घुमाउरोपनले दुई साना गियरहरूलाई चलाउँछ। प्रत्येक सानो गियरको केन्द्रमा चुम्बकीय घटक जडान गरिएको छ, जसमा PCBA को पछाडिको भागमा मिल्दो स्थानहरूमा चुम्बकीय एन्कोडर IC हरू जडान गरिएको छ। चुम्बकीय एन्कोडरहरूले चुम्बकीय क्षेत्रहरूको कोणीय भिन्नताहरू मापन गर्छन्, अप्टिकल ग्रेटिंग डिस्कहरूको आवश्यकतालाई हटाउँछन्। तिनीहरू सानो तेल प्रदूषण र धुलोको लागि सहनशील छन्, जसले तिनीहरूलाई पूर्ण रूपमा बन्द रोबोट जोडहरूको लागि बढी उपयुक्त बनाउँछ।

 

चित्र १०: डुअल-गियर र डुअल-एनकोडर संरचनाले कोणीय रिजोल्युसन सुधार गर्छ र बहु-टर्न स्थिति पत्ता लगाउन सक्षम बनाउँछ।

यहाँ सबैभन्दा फरक कुरा भनेको "डुअल-गियर + डुअल म्याग्नेटिक एन्कोडर" कन्फिगरेसन हो। यसको मान उच्च शुद्धताको लागि दोस्रो सेन्सर थप्नुभन्दा धेरै टाढा जान्छ; यो सम्भवतः बहु-टर्न निरपेक्ष स्थिति एन्कोडिङ योजना महसुस गर्न इन्जिनियर गरिएको छ:

एउटा चुम्बकीय एन्कोडरले ०–३६०° भित्रका कोणहरू सही रूपमा मापन गर्छ;

तैपनि एउटा जोइन्टले धेरै पटक घुमाउन सक्छ, र एकल-टर्न एन्कोडरले आफैंले घुमाउने संख्या निर्धारण गर्न सक्दैन;

यदि दुई गियरहरूमा दाँत गणना वा गियर अनुपात फरक छ भने, तिनीहरूले भर्नियर जस्तो सहसम्बन्ध बनाउँछन्;

दुई कोणीय पठनहरू संयोजन गरेर, नियन्त्रकले धेरै फराकिलो दायरामा निरपेक्ष स्थिति गणना गर्दछ।

यो संरचनाले मानवजस्तै रोबोटहरूलाई ठूलो मूल्य प्रदान गर्दछ। पावर-अफ पछि, खुट्टा, हात वा कम्मरका जोर्नीहरू बाह्य शक्तिहरूद्वारा विस्थापित हुन सक्छन्। पुन: पावर गर्दा, व्यापक रूपमा होमिङ चालहरू आवश्यक पर्ने जोर्नीहरू कम दक्षताबाट ग्रस्त हुन्छन् र सुरक्षा खतराहरू निम्त्याउँछन्। बहु-टर्न निरपेक्ष स्थिति सेन्सिङले जोर्नीहरूलाई पावर पुनर्स्थापित हुने बित्तिकै तुरुन्तै मुद्रा डेटा पुन: प्राप्त गर्न अनुमति दिन्छ।