Estágio 2 · Capítulo 4 · Teoria

4. Fundamentos de Braços Robóticos e Atuadores de Junta

Capítulo 4 do Curso para Iniciantes em IA Física da Seeed — fundamentos de braços robóticos e atuadores de junta, incluindo faixas de segurança, estrutura, redutores, encoders e modos de controle de motores DM/RS.

Faixa de segurançaModos de controle

4.1 Faixa de Segurança e Espaço de Trabalho do Braço Robótico

Segurança

4.1 Faixa de Segurança e Espaço de Trabalho do Braço Robótico

Compreender os parâmetros da tabela abaixo é a base para usar um braço robótico com segurança:

• Alcance define o limite de segurança do braço robótico e não deve ser excedido. A faixa de alcance define o espaço de trabalho seguro, evitando que o braço robótico colida com equipamentos, grades ou pessoas durante o movimento.

• Carga nominal define a base para uma operação segura e eficiente e não deve ser excedida por longos períodos. Ignorar a carga nominal é extremamente perigoso. Operar além da carga nominal levará diretamente a: torque insuficiente do motor e das juntas, superaquecimento dos componentes e redução da vida útil, além de falhas mecânicas súbitas.

• Carga máxima marca a linha vermelha física absoluta que nunca deve ser tocada — é um limite de resistência de uso único.

perigo

Tratar a carga máxima como padrão de uso diário é extremamente perigoso. Isso significa que cada componente do braço robótico está operando no limite da resistência estrutural, e qualquer pequeno impacto ou mudança de postura pode levar a uma falha estrutural catastrófica, como fratura de junta ou colapso do braço robótico.

Nome	reBot Arm DM	reBot Arm RS
Postura de posição zero
Faixa da junta J1	-150° ~ +150°	-150° ~ +150°
Faixa da junta J2	-220° ~ 0°	-220° ~ 0°
Faixa da junta J3	-220° ~ 0°	-220° ~ 0°
Faixa da junta J4	-90° ~ +90°	-90° ~ +90°
Faixa da junta J5	-90° ~ +90°	-90° ~ +90°
Faixa da junta J6	-180° ~ +180°	-180° ~ +180°
Faixa do gripper	-325° ~ 0°	-345° ~ 0°

Postura de posição zero

A postura de posição zero do braço robótico é a referência absoluta para todo o planejamento de movimento e cálculo de posição. Quando o braço robótico precisa se mover para um determinado ponto, ele essencialmente calcula quanto cada junta precisa girar a partir do ponto inicial de posição zero. Portanto, ao definir o ponto zero de cada motor de junta e inicializar o braço robótico, essa postura deve ser mantida.

Os limites mecânicos são fronteiras físicas rígidas determinadas pela própria estrutura mecânica e não podem ser alterados. Eles atuam como batentes físicos, limitando fundamentalmente a faixa de ângulo de rotação das juntas. Isso impede que o braço robótico gire em excesso devido à perda de controle, o que poderia causar danos à sua própria estrutura ou colisão com equipamentos ao redor.

dica

Embora as juntas do braço robótico tenham limites mecânicos, você ainda deve prestar atenção à faixa de movimento das diferentes juntas para evitar que os motores das juntas travem por longos períodos devido à ultrapassagem da faixa de movimento.

4.2 Introdução à Estrutura Básica de um Braço Robótico

Estrutura

4.2 Introdução à Estrutura Básica de um Braço Robótico

Nome	Posição	Eixo de movimento	Função
Base	A parte onde o motor 1 é fixado	Gira em torno do eixo vertical da base (eixo Z)	Permite que todo o braço robótico gire horizontalmente
Ombro	A parte saliente que contém o motor 2	Gira em torno do eixo horizontal do ombro (eixo Y)	Permite que o braço superior incline para frente/trás ou suba/desça em relação ao ombro
Braço superior	A parte que conecta a junta do ombro e a junta do cotovelo	Gira em torno do eixo horizontal do cotovelo (eixo Y)	Permite que o antebraço dobre ou estenda em relação ao braço superior
Cotovelo	A parte que contém o motor 3, localizada na junção do braço superior com o antebraço	Gira em torno do eixo horizontal do punho (eixo Y)	Permite que o punho oscile para cima e para baixo; juntamente com o giro do punho (Wrist Yaw), determina em conjunto a direção de apontamento da extremidade do braço robótico no espaço
Antebraço	A parte que conecta a junta do cotovelo e a junta do punho	Gira em torno do eixo vertical do punho (eixo Z)	Permite que o punho oscile para a esquerda e para a direita; juntamente com a flexão do punho (Wrist Flex), determina em conjunto a direção de apontamento da extremidade do braço robótico no espaço
Punho	A parte que contém os motores 4, 5 e 6, localizada entre o gripper de extremidade e o antebraço	Gira em torno do eixo central do punho (eixo X)	Permite que a extremidade do punho gire em torno de seu próprio eixo central
Gripper	A parte que contém o motor 7, montada no punho	Abertura/fechamento translacional	Permite que o braço robótico agarre objetos

4.3 Atuador de Junta

Atuador

4.3 Atuador de Junta

Um atuador de junta é composto por driver → motor → redutor → rolamento/flange de saída → elo do robô, enquanto ao mesmo tempo encoder/sensor de torque → controlador → driver forma o controle em malha fechada.

4.4 Redutor

Redutor

4.4 Redutor

O torque original fornecido por um motor geralmente é muito pequeno, mas por meio de engrenagens com uma relação de redução i, o torque de saída é amplificado em um fator de i.

• Sem um redutor, para fornecer um grande torque, seria necessário aumentar o núcleo de ferro e os ímãs, o que tornaria o volume do motor muito grande, fazendo com que os custos e o peso disparassem.
• Um redutor é a alavanca física ideal que troca alta velocidade de rotação por grande torque.
• O rotor do motor em si é muito leve e, quando a carga é pesada, o motor pode oscilar violentamente durante a aceleração e desaceleração. Um redutor pode dividir a inércia de carga refletida no eixo do motor pelo quadrado da relação de redução, tornando o loop de corrente do motor mais estável.

O braço robótico reBot atualmente adota duas soluções técnicas diferentes de acionamento de junta: motor de junta com engrenagem planetária Damiao DM e motor de junta Lingzu Era RS QDD (quase acionamento direto). A diferença central entre as duas não é apenas a marca do motor, mas o grau de redução do redutor.

Simplificando:

Solução DM: Depende de uma grande relação de redução para “amplificar” o torque de saída do motor. Solução RS: Minimiza a relação de redução, permitindo que o próprio motor suporte mais do torque de saída.

Portanto, as duas soluções produzem diferenças significativas em torque de saída, velocidade de movimento, retrodirigibilidade, controle de força, impedância mecânica, resistência a impactos e peso estrutural.

4.4.1 Redutor Planetário

Os redutores usados nos motores DM e RS são redutores planetários. Portanto, apenas o princípio dos redutores planetários é apresentado aqui.

Um redutor planetário geralmente tem a coroa dentada fixa, o engrenagem solar como entrada e o porta-satélites como saída. Nesse caso, a relação de transmissão do motor é máxima. Suponha que a relação de transmissão seja i. A relação de transmissão i está relacionada apenas ao número de dentes da coroa Zr e ao número de dentes do engrenagem solar Zs. A expressão da relação de transmissão é:

$$i = 1 + \frac{Z_r}{Z_s}$$

Uma rotação do engrenagem solar faz com que as engrenagens planetárias girem em seus próprios eixos. Mas, como a coroa dentada está fixa, as engrenagens planetárias não podem simplesmente girar em torno de um eixo fixo; em vez disso, elas fazem o porta-satélites girar lentamente. Nesse momento, o rotor do motor gira i vezes, e o porta-satélites gira aproximadamente 1 vez.

nota

A velocidade do porta-satélites de saída é reduzida em um fator de i, mas o torque de saída é aumentado em um fator de i. Portanto, o redutor planetário converte a alta velocidade e o pequeno torque do motor na baixa velocidade e grande torque exigidos pela junta.

4.4.2 Solução DM: Motor de Junta com Engrenagem Planetária

A versão DM do reBot usa motores de junta com engrenagem planetária da Damiao Technology, por exemplo:

• DM4310: Relação de redução aproximadamente 10:1
• DM4340P: Relação de redução aproximadamente 40:1

info

A versão P do DM4340P adota uma estrutura de rolamento de rolos cruzados, usada para suportar cargas radiais e axiais geradas durante a operação da junta.

Sua estrutura básica pode ser entendida como:

Motor de alta velocidade → Redutor planetário → Eixo de saída da junta

O motor em si tem uma velocidade de rotação relativamente alta, mas torque de saída limitado. Após passar pelo redutor planetário, a velocidade de saída diminui enquanto o torque de saída é amplificado.

Idealmente, quando a relação de redução é (N:1):

$$\begin{aligned} \omega_{\text{out}} &= \frac{\omega_{\text{motor}}}{N} \\ T_{\text{out}} &\approx T_{\text{motor}} \times N \times \eta \end{aligned}$$

Onde:

• N: relação de redução
• ω_motor: velocidade de rotação
• T: torque
• η: eficiência de transmissão do redutor

Exemplo

Sob as mesmas demais condições, um redutor 40:1 pode fornecer maior capacidade de amplificação de torque em comparação com um redutor 10:1, mas ao mesmo tempo a velocidade de saída será ainda mais reduzida.

Portanto, a ideia central da solução DM pode ser resumida como:

"O motor é responsável pela rotação em alta velocidade, e o redutor é responsável por amplificar o torque."

Principais vantagens da solução DM:

• Grande torque de saída
• Carga relativamente baixa no motor
• Adequada para juntas que exigem grande capacidade de carga estática
  • Braços robóticos de carga pesada
  • Cenários que exigem grande torque na junta
  • Cenários em que a exigência de velocidade absoluta de saída da junta não é particularmente alta

Principais desvantagens da solução DM:

• Baixa capacidade de backdrivability

  Quanto maior a relação de redução, mais "difícil de empurrar" o braço robótico geralmente é.

• Alta impedância mecânica
• Velocidade de saída limitada

4.4.3 Solução RS: Motor de Junta QDD Quasi-Direct-Drive

A versão reBot RS adota o motor de junta QDD (Quasi-Direct Drive) da Lingzu Era. A ideia central do QDD é exatamente o oposto das juntas tradicionais com alta relação de redução:

Minimizar a relação de redução, permitindo que o motor assuma diretamente mais da tarefa de saída da junta.

Sua estrutura básica pode ser entendida como: Motor de alta densidade de torque → Redutor planetário de baixa relação de redução → Eixo de saída da junta. Portanto, o QDD não é completamente sem redutor, mas sim:

"O redutor fornece apenas uma pequena amplificação de torque, dependendo principalmente da alta densidade de torque do próprio motor para obter o torque de saída da junta."

Por que o QDD exige um motor mais forte? Esta é a chave para entender a diferença entre as duas soluções. Suponha que ambas as juntas precisem, em última análise, fornecer:

$$T_{\text{out}} = 40\ \mathrm{N} \cdot \mathrm{m}$$

Se for usado um redutor 40:1, então teoricamente o motor só precisa fornecer:

$$T_{\text{motor}} \approx \frac{40}{40} = 1\ \mathrm{N} \cdot \mathrm{m}$$

Se for usado um redutor 8:1, então ele precisa de:

$$T_{\text{motor}} \approx \frac{40}{8} = 5\ \mathrm{N} \cdot \mathrm{m}$$

Ou seja: após reduzir a relação de redução, o motor deve fornecer mais torque por si só. Portanto, a solução QDD impõe maiores exigências ao motor, exigindo que o motor tenha:

• Maior densidade de torque
• Maior diâmetro efetivo
• Capacidade de dissipação de calor mais forte
• Maior capacidade de suportar corrente de pico
• Melhor capacidade de sobrecarga

Isso também explica por que o QDD geralmente adota soluções como motores de rotor externo de alta densidade de torque. Avaliações relacionadas também apontam que o QDD obtém melhor backdrivability e transparência de força ao reduzir a relação de redução, mas ao custo de impor maiores exigências à densidade de torque do motor.

O maior valor do QDD não é simplesmente "uma relação de redução menor", mas sim: aproximar a junta das características dinâmicas do próprio motor. Devido à baixa relação de redução, a influência do redutor no movimento do sistema é relativamente pequena, de modo que a junta possui melhor backdrivability.

4.4.4 Diferenças Centrais Entre as Duas Soluções

As duas soluções podem ser entendidas como duas filosofias de projeto completamente diferentes.

Item de Comparação	Transmissão por Engrenagem Planetária DM	RS QDD (Quasi-Direct Drive)
Conceito Central	Amplifica o torque por meio de uma caixa de engrenagens	Depende de um motor de alta densidade de torque para a saída
Relação de Engrenagem Típica	10:1, 40:1	Normalmente em torno de 7,75:1–10:1
Requisito de Torque do Motor	Relativamente baixo	Mais alto
Torque de Saída	Alto	Alto, mas mais dependente do próprio motor
Velocidade de Saída	Relativamente baixa	Relativamente alta
Backdrivability	Menor	Maior
Impedância Mecânica	Maior	Menor
Transparência de Força	Menor	Maior
Controle Complacente	Relativamente difícil	Mais vantajoso
Resistência a Impactos	Depende da estrutura da caixa de engrenagens	Relações de engrenagem menores geralmente são mais favoráveis à resistência a impactos
Manutenção de Posição	Mais forte	Depende mais do controle ativo do motor
Requisitos do Motor	Relativamente baixos	Alta densidade de torque e alta capacidade de corrente de pico
Vantagens Típicas	Alta capacidade de torque e carga útil	Resposta dinâmica, backdrivability e controle de força
Elevação de Temperatura	Mais lenta	Mais rápida

A alta transparência de força, forte backdrivability e baixa impedância mecânica trazidas pela baixa relação de redução do QDD são suas vantagens centrais em relação às soluções de transmissão com alta relação de redução; ao mesmo tempo, uma baixa relação de redução também significa que o motor precisa suportar um torque maior, impondo, portanto, maiores exigências à densidade de torque do motor e à gestão térmica.

Resumo

• A solução de engrenagem planetária DM "troca um redutor mecânico por maior torque de saída".
• A solução QDD quasi-direct-drive "troca um motor de desempenho mais alto por melhor desempenho dinâmico e capacidade de controle de força".

Não existe, em sentido absoluto, "qual é mais avançada" entre as duas. Para um braço robótico, a escolha real depende do objetivo da aplicação:

• Se capacidade de carga, rigidez da junta e grande torque de saída forem mais importantes → a solução DM tem mais vantagens.
• Se velocidade de movimento, backdrivability, colaboração homem-robô e controle de força forem mais importantes → a solução QDD tem mais vantagens.

E para braços robóticos voltados à interação homem-robô, aprendizado por imitação e aprendizado por reforço, a baixa impedância mecânica e a alta backdrivability do QDD são particularmente atraentes, porque as características dinâmicas do braço robótico ficam mais próximas do estado de "o motor acionando diretamente a carga", o que é propício ao movimento de alta dinâmica e ao controle de interação de força.

4.5 Encoder

Encoder

4.5 Encoder

Um encoder é usado para medir o ângulo de rotação. Tipos comuns incluem encoders incrementais, encoders absolutos multivoltas e encoders absolutos de volta única. Tanto os motores Damiao (DM) quanto os motores Lingzu (RS) contêm 2 encoders magnéticos absolutos de volta única. A resolução do encoder é de 14 bits para ambos.

Como um encoder magnético de posição absoluta determina a posição

Um encoder magnético de posição absoluta usa um ímã rotativo para alterar a direção do campo magnético e calcula o ângulo por meio de um chip magnetorresistivo, conhecendo diretamente a posição atual assim que é energizado.

Analogia

Imagine o encoder magnético como uma bússola inteligente com seu próprio "mapa".

• O ímã é um pequeno ímã rotativo fixado no rotor do motor. Quando ele gira, a direção do campo magnético ao redor muda de acordo — assim como o ponteiro de uma bússola sempre aponta para o sul, mas aqui esse ponteiro pode girar livremente.
• O chip magnetorresistivo é o "sensor de mapa". Ele possui marcações de direção de 360° ao seu redor e pode ler em tempo real, como lendo uma bússola, se o campo magnético atual aponta para 0°, 90° ou 270°.

Por que motores de junta usam dois encoders

Um motor de junta contém 2 encoders magnéticos de posição absoluta, um medindo o rotor do motor em alta velocidade e outro medindo o eixo de saída da junta do robô, usados para compensar erros do redutor, melhorar a precisão e garantir a segurança.

Analogia

Você está sentado em um carro, segurando o volante (extremidade do rotor do motor), mas o volante não está diretamente conectado às rodas; em vez disso, ele está conectado às rodas (extremidade de saída do motor) por meio de um longo eixo flexível em forma de mola (redutor).

Se o volante girar 10 voltas, mas as rodas girarem apenas 9,8 voltas, o sistema imediatamente sabe que 0,2 volta foi absorvida pelo eixo flexível em mola e compensa imediatamente um pouco mais — isso compensa o erro com precisão extremamente alta.

A posição não é perdida após desligar a alimentação

O motor não perde a posição após ser desligado porque o encoder absoluto salva a posição atual. Ao religar, ele lê os ângulos no lado do motor e no lado de saída e então recupera a posição por meio da verificação da relação de redução.

4.6 Interface e Fiação do Motor

Interfaces

4.6 Interface e Fiação do Motor

Interface e Fiação do Motor DM

Nome	Imagem	Função
XT30 (2+2)		1. Conecte a fonte de alimentação por meio do cabo de alimentação com conector XT30(2+2)-F, com tensão nominal de 24 V, para alimentar o motor. 2. Conecte dispositivos de controle externos por meio do terminal de comunicação CAN, que pode receber comandos de controle CAN e retornar informações de status do motor. 3. O motor contém duas interfaces de alimentação; qualquer interface (incluindo o terminal de comunicação CAN) pode ser usada de forma independente, ou vários motores podem ser conectados em série para facilitar a fiação.
GH1.25 3-pin		Por meio do cabo GH1.25-3 pinos, use uma ferramenta de depuração USB2CAN para conectar a um PC e use o assistente de depuração da Damiao Technology para realizar configurações de parâmetros e atualizações de firmware no motor.

Interface e Fiação do Motor RS

Nome	Imagem	Função
XT30 (2+2)		1. Conecte a fonte de alimentação por meio do cabo de alimentação com conector XT30(2+2)-F, com tensão nominal de 24 V, para alimentar o motor. 2. Conecte dispositivos de controle externos por meio do terminal de comunicação CAN, que pode receber comandos de controle CAN e retornar informações de status do motor. 3. O motor contém duas interfaces de alimentação; qualquer interface (incluindo o terminal de comunicação CAN) pode ser usada de forma independente, ou vários motores podem ser conectados em série para facilitar a fiação.

4.7 Modos de Controle do Motor DM

Modos de Controle DM

4.7 Modos de Controle do Motor DM

O controlador eletrônico de velocidade converte os dados CAN recebidos em variáveis de controle para cálculo, obtendo um valor de torque como referência de corrente para o laço de corrente. O laço de corrente finalmente atinge a corrente de torque definida de acordo com sua lei de ajuste.

Protocolo MIT

O modo MIT pode controlar o motor por meio de três parâmetros: posição, velocidade e torque.

O torque final de saída do motor é determinado principalmente em conjunto pelos seguintes parâmetros:

• Pdes: Posição alvo
• Vdes: Velocidade alvo
• Kp: Intensidade do controle de posição; quanto maior o Kp, mais o motor tende a retornar rapidamente à posição alvo
• Kd: Intensidade do controle de velocidade; pode ser usado para suprimir a vibração do motor e tornar o movimento mais estável
• T_ff: Torque fornecido diretamente

Pode ser entendido de forma simples como:

Saída do motor = Controle de posição + Controle de velocidade + Torque de avanço (feedforward)

O modo MIT pode alcançar diferentes métodos de controle de acordo com diferentes combinações de parâmetros:

Controle de posição

1. Defina Pdes, Kp, Kd.
2. O motor se moverá para a posição especificada e suprimirá a vibração durante o movimento por meio de Kd.

Controle de velocidade

1. Defina Kp = 0, Kd ≠ 0
2. Em seguida, forneça Vdes para controlar o motor a girar na velocidade alvo.

Controle de torque

1. Defina Kp = 0, Kd = 0
2. Em seguida, defina diretamente T_ff para controlar o motor a fornecer o torque especificado.

atenção

Ao controlar a posição, kd não pode ser definido como 0, caso contrário causará oscilações no motor ou até mesmo perda de controle.

Modo Posição-Velocidade

O modo de cascata de posição adota um modo de controle em cascata de três laços, com o laço de posição como o laço mais externo, sua saída como referência para o laço de velocidade, e a saída do laço de velocidade como referência para o laço de corrente interno, usado para controlar a corrente real de saída.

O torque final de saída do motor é determinado principalmente em conjunto pelos seguintes parâmetros:

• p_des: A posição alvo para controle.
• v_des: Usado para limitar a velocidade absoluta máxima durante o movimento.
• kp_pos: Determina o fator de amplificação do erro de posição sobre o comando de velocidade.
• ki_pos: Determina a força estática de manutenção de posição.
• kp_vel: Determina diretamente o torque dinâmico de aceleração.
• ki_vel: Determina a capacidade de rejeição de perturbações de carga durante o trecho de velocidade constante.

nota

Se o modo de cascata de posição usar os parâmetros de controle recomendados pelo assistente de depuração, ele pode alcançar boa precisão de controle, e o processo de controle é relativamente suave, mas o tempo de resposta é relativamente longo. Além de v_des, os parâmetros relacionados configuráveis também incluem configurações de aceleração/desaceleração. Se ocorrer vibração adicional durante o processo de controle, a aceleração/desaceleração pode ser aumentada.

As unidades de p_des e v_des são rad e rad/s, respectivamente, o tipo de dado é float, e o fator de amortecimento deve ser definido como um número positivo diferente de zero.

Modo de Velocidade

O laço externo do modo de velocidade é o laço de velocidade, e a saída do laço de velocidade serve como referência para o laço de corrente interno.

O torque final de saída do motor é determinado principalmente em conjunto pelos seguintes parâmetros:

• v_des: Velocidade alvo durante o movimento.
• kp_vel: Determina diretamente o torque dinâmico de aceleração.
• ki_vel: Determina a capacidade de rejeição de perturbações de carga durante o trecho de velocidade constante.

nota

A unidade de v_des é rad/s, e o tipo de dado é float. Se você precisar usar o assistente de depuração para calcular automaticamente os parâmetros, será necessário definir o fator de amortecimento como um número positivo diferente de zero, geralmente variando de 2,0 a 10,0. Um fator de amortecimento muito pequeno trará oscilações de velocidade e grande overshoot, enquanto um fator de amortecimento muito grande trará um longo tempo de subida. O valor de configuração recomendado é 4,0.

Modo PVT (Controle Híbrido Força-Posição)

O modo PVT (controle híbrido força-posição) controla dinamicamente a magnitude do torque de saída com base no controle do modo posição-velocidade. Um elo de saturação de comando de corrente é adicionado após o comando de saída do laço de velocidade, de modo que a referência do laço de corrente seja limitada dentro de um intervalo definido.

O torque final de saída do motor é determinado principalmente em conjunto pelos seguintes parâmetros:

• p_des: A posição alvo para controle.
• v_des: Usado para limitar a velocidade absoluta máxima durante o movimento.
• kp_pos: Determina o fator de amplificação do erro de posição sobre o comando de velocidade.
• ki_pos: Determina a força estática de manutenção de posição.
• kp_vel: Determina diretamente o torque dinâmico de aceleração.
• ki_vel: Determina a capacidade de rejeição de perturbações de carga durante o trecho de velocidade constante.

4.8 Diferentes Modos dos Motores RS

Modos de Controle RS

4.8 Diferentes Modos dos Motores RS

Modo de Controle de Movimento

O modo de controle de movimento do RS é semelhante ao modo MIT do DM. A lógica de controle do modo de controle de movimento é a seguinte:

$$t_{\text{ref}} = K_d\,(v_{\text{des}} - v_{\text{actual}}) + K_p\,(p_{\text{des}} - p_{\text{actual}}) + t_{\text{ff}}$$

Por fim, t_ref é convertido na corrente iq desejada por meio de uma fórmula interna e é fornecido pelo laço de corrente.

O torque final de saída do motor é determinado principalmente em conjunto pelos seguintes parâmetros:

• Pdes: Posição alvo
• Vdes: Velocidade alvo
• Kp: Intensidade do controle de posição; quanto maior o Kp, mais o motor tende a retornar rapidamente à posição alvo
• Kd: Intensidade do controle de velocidade; pode ser usado para suprimir a vibração do motor e tornar o movimento mais estável
• T_ff: Torque fornecido diretamente

Pode ser entendido de forma simples como:

Saída do motor = Controle de posição + Controle de velocidade + Torque de avanço (feedforward)

O modo de controle de movimento pode alcançar diferentes métodos de controle de acordo com diferentes combinações de parâmetros:

Controle de posição

1. Defina Pdes, Kp, Kd.
2. O motor se moverá para a posição especificada e suprimirá a vibração durante o movimento por meio de Kd.

Controle de velocidade

1. Defina Kp = 0, Kd ≠ 0
2. Em seguida, forneça Vdes para controlar o motor a girar na velocidade alvo.

Controle de torque

1. Defina Kp = 0, Kd = 0
2. Em seguida, defina diretamente T_ff para controlar o motor a fornecer o torque especificado.

Modo de Corrente

Este modo fornece o laço de corrente do motor como interface de controle para o usuário. Este modo geralmente não é utilizado. O uso desta interface pode se basear no algoritmo FOC.

Modo de Velocidade

O modo de velocidade usa a diferença entre a velocidade definida e a velocidade atual como entrada para o controlador PI, e o torque de saída do controlador PI é limitado a um intervalo. O torque é convertido na corrente iq desejada por meio de uma fórmula interna e é fornecido pelo laço de corrente.

O torque final de saída do motor é determinado principalmente em conjunto pelos seguintes parâmetros:

• v_des: Velocidade alvo durante o movimento, ou seja, a velocidade atual.
• kp_vel: Determina diretamente o torque de aceleração dinâmica.
• ki_vel: Determina a capacidade de resistência a distúrbios de carga durante o segmento de velocidade constante.
• Proteção de torque: Limita o torque de saída.

Modo Posição-Velocidade (CSP)

O modo de posição CSP também pode ser chamado de modo posição-velocidade. A diferença entre o ângulo definido e o ângulo atual é usada como entrada para o loop de posição, onde o loop de posição é um controlador puramente proporcional. A saída do loop de posição passa por limitação de velocidade e então serve como entrada para o loop de velocidade. O loop de velocidade é um controlador PI, e o torque de saída passa por limitação de proteção de torque e é então convertido na corrente iq desejada, sendo fornecido pelo loop de corrente.

O torque final de saída do motor é determinado principalmente em conjunto pelos seguintes parâmetros:

• p_des: A posição alvo para controle.
• v_des: Usado para limitar a velocidade absoluta máxima durante o movimento.
• kp_pos: Determina o fator de amplificação do erro de posição no comando de velocidade.
• ki_pos: Determina a força estática de manutenção de posição.
• kp_vel: Determina diretamente o torque de aceleração dinâmica.
• ki_vel: Determina a capacidade de resistência a distúrbios de carga durante o segmento de velocidade constante.
• Proteção de torque: Limita o torque de saída desejado.

Modo Posição-Velocidade (PP)

Este modo também é a interface de modo posição-velocidade fornecida pelo motorbridge.

O modo de posição PP adiciona um planejamento de curva de velocidade trapezoidal em comparação com o CSP. Ele recebe como entrada a velocidade definida, o ângulo definido e a aceleração definida, e gera o ângulo planejado. O ângulo planejado gerado pelo planejador de curva em T serve como entrada para o loop de posição, onde o loop de posição é um controlador puramente proporcional. A saída do loop de posição passa por limitação de velocidade e então serve como entrada para o loop de velocidade. O loop de velocidade é um controlador PI, e o torque de saída passa por limitação de proteção de torque e é então convertido na corrente iq desejada, sendo fornecido pelo loop de corrente.

O torque final de saída do motor é determinado principalmente em conjunto pelos seguintes parâmetros:

Parâmetros do planejador de curva em T:

• p_set: A posição alvo desejada definida.
• v_des: O valor de velocidade desejado definido.
• Acc_set: A aceleração desejada definida.

Parâmetros do loop de posição / loop de velocidade:

• p_des: A posição alvo para controle.
• v_des: Usado para limitar a velocidade absoluta máxima durante o movimento.
• kp_pos: Determina o fator de amplificação do erro de posição no comando de velocidade.
• ki_pos: Determina a força estática de manutenção de posição.
• kp_vel: Determina diretamente o torque de aceleração dinâmica.
• ki_vel: Determina a capacidade de resistência a distúrbios de carga durante o segmento de velocidade constante.
• Proteção de torque: Limita o torque de saída desejado.

4.9 Princípios de Parada de Emergência e Desligamento Anormal

Segurança

4.9 Princípios de Parada de Emergência e Desligamento Anormal

Regras de parada de emergência

1. Em caso de trepidação anormal, a alimentação deve ser cortada imediatamente. Trepidação de alta frequência significa que o motor está fornecendo torques de avanço e reversão em alta frequência e, se a alimentação não for cortada imediatamente, isso pode levar a danos ao motor.

2. Em caso de batida em um limite, a alimentação deve ser cortada imediatamente. Bater em um limite significa que o motor pode estar em condição de travamento. Se a alimentação não for cortada imediatamente, isso pode levar a superaquecimento ou danos ao motor.

3. Situações anormais, como queda repentina do braço robótico, devem ter a alimentação cortada imediatamente para evitar outras situações inesperadas.