Як я можу найкраще захистити чутливі компоненти від пошкодження через вібрацію?

Для компонентів деяких типів роботів характерно, що вони зазнають великих екологічних навантажень, одним з основних є вібрація. Це щось, про що я повинен перейматися з типовою електронікою та іншими чутливими компонентами, чи не насправді? Якщо це так, то як я закріплюю такі компоненти?

Я чув про дві основні філософії, що стоять за цим, першою з яких є те, що вам слід використовувати систему демпфування, наприклад, із пружинами, щоб поглинути удар. Друга полягає в тому, що ви повинні тримати все жорстко на своєму місці, щоб воно не могло рухатися, а отже, не могло бити проти чогось іншого і зламатись.

Якого слід слідкувати, або якщо відповідь - це "залежить", що мені слід використовувати як керівництво, щоб найкраще захистити чутливі компоненти?

Частково це залежить від того, звідки йде вібрація.

Хоча дві описані вами методи дуже цінні, якщо вібрація від ваших власних приводів, ви, можливо, зможете значно покращити речі, просто використовуючи інший профіль швидкості для своїх рухів.

Традиційні профілі швидкості трапеції - це постійне прискорення до фіксованої максимальної швидкості з наступним круїзом постійної швидкості з подальшим постійним уповільненням назад до нульової швидкості. Це створює високий миттєвий поштовх (або ривок) - третя похідна позиція з часом. Саме цей високий поштовх часто завдає шкоди вібрації.

Багато контролерів руху пропонують профіль швидкості S-кривої, який обмежений поштовхом, це може значно зменшити ці високі імпульси поштовху. Крім того, оскільки ви нарощуєте своє прискорення, ви часто можете налаштовувати свій цикл PID більш агресивно і фактично збільшувати продуктивність від точки до точки. На жаль, це коштує додати складність синхронізації та планування ходу.

Я також працював над системами, які використовують чисті кубічні сплайни протягом усього ходу. Вони створювали шовковисті гладкі профілі переміщення, де суміжні рухи плавно злилися один з одним, не відчуваючи поштовху. Ці системи ще складніше синхронізувати ходи, проте математика на етапі планування стає ще складнішою, ніж з S-кривими.

Компоненти повинні десь мати вібраційні показники. Практично все без рухомих частин буде добре. Уражені деякі датчики, такі як акселерометри та гіроскопи.

Як приклад, квадротори - це додаток, який різко впливає на вібрацію. Чотири реквізити виробляють абсолютно смішну кількість вібрацій, а квадротор вимагає точних даних датчиків від акселерометрів / гіроскопів. Якщо ви подивитеся на ділянки акселерометра, ви побачите неймовірну кількість шуму.

Незважаючи на це, дуже небагато квадратиків мають будь-яку форму демпфування вібрації, для отримання хороших даних достатньо кальманового фільтра.

Існує багато літератури щодо демпфування вібрації та декілька можливих підходів (як активних, так і пасивних).

Я виявив, що піна для пам’яті ідеально підходить для демпфування вібрацій електроніки та невеликих датчиків, таких як акселера / гіроскоп. Піна для пам’яті дуже м'яка, але що ще важливіше розроблена так, щоб надзвичайно добре змочувати. Я скоротив шум акселерометра на БПЛА на ~ 80%, використовуючи піну пам'яті раніше.

У системі Asguard, над якою ми працюємо, ми маємо багато поштовхів через геометрію колеса. У цій системі ми також змогли зменшити вібрації на контрольній стороні, як запропонував Марк . Це було зроблено завдяки синхронізації коліс в оптимальних моделях.

Система також має деякі особливості механічної конструкції, що зменшує вібрації. Гнучкі колеса, еластичні муфти між шестірнями та колесом та замикаючі механізми більшості гвинтів.

Електроніка не жорстко пов'язана зі структурою, але використовуйте комбінацію пінопласту та каучуку, щоб утримати їх на місці. Це добре працювало до цих пір. Однак у нас було багато проблем з роз'ємами, де ми часто отримували мікрополоми на роз'ємах плати, особливо на більш важких роз'ємах, таких як firewire. У цих випадках нам довелося створити механічні конструкції, щоб утримувати з'єднувачі на місці, або замінювати з'єднувачі легкими альтернативами, де це можливо.

Чутливі компоненти, наприклад, IMU та камери, які ми жорстко підключили до системи. Це правда, що це покращує шум на акселерометрах, але фільтр Kalman ніколи не мав з ним великих проблем з оцінкою орієнтації. При використанні короткого часу експозиції на камері вібрації також не представляють особливих проблем. З точки зору датчиків ми дійсно очікували набагато більше проблем, ніж насправді.

Тому я здогадуюсь, що відповідь на ваше запитання полягає в тому, що це дійсно залежить від вашої системи, і як ми бачили в нашому випадку, часто вам навіть не потрібно занадто сильно захищати компоненти від вібрації.

Знадобиться багато, щоб відтрусити компоненти PCB / PWB, тому здебільшого це повинно бути безпечним, якщо ви переконаєтесь у правильності кріплення. Одне, що люди забувають, це те, що якщо є вібрація, то може виникнути і гнучкість, і навіть невеликі кількості згину, що передається в ШІВ, можуть завдати шкоди. FR4 жорсткий і в неправильному розташуванні буде брати багато напружених навантажень. Але це легко виправити за допомогою правильного типу кріплення, який не дозволяє силі переходити через дошку - прикріплену з одного боку, напівжорстку з іншого боку.