ฉันจะปกป้องส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนได้ดีที่สุดจากความเสียหายจากการสั่นสะเทือนได้อย่างไร

เป็นเรื่องปกติสำหรับส่วนประกอบในหุ่นยนต์บางประเภทที่ต้องเผชิญกับความเครียดจากสภาพแวดล้อมขนาดใหญ่กุญแจสำคัญอันหนึ่งคือการสั่นสะเทือน นี่คือสิ่งที่ฉันต้องกังวลเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปและส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนอื่น ๆ หรือไม่จริงเหรอ? ถ้าเป็นเช่นนั้นฉันจะรักษาความปลอดภัยส่วนประกอบดังกล่าวได้อย่างไร

ฉันเคยได้ยินปรัชญาหลักสองข้อที่อยู่เบื้องหลังสิ่งนี้สิ่งแรกคือคุณควรใช้ระบบหน่วงเช่นเช่นสปริงเพื่อดูดซับแรงกระแทก ประการที่สองคือคุณควรเก็บทุกอย่างไว้ในที่ที่ไม่สามารถเคลื่อนไหวได้ดังนั้นจึงไม่สามารถต่อสู้กับสิ่งอื่นและทำลายได้

ฉันควรทำตามอย่างใดอย่างหนึ่งหรือถ้าคำตอบคือ "มันขึ้นอยู่กับ" ฉันควรใช้อะไรเป็นแนวทางในการปกป้องส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนที่สุด

ส่วนหนึ่งขึ้นอยู่กับว่าการสั่นสะเทือนมาจากไหน

แม้ว่าเทคนิคทั้งสองที่คุณอธิบายนั้นมีค่ามากหากการสั่นสะเทือนมาจากตัวกระตุ้นของคุณเองคุณอาจจะสามารถปรับปรุงสิ่งต่าง ๆ ได้อย่างมีนัยสำคัญโดยใช้โปรไฟล์ความเร็วที่แตกต่างกันสำหรับการเคลื่อนไหวของคุณ

โพรไฟล์ trapezoidal velocity แบบดั้งเดิมเป็นการเร่งความเร็วคงที่จนถึงความเร็วสูงสุดคงที่ตามด้วยการล่องเรือความเร็วคงที่แล้วตามด้วยการลดความเร็วคงที่กลับเป็นศูนย์ความเร็ว สิ่งนี้จะสร้างการกระตุกทันทีสูง(หรือเหวี่ยง) - อนุพันธ์อันดับสามของตำแหน่งเมื่อเวลาผ่านไป มันคือการกระแทกที่สูงซึ่งมักจะทำให้เกิดความเสียหายจากการสั่นสะเทือน

ตัวควบคุมการเคลื่อนที่จำนวนมากเสนอโปรไฟล์ความเร็วS-curveซึ่งมีการ จำกัด การกระตุกซึ่งสามารถลดแรงกระตุ้นการกระแทกที่สูงเหล่านั้นได้อย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้เนื่องจากคุณกำลังเร่งความเร็วของคุณคุณสามารถปรับ PID วนซ้ำของคุณได้มากขึ้นและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานแบบจุดต่อจุด น่าเสียดายที่นี่มีค่าใช้จ่ายในการเพิ่มความซับซ้อนให้กับการซิงโครไนซ์และการวางแผนย้ายของคุณ

ฉันยังทำงานกับระบบที่ใช้เส้นโค้งลูกบาศก์บริสุทธิ์ตลอดการเคลื่อนไหว โพรไฟล์การเคลื่อนไหวราบรื่นที่สร้างขึ้นอย่างนุ่มนวลซึ่งการเคลื่อนไหวที่อยู่ติดกันผสานเข้าด้วยกันอย่างราบรื่นโดยไม่มีการกระแทก ระบบเหล่านี้ยากยิ่งกว่าในการซิงโครไนซ์การเคลื่อนไหวด้วยอย่างไรก็ตามและคณิตศาสตร์ในขั้นตอนการวางแผนจะซับซ้อนยิ่งกว่า S-curves

ส่วนประกอบควรมีการสั่นสะเทือนที่ใดที่หนึ่ง ทุกอย่างสวยมากโดยไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวจะดี เซ็นเซอร์บางตัวเช่น accelerometers และ gyroscopes ได้รับผลกระทบ

ตัวอย่างเช่น quadrotors เป็นแอพพลิเคชั่นที่ได้รับผลกระทบอย่างมากจากการสั่นสะเทือน อุปกรณ์ประกอบฉากทั้งสี่นี้สร้างการสั่นสะเทือนที่ไร้สาระอย่างสมบูรณ์และควอดโรเตอร์ต้องการข้อมูลเซ็นเซอร์ที่แม่นยำจากมาตรวัดความเร็ว / ไจโรสโคป ถ้าคุณดูที่แปลงมาตรวัดความเร่งคุณจะเห็นจำนวนของเสียงที่ไม่น่าเชื่อ

อย่างไรก็ตามเรื่องนี้มีน้อยคนนักที่มีรูปแบบการสั่นสะเทือนแบบใดก็ตามตัวกรองคาลมานก็เพียงพอที่จะรับข้อมูลที่ดีได้

มีวรรณคดีเกี่ยวกับการหน่วงการสั่นสะเทือนและวิธีการที่เป็นไปได้หลายวิธี (ทั้งที่ใช้งานและไม่โต้ตอบ)

ฉันพบว่าเมมโมรี่โฟมเหมาะสำหรับการลดการสั่นสะเทือนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเซ็นเซอร์ขนาดเล็กเช่นแอคเซล / ไจโร เมมโมรี่โฟมนั้นนุ่มมาก แต่ที่สำคัญกว่านั้นถูกออกแบบมาให้รองรับได้ดีมาก ฉันได้ลดเสียงรบกวน accelerometer บน UAVs ลง ~ 80% โดยใช้เมมโมรี่โฟมในอดีต

ในระบบAsguardที่เราทำงานอยู่เรามีแรงกระแทกมากมายเนื่องจากรูปทรงของวงล้อ ในระบบนี้เราก็มีความสามารถที่จะลดการสั่นสะเทือนในด้านการควบคุมเป็นมาร์คแนะ สิ่งนี้ทำผ่านการซิงโครไนซ์ล้อในรูปแบบที่เหมาะสมที่สุด

ระบบยังมีคุณสมบัติการออกแบบเชิงกลที่ช่วยลดการสั่นสะเทือน ล้อที่ยืดหยุ่นข้อต่อที่น่าทึ่งระหว่างเฟืองและกลไกล้อและล็อคสำหรับสกรูส่วนใหญ่

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไม่ได้เชื่อมต่อกับโครงสร้างอย่างแน่นหนา แต่ใช้โฟมและยางร่วมกันเพื่อยึดไว้กับที่ มันใช้งานได้ดีจนถึงตอนนี้ เรามีปัญหามากมายเกี่ยวกับตัวเชื่อมต่ออย่างไรก็ตามบ่อยครั้งที่เราจะได้รับรอยแตกขนาดเล็กบนตัวเชื่อมต่อบอร์ดโดยเฉพาะอย่างยิ่งตัวเชื่อมต่อที่หนักกว่าเช่นไฟร์ไวร์ ในกรณีเหล่านี้เราต้องสร้างโครงสร้างทางกลเพื่อยึดตัวเชื่อมต่อเข้าที่หรือแทนที่ตัวเชื่อมต่อด้วยทางเลือกที่เบาที่สุด

ส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนเช่น IMU และกล้องที่เราเชื่อมต่อกับระบบอย่างแน่นหนา มันเป็นความจริงที่ว่าสิ่งนี้จะช่วยปรับปรุงเสียงรบกวนบนมาตรวัดความเร็ว แต่ตัวกรองคาลมานไม่เคยมีปัญหาใหญ่สำหรับการประเมินทิศทาง เมื่อใช้เวลาเปิดรับแสงสั้น ๆ กับกล้องการสั่นสะเทือนก็ไม่เกิดปัญหามากนัก จากมุมมองเซ็นเซอร์เราคาดหวังว่าจะมีปัญหามากกว่าที่เป็นจริง

ดังนั้นฉันเดาคำตอบสำหรับคำถามของคุณว่ามันขึ้นอยู่กับระบบของคุณและอย่างที่เราเห็นในกรณีของเราที่บ่อยครั้งที่คุณไม่จำเป็นต้องปกป้องส่วนประกอบของคุณจากการสั่นสะเทือนมากเกินไป

มันจะใช้เวลามากในการเขย่าส่วนประกอบออกจาก PCB / PWB ดังนั้นส่วนใหญ่จะปลอดภัยถ้าคุณแน่ใจว่าการติดตั้งถูกต้อง สิ่งหนึ่งที่คนลืมคือถ้ามีการสั่นสะเทือนก็อาจจะงอและแม้แต่ flex จำนวนเล็กน้อยที่ถูกส่งเข้าไปใน PWB ก็สามารถสร้างความเสียหายได้ FR4 มีความแข็งและในตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องจะต้องใช้เวลามากในการโหลดความเครียด แต่สิ่งนี้ได้รับการแก้ไขอย่างง่ายดายด้วยการติดตั้งที่เหมาะสมที่ไม่อนุญาตให้มีการถ่ายโอนผ่านบอร์ด - ยึดไว้ด้านหนึ่งกึ่งแข็งในอีกด้านหนึ่ง