如何最好地保护敏感组件免受振动损坏?


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某些类型的机器人上的组件经常承受较大的环境压力,其中一个关键是振动。我是否需要为典型的电子设备和其他敏感组件担心,或者不是吗?如果是,那么如何固定这些组件?

我听说过这背后的两个主要原理,第一个是您应该使用诸如弹簧的减震系统来吸收震动。第二个是,您应该将所有内容严格固定在适当的位置,以使其不会移动,因此不会碰到其他任何东西并破坏。

我应该遵循哪一个,或者如果答案是“取决于”,那么应该使用什么作为最佳保护敏感组件的指南?

Answers:


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部分取决于振动的来源。

尽管您描述的两种技术非常有价值,但是如果振动来自您自己的执行器,那么您可以通过简单地为移动使用不同的速度曲线来显着改善性能。

传统的梯形速度分布图是恒定的加速度,直到固定的最大速度,然后进行恒定的速度巡航,然后以恒定的速度减速回到零速度。这会产生很高的瞬时震动(或加速度) -位置随时间变化的三阶导数。正是这种剧烈震动经常导致振动损坏。

许多运动控制器都提供了受抖动限制的S曲线速度曲线,这可以显着减少那些高抖动脉冲。另外,由于您要提高加速度,因此通常可以更积极地调整PID回路,并实际上获得点对点的性能提升。不幸的是,这是以增加移动同步和计划的复杂性为代价的。

我还研究了整个过程中使用纯三次样条的系统。这些创建的丝绸般平滑的移动轮廓,相邻的移动无缝地彼此融合在一起,没有明显的震荡。这些系统与之同步动作甚至更加困难,并且在规划步骤中的数学比与S曲线更加复杂。


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组件的某处应具有振动等级。没有运动部件的几乎所有东西都可以。某些传感器(如加速度计和陀螺仪)会受到影响。

例如,四旋翼是受振动影响很大的应用。这四个道具产生绝对可笑的振动,而四旋翼需要来自加速度计/陀螺仪的准确传感器数据。如果查看加速度计图,将会看到令人难以置信的噪声。

尽管如此,很少有四边形具有任何形式的减振,一个卡尔曼滤波器足以获得良好的数据。

关于减振的文献很多,有几种可行的方法(主动和被动)。

我发现记忆泡沫是阻尼电子设备和小型传感器(例如加速/陀螺仪)振动的理想选择。记忆泡沫非常柔软,但更重要的是,它的设计可很好地阻尼。过去,我通过使用记忆海绵将UAV的加速度计噪声降低了约80%。


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在我们一直在研究的Asguard系统上,由于车轮的几何形状,我们会受到很多冲击。在此系统上,我们还能够按照Mark的建议减少控制侧的振动。这是通过以最佳模式同步车轮来完成的。

该系统还具有一些机械设计功能,可减少振动。挠性轮,齿轮与轮之间的弹性联轴器以及大多数螺钉的锁定机构。

电子设备不是牢固地连接到结构,而是使用泡沫和橡胶的组合将它们固定到位。到目前为止,此方法运行良好。但是,连接器存在很多问题,我们经常会在板上连接器上产生微裂纹,尤其是在火线等较重的连接器上。在这些情况下,我们必须创建机械结构以将连接器固定在适当的位置,或者在可能的情况下用轻巧的替代品替换连接器。

敏感组件,例如IMU和我们已牢固连接到系统的摄像机。的确,这可以改善加速度计上的噪声,但是卡尔曼滤波器在估计方向时从来没有遇到太大问题。在相机上使用短曝光时间时,振动也不是什么大问题。从传感器的角度来看,我们确实期望比实际存在的问题更多。

因此,我想您问题的答案实际上取决于您的系统,正如我们在本案例中所看到的那样,通常您甚至不需要过多地保护组件免受振动。


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将组件从PCB / PWB上抖下来将花费很多时间,因此,在大多数情况下,如果确保安装正确,应该是安全的。人们忘记的一件事是,如果有振动,则也可能会弯曲,甚至传递到PWB的很小的弯曲也会损坏。FR4坚硬,在错误的位置会承受很多应力负荷。但这可以通过正确的安装方式轻松固定,这种安装方式不允许力通过木板传递-固定在一侧,半刚性在另一侧。

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