扭矩传感器原理 北京天宇恒创传感技术有限公司

摩擦轮电机内部集成的转矩传感器

摩擦轮有两个部分,外层与弹丸接触,一般由质地较软且表面摩擦力较大的材料制成,里面是电机充当动力源。

硅胶摩擦轮

一对摩擦轮往不同的方向旋转,弹丸从第一位置与摩擦轮接触,被摩擦轮挤压至第二位置完成加速,最终高速射出。

摩擦轮原理图

摩擦轮的弹道很难做到非常稳定,也就是瞄准发射的时候会打歪。什么因素会影响弹丸发射呢?

摩擦轮对发射的影响

摩擦轮材质

1、硅胶摩擦轮

早期的摩擦轮材质为硅胶,但是摩擦轮在高速运转时,与弹丸接触的部分极易因离心力和摩擦而膨胀,若不用钢线进行周向加固,经过长期摩擦,在切向力的作用下,硅胶轮就会容易脱落。

硅胶圈变形

2、聚氨酯摩擦轮

如何解决摩擦轮脱落这一问题呢?在制造行业中,有一种很重要的工艺叫胶辊工艺,它以金属和其他材料为内芯,在外面覆上橡胶制成的辊状物(甜甜圈就是一种辊状物)。它能够很好地将橡胶和金属结合在一起,避免脱落。

而外覆橡胶的材质就是聚氨酯,由聚酯(或聚醚)与二异氰酸脂类化合物聚合而成,具有耐磨、耐撕裂、耐老化等优点,很适合作为比赛用的摩擦轮。

聚氨酯摩擦轮

并且,摩擦轮膨胀会造成剧烈振动,影响弹丸的速度与稳定性,聚氨酯的质地不容易造成膨胀。

除了这两种,还有其他的摩擦轮材料,但由于摩擦轮长期与弹丸接触,无论使用哪种材料,都会因为表面的磨损导致射击精度的下降。这时就需要更换摩擦轮了。

其他因素

除了材质,摩擦轮还有其他因素影响弹道的准确度。

1、尺寸和间距

如果摩擦轮的尺寸过大而间距过小,第一发弹丸就会受到很大的挤压力来达成高射速,但同时摩擦轮受到的反作用力也会使自己转速下降,导致第二颗弹丸的射速大大降低。

这个问题在当我们需要非常高射击频率时会表现得非常明显,也是导致摩擦轮弹道不稳的重要原因之一。

2、摩擦轮电机

驱动摩擦轮的电机扭力、转动惯量越大,转动越平稳,弹道也就更稳定,但力量大的电机相应的重量也会增大,如果发射机构的重量过大,就很难控制它迅速瞄准对手了。

3、摩擦轮电调(电子调速器)

我们可以通过编码器实时检测摩擦轮的转速并进行反馈,最后电调执行对转速的控制,以此实现对摩擦轮转速的检测和控制。

有的电调内部算法更好,不需要通过反馈也能够有效地控制电机转速。嗯,也就是购买DJI大疆创新snail的电调。

snail电调

要实现弹道准确,除了机构设计还不够,云台所使用的电机也决定了瞄准目标的准确度。

如何瞄准

在射击类的游戏中,我们可以通过鼠标控制枪口的方向来标准目标。机器人枪口同样需要通过上下左右摆头来瞄准目标,这些动作是由云台实现的。

机器人上的云台系统

云台的摆动需要电机(马达)来提供动力,在以前,大多数RoboMaster比赛的选手会使用RoboMaster推出的6025云台电机。

6025电机通过内部转矩传感器反馈信息

普通的电机只会不加思考地乱转,而6025能够通过集成在电机内部的转矩传感器来反馈机械角度和实际的转矩电流测量值等信息,使得我们能够将枪口稳定在一个角度上,并能够快速、丝滑地转动来瞄准对方。

相较其他带减速箱的电机,这类电机直接驱动,不需经过传动装置,所以响应更加灵敏,使得操作手在操作时能有更好的手感。

在进一步改进之后,RoboMaster推出了第二代电机,名为6623,它的总体性能又提高了一步。