Bagaimana cara terbaik saya melindungi komponen sensitif terhadap kerusakan melalui getaran?

Merupakan hal yang umum bagi komponen pada beberapa jenis robot untuk mengalami tekanan lingkungan yang besar, salah satunya adalah getaran. Apakah ini sesuatu yang perlu saya khawatirkan dengan elektronik biasa dan komponen sensitif lainnya, atau tidak juga? Jika ya, lalu bagaimana cara mengamankan komponen tersebut?

Saya pernah mendengar dua filosofi utama di balik ini, yang pertama adalah bahwa Anda harus menggunakan sistem redaman seperti dengan pegas untuk menyerap kejutan. Yang kedua adalah bahwa Anda harus menjaga semuanya tetap di tempatnya agar tidak bisa bergerak, dan karena itu tidak bisa mengenai hal lain dan pecah.

Yang mana yang harus saya ikuti, atau jika jawabannya "tergantung" apa yang harus saya gunakan sebagai panduan untuk melindungi komponen sensitif terbaik?

Sebagian ini tergantung dari mana getaran itu berasal.

Sementara dua teknik yang Anda gambarkan sangat berharga, jika getarannya berasal dari aktuator Anda sendiri, maka Anda mungkin dapat meningkatkan hal-hal secara signifikan hanya dengan menggunakan profil kecepatan yang berbeda untuk gerakan Anda.

Profil kecepatan trapezoid tradisional adalah akselerasi konstan hingga kecepatan maksimum tetap mengikuti pelayaran kecepatan konstan, diikuti oleh perlambatan konstan kembali ke kecepatan nol. Ini menciptakan sentakan sesaat yang tinggi (atau sentakan) - turunan ketiga dari posisi dari waktu ke waktu. Sentakan tinggi inilah yang sering menyebabkan kerusakan getaran.

Banyak pengendali gerak menawarkan profil kecepatan kurva-S yang dibatasi sentakan, ini dapat mengurangi impuls sentakan tinggi tersebut secara signifikan. Juga, karena Anda meningkatkan akselerasi Anda, Anda sering dapat menyetel loop PID Anda lebih agresif dan benar-benar mendapatkan peningkatan kinerja point-to-point. Sayangnya ini adalah biaya untuk menambah kompleksitas pada sinkronisasi dan perencanaan gerakan Anda.

Saya juga bekerja pada sistem yang menggunakan splines kubik murni untuk seluruh gerakan. Ini menciptakan profil gerakan halus seperti sutra di mana gerakan yang berdekatan bergabung tanpa hambatan satu sama lain tanpa sentakan yang terlihat. Sistem ini bahkan lebih sulit untuk menyinkronkan gerakan dengan dan matematika pada langkah perencanaan menjadi lebih kompleks daripada dengan kurva-S.

Komponen harus memiliki peringkat getaran di suatu tempat. Cukup banyak apa pun tanpa bagian yang bergerak akan baik-baik saja. Beberapa sensor seperti akselerometer dan giroskop terpengaruh.

Sebagai contoh, quadrotor adalah aplikasi yang secara dramatis dipengaruhi oleh getaran. Keempat alat peraga menghasilkan jumlah getaran yang benar-benar konyol dan quadrotor membutuhkan data sensor yang akurat dari accelerometer / gyro. Jika Anda melihat plot akselerometer Anda akan melihat jumlah kebisingan yang luar biasa.

Meskipun demikian, sangat sedikit paha depan memiliki segala bentuk redaman getaran, filter kalman cukup untuk mendapatkan data yang baik.

Ada banyak literatur redaman getaran dan beberapa pendekatan yang mungkin (baik aktif dan pasif).

Saya telah menemukan bahwa busa memori sangat ideal untuk meredam getaran ke elektronik dan sensor kecil seperti accel / gyro. Busa memori sangat lembut tetapi yang lebih penting dirancang untuk meredam dengan sangat baik. Saya telah mengurangi kebisingan akselerometer pada UAV ~ 80% dengan menggunakan busa memori di masa lalu.

Pada sistem Asguard yang telah kami kerjakan, kami memiliki banyak guncangan karena geometri roda. Pada sistem ini kami juga dapat mengurangi getaran di sisi kontrol seperti yang disarankan Mark . Ini dilakukan melalui sinkronisasi roda dalam pola optimal.

Sistem ini juga memiliki beberapa fitur desain mekanis yang mengurangi getaran. Roda fleksibel, kopling elastik antara roda gigi dan roda dan mekanisme penguncian untuk sebagian besar sekrup.

Elektronik tidak terhubung secara kaku ke struktur, tetapi menggunakan kombinasi busa dan karet untuk menahannya. Sejauh ini ini telah bekerja dengan baik. Kami memiliki banyak masalah dengan konektor, di mana kami sering mendapatkan fraktur mikro pada konektor papan, terutama pada konektor yang lebih berat seperti firewire. Dalam kasus ini kami harus membuat struktur mekanis untuk menahan konektor pada tempatnya, atau mengganti konektor dengan alternatif ringan jika memungkinkan.

Komponen sensitif, seperti misalnya IMU dan kamera yang kami miliki telah terkoneksi secara kaku ke sistem. Memang benar bahwa ini meningkatkan kebisingan pada akselerometer, tetapi Filter Kalman tidak pernah memiliki masalah besar untuk memperkirakan orientasi. Saat menggunakan waktu eksposur singkat pada kamera, getarannya juga tidak terlalu menjadi masalah. Dari sudut pandang sensor, kami benar-benar mengharapkan lebih banyak masalah daripada yang sebenarnya kami miliki.

Jadi saya kira jawaban untuk pertanyaan Anda adalah bahwa itu benar-benar tergantung pada sistem Anda, dan seperti yang telah kita lihat dalam kasus kami bahwa seringkali Anda bahkan tidak perlu melindungi komponen Anda dari getaran terlalu banyak.

Dibutuhkan banyak untuk melepaskan komponen dari PCB / PWB sehingga sebagian besar itu harus aman jika Anda memastikan pemasangan sudah benar. Satu hal yang orang lupa adalah bahwa jika ada getaran maka mungkin juga ada flex, dan bahkan sejumlah kecil flex yang ditransmisikan ke PWB bisa merusak. FR4 kaku dan di lokasi yang salah akan mengambil banyak beban stres. Tapi ini mudah diperbaiki dengan jenis pemasangan yang tepat yang tidak memungkinkan gaya untuk mentransfer melalui papan - berlabuh di satu sisi, semi-kaku di sisi lain.