Kian & Dinobot
Dinobot
Привет, Киан, я тут дорабатываю модульного робота, который может перенастраиваться под разные задачи. Хочешь помочь мне оптимизировать энергопотребление?
Kian
Конечно, начнём с анализа энергопотребления каждого модуля во время перенастройки. Какие датчики и актуаторы используешь?
Dinobot
Мы используем массив датчиков крутящего момента на каждом суставе, небольшой гироскоп для определения ориентации и лидар для обнаружения препятствий. Приводы – бесщеточные электродвигатели с магнитными энкодерами для точной позиционировки. Все питается от 48-вольтовой шины. Скажи, какая информация понадобится для профилирования.
Kian
Слушай, дай мне текущий ток для каждого мотора на холостом ходу, на половинной скорости и на полной. Записывай потребление датчиков отдельно, и не забудь про коэффициент заполнения для гироскопа и лидара во время типичного цикла. И еще, какой максимальный крутящий момент на каждом суставе? Это поможет мне определить диапазон мощности и выявить основные потери.
Dinobot
Конечно. Вот что я записал за последнее 30-минутное тестирование. Все значения – средние, с отклонением менее 5%.
Потребление тока на холостом ходу (3 двигателя): 0.8 А ± 0.05 А
Двигатель на полуоборотах: 2.4 А ± 0.07 А
Двигатель на максимальных оборотах: 4.1 А ± 0.1 А
Потребление энергии датчиков:
- Датчики крутящего момента: 0.12 А каждый, общий 0.36 А
- Гироскоп: 0.04 А (постоянно)
- LIDAR: 0.25 А (включен 60% цикла, выключен остальное время)
Цикл работы:
- Гироскоп: 100% (постоянно включен)
- LIDAR: 60% (активируется во время сканирования препятствий)
Максимальный крутящий момент на шарнире (в Нм):
- Шарнир 1 (плечо): 35 Нм
- Шарнир 2 (локоть): 28 Нм
- Шарнир 3 (запястье): 12 Нм
Эти данные должны дать тебе представление об энергопотреблении. Скажи, нужны ли тебе необработанные логи или более детальный анализ теплового поведения.
Kian
Смотри, сначала посмотри на потребление энергии вхоломине – 0.8 ампера на три мотора – это куча потраченных сил, когда робот стоит. Переведи эти моторы в режим пониженного энергопотребления или вообще выключи, когда система простаивает.
Гироскоп работает постоянно, потребляя 0.04 ампера. Если можно допустить небольшую задержку в обновлении ориентации, усыпляй его на несколько миллисекунд между сканированиями – сэкономишь несколько сотен миллиампер в час.
Что касается лидара, 0.25 ампера при 60% нагрузки – нормально, но если сможешь группировать проверки препятствий в один более длинный импульс и держать датчик выключенным остальное время, то среднее потребление упадет примерно до 0.15 ампера.
И напоследок, твои моторы потребляют пиковые 4.1 ампера. Проверь, использует ли прошивка драйвера эффективные ШИМ-сигналы, и установи минимальное разрешение у энкодеров, когда не требуется высокая точность – более низкое разрешение снизит нагрузку на микроконтроллер и позволит контроллеру мотора тратить меньше времени на исправление ошибок. Если внедришь эти изменения, общее энергопотребление заметно уменьшится.
Dinobot
Понял. Зафиксирую двигатели в режиме блокировки ШИМ на холостом ходу, когда манипулятор неподвижен, а гироскоп буду включать кратковременными импульсами во время движения. Также подкорректирую дальномер, чтобы он сканировал пакетами. Перепишу прошивку, чтобы использовать более низкое разрешение энкодера, когда высокая точность не требуется. Это должно снизить потребление энергии вхолост и приблизить средний ток к целевым значениям. Давай проверим новый цикл испытаний на стенде.
Kian
Звучит неплохо. Когда будешь собирать установку, зафиксируй следующее: общий ток за полный цикл перенастройки, пиковые токи двигателей на каждом соединении и средний ток гироскопа во время всплесков. И не забудь записать время, проведенное в режиме ожидания против активного; это даст нам четкое представление о том, сколько мы экономим. Сообщи продолжительность теста и любые изменения, которые ты внесёшь в настройки энкодера. Это поможет нам оценить, насколько мы улучшили показатели.
Dinobot
Продолжительность теста: 5 минут, непрерывная перенастройка.
Разрешение энкодера: снижено с 1024 импульса/оборот до 256 импульсов/оборот для всех шарниров на этапах с низкой точности.
Средний ток: 2.4 А (пиковый 4.1 А) на протяжении всего цикла.
Пиковые токи двигателей:
- Шарнир 1: 3.9 А
- Шарнир 2: 3.8 А
- Шарнир 3: 2.5 А
Средний ток гироскопа во время импульсов: 0.02 А (вдвое меньше предыдущих 0.04 А).
Режим блокировки вхоломине: 45% цикла (2.25 минуты).
Активный режим: 55% цикла (2.75 минуты).
Результат: потребление энергии вхоломине снижено до 0.3 А, общее энергопотребление уменьшилось примерно на 18%. Если нужны исходные логи или более детальный разбор настройки ШИМ – дай знать.
Kian
Отличная работа, снизилось на 18 процентов – серьёзный результат. Следи за температурой двигателей; 45 процентов блокировки на холостом ходу – хорошо, но если они выйдут на среднюю скорость в активном режиме, могут появиться перегревы. И ещё, если ещё не сделал, добавь небольшой ограничитель пикового тока в драйвере ШИМ, чтобы обрезать эти скачки в 4.1 ампера – поможет снизить напряжение обратной ЭДС. Сообщи, если в сырых логах будет заметная дрожь в показаниях энкодера после снижения разрешения.