Печатный циклоидальный редуктор превратил ESC для дрона в сустав
В разрезе 6512-actuator видны почти несовместимые вещи: компактный BLDC M6C12, плата B-G431B-ESC1, магнит AS5600 и пара напечатанных циклоидальных дисков. Между ними стоят сквозные винты и латунная шестигранная стойка. Эта стойка передаёт момент там, где один только пластик легко пошёл бы трещиной вдоль слоёв. Из таких модулей Berkeley Humanoid Lite собран робот массой 16 кг и высотой 0.8 м.
Замысел здесь интереснее самого гуманоида. Дорогой сервосустав обычно покупают вместе с точной металлической передачей, энкодером, силовой электроникой и защитой. Berkeley разложила его на доступные части: мотор от дронового класса, серийную ESC-плату с STM32G431, абсолютный магнитный датчик и детали с FDM-принтера. Получился самостоятельный узел, которому нужны питание и CAN.
Пластиковые диски, которые держат нагрузку
Циклоидальная передача выбрана из-за того, как она переносит ошибки FDM-геометрии. Нагрузка в ней проходит через несколько одновременно работающих контактов, вместо того чтобы приходиться на одну пару мелких зубьев, чувствительную к профилю и межосевому расстоянию. В 6512-actuator передаточное отношение равно 15:1. Сквозные стяжки и металлическая вставка берут на себя часть силового пути, поэтому напечатанный корпус не обязан в одиночку играть роль прецизионного стального редуктора.
Авторы измеряли узел на динамометрическом стенде с отдельным приводом-тормозом и двумя тензодатчиками. Для их образцов КПД редуктора держался около 90% в большей части проверенных режимов, а при большой скорости и моменте снижался с нагревом. Измеренная жёсткость составила 319.49 Н·м/рад на участке 4–10 Н·м. У свеженапечатанных шести экземпляров максимальный люфт достигал 0.0229 рад при разбросе 0.0042 рад. Это результаты одной команды и конкретной печати, а не паспортные свойства любой циклоидальной передачи из пластика.
ESC получает роль сервопривода
B-G431B-ESC1 создана для управления одним трёхфазным BLDC/PMSM и несёт STM32G431CB, трёхшунтовое измерение тока, входы Hall/encoder и CAN, UART либо PWM. В конфигурации Berkeley лимит тока задан как 20 А; это программная настройка данного проекта, и не описывает длительный токовой рейтинг сустава. ST отдельно указывает 40 А пикового тока для самой платы только в испытании с принудительным обдувом.
В опубликованной конфигурации также заданы 14 пар полюсов, константа момента 0.1176 Н·м/А, энкодер на 4096 отсчётов за оборот и watchdog 1000 мс. Робот связывает приводы и IMU четырьмя шинами CAN 2.0 на 1 Мбит/с, обмениваясь данными на 250 Гц. Именно сочетание измерения тока, абсолютного угла и редуктора позволяет командовать моментом, вместо простого вращения мотора с заданной скоростью.
Ресурс всё ещё остаётся открытым инженерным долгом
Авторы гоняли привод 60 часов: он поднимал маятник массой 0.5 кг на плече 0.5 м в диапазоне от −45 до +90° с частотой 0.5 Гц. Люфт немного вырос, но остался пригодным для их эксперимента. Такой тест оставляет открытыми вопросы о тысячах часов работы, температуре обмоток и MOSFET в закрытом корпусе, пыли и разбросе качества домашних принтеров. Зато он показывает работающий путь к ремонтопригодному исследовательскому приводу: слабости дешёвых компонентов здесь не игнорируют, а раскладывают между кинематикой, металлическим силовым путём, токовым контуром и обратной связью.