Падение напряжения, увеличение тока при подключении двух сервоприводов

Я пытаюсь спроектировать бионический протез руки, добавляя контроль и движение к механической руке Thingiverse с открытым исходным кодом.

Основная заключается в перемещении двух MG995 при выполнении мышечного сокращения (чтение с помощью датчика myoware adafruit). Предлагаемая схема имеет два аккумулятора 18650 по 2200 мАч каждый, два заряженных модуля TP4056 (по одному на каждый аккумулятор), напряжение повышающий MT3608, модуль Bluetooth и Arduino Nano для управления.

В разработке предлагалось использовать две схемы печатных плат: одна для управления (Arduino, myoware и Bluetooth) и другая для питания (2-TP4056 и MT3608). Два аккумулятора 18650 соединены параллельно.

Выход двух батарей (3,7 В) после прохождения через TP4056 подключается напрямую к питанию двух серводвигателей и к MT3608 (который повышает напряжение до 10 В и питает плату Arduino через Vin, Arduino регулирует напряжения и включает питание Myoware и плата Bluetooth через контакт 5V.)

Между двумя плюсовыми выводами TP4056 находится переключатель, который следует выключать при зарядке аккумуляторов (аккумуляторы перестают находиться в параллельном режиме, и каждый TP4056 заряжает каждый аккумулятор, но вход TP4056 всегда запараллелен. )

Есть еще один переключатель, который включает/выключает все цепи после модулей TP4056.

Схемы цепей прилагаю.

СИЛОВАЯ ЦЕПЬ

ЦЕПЬ УПРАВЛЕНИЯ

Цепь питания и управления TOP

Силовое и управляющее дно

Для питания 1 сервопривода все работает отлично, при движении напряжение падает на 1 вольт. Проблема в том, что когда я подключил два сервопривода (подключенных, даже не двигающихся), оба начинают дрожать и не двигаться.

Измеряя напряжение на входе сервопривода при подключении двух сервоприводов, я понимаю, что напряжение падает с 3,7 В до 2 В, когда они дрожат.

Затем я решил добавить еще один MT3608 между двумя TP4056 и повысить напряжение сервоприводов с 3,7 вольт до 7 вольт. Проблема все еще продолжалась, идеально двигаясь с 1 сервоприводом, но дрожа, когда оба сервопривода были подключены.

Решил поднять напряжение с 3,7 до 12 вольт и снова понизить регулятором напряжения до 7 вольт. Было и хуже, даже не у 1 сервопривода хватает мощности для движения.

Я думал, что проблема связана с модулем TP4056, поэтому соединил выход двух аккумуляторов сразу после TP4056, перемкнув его, и проблема осталась.

Надеюсь, вы поможете мне, ребята, идей не осталось.

Если у вас есть другие рекомендации, все исправления принимаются.


ОБНОВЛЕНИЕ: Я подключил 4 батареи 18650 параллельно непосредственно в сервоприводах ввода питания. 4 батареи питают непосредственно сервоприводы (4,2 В при зарядке) и питают MT3608 (который повышает напряжение до 5 В для Arduino вместо 12 В, как в первом случае). Движения нет, даже когда подключен только 1 сервопривод!!

Обратите внимание, что я продолжаю слышать слухи о твердотельных «стеклянных» батареях, которые, вероятно, когда-нибудь станут следующей большой вещью. Когда этот день наступит, мощность/вес/объемная эффективность для этого приложения будут значительно улучшены.
Вы рассматривали какое-то механическое преимущество для двигателей? Например, редуктор. Если вы можете использовать передачу 2:1, двигатели будут потреблять примерно половину тока.
@rdtsc сейчас нет никаких усилий для сервоприводов, они просто двигаются. Возьму на следующий этап.

Ответы (2)

Проблема просто в том, что у вас слишком большая нагрузка на ваши батареи.

Напряжение батареи падает, когда вы потребляете слишком много тока (когда нагрузка слишком велика).

Повышение напряжения потребляет больше тока от батареи, что приводит к еще большему падению напряжения батареи.

Каждый усилитель напряжения, который вы добавляете, только усугубляет проблему.

Вам нужна батарея, которая может обеспечить больший ток. Больше 18650 ячеек параллельно или просто большая батарея.

Напряжение на Arduino также может быть ниже. Вы повышаете 3,7 В до 10 В только для того, чтобы выбросить энергию, уменьшая 10 В до 5 В на Arduino.

Увеличьте напряжение батареи до 5 В и подайте питание на Arduino через контакт 5 В.

И используйте батареи 10 В или 12 В для двигателей напрямую. Чем меньше манипуляций с напряжением, тем лучше.
Сервоприводы, к сожалению, рассчитаны только на максимальное напряжение 7,2 В и минимальное 4,8 В. Они не очень хорошо сочетаются с литиевыми элементами.
Сервопривод MG995 потребляет пиковое значение ~2А, даже когда он почти не движется. Соедините ваши ячейки последовательно и отрегулируйте до 6 В с помощью 5А «BEC» (преобразователь постоянного тока в постоянный). Питание Arduino и т. д. от отдельного стабилизатора 5 В.
Я подключил 4 аккумулятора 18650 параллельно прямо в сервоприводах ввода питания. 4 батареи питают непосредственно сервоприводы (4,2 В при зарядке) и питание MT3608 (что повышает напряжение до 5 В на Arduino). Никакого движения нет, даже когда подключен только 1 сервопривод!
Ячейка 18650 выдает номинальное напряжение 3,7 В. Это намного ниже минимального рабочего напряжения MG955 (который рассчитан на 4,8~6 В, т. е. от 4 до 5 никель-кадмиевых/ними-кадмиевых элементов), поэтому пытаться запустить их от одного элемента (или даже нескольких параллельно) бессмысленно.

Качество электроэнергии является проблемой, и серводвигатели очень требовательны при любой ошибке позиционирования. У вас должен быть очень низкий ESR в вашем источнике питания.

Усилители напряжения — плохое решение для серводвигателей от аккумуляторов, потому что выходной импеданс по своей природе увеличен, и как усилители напряжения, так и двигатели требуют больших пусковых токов.

Для работы серводвигателей вам потребуются батареи источника с низким ESR, поскольку ошибка регулирования нагрузки питания (1 В — очень плохая ошибка регулирования нагрузки) влияет на шум ошибки положения (плохой PSRR) и делает его нестабильным.

В биометрии все наши мышцы являются двухтактными с импульсной частотой и амплитудой, контролирующей крутящий момент, который является текущим в двигателях постоянного тока. Но для серводвигателей ток пропорционален погрешности положения до некоторого предела.

Я бы выбрал аккумулятор и двигатель в соответствии с вашими техническими характеристиками: например, 10% погрешность регулирования нагрузки в худшем случае из-за конструкции управления током или перегрузки батарей.

Всегда начинайте ЛЮБОЙ проект с лучших спецификаций для V, I, R (и Zo, ESR, DCR), Pd, Ah и включите допуски.
Затем выберите части топологии, которые, как вы знаете, будут работать.
Затем выберите части и проверьте предположения.

Если вы хотите больше мощности. Рассмотрим редукторные двигатели BLDC, а не дешевый серводвигатель. Но вы должны ощущать и контролировать ток, чтобы рампа ускорения и положение были стабильными.

идеи https://openbionicslabs.com/tutorials (несуществующий)

https://www.actuonix.com/category-s/1931.htm (сервоприводы)

Спасибо за ваш ответ ... Источник низкого напряжения ESR - это, буквально, батарея? или конденсатор? Итак, я должен поставить ESR между усилителем напряжения и каждым из двигателей? или на входе усилителя напряжения? Не могли бы вы привести мне графический пример? Я очень новичок в электронике..
Я бы предложил литий-ионный аккумулятор 6 В или 12 В с достаточным количеством Втч для выполнения этой работы. Подберите двигатели к заряду батареи
Идеальные источники напряжения имеют ESR=0, поэтому чем ниже, тем лучше.