运动控制权力防御

运动控制在军事/航空市场中执行广泛的任务，通常在对技术有苛刻限制的条件下进行:极端天气、电磁干扰(EMI)、不稳定或不可用的电源等。成功的门槛可能很高，但成功的设计可以完成其他不可能完成的工作，或者让士兵远离危险。

中西部运动产品有限公司例如，MMP（沃特敦，明尼苏达州）为自动化和无人驾驶车辆市场生产闭环齿轮电机，特别强调便携式条例处理机器人，例如用于摧毁爆炸装置或类似物的可疑物品伊拉克。

会议设计挑战
当然，这并不容易。沙漠环境非常恶劣，因此该公司的部分设计过程必须注重保护组件免受高温和灰尘的影响。MMP总裁兰迪•科德斯表示:“我们的标准产品是54级知识产权保护产品。”“我们在电机外壳和端盖之间使用垫圈。我们也使用密封轴承。”为了适应温度限制，他们还使用了一种润滑油，设计工作温度为-40℃至140℃。

这些机器人可以承载1000磅重的货物，速度可达每小时10英里。由于这些部件通常是由电池运行的，MMP必须平衡输出扭矩和转速等参数与寿命。他们混合和匹配的组合线圈和齿轮比，以减少电流消耗和最大限度地延长电池寿命。

为了平衡坚固性和成本，该设计使用了拉丝电机。科德斯表示:“这些设备并不是在工厂里全天候运转的。”“负载周期可能持续几分钟，而不是几个小时，特别是考虑到它们需要充电。无刷电机只会增加成本，当然还需要更精密的驱动电子设备。”

更精致的电子器件意味着更精细的系统，可靠性在这种应用中是至关重要的。“它们不能失败，”绳子说，例如，作为从电动机到齿轮夹的电力传输唯一点的齿轮头小齿轮。“如果齿轮头小齿轮发生故障，则您的齿轮电机没有任何输出扭矩或速度。”为了防止这种可能性，MMP不仅将散装部件压在一起，它使用永久粘合剂，加上固定的固定螺钉 - 您猜测了它 - 更永久的粘合剂。“我们基本上有三个水平的保护，以确保部分永远不会失败，”Cordes说。

甲板上所有直升机
可靠性也是一个最重要的问题柯蒂斯-赖特负责海军防卫该公司建造了一种舰载直升机着陆系统，称为飞机船舰综合安全与穿越系统(ASIST)。在ASIST中，一个可伸缩的探测器从直升飞机上降落，悬停在飞船甲板上。在甲板上，一个由伺服驱动液压泵控制的绞车拉出一个快速固定装置(RSD)来固定飞机。RSD必须在最后的着陆序列中保持相对于直升机的位置，以完成捕获——这在波涛汹涌的海面上不是一件容易的事。

考虑到项目的扭矩和功率要求，液压的选择是务实的。但单靠液压是无法完成这项工作的。“当我们开始研究这个项目时，我们发现为了获得我们需要的频率响应和控制，我们必须使用伺服控制，”柯蒂斯-莱特控制公司的助理工程师Jay Gandy说。该装置使用一个伺服阀控制的丹尼森泵来运行主横向绞车，控制RSD的位置。

但是，如果您没有数据来发出控制命令，则精细控制功能毫无意义。控制系统集成了速度和位置反馈，部分地从机器视觉系统中捕获。每架飞机都带有一组IR信标。甲板上的摄像机获取并验证信标，然后执行几何分析以确定探头的正确位置，全部约为30 Hz。

“我们有一个目标鉴别算法，将直升机信标与所有背景图像区分开，因此这是软件中最多的CPU密集部分，”软件工程师Ken Kwon说。“我们的自动RSD跟踪控制系统和视觉系统软件全部都在一个处理器板上，实际上从两个摄像机统计图像数据，因此在单个处理器上有很多处理。我们必须在我们的编码中非常高效且强劲。“在其他事情之外，他们设计了软件，以便它是所有事件驱动 - 它只在实际工作完成时运行。

严酷的环境下
当然，这项工作必须在广泛的条件下进行。从湿度高、凝结严重的东南亚到温度寒冷的北极，着陆系统在世界各地都能运行。甘迪说:“我们会被雨淋，被雪淋。”“我们是在与太阳和反射物竞争。”这意味着目标识别软件必须健壮可靠。他补充道:“多年来，我们花费了大量时间和金钱，试图找到优化它的方法，当然，还有降低成本的方法。”原来的系统包括几个处理器板，总共有五个处理器;目前的系统只需要一块单板。

天气讨论带来了更大的环境问题。asist单元必须在100 gs的速度下存活震荡载荷，并且甘地的表征是“相当严重”的振动制度。在测试期间，每个单元在其自然频率上振动两个小时，以确保没有元素松动。除了设计一个足以承受海洋环境的湿度和腐蚀性的系统外，设计团队必须开发一种能够承受电磁脉冲（EMPS）和高水平的电子噪声的系统。

“船的顶部布满了雷达装置，无线电也很活跃，”甘迪说。“我们系统中的所有东西都变成了天线，而且他们不希望发射器影响船上的其他敏感设备，或降低他们的隐身水平。”

所有这些措施既限制了材料的选择，又增加了额外保护的需要。该团队的方法是从工业或航空部件开始，然后增加保护，使它们能够在环境中生存，以及屏蔽和接地，以对抗电磁干扰和电磁脉冲。

飞机单位设计
该公司还生产出称为恢复辅助，安全和横向系统（RAST）的类似直升机着陆系统的飞机组件。直升机探头必须通过绞盘从飞机的地板内降低，然后将电缆丢弃到甲板上以锁定在RAST恢复辅助电缆上。绞车由无刷直流电机驱动，配有霍尔效应传感器和转速表，提供有关速度和负载的反馈。

当然，这种系统受到与船舶板系统相同的海洋环境，但在航空航天环境中运行施加了一系列挑战。当然，重量是关键问题。“总的来说，在飞机上，你有非常严重的空间和体重限制，因此我们必须将一切缩小到非常非常微小的包装中，仍然产生了一个公平的力量，”Gandy说。“额外的挑战是，这种设备有点安装在地板下方的飞机的腹部，事实证明是曾经的主要手术。我想我们可以每五年保持一次。“

换句话说，可靠性是至关重要的，以至于仅可靠性测试就需要两年的时间。设计方法的一部分是构建一个自定义控制器，它由三个堆叠起来的电路板组成。“我们基本上只能使用定制的集成驱动器，”甘迪说。“整个设备都被打包在绞车上，几乎不需要任何电缆。这是所有内部。”这包括EMI滤波器等配件。最终产品包括一个2英寸x 2英寸x 4英寸的包。这是一个不错的技巧，考虑到柯蒂斯·赖特在早期测试中使用的商用单位尺寸为9英寸× 6英寸× 18英寸。

团队避免使用以太网全系统通信，Kwon说。“我们的一些诊断工具使用以太网，但我们的产品通常不使用网络或现场总线访问传感器，”他指出。“这是一个固定的解决方案。所有的处理都是在我们的系统处理器中完成的。”

“这与我们必须具备的故障模式类型有关，”Gandy说，并指出了前面提到的舰载电源和干扰问题。“如果我们有一个巨大的电磁脉冲冲击，破坏了中央计算机，我们仍然需要能够捕获直升机。从历史上看，这使得我们的解决方案看起来不像现有的一些技术那么现代。”

然而，在某些方面，就像它们的使用一样，它们正处于最前沿绝对编码器系统的船上部分。如果在捕获操作过程中失去电源，他们最不希望看到的就是编码器在启动时重新安装。

防御应用可能呈现严格的运营和性能需求，但运动控制技术可以通过周到工程和仔细选择硬件和软件来崛起。