Roboti mootorid on osa ajamitest. Esimeses etapis õppisime robootikast üldiselt. Teises etapis otsustasime, millise roboti teeme. Peame paigaldama ajamid, mis panevad roboti liikuma.

Roboti mootori valik sõltub otseselt ülesannetest, mida robot peab täitma. Mootor (mootor) võib olla ajami osa või eraldiseisev ajam.

Täiturmehhanismi võib määratleda kui seadet, mis muudab energia (robootikas tavaliselt elektrienergia) füüsiliseks liikumiseks.

Valdav enamus täiturmehhanisme toodab kas pöörlevat või lineaarset liikumist. Näiteks mootor on teatud tüüpi ajam. Õige valik Teie roboti ajamite jaoks on vaja mõista, millised ajamid on saadaval. Võib-olla natuke fantaasiat ja natuke matemaatikat ja füüsikat.
Pöördajamid on teatud tüüpi ajamid, mis muudavad elektrienergia pöörlevaks liikumiseks.

AC mootor

Vahelduvvoolumootorit (AC) kasutatakse mobiilsetes robotites harva. Eelkõige seetõttu, et enamik neist saab toite akust alalisvoolust (DC). Vahelduvvoolumootoreid kasutatakse peamiselt tööstusruumid kus on vaja väga suurt pöördemomenti. Esiteks see, kus mootorid on vooluvõrku ühendatud.

DC mootorid

Alalisvoolumootorid Motori alalisvoolumootoreid on erineva kuju ja suurusega. Kuigi enamik neist on silindrilised. Neil on väljundvõll, mis pöörleb suurel kiirusel, tavaliselt 5000–10 000 pööret minutis. Kuigi alalisvoolumootorid pöörlevad väga kiiresti, pole enamik neist kuigi võimsad. Sellistel robotmootoritel on madal pöördemoment.

Kiiruse vähendamiseks ja pöördemomendi suurendamiseks saab lisada reduktoreid. Mootori robotile paigaldamiseks peate kinnitama mootori korpuse roboti raami külge. Sel põhjusel on robotimootoritel sageli kinnitusavad, mis asuvad tavaliselt mootori esiküljel. Seetõttu saab neid paigaldada pinnaga risti.

Alalisvoolumootoreid saab kasutada päripäeva (CW) ja vastupäeva. Võlli nurkliikumist saab mõõta kooderite või potentsiomeetrite abil.

Tegemist on alalisvoolumootoriga, mis on kombineeritud käigukastiga. See vähendab mootori pöörlemiskiirust ja suurendab pöördemomenti. Näiteks alalisvoolumootor pöörleb 10 000 p/min ja saavutab 0,001 Nm pöördemomendi. Kui lisame 100:1 allakäigu (sada ühele), vähendame kiirust 100 korda. Selle tulemusena 10000 / 100 = 100 p/min ja pöördemomenti suurendatakse 100 korda (0,001 x 100 = 0,1 N * m).

Peamised reduktorite tüübid on järgmised:

1. käik
2. vöö
3. planetaarne
4. uss

Tiguülekanne võimaldab saavutada väga suure ülekandearvu vaid ühe sammuga. Samuti takistab see väljundvõlli liikumist, kui mootor ei tööta.

Servo mootor

Kasutatava mootori tüüp sõltub soovitud liikumise tüübist.

R/C ehk hobi servomootor

Sageli võivad seda tüüpi servod pöörata kuni 180 kraadi. Nad pöörlevad teatud pöördenurga all. Ja kasutatakse sageli kallimates kaugjuhtimismudelites lennu juhtimiseks või juhtimiseks.

Nüüd kasutatakse neid erinevates rakendustes. Nende servode hinnad on märgatavalt langenud ning nende valik (erinevad suurused, tehnoloogiad ja tugevused) on suurenenud. Enamiku servode ühine tegur on see, et enamik kasutab ainult umbes 180-kraadist pöörlemist.
R/C servomootor sisaldab alalisvoolumootorit, käigukasti, elektroonikat ja pöörlevat potentsiomeetrit, mis mõõdab nurka.

Elektroonika ja potentsiomeeter töötavad sünkroonis, et juhtida mootorit ja peatada väljundvõll etteantud nurga all. Nendel mootoritel on tavaliselt kolm juhet: maandus, V ja juhtimpulss. Juhtimpulss võetakse tavaliselt servomootori kontrollerist. Hobi servomootor on uut tüüpi servo. See hõlmab pidevat pöörlemist ja positsiooni tagasisidet. Kõik servod võivad pöörata kas paremale või vasakule.

Tööstuslikud servomootorid

Tööstusliku ajamiga servomootor käitub teistmoodi kui hobimootor ja on tavalisem väga suurtel masinatel. Tööstuslik servomootor on tavaliselt kolmefaasiline ja koosneb vahelduvvoolumootorist, käigukastist ja kooderist. Paigaldatud kooder annab nurgaasendi ja kiiruse tagasisidet.

Neid mootoreid kasutatakse mobiilsetes robotites nende kaalu, suuruse, maksumuse ja keerukuse tõttu harva. Võimsate tööstuslike manipulaatorite peal näete tööstuslikke servomootoreid. Neid saab kasutada väga suurtel robotsõidukitel.

Sammmootorid

Sammmootor pöörleb teatud "sammudes" (tegelikult teatud kraadides). Sammude arv ja sammu suurus sõltub mitmest tegurist. Enamik samm-mootoreid ei sisalda käiku. Kuna need on alalisvoolumootorid ja pöördemoment on madal.

Õigesti häälestatud samm-mootor võib pöörata paremale ja vasakule ning seda saab seada soovitud nurgaasendisse. On unipolaarseid ja bipolaarseid samm-mootoreid. Sammmootorite üks märkimisväärne puudus on see, et kui mootor ei tööta, on raske kindel olla mootori käivitusnurgas.

Kui lisate käigu, on samm-mootoril sama mõju kui alalisvoolumootorile käigu lisamisel: see suurendab pöördemomenti ja vähendab nurkkiirust. Kuna kiirust vähendatakse ülekandearvuga, väheneb ka sammu suurus sama teguri võrra.

Lineaarsed ajamid

Lineaarne ajam tekitab lineaarset liikumist (liikumine mööda üht sirgjoont) ja sellel on kolm peamist eristavat mehaanilist omadust.

1. Minimaalne ja maksimaalne vahemaa, mille jooksul varras saab võlli liigutada (mm või tolli)
2. Nende tugevus (kg või naela)
3. Nende kiirus (m/s või tolli/s)

DC lineaarne täiturmehhanism

Alalisvoolu lineaarne ajam koosneb sageli alalisvoolumootorist, mis on ühendatud tiguülekandega. Kui mootor pöörleb, on sõukruvi kinnitus kas mootorile lähemal või sellest kaugemal. Põhimõtteliselt muudab tiguülekanne pöörleva liikumise lineaarseks liikumiseks.

Mõned alalisvoolu lineaarsed ajamid sisaldavad lineaarset potentsiomeetrit, mis annab lineaarset tagasisidet. Täiturmehhanismi täieliku lagunemise vältimiseks lisavad paljud tootjad mõlemasse otsa piirlülitid. Tavaliselt draivi toiteallika katkestamiseks, kui neid vajutate. Alalisvoolu lineaarsed ajamid on erineva suuruse ja tüübiga.

Solenoid koosneb liikuva südamiku ümber keritud mähist. Kui mähis on pingestatud, tõrjub südamik poolt magnetväli ja teeb liigutusi ühes suunas. Kahes suunas liikumise tagamiseks on vaja mitut mähist või mõnda mehaanilist mehhanismi.

Solenoidid on tavaliselt väga väikesed, kuid nende kiirus on väga suur. Tugevus sõltub peamiselt mähise suurusest ja sellest, kui palju voolu seda läbib. Seda tüüpi täiturmehhanisme kasutatakse ventiilides või lukustussüsteemides. Tavaliselt need süsteemid seda ei tee tagasisidet asendi järgi (südamik on kas täielikult sisse tõmmatud või täielikult välja tõmmatud).

Pneumaatilised ja hüdraulilised ajamid

Õhku või vedelikku (nt vett või õli) kasutavad pneumaatilised ja hüdraulilised ajamid liiguvad lineaarselt. Seda tüüpi ajamitel võivad olla väga pikad käigud, suur võimsus ja suur kiirus.

Nende kasutamiseks on vaja vedelikukompressorit. See muudab nende kasutamise raskemaks kui tavaliste elektriliste ajamite puhul. Neil on suur jõud, kiirus ja tavaliselt suured. Ja seda kasutatakse peamiselt tööstusseadmetes.

Ajami valik

Oluline on märkida, et uued ja uuenduslikud tehnoloogiad ja miski pole püsiv. Pange tähele ka seda, et üks draiv võib väga hästi toimida erinevaid ülesandeid sisse erinevad tingimused. Näiteks erineva mehaanikaga. Lineaarset liikumist tekitavat täiturmehhanismi saab kasutada ka objekti tagurpidi pööramiseks (sarnaselt autoklaasi puhastusvahenditega).

Rataste või roomikutega robotid

Roboti veomootorid peavad liigutama kogu roboti raskust ja vajavad suure tõenäosusega reduktorit. Enamik roboteid kasutab pidurdamist ühel küljel olevate ratastega. Autod või veoautod kasutavad tavaliselt rooli.

Kui valite väikest roolivõimendit, on alalisvoolu käigukastiga mootorid ideaalne valik rataste või roomikutega robotitele. Lõppude lõpuks pakuvad need pidevat pöörlemist ja neil võib olla valikuline asenditagasiside, kasutades optilisi kodeerijaid. Neid on väga lihtne programmeerida ja kasutada.

Kui soovite kasutada roolimist, vajate ühte veomootorit ja ühte mootorit esirataste juhtimiseks. Pööramine on piiratud teatud nurgaga ja saab rakendada R/C servot.

Mootorit kasutatakse suure raskuse tõstmiseks või pööramiseks. Raskuse tõstmine nõuab oluliselt rohkem energiat kui raskuse tõstmine tasasel pinnal. Pöördemomendi saamiseks tuleb kiirust ohverdada.

Seetõttu on kõige parem kasutada suure ülekandearvuga käigukasti ja võimsat alalisvoolumootorit või alalisvoolu lineaarset ajamit. Kaaluge süsteemi (kas tiguülekanded või klambrid) kasutamist. See hoiab ära koormuse kukkumise juhitavuse kaotamise korral.

Mootori servod

Kasutatakse, kui ulatus on piiratud 180 kraadiga ja pöördemoment ei ole oluline. R/C servomootor sobib sellisteks ülesanneteks ideaalselt. Servomootorid on saadaval erineva pöördemomendi ja suurusega ning annavad nurgaasendi tagasisidet.

Parem on kasutada potentsiomeetrit ja mõnda spetsiaalset optilisi kodeerijaid. R/C servosid kasutatakse üha enam väikeste kõnnirobotite ehitamiseks.

Sammmootorid

Kasutatakse siis, kui pöördenurk peab olema väga täpne. Roboti samm-mootorid koos samm-mootori kontrolleriga suudavad tekitada väga täpset nurkliikumist. Mõnikord eelistatakse servomootoreid, kuna need tagavad pideva pöörlemise. Mõned professionaalsed digitaalsed servomootorid kasutavad aga optilisi kodeerijaid. Tänu sellele on neil väga suur täpsus.

Lineaarsed ajamid

Lineaarsed ajamid on parimad objektide liigutamiseks ja nende sirgjooneliseks paigutamiseks. Neid on erineva suuruse ja konfiguratsiooniga. Väga kiireks liikumiseks võib kaaluda pneumaatika või solenoidide kasutamist. Väga suurte võimsuste puhul võib kaaluda alalisvoolu lineaarajamit ja ka hüdraulikat.

Praktiline näide

• 1. õppetunnis määratlesime oma projekti eesmärgi, et mõista, millist tüüpi mobiilset robotit saab väikese eelarvega ehitada.
• 2. õppetunnis otsustasime, et tahame väikest ratastel platvormi. Esiteks määrame kindlaks draivi tüübi, mida roboti ehitamiseks vaja on.

Selleks tuleb vastata viis küsimust:

1. Kas seda ajamit kasutatakse ratastel roboti liigutamiseks?
   Jah. Teil on vaja reduktormootorit, millel on juhtimine ühelt poolt pidurdades. See tähendab, et iga ratas peab olema varustatud oma mootoriga.
2. Kas robotmootoreid kasutatakse raskete raskuste tõstmiseks või pööramiseks?
   Ei, töölauaplatvorm ei pea olema raske.
3. Kas liikumisulatus on piiratud 180 kraadiga?
   Ei, rattad võivad edasi liikuda.
4. Nurk peab olema täpne?
   Ei, meie robot ei vaja asukoha tagasisidet.
5. Kas see on sirgjoon?
   Ei, sest me tahame, et robot pöörleks ja liiguks igas suunas.

Kõik need nõuded on täidetud suur mootor LEGO MINDSTORMS Education EV3 põhikomplektist.

EV3 suure mootori tehnilised andmed

Mootor (ajam, mootor) on roboti lahutamatu osa, mis juhib mitte ainult robotit, vaid ka erinevaid mehhanisme või manipulaatoreid, millega robot on varustatud. Ühesõnaga, roboti mootor muudab elektrienergia liikumisenergiaks.

Robootikas on neid peamiselt kolm mootori tüüp: alalisvoolumootorid, samm-mootorid, servoajamid ja RC tüüp (raadiojuhtimisega).

Mis suuruse ja võimsusega mootorit tuleks kasutada?

Mis tüüpi mootor on konkreetsele robotile sobivam? Kõik oleneb roboti valitud disainist. Ratastel liikuva roboti jaoks saate valida mitut tüüpi kujundust:

• kaks veoratast on ühendatud ühe mootoriga ja teised kaks ratast pöörlevad. Ühesõnaga, robot näeb välja nagu auto;
• kaks veoratast on ühendatud ühe mootoriga ja üks ratas roolina;
• kaks ratast on ühendatud kahe erineva mootoriga ja veel kaks ratast tasakaalustavatena ( kõige levinum variant), selgub ratastel paak.

Kui liigitame mootori võimsust, saame järgmise:

• käigukastiga alalisvoolumootorid. Kõige võimsam mootor, mida saab kasutada peaaegu igat tüüpi robotites;
• servo mootorid. Kasutatakse alla 2,5 kg kaaluvates robotites. ja jalgadega robotite tüüpides;
• samm-mootorid. Võib-olla kõige nõrgem, kasutatakse väikestes ja kergetes robotites.

Vaatame positiivset ja negatiivsed küljed iga mootor.

DC mootorid

Eelised:
- Turul kergesti kättesaadav
– Lai valik mootoreid
- Kõige võimsam
- Lihtne ühendada
- Pole vajalik suurte robotite puhul

Puudused:
- Liiga kiire, vaja käigukasti
- suur tarbimine
- Rattaid on raske paigaldada
- kallis

Parim:
- suured robotid

Servo mootorid:

Eelised:
- Sisseehitatud käigukast
- Mitmekesisus
- mitte nii kallis
- Sobiv võimsus väikestele robotitele
- Lihtne paigaldada
— Keskmine energiatarbimine

Puudused:
- Ei sobi suurtele robotitele
- Üsna väike kiirus

Parim:
- väikesed robotid
- jalgadega robotid

Kaks aastat tagasi, kui ma esimest korda multikoptereid käivitasin, pidin tegema väikese . Kuna kvadrokopter oli mõeldud puhtalt autonoomsena, oli sellelt puldilt vaja vaid drooni juhtimist testimise ja häälestamise ajal.

Põhimõtteliselt tuli kaugjuhtimispult kõigi talle pandud ülesannetega üsna edukalt toime. . Kuid oli ka tõsiseid puudujääke.

1. Patareid korpusesse ei mahtunud, seega pidin need elektriteibiga korpuse külge kinni teipima :)
2. Parameetri seadistus viidi läbi neljal potentsiomeetril, mis osutusid väga temperatuuritundlikuks. Toas paned paika mingid väärtused, lähed tänavale – ja need on juba teistsugused, ära purjetatud.
3. Puldis kasutatud Arduino Nanol on kokku 8 analoogsisendit. Neli olid hõivatud häälestuspotentsiomeetritega. Üks potentsiomeeter toimis gaasina. Kaks sisendit olid ühendatud juhtkangiga. Ainult üks väljapääs jäi vabaks ja konfigureerida on palju rohkem parameetreid.
4. Ainus juhtkang ei olnud üldse piloot. Üsna masendav oli ka potentsiomeetriga gaasi juhtimine.
5. Ja pult ei teinud ühtegi häält, mis on mõnikord äärmiselt kasulik.

Kõigi nende puuduste kõrvaldamiseks otsustasin kaugjuhtimispuldi radikaalselt ümber teha. Nii riist- kui tarkvara. Siin on see, mida ma teha tahtsin:

• Tehke suur ümbris, et saaksite sinna toppida kõik, mida soovite (sh patareid) ja mida soovite hiljem.
• Lahendage probleem kuidagi seadistustega, mitte potentsiomeetrite arvu suurendamisega. Lisaks lisage võimalus salvestada konsoolis parameetreid.
• Tehke kaks juhtkangi, nagu tavalistel pilootkonsoolidel. Noh, pane juhtkangid ise õigeusklikuks.

Uus hoone

Idee on äärmiselt lihtne ja tõhus. Lõikasime pleksiklaasist või muust õhukesest materjalist välja kaks plaati ja ühendame need nagidega. Kogu korpuse sisu on kinnitatud kas ülemise või alumise plaadi külge.

Juhtnupud ja menüüd

Hunniku parameetrite juhtimiseks tuleb kas panna puldile hunnik potentsiomeetreid ja lisada ADC või teha kõik seadistused menüü kaudu. Nagu ma ütlesin, pole potentsiomeetritega seadistamine alati hea mõte aga ka sellest ei tohiks loobuda. Nii otsustati kaugjuhtimispulti jätta neli potentsiomeetrit ja lisada täisväärtuslik menüü.

Tavaliselt kasutatakse nuppe menüüs liikumiseks ja parameetrite muutmiseks. Vasakule, paremale, üles, alla. Aga ma tahtsin nuppude asemel kasutada kodeerijat. Selle idee sain 3D-printeri kontrollerist.

Muidugi on kaugjuhtimispuldi kood tänu menüü lisandumisele mitu korda paisunud. Alustuseks lisasin vaid kolm menüüelementi: "Telemeetria", "Parameetrid" ja "Store parameetrid". Esimeses aknas kuvatakse kuni kaheksa erinevat indikaatorit. Siiani kasutan ainult kolme: akut, kompassi ja kõrgust.

Teises aknas on saadaval kuus parameetrit: PID-regulaatori koefitsiendid X/Y,Z telgedele ja kiirendusmõõturi parandusnurgad.

Kolmas element võimaldab salvestada parameetreid EEPROM-i.

Juhtkangid

Ma ei mõelnud pilootjuhtnuppude valikule pikka aega. Juhtus nii, et sain esimese Turnigy 9XR juhtkangi neljakopteriäri kolleegilt - Aleksander Vassiljevilt, kurikuulsa saidi alex-exe.ru omanikult. Teise tellisin otse Hobbykingist.

Esimene juhtkang oli mõlemas koordinaadis vedruga koormatud – lengerduse ja kalde juhtimiseks. Teise võtsin sama, seejärel teisendasin selle juhtkangiks, et juhtida tõukejõudu ja pöörlemist.

Toit

Vanas puldis kasutasin lihtsat LM7805 pingeregulaatorit, mida toideti hunniku 8 AA patareiga. Jube ebaefektiivne variant, milles 7 volti läks regulaatori kütteks. 8 akut - kuna käepärast oli ainult selline sahtel ja LM7805 -, sest sel ajal tundus see valik mulle kõige lihtsam ja mis kõige tähtsam - kiireim.

Nüüd otsustasin targem olla ja panin LM2596S-le üsna tõhusa regulaatori. Ja 8 AA patarei asemel paigaldasin lahtri kahe LiIon 18650 patarei jaoks.

Tulemus

Kõik kokku pannes saime sellise seadme. Sisevaade.

Siin on see suletud kaanega.

Ühel potentsiomeetril pole piisavalt korki ja juhtkangidel korgid.

Lõpetuseks video, kuidas menüü kaudu sätteid konfigureeritakse.

Tulemus

Füüsiliselt on pult kokku pandud. Nüüd tegelen sellega, et viimistlen puldi ja kvadrokopteri koodi, et taastada nende endine tugev sõprus.

Puldi seadistamise käigus tuvastati puudused. Esiteks toetuvad puldi alumised nurgad vastu käsi: (Ilmselt kujundan plaate veidi ümber, silun nurki. Teiseks ei piisa isegi 16x4 ekraanist ilusaks telemeetriaväljundiks - pean nimesid vähendama parameetrid kahetäheliseks.Seadme järgmises versioonis paigaldan punktiekraani ehk kohe TFT maatriksi.

Kuidas valida ratastega robotile sobivaid mootoreid? Sellele küsimusele pole roboti disainimise alguses lihtne täpselt vastata. Selleks on vaja teada roboti kaalu ja seda pole veel ehitatud. Kuid, spetsifikatsioonid ja mootorite suurus mõjutab oluliselt mobiilse roboti lõplikke parameetreid. Täieliku teabe saamiseks on vaja arvestada pöördemomendi, kiiruse ja võimsusega. Ratasroboti puhul on vaja valida ka rataste läbimõõt ja määrata õige ülekandearv selle liikumiskiiruse arvutamiseks.

Pöördemoment

Mootori pöördemoment on jõud, millega see mõjub pöörlevale teljele. Roboti liikumiseks on vajalik, et see jõud ületaks roboti kaalu (väljendatud tollides N/m).

Mõned kasutavad mõiste asemel pöördemoment, tähtaeg pöördemoment. Põhimõtteliselt on need üks ja sama. Mõlemad on hetked, lihtsalt inseneriteaduses on pöördemoment ratta koormus ja pöördemoment on inseneriteaduses koormus, mida nimetatakse materjalide tugevuseks..

Mõelge ratastega roboti väga lihtsustatud idealiseeritud mudelile.

Meie puhul on roboti kaal 1 kg, ja me tahame saavutada selle liikumise maksimaalse kiiruse 1m/s mille ratta raadius on võrdne 20 mm.

Liikudes sirgjooneliselt vahemaa tagant 1 m, arvutage sisse kiiruse saavutamiseks vajalik kiirendus 1m/s.

kus on roboti läbitud vahemaa, selle algkiirus (alustame kohast, seega ),

kus on roboti kiirus, on selle kiirendus.

Asendades meie mudelis aktsepteeritud väärtused, saame

m/s 2

Roboti liigutamiseks ja maksimaalse kiiruse saavutamiseks vajaliku kiirenduse andmiseks vajalik pöördemoment arvutatakse järgmiselt:

Millal on inertsmoment ja nurkkiirendus, saame

Siin m/s 2— gravitatsioonikiirendus (ümar kuni 10), — ratta raadius, — kogu roboti mass

Väärtused asendades saame

mN m

N m-des väljendatud väärtuse teisendamiseks kg cm-ks on vaja arvestada, et 1N \u003d 0,102 kg ja 1 m \u003d 100 cm. Seetõttu 50 mN m \u003d 50 0,102: 1000 * 100 \u003d 0,5 kg. cm.

Saadud pöördemoment jaotub roboti kahe mootori vahel ja see tuleb veel jagada kasutatava käigu ülekandearvuga (käikude kohta saab lugeda lähemalt).

Võimsus

Mootorite maksimaalse võimsuse arvutamiseks vajame kiirust, mida väljendatakse pööretes minutis

(p/min) =

või radiaanides sekundis

(rad/s) =

ringsageduse kaudu

Asendades ratta raadiuse, saame

rad/s

p/min.

Mootori võimsus on võrdeline pöördemomendi ja kiirusega:

Asendades siin pöördemomendi ja sageduse valemid, saame:

Omaväärtusi kasutades saame

Jällegi saime kõigi mootorite koguvõimsuse, meie puhul on mootoreid kaks, seega peame tulemuse jagama kahega ja nagu pöördemomendi arvutamise puhul, kui käike kasutatakse, jagama ülekandearvuga.