هنگام طراحی یک ربات، انتخاب موتور مناسب موضوع مهمی است. در اینجا به نکاتی در مورد مشخصات موتور و دنده های مناسب نگاه می کنیم.
تصویر بالا یک چرخ دنده سیاره ای است [1] و هماهنگ [2] نشان می دهد که آنها با یکدیگر مرتبط هستند.
تصویر زیر یک موتور براشلس (بدون براش) به همراه یک رزولور را نشان می دهد [3] که در قسمت ورودی سیم ها قرار دارد.
قدم اول
اولین قدم در انتخاب موتور ربات، تعیین موقعیت های عملیاتی و حداکثر شرایطی است که موتور در آن قرار می گیرد.
- اعمال نیرو بر روی ربات (یا نیروی واقعی اعمال شده به ربات)
برای تعیین گشتاور مورد نیاز موتور باید میزان بار ورودی را دانست. برآورد نیروی وارد شده به ربات هنگام انتخاب موتور ضروری است (بهتر است مقدار واقعی آن را بدانید). اگر طراحی بر اساس بار مورد انتظار باشد، باید برای افزایش بار هزینه مناسبی در نظر گرفته شود. با بررسی گشتاور ثابت در برگه اطلاعات موتور می توانید به میزان گشتاور تولید شده در هر آمپر پی ببرید.
فاکتور بعدی که در انتخاب موتور باید در نظر گرفت، تعیین سرعت لازم برای چرخاندن چرخ است. ابتدا باید سرعت چرخ مورد نظر (قدرت انتهایی) مشخص شود و سپس موتورها و دنده ها انتخاب شوند.
پس از تعیین مشخصات عملکردی موتور، لازم است از امکان قرار دادن واحد موتور (انکودر، ترمز، موتور، دنده) در ربات اطمینان حاصل شود.
از ولتاژ کار می توان برای به حرکت درآوردن موتور استفاده کرد. به طور کلی، ولتاژ بالاتر به معنای سرعت موتور بالاتر است. برگه اطلاعات ولتاژ DC موتور سرعت در هر ولت را نشان می دهد.
در بیشتر موارد دما مشکلی ایجاد نمی کند. اما اگر موتور شما بسته است، باید مطمئن شوید که دمای آن بالا نمی رود. همچنین برای محدود کردن دما به روغن کاری گیربکس حساس باشید.
گاهی اوقات برای صرفه جویی در هزینه وسوسه می شویم که گیربکس خود را بسازیم. اگرچه برای طراحی، نصب و تست گیربکس وقت صرف می کنیم، اما اغلب ارزان تر از خرید گیربکس است. اما خرید گیربکس از یک شرکت معتبر قابل اعتمادتر است.
چه مقدار عکس العمل در دنده ها می تواند باشد؟ [4] باید داشته باشیم در اکثر موارد کاهش دقت مشکلی در روند کار ایجاد نمی کند. اما در صنعت یا بازوی ربات، به سیستم های دقیقی نیاز است که عکس العمل زیادی نداشته باشند.
آخرین نکته مهم تعیین گشتاور مورد نیاز برای حرکت موتور است. به یاد داشته باشید که چرخ بزرگتر در هر دور مسافت بیشتری را طی می کند.
تعیین گشتاور مورد نظر
معمولاً ساده ترین راه تعیین گشتاور خروجی مورد نظر و مهندسی معکوس موتور و دنده است. ما اینرسی را نادیده می گیریم که گاهی گشتاور را محدود می کند. در بیشتر موارد، باید مراقب باشید که تکانه را حذف کنید. هنگام محاسبه یک حاشیه ایمنی به آن اضافه کنید.
چندین نظریه برای تعیین گشتاور مورد نیاز یک ربات وجود دارد. اولین تئوری قانون رد است که تعیین می کند هر چرخ چقدر باید کشیده شود تا کل ربات کشیده شود. اگر برخی از محرک ها در حین کار آسیب ببینند یا بلغزند، مشکلی در روند کل ربات وجود ندارد، اما اگر چرخ ها در جهات مختلف حرکت کنند، امکان جدا شدن ربات وجود دارد.
مشکل دیگر این روش این است که حتی اگر موتورها بتوانند گشتاور زیادی اعمال کنند، اغلب اصطکاک کافی برای کشیدن و به حرکت درآوردن چرخ ها وجود ندارد.
روش دوم طراحی رباتی با گشتاور کافی برای بالا رفتن از دیوار است. این روش میزان گشتاور را در شیب ها و پله های تند، با خطر کمی برای ربات، عدم واکنش شدید و همچنین خارج از طراحی ربات متحرک شبیه سازی می کند.
می توان فرض کرد که تعداد چرخ ها = تعداد چرخ ها تقسیم بر دو
اگر از روش نقطه بحرانی استفاده می کنید، باید تمام چرخ ها را در نظر بگیرید، نیمی از آن را نمی توانید از دست بدهید. از طرف دیگر، فقط بالا رفتن از شیب نیست، شما باید از پله ها نیز عبور کنید. می توانید با حل لحظه برخورد چرخ ربات با مانع (برخورد) مشکل را با دقت ساده و محاسبه کنید.
اگر می خواهید یک تپه نوردی را شبیه سازی کنید، می توانید مانع را به شعاع چرخ تنظیم کنید.
انتخاب شماست که از روش شیب دار یا روش راهبند پله استفاده کنید. در ربات میدانی، گشتاور را به صدا در می آورد و نگه می دارد [5] آنها سطوح صاف در نظر گرفته می شوند. روبات‌های داخلی ممکن است موانع کوچکتری برای غلبه بر چرخ داشته باشند.
منحنی سرعت گشتاور (قدرت).
این مثال منحنی های سرعت-گشتاور یک موتور خوب، متوسط و بد را نشان می دهد. با بهترین منحنی، می توان گشتاور کافی را در محدوده وسیعی از سرعت ها حفظ کرد و در انتهای محدوده کاهش یافت. اگر با منحنی موتور بد، گشتاور با سرعت کاهش یابد، گشتاور نگهدارنده بالایی ارائه می شود، اما عملکرد گشتاور پیچ ها ضعیف است.
هنگامی که گشتاور مورد نیاز خود را می دانید، می توانید منحنی گشتاور-سرعت را در برگه اطلاعات موتور جستجو کنید. برای انتخاب موتور و گیربکس مناسب، می توانید ماتریس تفاوت بین گزینه ها برای تعیین گشتاور سرعت مورد نیاز ایجاد کنید. ایده خوبی است که منحنی گشتاور-سرعت را برای هر یک از گزینه های نهایی ترسیم کنید.
برای رسم منحنی جدید یا نهایی گشتاور-سرعت، به صورت زیر عمل کنید:
گشتاور نهایی = گشتاور موتور * شعاع دنده * ضریب اطمینان دنده
هر نوع دنده دارای ضریب اطمینان متفاوتی است که با سرعت تغییر می کند.
برای تعیین توان موتور (از آنجایی که تعدادی از کنترل‌کننده‌های موتور بر اساس توان خروجی رتبه‌بندی می‌شوند)، نقطه منحنی گشتاور-سرعت را که اعمال می‌کنید پیدا کنید و قدرت را از فرمول زیر بدست آورید.
قدرت = گشتاور * سرعت
امکانات
استفاده از سه نوع چرخ دنده در روبات ها رایج است:
ویژگی های دنده های هارمونیک
- بازده 60-80٪
- شلی کم
- مناسب برای کاربردهای سرعت کم و گشتاور بالا
- ضریب تبدیل بالا برای اندازه گیربکس
- برای برقی که ناگهان تغییر می کند مناسب نیست
ویژگی های چرخ دنده های سیاره ای
- آنها بازدهی بهتری نسبت به هارمونیک دارند، در برخی موارد بیش از 90 درصد.
- آنها ارزان تر از سایر گزینه ها هستند
- ضریب تبدیل پایین برای اندازه گیربکس
- مناسب برای کاربردهای گشتاور کم و سرعت بالا
ویژگی های چرخ دنده های secoid [6]
- بزرگتر از بقیه
- مناسب برای ضربه و نیروی متغیر
- ضریب تبدیل بالا برای اندازه گیربکس
- راندمان آن حدود 80 درصد است
در بسیاری از موارد چندین نوع چرخ دنده در یک سیستم استفاده می شود. به عنوان مثال، یک چرخ دنده خار سرعت ورودی پایینی دارد، معمولاً یک چرخ دنده سیاره ای بین آن و موتور قرار می گیرد تا سرعت ورودی کلی کاهش یابد.
روانکاری
بیشتر هر دو نوع روغن کاری در گیربکس استفاده می شود.
رحمت
- آسان، گزینه پیش فرض
- امکان محدود کردن دور موتور وجود دارد
- تنظیم کنید و فراموش کنید (نیازی به انجام مجد گریس نیست)
- می تواند گیربکس را از آلودگی محافظت کند. (بستن گیربکس توصیه می شود، اما لازم نیست)
کره
- سطوح ساده باید بررسی و دوباره روغن کاری شوند.
- سرعت بالا امکان پذیر است
- در مقایسه با گریس کارایی کمتری دارد
در این مورد، بهتر است با سازنده مشورت کنید. گریس انواع مختلفی دارد که بسته به نوع کار می توان از آنها استفاده کرد. مانند خواص حرارتی
هشدارها:
- اطمینان حاصل کنید که اتصال بین موتور و گیربکس می تواند انحرافات کوچک (خارج از مرکز) شفت موتور را تحمل کند.
- توجه داشته باشید که چگونه گشتاور از موتور به چرخ ها منتقل می شود. به عنوان مثال، یک موتور ممکن است فقط یک شفت داشته باشد، در حالی که یک محرک هارمونیک دارای صفحه دایره ای با موقعیت های متعدد پیچ است.
- اتصالات مجموعه موتور به چرخ را بررسی کنید. در بیشتر موارد، افراد بست هایی را انتخاب می کنند که برای انتقال گشتاور مورد نظر قوی نیستند.
- اگر می‌خواهید از ترمز یا رمزگذار/فعال‌کننده موتور استفاده کنید، موتور شما باید شافت عقب داشته باشد. برای استفاده از رمزگذار و ترمز با هم، لازم است در مورد گزینه های خود با سازنده مشورت کنید. فکر نکنید این مشکل حل شده است.
[1]
[2]
[3] رزولور نوعی ماشین سنکرون رلوکتانسی است که مقدار مقاومت آن تابعی از زاویه روتور است. این ترانسفورماتور الکتریکی دوار برای اندازه گیری زاویه چرخش استفاده می شود.
[4]
[5] گشتاور نگهدارنده یک موتور پله ای، گشتاوری است که موتور برای حرکت دادن موتور یک پله به جلو نیاز دارد، مشروط بر اینکه سیم پیچ ها برق داشته باشند اما روتور ثابت بماند. گشتاور نگهدارنده استپر موتور یکی از ویژگی های اصلی هر موتور پله ای است. این گشتاور یک نشانه ساده از قدرت موتور است.
[6]
