Nos robôs, existem dois tipos de acionamento para atuadores. Enquanto o acionamento do motor é o mais comum.

Os motores usados ​​no robô são motores CC escovados, motor CC sem escova, motor síncrono de ímã permanente, motor de passo. Em pequenos robôs, por seu preço baixo, alta precisão, motor CC e motor CC sem escova são amplamente utilizados.

Parte Um: Requisitos Motores

A introdução do motor DC

A escolha do motor é frequentemente um compromisso entre nossos requisitos de desempenho e preço motor. Portanto, no processo de seleção do motor, devemos considerar os vários parâmetros do motor. De acordo com os parâmetros importantes que são muito importantes para nós, para selecionar motores.

De um motor, ele tem várias curvas de desempenho. Aqui, listaremos a característica mais importante. Da perspectiva do robô, nossas principais preocupações são:

1, tensão de trabalho:

Para um motor, pode haver vários parâmetros de tensão; O mais comumente usado é a tensão nominal em condições de operação contínuas. Alguns motores podem operar além da tensão e velocidade nominal, mas após um período de operação, o problema de superaquecimento local ocorrerá. Ou seja, a tensão excessiva pode ser operada por um curto período de tempo, não por muito tempo.

2, velocidade de rotação:

A velocidade da rotação do motor, expressa como na revolução por minuto, às vezes expressa em radianos por segundo ou ângulos por segundo;

3, torque:

A capacidade de alterar a velocidade de rotação; Por exemplo, ao usar uma chave para girar o parafuso, o torque da chave na chave faz com que o parafuso gire. No campo dos robôs, o torque é usado para fazer o robô se mover ou fazer o braço do robô executar diferentes ações; O torque é igual à força multiplicada pelo braço de força, cuja unidade é nm.

4, atual:

Para um motor, provavelmente existem vários parâmetros de corrente, como corrente sem carga, corrente nominal e corrente parada.

5, parâmetro físico:

Como o tamanho do motor, o tamanho do eixo, o tamanho da seção e a localização do orifício de fixação.

Motor de engrenagem DC:

A corrente do motor CC é a energia CC, portanto, pode ser alimentada por baterias, o que é uma razão pela qual os motores CC são amplamente utilizados em robôs; Pode haver a diferença de tamanho, mas o parâmetro geralmente é o mesmo; A direção do motor CC pode ser alterada pelo sinal de tensão de alimentação;

Pequenos motores CC geralmente são executados em alta velocidade e baixa torque, o que é contrário aos requisitos de acionamento de motor em robôs que requerem rpm baixo e alto torque. Portanto, para reduzir a velocidade e aumentar o torque, é adicionado um eixo entre o motor e o eixo de saída; Pela combinação de diferentes caixas de engrenagens, o motor pode obter diferentes velocidades e torques classificados. Atualmente, muitos motores têm uma caixa de câmbio quando são fabricados, é chamado de motor de engrenagem DC.

As vantagens do motor da engrenagem são: fácil de usar, torque de alta saída, baixa velocidade e uma ampla gama de opções. A principal desvantagem é a baixa precisão. Mesmo o mesmo lote do motor da engrenagem, usando a mesma corrente ou tensão, a saída do motor da engrenagem pode ser diferente; Portanto, na aplicação do robô, o controle do motor da engrenagem deve introduzir controle de malha fechada em vez do controle de malha aberta.

Aqui estão alguns fatores comuns a serem considerados ao selecionar um motor de engrenagem:

(1) Versatilidade:

De um modo geral, quanto mais versátil o motor for, mais barato será.

(2) Tensão de trabalho:

Geralmente, a faixa de tensão de trabalho do motor de engrenagem pequeno é de 6-24V.

(3) Torque de saída:

O torque de saída do motor da engrenagem em miniatura está entre 0,1-0,5nm; Pode ser usado para dirigir um robô entre 20-30 kg.

(4) Velocidade de rotação:

A velocidade do motor e o tamanho do pneu determinarão a velocidade máxima de operação do robô; O tamanho do pneu é entre 5 e 20 cm.

Embora a maioria dos motores de engrenagem possa ser revertida, alguns motores só podem girar em uma direção. Além disso, os motores de engrenagem têm muitos parâmetros, mas da perspectiva dos robôs, muitos parâmetros como a inércia não estão preocupados. Os parâmetros mais importantes para o motor de engrenagem nos robôs são a velocidade do motor, o torque e a tensão nominal.

Exemplo:

Marca: I.CH Instalação: Tipo horizontal

Etapa: Nível 3 Superfície do dente Dinuidade: superfície do dente dura

Layout: Coaxial

Razão da transmissão: 103 Tensão nominal: 24V

Velocidade nominal: 131rpm Velocidade de sem carga: 155rpm

Torque nominal: torque de pico de 0,014nm: 0,075nm

Tamanho do motor:

Diâmetro do motor: 20mm Comprimento do motor: 45,5 mm

Diâmetro do eixo de saída: 4mm

Etapa de saída Etapa Altura: 0,5 mm

Comprimento do eixo de saída: 11mm

Requisitos de parâmetros do motor:

Primeiro de tudo, precisamos determinar o ambiente de trabalho, como se os robôs correm ao ar livre ou dentro de casa, se a superfície da terra é suave ou áspera, escalando ou não. Em segundo lugar, precisamos determinar os parâmetros específicos de robôs, como tamanho, peso, etc., precisamos executar parâmetros, como velocidade e torque.

Os motores dirigem os cansados ​​do robô para fazer o robô se mover. A velocidade do robô depende principalmente da velocidade do motor e do diâmetro do pneu. A velocidade de rotação do motor é baseada na tensão e seu torque de carga. Na condição da mesma tensão de alimentação, a rotação da velocidade sob nenhuma carga é maior que a velocidade de rotação sob carga. Na mesma tensão de alimentação, quanto maior a potência de saída do motor, menor a velocidade do motor, maior a corrente do motor. Quando a energia de saída atinge até um certo nível, o motor para de girar, isso é paralisado. Neste momento, a corrente do motor é a maior.

A relação entre a velocidade do pneu do robô e a velocidade de rotação do motor:

V = 0,02*pi*w*r/60;

V é a velocidade de execução do robô (m/s).

W é a velocidade de rotação do motor (rpm); r é o raio do motor (cm)

Suponha que exijamos que a velocidade média do robô seja VAAG, a velocidade do motor da engrenagem é:

W = 60*Vaag/(0,02*pi*r) (1)

Requisitos de torque do motor:

Os requisitos de torque do motor estão relacionados ao atrito e inclinação do solo.

Suponha que o coeficiente de atrito seja C, o peso é m (kg), o torque necessário para que o robô seja executado a uma velocidade uniforme no solo:

T = 0,01ff*r = 0,01c*mg*r;

F é o atrito (n)

R é o raio do pneu (cm)

Além do movimento uniforme, também podemos especificar o ângulo máximo de escalada teta e a aceleração máxima a. Neste momento, os dois podem ser equivalentes ao atrito:

C = c0+sin (teta)+a/g;

C0 é o coeficiente de atrito do solo inerente

Theta é a escalada máxima

A é a aceleração máxima

G é a aceleração da gravidade.

T = 0,01cmgr (2)

As fórmulas 1 e 2 acima são o método de selecionar a velocidade e o torque do motor do robô.

Parte dois: Condições de operação do motor

Quando o motor DC começa a fornecer energia, o eixo do motor ainda não precisa girar. Neste momento, o motor está em um status paralisado. A corrente é, e o torque gerado pelo motor é o maior; Então o motor começa a girar. Neste momento, com a velocidade aumenta, a corrente e o torque diminuem. Quando o torque do motor é igual ao torque de carga, o motor atinge um status equilibrado.

No campo das aplicações de robôs, muitas vezes estamos preocupados com a velocidade máxima que o motor pode atingir sob diferentes condições de carga.

Por exemplo, nas condições de sem carga, a velocidade de sem carga é W0; Sob condições de carga, o torque de estol é TS;

Se o torque de carga for t, então, a velocidade máxima do motor é:

W = W0*(1-T/TS);

Se a velocidade máxima for w, o torque máximo é:

T = ts*(1 = p/w0);

Quando o motor do motor é t, a corrente é:

i = i0+(is-i0)*t/ts;

I0: Corrente sem carga

é: barraca atual

TS: Torque de estol

Após a discussão acima, podemos adotar esse método. No processo de seleção do motor da engrenagem, devemos considerar os seguintes parâmetros:

1, tensão de operação do motor:

Ao selecionar a tensão de operação do motor, devemos ser baseados na tensão da bateria do robô. A maioria dos motores opera em 6V, 12V, 24V. Para robôs com tamanho geral de 15 a 30 cm, geralmente são usadas baterias de níquel-hidrogênio. Para robôs grandes, geralmente é usado chumbo-ácido; O tamanho padrão das baterias de níquel-hidrogênio é AA, C, D e a tensão é de 3,6V-48V. Para motores de 12V, usamos energia de fornecimento 7.2V ou 9.6V. Para motores de 24V, geralmente usamos 3*9,6V de alimentação de alimentação.

2, velocidade do motor:

Para a estimativa da velocidade do motor, escolhemos motores com base na tensão nominal e no torque nominal. Para robôs com tamanhos gerais de pneus entre 5-20cm, a velocidade é de 40-300rpm.

3, torque do motor:

No processo de seleção de torque do motor, deixamos uma margem de 50% com base no cálculo na seção anterior; Além disso, se o número de motores for mais de um, os requisitos de torque do motor poderão ser divididos pela quantidade correspondente.

4, corrente do motor:

A corrente determinará o tempo de execução do robô. Com base nos dados atuais, podemos avaliar aproximadamente seu intervalo de aplicativos. Se uma corrente do motor for 0,01a, para a maioria das aplicações de robôs, o motor será muito pequeno. Se a corrente nominal do motor for 1A, o motor será grande.

Além disso, você deve prestar atenção ao tamanho do robô, para garantir que o motor possa ser instalado. Além disso, de acordo com os requisitos de precisão de controle, para escolher um sensor de posição adequado ou transformador rotativo.

Parte três: Exemplos de seleção de motor de robô

O robô pesa 4 kg e requer uma velocidade máxima de execução de 1m/s. Dois motores o dirigem para andar. O ângulo máximo de escalada é de 5 graus, a tensão do motor é de 24V e o diâmetro do pneu é de 65 mm.

1, requisito de velocidade:

Velocidade = 60*velocidade/(pi*d) = 290rpm;

2, requisito de torque:

Assumindo um coeficiente de atrito de 0,03, o torque é:

T = ff*r = (0,03+sin5)*4kg*9,8kgm/s^2*32,5*10^-3m = 100mnm;

Compartilhe com dois motores, cada torque do motor é de 50mnm.

Os parâmetros do motor da engrenagem são:

Torque: 50mnm

Velocidade: 290rpm