Complete Motor gids voor Robotics (11 / 12 stap)

Stap 11: Hoe selecteer je juiste motor voor uw robot?

Het kiezen van een motor die geschikt is voor uw taak is een van de belangrijkste onderdelen van het plannen van een project van de robotica. Het goede nieuws is dat er vele soorten motoren waaruit u kunt kiezen en, zoals de grap gaat, het slechte nieuws is dat er vele soorten motoren waaruit u kunt kiezen.

Als u wilt kiezen de elektromotoren die voor uw project u past overwegen sommige belangrijke motor specificaties:

• Koppel
• Snelheid
• Precisie en nauwkeurigheid
• Spanning
• Kosten
• Moederbord

Koppel is een maatregel van een motor de mogelijkheid te bieden een "draaien". In een robot, wordt het motor koppel overgebracht naar een wiel een hefboom, waardoor vervolgens de robot te verplaatsen of de hendel om te tillen, te duwen of te trekken iets. Koppel wordt afgemeten aan kracht maal de loodrechte afstand tussen de kracht en het punt van rotatie, dat wil zeggen de schacht van de motor. Het wordt meestal gegeven op het gebied van ounce-inch (oz-inch), gram-centimeters (gm-cm) of foot-pounds (ft-lbs). Ounce-inch (oz-in) is de meest voorkomende.

Schatting van het vereiste koppel is een moeilijke taak. We willen weten van de massa van de lading/rover en de wrijving te bepalen van het koppel voor motor selectie. Krijgen van een massale schatting (of nog beter een werkelijke massa) is van cruciaal belang voor het kiezen van een motor. Als u ontwerpt moet op basis van een massale schatting u toepassen een goede marge voor massale opgeblazen gevoel. Wrijving is een kracht, dan verzet zich tegen de beweging tussen twee oppervlakken in contact met elkaar. Je moet overwegen statische wrijving, dynamische wrijving en rollende wrijving voor het nauwkeurig meten van het koppel.

Om de robot, moet het motor koppel minimaal overwinnen de externe koppel van de kracht van de wrijving op de straal van het wiel. De volgende vergelijking gebruiken om te zoeken vereist koppel:

T = 8 x C x W x D

waar:

• T is het koppel in oz
• C is de wrijvingscoëfficiënt
• W is het gewicht in kg
• D is de wielen met een diameter in inch

Wrijving varieert van 0,001 tot 0,03. Als voorbeeld voor een C = 0,03, zou de minimale koppel te verplaatsen van een robot 5 lb met 4 inch diameter wielen:

T = 8 x 0,03 x 5 lb x 4 in = 4,8 oz-in

Een motor kan het handhaven van een constante snelheid alleen als het koppel groter dan de gecombineerde krachten is in tegenovergestelde van de robot-beweging. In geval dat het motor koppel kleiner dan het koppel van de oppositie is, de motor stopt en mogelijk beschadigd omdat de elektrische energie kan niet worden omgezet in koppel.

Nadat u hebt bepaald hoeveel kracht/koppel je nodig, is de volgende stap het bepalen van de snelheid waarvoor u het wiel om te schakelen. Snelheid eis is makkelijker in te schatten en hangt af van hoe snel uw robot moet worden uitgevoerd. DC motoren lopen met een snelheid van duizenden van RPMs met laag koppel maar meeste robots vereist minder snelheid te vergelijken met dit. Het koppel van de uitvoer is veel te laag om te bewegen van de robot. Dus, is dit niet geschikt voor het besturen van een robot. Om de motor te gebruiken, voegen we een versnellingsbak te verminderen de motorsnelheid en het koppel van de uitvoer te verhogen. Dezelfde motor kan produceren verschillende koppel en waarderingen van de snelheid afhankelijk van de gearing gebruikt tussen de motor en de versnellingsbak uitgaande as. Vele DC motoren zijn voorzien van een versnellingsbak die reeds aangesloten en deze heten gewoon gelijkstroommotoren vistuig en het type motoren zijn. Door het verminderen van de snelheid, vergroot u ook de positionele nauwkeurigheid van de motor. De snelheid, de koppel en de nauwkeurigheid van een versnelling motor ondervinden rechtstreeks de overbrengingsverhouding, zoals te zien in deze vergelijkingen:

Uitvoer snelheid = motorsnelheid / versnelling verhouding

Uitgang nauwkeurigheid = Motor nauwkeurigheid / versnelling verhouding

Hoewel de overbrengingsverhouding een grote rol speelt bij het bepalen van de versnellingsbak Output koppel, is er ook een inefficiëntie die is geïntroduceerd door het gebruik van een versnellingsbak. Sommige van het koppel van de motor wordt omgezet in warmte en verloren als gevolg van wrijving tussen de versnellingen. Een ander nadeel is dat de versnelling motoren niet precies zijn. Dat wil zeggen zal twee motoren van hetzelfde model, vervaardigd op dezelfde dag, en geëxploiteerd met identieke stroom en spanningen, niet precies hetzelfde tempo veranderen. Dus wordt een robot met twee aandrijfmotoren, de meest voorkomende configuratie, niet verplaatst in een rechte lijn zonder andere manier voor het beheren van afzonderlijke motor snelheden.

Met versnellingsbakken, koppel en snelheid kunnen worden gezien als een verwisselbare karakteristiek: als u meer koppel en minder snelheid nodig, proberen te vinden van de dezelfde motor met een versnellingsbak met een hogere overbrengingsverhouding. Als u meer snelheid en minder koppel nodig hebben, proberen te vinden van de dezelfde motor met een versnellingsbak met een lagere overbrengingsverhouding. Echter, het is niet raadzaam kopen versnellingsbakken en motoren afzonderlijk te mix en match, tenzij zij specifiek bestemd zijn voor elkaar. Er is een hoop die kan misgaan in versnellingsbak aanpassingen en voor de meeste gebruikers is het een stuk minder gedoe te kopen gewoon een motor met een versnellingsbak die reeds aangesloten.

Een nadeel is dat de versnelling hoofd motoren niet precies zijn. Sommige toepassingen hebben behoefte aan zeer nauwkeurige bewegingen en hoeken zoals robotarmen en model vliegtuig regelpanelen. Stappenmotoren en servomotoren zijn best geschikt voor dit soort toepassingen. Servomotoren interne positie verordening hebben en tot lagere snelheden, wat resulteert in zeer exacte positie controle zijn gericht. Stappenmotoren verplaatsen stap voor stap met behulp van magnetische velden te verplaatsen van de motor in discrete stappen. Afhankelijk van de stap-grootte van de motor en het patroon van de stap van de controller stepper kunnen motors bereiken zeer nauwkeurige positie. Vaak stappenmotoren hebben stap hoeken zo laag als 1.8º en met micro-intensivering controllers kunnen worden schoof een zestiende een stap tegelijk. Stappenmotoren hebben ook het voordeel van hoge bedrijf koppel - wanneer de motor is gestopt maar nog aangedreven, haar positie stevig zal houden.

In het algemeen, servomotoren zijn kleiner en hebben minder koppel dan een stappenmotor. Meeste servo's hebben ook een beperkt bereik van de beweging. Een typische servomotor heeft een bereik van de rotatie van 180º of minder, maar er zijn sommige die kunnen meerdere omwentelingen of zelfs continue rotatie. Servo's zijn gemeenschappelijkst in RC (afstandsbediening) toepassingen waar het is niet nodig te hebben hoge koppel of een grote bereik van de beweging. Stappenmotoren, aan de andere kant, zijn gebruikt in toepassingen waar extreme precisie of hoog koppel is vereist. CNC (computer numerical control) machines zijn een uitstekend voorbeeld van welke stepper motoren worden gebruikt voor.

Sommige toepassingen vereisen hoge snelheid en het lichte gewicht zoals multi copter en drone, in dat geval hoog efficiënte borstelloze dc-motor wordt gebruikt.

Een andere belangrijke overweging is bedrijfsspanning. Voordat planning wat batterij packs zal worden gebruikt in het project, moet je vinden van de nominale spanning wanneer de motor meestal hoe hoger de spanning, hoe hoger de snelheid van de motor loopt. U kunt kijken de constante spanning van de motor data sheet om erachter te komen hoe snel u per volt gaat.

Meest voorkomende elektrische motoren gebruikt in robotica projecten zijn de DC-motoren. Gemeenschappelijke voorkeur spanningen voor DC-motoren zijn 3, 6, 12 en 24 volt. Als een motor wordt toegepast een spanning lager dan de spanning luisteren in de data sheet, het koppel zal niet overwinnen de interne frictiecoëfficiënt – voornamelijk uit de borstels. Ook, als een hogere spanning dan die ondersteund wordt toegepast op de motor, het kan opwarmen en kan worden beschadigd.