Komplett Motor guide för Robotics (11 / 12 steg)

Steg 11: Hur du väljer rätt motor för din robot?

Att välja en motor som passar för din uppgift är en av de viktigaste delarna av planerar en robotics projekt. Den goda nyheten är att det finns många typer av motorer att välja mellan och skämt går, de dåliga nyheterna är att det finns många typer av motorer att välja mellan.

För att välja elmotorer som kan passa för ditt projekt du överväga några viktiga motor specifikationer:

• Vridmoment
• Hastighet
• Precision och noggrannhet
• Spänning
• Kostnaden
• Formfaktor

Vridmomentet är ett mått på en motor förmåga att tillhandahålla en "roterande kraft". I en robot förmedlas av motor vridmoment till ett hjul eller en spak, som sedan orsakar roboten att flytta eller på spaken för att lyfta, driva eller dra något. Vridmoment mäts i kraft gånger vinkelräta avståndet mellan kraften och punkten av rotation, dvs med skaft av motor. Det ges vanligtvis i form av uns-tum (oz-tum), gram-centimeter gm- eller foot-pounds (ft-lbs). Uns-inches (oz-in) är den vanligaste.

Uppskatta erforderligt moment är en svår uppgift. Vi behöver veta massan av belastning/rover och friktion för att bestämma vridmomentet för motor val. Få en massa uppskattning (eller ännu bättre en faktiska massa) är kritiska för att välja en motor. Om du designar bör utifrån en massa uppskattning du ansöka en god marginal för massa uppsvälldhet. Friktion är en kraft än motsätter sig förslaget mellan två ytor i kontakt med varandra. Du måste överväga statisk friktion, dynamisk friktion och rullande friktionen att noggrant mäta vridmomentet.

För att köra roboten, måste det motor vridmomentet vid minst övervinna yttre moment av Friktionsstyrkan på radien av hjulet. Använd följande formel för att hitta erforderligt moment:

T = 8 x C x b x D

var:

• T är vridmomentet i oz-i
• C är friktionskoefficienten
• W är vikten i kg
• D är hjuldiameter i tum

Friktion varierar mellan 0.001 0,03. Som ett exempel, för en C = 0,03, vore det minsta vridmomentet att flytta en 5 lb robot med 4 tums diameter hjul:

T = 8 x 0,03 x 5 lb x 4 i = 4.8 oz-i

En motor kan upprätthålla en konstant hastighet endast om vridmomentet är större än gemensamma krafter i motsatsen till robot rörelsen. I fall att av motor vridmoment är mindre än det motstånd vridmomentet, motorn stannar och kan skadas eftersom den elektriska energin inte kan konverteras till vridmoment.

Efter att ha fastställt hur mycket kraft/vridmoment du behöver, är nästa steg att bestämma hastigheten som hjulet behöver slå. Krav på hastighet är lättare att uppskatta och beror på hur snabb din robot ska köras. DC motorer körs i hastigheter på tusentals varvtal med lågt vridmoment men de flesta robotar krävs mindre hastighet jämfört med detta. Output vridmomentet är alldeles för lågt att flytta roboten. Så, detta är inte lämplig för att köra en robot. Använda motorn måste vi lägga till en växellåda för att minska varvtal och öka produktionen vridmomentet. Den samma motorn kan producera olika vridmoment och hastigheter beroende på skuldsättningsgraden mellan motor och växellåda utgående axel. Många DC motorer kommer med en växellåda som bifogats och dessa kallas helt enkelt redskap likströmsmotorer och är typen av motorer. Genom att minska hastigheten, öka du också positionella riktigheten av motorn. Varvtal, vridmoment och riktigheten av en växel motor påverkas direkt av utväxlingen, som kan ses i dessa ekvationer:

Utgång hastighet = varvtal / Gear Ratio

Utgång noggrannhet = Motor noggrannhet / Gear Ratio

Även om utväxling spelar en stor roll vid fastställandet av växellåda utgående vridmoment, finns det också en ineffektivitet som introduceras med hjälp av en växellåda. Vissa moment av motorn är omvandlas till värme och förlorade på grund av friktion mellan växlarna. En annan nackdel är att gear motorer inte är exakta. Det vill säga startar två motorer av samma modell, tillverkad på samma dag, och drivs med identiska ström och spänning, inte i exakt samma takt. En robot med två drivmotorer, den vanligaste konfigurationen, flyttar således inte i en rak linje utan några sätt att kontrollera enskilda motor hastigheter.

Med växellådor, vridmoment och varvtal kan ses som en utbytbar kännetecken: om du behöver mer vridmoment och mindre hastighet, försöka hitta samma motorn med en växellåda med en högre utväxling. Om du behöver mer fart och mindre vridmoment, försöka hitta samma motorn med en växellåda med en lägre utväxling. Det är dock inte lämpligt köp växellådor och motorer separat att mixa och matcha, om inte de är speciellt utformade för varandra. Det finns mycket som kan gå fel i växellådan anpassning och för de flesta användare är det mycket mindre krångel att helt enkelt köpa en motor med växellåda redan bifogas.

En största nackdelen är att gear huvudet motorer inte är exakta. Vissa program har behov av mycket precisa rörelser och vinklar som robotarmar och modell plan kontroll ytor. Stegmotorer och servomotorer är bäst för dessa typer av program. Servomotorer har interna position förordning och är inriktade på ner till lägre hastigheter, vilket resulterar i mycket exakta position kontroll. Stegmotorer flytta steg för steg, med magnetfält för att flytta motorn i diskreta steg. Beroende på steg storleken på motorn och steg mönstret av controller stepper kan motors uppnå mycket exakt position. Ofta stegmotorer har steg vinklar så lågt som 1.8º och med micro-stepping styrenheter kan föras fram en sextondel av ett steg i taget. Stegmotorer har också fördelen av hög anläggning vridmoment - när motorn är stoppad men fortfarande drivs, det kommer att hålla sin position fast.

I allmänhet, servomotorer är mindre i storlek och har mindre vridmoment än en stegmotor. De flesta servon har också begränsat rörelseomfång. En typisk servomotor har rotation olika 180º eller mindre, även om det finns några som går flera varv eller ens kontinuerlig rotation. Servon är vanligast i RC (fjärrkontroll) program där det inte är nödvändigt att ha högt vridmoment eller ett stort rörelseomfång. Stegmotorer, å andra sidan, används i applikationer där extrem precision eller högt vridmoment krävs. CNC (computer numerical control) maskiner är ett utmärkt exempel på vad stepper motors används för.

Vissa program kräver hög hastighet och låg vikt som multi copter och drone, i så fall hög effektiv borstlös likströmsmotor används.

Ett annat viktigt övervägande driftspänning. Innan planering vad batterier kommer att användas i projektet, måste du hitta den nominella spänningen när motorn går normalt ju högre spänning desto högre hastighet av motorn. Du kan titta på spänningen konstant från motor databladet till räkna ut hur snabbt du kommer att gå per volt.

De vanligaste elektriska motorer används i robotics projekt är DC-motorer. Common föredrog spänningar för DC-motorer är 3, 6, 12 och 24 volt. Om en motor används en spänning lägre än spänningen lyssna i databladet, vridmomentet kommer inte övervinna inre friktion – främst från borstar. Även om en högre spänning än som stöds används i motorn, det kan värma upp och kan skadas.