En los robots, hay dos tipos de unidad para los actuadores. Mientras que la unidad del motor es la más común.

Los motores que se utilizan en el robot son motor CC cepillado, motor de CC sin escobillas, motor síncrono de imán permanente, motor paso a paso. En pequeños robots, por su bajo precio, se usan ampliamente su precio, motor de alta precisión, DC y motor de CC sin escobillas.

PARTE UNA: Requisitos del motor

La introducción del motor de DC

La elección del motor es a menudo un compromiso entre nuestros requisitos para el rendimiento del motor y el precio. Entonces, en el proceso de selección del motor, debemos considerar los diversos parámetros del motor. Según los parámetros importantes que son muy importantes para nosotros, para seleccionar motores.

Desde un motor, tiene múltiples curvas de rendimiento. Aquí, enumeraremos la característica más importante. Desde la perspectiva de la unidad de robot, nuestras principales preocupaciones son:

1, voltaje de trabajo:

Para un motor, puede haber múltiples parámetros de voltaje; El más utilizado es el voltaje nominal en condiciones de operación continua. Un motor puede operar más allá del voltaje y la velocidad calificados, pero después de un período de operación, se producirá el problema de sobrecalentamiento local. Es decir, el sobrevoltaje se puede operar por un corto tiempo, no por mucho tiempo.

2, Velocidad de rotación:

La velocidad de rotación del motor, expresada como en revolución por minuto, a veces expresada en radianes por segundo o ángulos por segundo;

3, torque:

La capacidad de cambiar la velocidad de rotación; Por ejemplo, cuando se usa una llave para girar el tornillo, el par de la llave hace girar el tornillo. En el campo de los robots, el torque se usa para hacer que el robot se mueva o hacer que el brazo del robot ejecute diferentes acciones; El par es igual a la fuerza multiplicada por el brazo de la fuerza, cuya unidad es nm.

4, actual:

Para un motor, probablemente existan múltiples parámetros de corriente, como corriente sin carga, corriente calificada, corriente estancada.

5, parámetro físico:

Como el tamaño del motor, el tamaño del eje, el tamaño de la sección y la ubicación del orificio de fijación.

Motor de engranaje de CC:

La corriente del motor de CC es la alimentación de CC, por lo que puede ser alimentada por baterías, lo cual es una razón por la cual los motores de CC se usan ampliamente en los robots; Puede haber la diferencia de tamaño, pero el parámetro es generalmente el mismo; La dirección del motor CC se puede cambiar mediante el signo de voltaje de suministro;

Los pequeños motores de CC generalmente funcionan a alta velocidad y bajo par, que es contrario a los requisitos de accionamiento del motor en robots que requieren bajas RPM y alto par. Entonces, para reducir la velocidad y aumentar el par, se agrega un eje entre el motor y el eje de salida; Mediante la combinación de diferentes cajas de cambios, el motor puede obtener diferentes velocidades y pares nominales. En la actualidad, muchos motores tienen una caja de cambios cuando se fabrican, se llama motor de engranaje de CC.

Las ventajas del motor de engranaje son: fácil de usar, alto par de salida, baja velocidad y una amplia gama de opciones. La principal desventaja es la baja precisión. Incluso el mismo lote de motor de engranaje, utilizando la misma corriente o voltaje, la salida del motor de engranaje puede ser diferente; Por lo tanto, en la aplicación de robot, el control del motor de engranaje debe introducir el control de circuito cerrado en lugar del control de circuito abierto.

Aquí hay algunos factores comunes a considerar al seleccionar un motor de engranaje:

(1) Versatilidad:

En términos generales, cuanto más versátil sea el motor, más barato será.

(2) Voltaje de trabajo:

Comúnmente, el rango de voltaje de trabajo del motor de engranaje pequeño es de 6-24V.

(3) Torque de salida:

El par de salida del motor de engranaje en miniatura está entre 0.1-0.5 nm; Se puede usar para conducir un robot entre 20-30 kg.

(4) Velocidad de rotación:

La velocidad del motor y el tamaño del neumático determinarán la velocidad de funcionamiento máxima del robot; El tamaño del neumático es entre 5-20 cm.

Aunque la mayoría de los motores de engranajes se pueden revertir, algunos motores solo pueden girar en una dirección. Además, los motores de engranajes tienen muchos parámetros, pero desde la perspectiva de los robots, no se preocupan muchos parámetros como la inercia. Los parámetros más importantes para el motor de engranajes en los robots son la velocidad del motor, el par y el voltaje nominal.

Ejemplo:

Marca: Instalación de i.ch: tipo horizontal

Etapa: Nivel 3 Dureza de la superficie del diente: superficie del diente duro

Diseño: coaxial

Relación de engranaje: 103 Voltaje nominal: 24 V

Velocidad nominal: 131rpm Velocidad de carga sin carga: 155 rpm

Torque nominal: par de pico de 0.014 nm: 0.075 nm

Tamaño del motor:

Diámetro del motor: 20 mm Longitud del motor: 45.5 mm

Diámetro del eje de salida: 4 mm

Altura del paso del eje de salida: 0.5 mm

Longitud del eje de salida: 11 mm

Requisitos de parámetros del motor:

En primer lugar, necesitamos determinar el entorno de trabajo, como si los robots corren al aire libre o en interiores, ya sea que la superficie de la tierra sea suave o rugosa, ya sea trepando o no. En segundo lugar, necesitamos determinar los parámetros específicos de los robots, como el tamaño, el peso, etc., entonces necesitamos ejecutar parámetros, como la velocidad y el par.

Los motores impulsan los neumáticos del robot para que el robot se mueva. La velocidad del robot depende principalmente de la velocidad del motor y el diámetro del neumático. La velocidad de rotación del motor se basa en el voltaje y su par de carga. En la condición del mismo voltaje de suministro, la rotación de la velocidad bajo ninguna carga es mayor que la velocidad de rotación bajo carga. En el mismo voltaje de suministro, cuanto mayor sea la potencia de salida del motor, cuanto menor sea la velocidad del motor, mayor es la corriente del motor. Cuando la potencia de salida alcanza hasta cierto nivel, el motor dejará de girar, esto es un puesto. En este momento, la corriente del motor es la más grande.

La relación entre la velocidad del neumático robot y la velocidad de rotación del motor:

V = 0.02*pi*w*r/60;

V es la velocidad de carrera del robot (m/s).

W es la velocidad de rotación del motor (RPM); r es el radio del motor (cm)

Supongamos que requerimos que la velocidad promedio del robot sea VAAG, la velocidad del motor de engranaje es:

W = 60*VAAG/(0.02*PI*R) (1)

Requisitos de par motor:

Los requisitos de par motor están relacionados con la fricción y la pendiente del suelo.

Suponga que el coeficiente de fricción es C, el peso es M (kg), el par que se requiere para que el robot funcione a una velocidad uniforme en el suelo es:

T = 0.01ff*r = 0.01c*mg*r;

F es la fricción (n)

R es el radio del neumático (cm)

Además del movimiento uniforme, también podemos especificar el ángulo de escalada máximo theta y la aceleración máxima a. En este momento, los dos pueden ser equivalentes a la fricción:

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

C0 es el coeficiente de fricción del suelo inherente

Theta es la escalada máxima

A es la aceleración máxima

G es la aceleración de la gravedad.

T = 0.01cmgr (2)

Las fórmulas 1 y 2 anteriores son el método para seleccionar la velocidad y el par del motor del robot.

Parte dos: Condiciones de funcionamiento del motor

Cuando el motor de CC comienza a suministrar energía, el eje del motor aún no ha girado. En este momento, el motor está en estado estancado. La corriente es, y el par generado por el motor es el más grande; Entonces el motor comienza a girar. En este momento, con el aumento de la velocidad, la corriente y el torque disminuyen. Cuando el par motor es igual al par de carga, el motor alcanza un estado equilibrado.

En el campo de las aplicaciones de robot, a menudo nos preocupa la velocidad máxima que el motor puede lograr en diferentes condiciones de carga.

Por ejemplo, en las condiciones sin carga, la velocidad sin carga es W0; En condiciones de carga, el par de paradas es TS;

Si el par de carga es t, entonces, la velocidad máxima del motor es:

W = w0*(1-t/ts);

Si la velocidad máxima es w, entonces el par máximo es:

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

Cuando el motor del motor es t, la corriente es:

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

i0: corriente sin carga

es: corriente de puesta

TS: par de puestos

Después de la discusión anterior, podemos adoptar dicho método. En el proceso de selección del motor de engranajes, debemos considerar los siguientes parámetros:

1, Voltaje de funcionamiento del motor:

Al seleccionar el voltaje de funcionamiento del motor, debemos basarse en el voltaje de la batería del robot. La mayoría de los motores operan a 6V, 12V, 24V. Para los robots con un tamaño general de 15-30 cm, las baterías de níquel-hidrógeno generalmente se usan. Para robots grandes, el ático de plomo generalmente se usa; El tamaño estándar de las baterías de níquel-hidrógeno son AA, C, D y el voltaje es de 3.6V-48V. Para motores de 12V, utilizamos potencia de suministro de 7.2V o 9.6V. Para motores de 24 V, generalmente usamos potencia de suministro de 3*9.6V.

2, Velocidad del motor:

Para la estimación de la velocidad del motor, elegimos motores en función del voltaje nominal y el par nominal. Para los robots con tamaños generales de neumáticos entre 5-20 cm, la velocidad es de 40-300 rpm.

3, par motor:

En el proceso de selección del par motor, dejamos un margen del 50% basado en el cálculo en la sección anterior; Además, si el número de motores es más de uno, los requisitos de par motor pueden dividirse por la cantidad correspondiente.

4, corriente del motor:

La corriente determinará el tiempo de ejecución del robot. Según los datos actuales, podemos evaluar aproximadamente su rango de aplicaciones. Si una corriente de motor es 0.01A, para la mayoría de las aplicaciones de robot, el motor será demasiado pequeño. Si la corriente nominal del motor es 1A, entonces el motor será grande.

Además, debe prestar atención al tamaño del robot, para garantizar que se pueda instalar el motor. Además, de acuerdo con los requisitos de precisión de control, para elegir un sensor de posición adecuado o un transformador rotativo.

Parte tercera: Ejemplos de selección de motores de robot

El robot pesa 4 kg y requiere una velocidad de carrera máxima de 1 m/s. Dos motores lo llevan a caminar. El ángulo de escalada máximo es de 5 grados, el voltaje del motor es de 24 V y el diámetro del neumático es de 65 mm.

1, requisito de velocidad:

Velocidad = 60*velocidad/(pi*d) = 290rpm;

2, requisito de par:

Suponiendo un coeficiente de fricción de 0.03, el par es:

T = ff*r = (0.03+sin5)*4kg*9.8kgm/s^2*32.5*10^-3m = 100mnm;

Compártalo en dos motores, cada par motor es de 50 mnm.

Los parámetros del motor de engranajes son:

Torque: 50 mnm

Velocidad: 290 rpm