Banaani tõstmine: juhend robootika mootoritele

See postitus räägib robotmootorite elektrimootorite põhitõdedest. See on suunatud kõigile, kes soovivad mootoritest natuke teada saada. See pole täpne värk, kuid tulevased postitused kaevavad süvitsi robootika motoriseerimise ja juhtimise üksikasjadesse.

Mis on mootorid? Milliseid mootoreid saab kasutada robotite jaoks? Kuigi need küsimused võivad tunduda korraga lihtsad ja keerulised, lubage mul kõigepealt öelda teile seda, millest ma selles postituses ei räägi:

  • Automootorid
  • Kopteri- ja lennukimootorid
  • Rakettmootorid
  • Tuuleveski ja vesiveskid
  • Igasugused mitteelektrilised mootorid

(Ma tean, mida te arvate: veel üks postitus, mis ei räägi rakettmootoritest, kuhu me kõik läheme, mis see maailm üldse on jne). Ma tean ja mul on kahju.) Hiljem on ka neid mingid elektrimootorid, millest räägin lühidalt, et nende olemasolu teadvustada, kuid siis ei midagi enamat.

Sellest, millest ma selles postituses räägin, on robootikas kasutatavad elektrimootorid.

Märkus: sõna robootika hõlmab nii paljusid mõisteid ja mõistete ning tõlgenduste ulatus on lõpmatusest nii lähedal, et ma ei ürita seda isegi siin ja praegu määratleda.

Nõustugem lihtsalt sellega, et robotil on „aju” (arvuti), mõned „meeled” (sensorid), et tabada selle ümber toimuvat, ja „lihased” (ajamid), et pakkuda liikumist ja suhelda maailmaga.

Miks ma räägin teile mootoritest? Ma vastan sellele kolme küsimusega (ja kolme vastusega), eeldades, et minu eesmärk on robotite loomine.

  1. Mida me tahame? Tahame teha robotid, mis liiguvad. Me tahame liikumist. Tore näide võiks olla see, et soovite kujundada robotkäe, mis suudaks teie jaoks banaani tõsta (siin on lõpuks pealkiri, millest jutt oli).
  2. MIKS me seda soovime? Noh, robot, mis ei liigu, pole tegelikult robot, eks? Rohkem nagu kivi või lillepott. Kuid jällegi on robootika definitsioonid väga erinevad.
  3. KUIDAS TEGEME? Me teeme seda elektrimootoritega. Kuna täna (s.o 2017. aasta lõpp) on elektrimootor kõige paremini juurdepääsetav tehnoloogia liikumise loomiseks. Pole muidugi ainus, kuid kõige odavam, kättesaadavam ja hõlpsamini kasutatav.

Võime ühelt poolt kokku leppida, et robotiseadmed on paremad väikesed, hästi integreeritud ega ole energiatarbimise osas liiga ahne. Teisest küljest on robot kena, kui ta suudab sujuvalt liikuda, relvi lainetada või asju tõsta. Ja ole autonoomne. (Sellesse loendisse võiks lisada nii palju toredaid funktsioone, nagu kaela massaaž või teha teile võileiba, kuid pidagem siiski lihtsaks ja jätkake banaaniga.)

See viib meid loomulikult väikeste ja tõhusate elektrimootorite poole, mida on kerge osta, integreerida ja juhtida.

Nüüd, kui meil on teema (robotite jaoks mõeldud elektrimootorid), tuleme tagasi algse küsimuse juurde:

Mis on mootorid?

Elektrimootor on seade, mis muundab elektrienergia (pinge ja vooluga elekter) mehaaniliseks energiaks (lineaarne või - enamasti - pöörlemisliikumine).

Elektrienergia on mootori sisend ja mehaaniline energia on väljund. Nii et kui te lõpetate lugemise pärast seda lauset (kuid palun ärge tehke seda), on mootor võlukast, mis suudab elektrist liikuda.

Mootor, mida lihtsustab musta maagia kast. Kasutage musta maagiat ettevaatlikult.

Seda maagiat nimetatakse enamasti elektromagnetiliseks. Me räägime sellest hiljem.

Märkus: Kui võtate sama võlukasti ja rakendate väljundile pöördeliigutust (mis saab sellest sisendiks), saate elektrienergiat kunagisest sisendist-nüüd-väljundist. Tulemust nimetatakse generaatoriks ja me ei räägi neist rohkem kui see märkus.

Elektrimootorite maagia b… hum, on mitu kategooriat ja alamkategooriat.

Ma otsustasin neid sel viisil esitada. Siin on mootorite kategooriad:

  • Vahelduvvoolu sünkroonmootorid
  • Vahelduvvoolu asünkroonmootorid
  • Alalisvoolu mootorid
  • Muud mootorid (astmelised jne)

Kuid enne nendesse süvenemist on vaja mingit alust.

Kuidas elektrimootorid töötavad?

Võib oodata mõne viimase kategooria mootorit, kõik nimekirjas olevad eelmised kasutavad elektrienergia muutmiseks liikumiseks elektromagnetismi. Voolustades voolu raudvarda ümber keritud juhtmesse (näiteks elektromagneti), luuakse magnetväli, mis suudab meelitada ligi või tõrjuda kas magneteid, kas rauamaterjale või teisi elektromagneteid.

Nii et põhimõtteliselt on siin retsept:

  • Võtke mõned mähised ja asetage need ringi (need ei tohi liikuda).
  • Võtke magnet ja pange see ringi keskele. Magnet peaks olema võimeline pöörlema, jäädes keskele.
  • Pange vool mähistesse üksteise järel ja jälgige, kuidas keskne magnet pöörleb, kuna üks selle poolustest on ühendatud mähisega.

Palju õnne, sa tegid just elektrimootori.

Nüüd pidage meeles, et konfiguratsioonid võivad erineda: mähised võivad asuda keskel (mõnikord raua ümber, mõnikord mitte), magnetid võivad moodustada ringi, mõnikord ei saa üldse magneteid olla jne. Iga konfiguratsioon on ülaltoodud kategooriate loendis sisalduv mootor.

Sõnavara osas on järgmised peamised sõnad, mida jätkamiseks vajate:

  • Staator: mootori osa, mis ei liigu (nt eelmise retsepti mähised)
  • Rootor: pöörleva liikumisega osa (nt retsepti keskne magnet)
  • Rullid: Mõnikord võib öelda, et mähised, mõnikord rullid. Mähis on traat, millel on väga õhuke isoleerhülss ja mis on mitu korda korralikult enda või armatuuri ümber mähitud (vt allpool).
  • Harjad: Need on olemas ainult siis, kui rootoril on mähised. Harjad on paar väikest osa, mis tekitavad elektri kontakti mähiste rootori (läbi kommutaatori) ja toiteallika vahel hõõrdumisega, võimaldades rootoril… pöörduda.
  • Kommutaatorid: Need on olemas ainult siis, kui rootoril on mähised. See on rootori juhtiv osa, mis vaheldumisi puutub kokku harjadega. Iga kommutaatoripaar on ühendatud rootoril oleva paari mähisega.
  • Armatuur: raudmaterjal, mõnikord lamineeritud, et vältida tige elektromagnetilisi trikke, mille ümber mähis või mähis on mähitud.
  • Korpus: mootori ümbritsev osa, mis kaitseb seestpoolt igasuguse välise tüütuse eest (tolm, vesi, halb muusika jne)
  • Pöördemoment: pöörlemisjõud, mida mootor võib väljundis pakkuda.
  • Kiirus: see on lihtne; pöörlemiskiirus mootori väljundis.
Märkus: nii pöördemoment kui ka kiirus on mootoril väga olulised andmed, kuna need määravad, kui palju kaalu robotkäsi näiteks saab tõsta ja millisel kiirusel seda teha saab. Mõned banaanid võivad olla rasked, ole ettevaatlik.
Koos nendega on mootori valimisel kriitilised ka muud mõisted, nagu nimipinge, pöördemomendi konstant või koormata koormusvool, kuid neist saab rääkida mõnel muul täpsemal postitusel.
Töötava elektrimootori näide. Vau, ja see liigub. (allikas)

Mõned neist sõnadest aitavad meil mõista selle postituse järgmist osa:

Kaevamine mootoritüüpidesse

Eelnevast mootorite kategooriate loendist kõrvaldame kaks esimest. Sünkroonsed ja asünkroonsed mootorid töötavad vahelduvvooluga, mis tähistab alternatiivset voolu. Vahelduvvool tuleb peamiselt seinakontaktilt toores ja me võime seda tähistada kui voolu lõputuid laineid (sinusoidsed kõverad). See ei sobi robotiks, peamiselt seetõttu, et sellel on liiga palju jõudu.
Sünkroonsed ja asünkroonsed mootorid on robotites kasutamiseks isegi liiga suured, isegi inimese suuruses. (Paljud alalisvoolumootorid on ka liiga suured.)

Kes tahab selle abil robotit ikkagi ehitada?

See võimaldab meil lühendada nimekirja ja vältida palju tülikaid selgitusi:

  • Alalisvoolu mootorid
  • Muud mootorid (astmelised jne)

Iga kategooria ja alamkategooria kohta selgitan põhimõtteliselt, kuidas mootoreid valmistatakse ja kuidas need töötavad, siis räägin mõnedest nende plussidest ja miinustest ning kust neid leida.

1. kategooria mootorid: alalisvoolumootorid

DC tähendab alalisvoolu. See on tasane voolukõver (erineb vahelduvvoolu lainetest) ja seda kasutatakse patareides või enamiku toiteallikate väljundis, mida kasutate oma kodus erinevate seadmete jaoks.

Selle kategooria saame jagada kaheks osaks: harjatud alalisvoolumootorid ja harjadeta alalisvoolumootorid.

  • Harjatud alalisvoolumootorid

Harjatud alalisvoolumootor koosneb mähitud rootorist ja enamasti staatorist püsimagnetitega. Kuna rootoril on mähis, peab magnetvälja tekitamiseks olema toide. Nii et leiame ka harjad ja kommutaatorid, mis võimaldavad voolu mähisesse.

Väike retsept, mis selgitab, kuidas see põhimõtteliselt töötab:

  • Kandke mootori klemmidele akut. Elekter voolab läbi harjade esimese kommutaatoripaari ja seejärel esimese mähisepaari.
  • Selle mähisepaari ümber asuv armatuur muutub elektromagnetiliseks ja sellel on nüüd kaks poolust.
  • Rootori põhjapoolus tõmbab ühe staatori püsimagneti lõunapoolust; rootori lõunapoolus tõmmatakse vastassuunalise püsimagneti põhjapoolusele staatori küljes. See muudab rootori pöörde oma positsiooni kohandamiseks.
  • Rootori pöördes muutusid kommutaatorid asendisse ja harjade ja kommutaatorite kaudu tarniti uut mähisepaari.
  • Rootor peab uuesti pöörlema, et kohandada oma uut tõmbeasendit jne.
Veel üks varastatud pilt (allikas)

On olemas harjatud alalisvoolumootorite alamkategooria, mida nimetatakse südamikuvaba mootoriks ja mille rootor koosneb ainult armatuurita mähisest, st ilma raudsüdamikuta, st südamikuta. Magnetid asuvad mootori keskel korpuse sisemise külje asemel nagu tavalistes harjatud alalisvoolumootorites. See on tavaline tehnoloogia väga väikestes harjatud alalisvoolumootorites ja pakub neid eeliseid: suured kiirendused ja suur dünaamilisus (rootori väiksema inertsuse tõttu), vähem elektrilisi müra ja suurem kasutegur.

Harjatud alalisvoolumootor on robootikas kõige tavalisem mootor ja seda kasutatakse kõige sagedamini tootmise lihtsuse ja seetõttu ka naeruväärse turuhinna tõttu. Need on selgelt plussid, nagu ka nende lihtsus ja mitmed kontrollimisviisid.

Märkus. Tuleme veel üks päev tagasi, et selgitada harjatud alalisvoolumootori juhtimise erinevat viisi.

Nendel mootoritel on miinuseid: esiteks on kvaliteet seotud kuludega (mida odavam, halvim kvaliteet). See tähendab mõnikord vaeseid materjale, nõrku sõlmi ja mootorite ülekuumenemist. Harjad, olenemata kvaliteedist, on mootori nõrk osa, kuna need on kogujaga alati hõõrdunud. Aja jooksul ja sõltuvalt mootori kasutusest harjad kuluvad ja tekitavad tolmu; seega ei ole ühendus kollektoritega alati loodud, mille tagajärjel kaob märkimisväärselt kiirus ja pöördemoment.
Lõpuks mõjutavad kõik need miinused tugevalt mootori elu.

Mitmed kuulsad mittefiktsionaalsed robotid on oma riistvara sisse harjanud alalisvoolumootoreid. Tõenäoliselt on mõnel väljamõeldud robotil ka mõni.
Nao, Pepper, Roomba või Asimo: neil kõigil on sees mõned harjatud alalisvoolumootorid (ja ka mõnda muud tüüpi).

  • Harjadeta alalisvoolu mootorid

Nagu nimetus selgeks teeb, pole sellel alalisvoolumootorite alamkategoorial harju ja kollektoreid toiteallika ja rootori vahelise elektriühenduse loomiseks.

Harjadeta alalisvoolumootor (BLDC) töötab samal põhimõttel kui harjatud alalisvoolumootor, elektromagnetilisus. Rootor, mida ei saa toita, on valmistatud püsimagnetitest.

Staatori mähised on paigutatud rootori ümber (väljapoole liikuvad mootorid) või rootori (väljajooksu mootorid) keskele - sisemusse - rootori sisse (korpuse osa on rootori osa). Need mähised on paigutatud mõlemal küljel asuva paari kaupa, et anda neile toiteallikana põhjapoolus ja lõunapoolus. Mähiste arv on alati 3-kordne, kuna need on alati 3-faasilised (sellepärast tuleb BLDC-l välja 3 juhet).

Praegu olen kindel, et pilti võib nii hinnata kui ka tervitada:

Vasakul sissejooksja; paremal väljajooksja (allikas).

Retsept:

  • Toitetage mähistele üksteise järel (selleks vajate spetsiaalset juhtpaneeli).
  • Luuakse pöörlev magnetväli, mis paneb rootori magneti pöörlema, et muutuvaid poolusi kinni püüda:
Lihtsustatud vaade väljapoole jooksjale (BLDC-l on tavaliselt rohkem mähiseid). Sinist (miinus) tõmbab punane (pluss) ja punast sinine. (allikas)

Seda tüüpi mootoreid saab juhtida mitmel viisil. Mõnel juhul saab rootori positsiooni vajaduse korral erinevate lahendustega välja uurida. Lisateavet leiate tulevasest postitusest.

Plusside ja miinuste osas on esimene eelis selge: harjad ei tähenda kontakti, hõõrdumist ega kulumist; see tähendab parimat töökindlust ja parimat efektiivsust (hõõrdumine tähendab energia kadu soojusena).

Sissesõitjad BLDC pakuvad rootori inertsuse tõttu rohkem kiirust kui pöördemomenti. Vastupidi, BLDC-st väljasõitjatel on suurem pöördemoment ja väiksem kiirus. Sõltuvalt soovitud funktsioonist võib see olla plusse või miinuseid.

Oluline miinus on hind, mis on kallim kui nende nõbude harjatud mootorid. Seda seletatakse paljude teguritega (mähise konstruktsioon, magnetid, mõned elektroonilised osad jne).

Veel üks miinuseid on see, et BLDC on enamasti raskem juhtida ja vajavad elektroonilist juhtpaneeli.
Samuti võib nende, näiteks harjatud mootorite, suur kiirus tähendada reduktorite kasutamist mootorite väljundis kiiruse vähendamiseks ja pöördemomendi suurendamiseks. See tähendab alati efektiivsuse langust, kuid seda kasutatakse väga sageli.

Väike osa käigukastist mootori kiiruse vähendamiseks. (allikas)
Märkus. Redutseerimine on ülioluline osa kogu mootorivaliku protsessis. Põhimõtetena püsimiseks pidage meeles, et reduktor - mis koosneb kokku pandud käikudest - on mõeldud kiiruse vähendamiseks ja, efektiivsusest rääkimata, selle mootoriga ühendatud mootori pöördemomendi korrutamiseks.

Paljudel kuulsatel robotitel on harjadeta alalisvoolu mootorid ja harjatud mootorid. Kuid kuna odavamad robotid ja mänguasjarobotid on harjatud mootoritega võrreldes kallimad ja keerukamad kontrollida, ei pruugi nende sees olla ühtegi BLDC-d.

Enne järgmisele kategooriale üleminekut

Tahaksin siin avada veel ühe olulise kategooria, mis puudutab servomootoreid.

Selline mootor on tegelikult midagi enamat kui mootor, see on „kast” (jällegi), mis sisaldab alalisvoolumootorit (kas harjatud või harjata), vähendust mootori väljunditeljel, andurit väljundi asukoha teada saamiseks ja elektrooniline tahvel juhtimiseks.

Servomootorid. Teisel pildil oli see servomootor piisavalt lahke, et meile oma sisemust näidata. (allikas 1, allikas 2)

Seda ajamit kasutatakse robootikas laialdaselt, kuna see kontrollib väljundi nurgaasendit, olenemata pöördemomendist, mida tuleb rakendada (spetsifikatsioonide piires). See töötab suletud ahelas, andur annab tagasisidet asukoha kohta ja elektrooniline tahvl, parandades selle peaaegu samal ajal.

Kujutage näiteks ette seda rakendust oma ühe relvaga banaani tõstvas robotis: kollase vilja tõstmise ajal saate valida käsivarre täpse nurga. Kui banaani juhtub korraga sööma, siis kaal muutub, kuid arm jääb tänu suletud ahela ja pideva asendi korrigeerimisega samasse kohta.

Plussid on hästi integreeritud funktsioonid, mis sobivad väikesesse kasti, muutes selle hõlpsamaks suuremasse robotiosasse koondamise; samuti on kontroll juba olemas ja see ei tähenda uue väljatöötamist, mis säästab nii aega kui ka raha.

Miinused on see, et mõned neist ei sobi teie valitud rakenduse jaoks. Samuti on paljudel servomootoritel halb kvaliteet ja halb juhtimine.

Mis tahes alalisvoolumootorist saab teha servomootori tingimusel, et lisate anduri, vähendamise ja juhtimisfunktsioonid. Nüüd teate, et see on tervikuna juba olemas. Puhas.

Kuulus robotkäija Asimo on valmistatud, nagu ma juba ütlesin, alalisvoolumootoritest. See oli osaliselt tõde, sest mõned selle ajamid on tegelikult servomootorid, mis on valmistatud BLDC mootoritest.

Prantsuse ettevõtte Pollen Roboticsga tihedalt seotud kolm robotit Poppy, Ergo Jr. ja Reachy, on valmistatud servomootoritest.

Tegelikult kasutatakse servomootoreid sagedamini isiklikes robotiprojektides. Miks nii? Kuna servomootor on kõigi pakutavate funktsioonidega (motoriseerimine, reduktsioon, andur, suletud ahela juhtimine) võrreldes odav. Teil ei pruugi juhtuda, et teil on palju raha isiklike projektide elluviimiseks ja võite end selle valiku ees seista:

  • leidke alalisvoolumootor, kavandage reduktor ja kaevake end sügavale mootori juhtimise džunglisse, mis võib võtta nädalaid, kui mitte kuid; või
  • ostke endale servomootor, et saaksite oma banaani tõsta samal päeval, kui ostate (kuigi pole kindel, kas leiate samast poest nii servomootori kui ka banaani).

Valik on omamoodi ilmne.

Lisaks võimaldavad kuulsad ja odavad tööriistad (näiteks elektroonilised tahvlid Arduino, Raspberry Pi jne) inimestel, kes pole professionaalsed, pääseda juurde lihtsale robootikale, juhtides mitmesuguseid mootoreid, sealhulgas servomootoreid.

3. kategooria mootorid: muud mootorid

Selles viimases kategoorias räägin astmemootoritest ja siis väga lühidalt veel mõnest teisest mitte eriti levinud mootorist.

  • Sammmootorid:

Need mootorid erinevad alalisvoolumootoritest. Need on siiski harjadeta sünkroonsed alalisvoolumootorid, kuid nende funktsioonid erinevad BLDC-st nii palju, et panin nad teise kategooriasse. Kui sisemuses kasutatav tehnoloogia on endiselt elektromagnetism, on ka konstruktsioon ja juhtimine erinevad.
Astemootor võimaldab pöörduda väga aeglaselt, samal ajal samme loendades. See hoiab positsiooni ka täpse nurga all.

Mille poolest need erinevad servomootoritest? Astmemootoritel on suurem pöördemoment ja suletud ahela juhtimist pole tingimata vaja (isegi kui seda on võimalik tagasiside abil kasutada).

Väga üsna astmeline mootor (allikas)

Astmemootoril on rootor, staator ja korpus. Rootor on jagatud mitmeks astmeks (või hammasteks), enamasti 48 või 200. Selle tulemuseks on vastavalt 360 ° pöörde jagamine astmeks 7,5 ° või 1,8 ° (võimalik on ka mõni muu astmete arv: 12, 24, isegi 400). See on valmistatud kas püsimagnetitest (püsimagneti astmelised), tavalisest rauast (muutuva vastumeelsusega astmed) või nende kahe segust (hübriidsammud). Staatoril on poolideks jaotatud mähised (2 faasi, mida nimetatakse bipolaarseks, või 4 faasi, mida nimetatakse unipolaarseks).

Teaduse jaoks nõustus see sammmootor pärast surma oma avamist (allikas)

Kuidas nad töötavad? Siin on veel üks lihtne retsept:

  • Pange mähiste moodustatud elektromagnetid üksteise järel faasile spetsiaalse elektroonilise juhtpaneeli abil.
  • Jälgige, et rootori hambad vastaksid elektrilistele elektromagnetidele, samal ajal kui teised hambad on tühikäigu elektromagnetide suhtes nihkes.
  • Iga järgmise faasi toite korral pöörleb rootor pisut, et lähemal olevad hambad saaksid vastavate elektromagnetidega joonduda jne.
Pöörleva astmemootori neli lihtsustatud sammu. (allikas)

Neid on 3 erinevat tüüpi astmeid (püsimagnet, muutuva vastumeelsusega ja hübriidsed) ning erinevaid juhtimisviise. Siiski ei räägi ma neist selles postituses meelsasti.

Plussid: kasutage sageli otsese ajamiga rakendustega (redigeerimist pole vaja). Positsioneerimiseks väga täpne mootorite tehnoloogia pakub erinevaid juhtimisviise, sealhulgas ka viise nurkade täpsuse veelgi paremaks muutmiseks astmete jagamise teel.

Miinused: juhtimise pole nii ilmne, peate teadma teatud oskusi ja kasutama spetsiaalset elektroonilist tahvlit. Lisaks on see endiselt kallim kui alalisharjaga mootorid.

Neid mootoreid kasutatakse laialdaselt masinates, mis peavad asju liigutama väga täpses asendis, näiteks tavalised printerid või 3D-printerid. Kuigi esimene pole see, mida ma nimetan robotiks, teine ​​on sellegipoolest huvitav ja mõnel tööstusrobotil on juhtunud täpselt samad funktsioonid.

  • Piezoelektrimootorid:

Piesoelektriliste (või pieso) mootorite korral kaotame elektromagnetilisuse võlu. See tehnoloogia kasutab piesoelektriliste (mittejuhtivate) materjalide spetsiifilisi omadusi, mis võivad elektriväljaga kokkupuutel muuta nende kuju.

See pole tavalise suurusega piezomotorit hoidev hiiglaslik sõrm, see on tavalist sõrme, millel on väga pisike piezomotoor. (allikas)

Kuidas see töötab? Noh, ma lootsin korraks, et te seda ei küsi. Aga lähme.

Nagu alati, teeme retsepti:

  • Võtke piesoelektrilisest materjalist rõngakujuline osa ja pange see tavalise metalli rõngakujulise osa alla. See on staator.
  • Võtke õhuke rõngakujuline osa keraamikast, milleks on rootor.
  • Rakendage staatori pieso-materjalile väga spetsiifiline elektrooniline sagedus. Vibratsioon luuakse ja edastatakse staatori metallosale.
  • Staatori vibratsioon tekitab pisikesi nähtamatuid laineid, mis panevad rootori pöörlema ​​vastassuunas.
Ma vaevalt kujutan ette, kes ühel päeval Maal ütles: -Need, proovime seda asja, see ilmselt liigub! (allikas)

Plussid: pakub suurt pöördemomenti või väga aeglast kiirust. Piezomotorid võivad olla väga pisikesed.

Miinused: Kallid, arvestades nende konkreetseid materjale, millest need on valmistatud, ning enamuse piezomootorite suuruse tõttu, mis muudab nende kavandamise ja valmistamise keerukaks. Lisaks on seda väga keeruline kontrollida ja on vaja keerulisi juhi juhtpaneele:

Piezomootori juht. (allikas)

Ehkki mõnikord leidub neid robotirakendustes, kasutatakse neid keeruka juhtimiselektroonika tõttu endiselt harva. Leidsime neid siiski robotitest, mis on loodud konkreetsete uurimisvaldkondade jaoks mikrobiootikumis (nt kirurgia).

  • Veel muud tüüpi mootorid:

Peale vahelduvvoolumootorite, millest rääkisin põgusalt ka varem, võib leida mitmesuguseid veidrate nimedega mootoreid. Näiteks hüstereesmootorid, mida kasutatakse mõnikord mitmesuguste rakenduste piduritena ja mis töötavad ka elektromagnetilisusega, pakkudes väga täpset pöördemomenti. Teist tüüpi mootorid on Foucault 'voolumootorid (või pöörisvoolumootorid), mis on tavaliselt suuremad ja töötavad elektromagnetiliste väljade variatsioonidega mittemagnetilisteks materjalideks. Tundub, et seda viimast kategooriat ei kasutata robootikas.

Kes ütles, et mootoreid tehti ainult selleks, et asjad pöördeks muuta? Mõni neist pole isegi pöörlev. Paljusid neist varasematest tehnoloogiatest saab kasutada lineaarmootorite valmistamiseks.

Lineaarne mootor. (allikas)

Lisaks võib leida mõnda mitteelektrilist ajamit, näiteks pneumaatilist silindrit (enamasti lineaarset), mõnikord asendab õhk vett või isegi õli (hüdrosilindrit). See loob liikumise, kuid vaevalt seda mootoriks nimetatakse.

Pneumaatiline ajam (allikas)

Uuringutega üritatakse alati inimese lihastele lähemale jõuda, kasutades erinevaid materjale, mis peavad olema unustanud, et need olid tegelikud materjalid, ja hakanud käituma veidralt. Näiteks nimetatakse mõnda neist kuju-mälu sulamiteks ja nad suudavad praktiliselt meelde jätta oma lemmikuju või -asendi ja naasta selle juurde pärast deformeerumist.

Märkus. Kõiki varasemaid mootoreid, millest selles postituses rääkisime, saab osta koos neile integreeritud vähendusega. Seda nimetatakse siis käigukasti mootoriks. Käigukastiga mootorid on väga kasulikud, kui soovite vältida valulikke samme oma reduktsiooni kavandamisel. Käigukastiga mootorid pakuvad madalamat kiirust ja suuremat pöördemomenti kui ainult mootorid.

Kuidas ma saan oma mootorit selles jamas valida?

Mootori valimine on robootikas kriitiline samm. Te ei tohiks seda tähelepanuta jätta, kui te ei soovi riskida halva kujundusega, mis ei täida isegi põhifunktsioone.

Rakendusi on palju, palju küsimusi tuleb esitada ja õigete leidmiseks võiks enne katsetada paljusid mootoreid. Igal rakendusel, mida soovite oma projektide jaoks jätkata (robotkäsi, käimisjalad, rattaplatvorm, lendav robot, banaani tõstmine jne), on üks (või mitu) lahendust, mis erinevad teistest rakendustest. Ja lahendusteni jõudmiseks on palju võimalusi.

Siin on mõned nõuanded valiku alustamiseks:

  • Selge perspektiivi saamiseks loetlege, mida soovite ja mida te ei soovi. Tehke selline fail, isegi kui see on ideede loend, mis visatakse räpasele paberitükile. (Seda konkreetset viletsat paberitükki on ääretult tänulik teenida, eriti sellisel tähendusrikkal ja säraval eesmärgil nagu robootika.)
  • Ärge jätke tähelepanuta oma uurimusi: ärge kleepige ainult ühele veebisaidile või ainult ühele postitusele (isegi sellele, ainult sellele), otsige võimalikult palju teavet ja vastake neile. Aga…
  • … Ole ettevaatlik selle suhtes, mida leiad. Mõnes sisus on vigu või halbu selgitusi. Kontrollige alati seda, mida leiate.
  • Tehke uurimistööd ka raamatutes. Raamatud vaadatakse palju rohkem üle kui veebist leitav sisu.
  • Kui saate, tehke oma arvutused (ja pange need ka teiste poolt üle vaatama): paljud inimesed, kes pole professionaalsed, kavandavad väga hästi robotite töö kenade osade kavandamist ilma vähimatki arvutust tegemata. See on suurepärane, kuid kui saate midagi ära teha, pakub see teile rohkem enesekindlust ja võimaldab teil astuda asjadesse ja mitte ainult pinnale. Teooria on suurepärane. Aga…
  • ... proovige ka oma erinevaid lahendusi füüsiliselt proovile panna. Teooria ja praktika sobivad harva ideaalselt kokku ja lõpuks on praktika, mida soovite näha töötamas.
  • Mine jaluta. Sa väärid seda. Tõsiselt, minge ja vaadake päikest, hingake õhku ja tundke rohtu naha all. Ma ootan sind siin. Oh, ja too mulle sidrunijäätis - võtke see kaasa - ja maitske endale maitset, mida soovite.
  • Hoia end. Niipea kui jätate teooria praktikale, järgige ohutuseeskirju, eriti kuna hakkate tegelema akudega.
  • Selle jaoks, mida soovite teha, pole ideaalset mootorit. Tõenäoliselt peate tegema kompromisse, kohandama spetsifikatsioone, tasakaalustama plusse ja miinuseid, et jõuda elujõulisele lahendusele võimalikult lähedale.

Seejärel saate küsida endalt hulga küsimusi, mis aitavad teil valikut vähendada, tuginedes iga tehnoloogia plussidele ja miinustele ning uuringutele. Siin on mõned näited nendest küsimustest:

  • Kas ma vajan pöördemomenti, kuid madalat pöörlemiskiirust või pöördemomenti, kuid madalat pöördemomenti?
  • Kas ma vajan kiiruse, pöördemomendi või nurga juhtimist?
  • Millist tüüpi elektroonilist juhtimist saan saavutada või kas tahan seda kasutada?
  • Kas minu rakendus saab töötada otsese juhtimisega või vähendusega?
  • Millist kvaliteeti ma vajan ja mis eluiga?
  • Mis raskusega ma tegelen tõstmisega?
  • Kui palju raha ma tahan kulutada?
  • Millist täpsust ma vajan?
  • Millises keskkonnas minu robot töötab?
  • Kas ma vajan erilist ohutust?
  • Kas ma tahan tõsta banaane või uurida Marsi?

Pidage meeles, et pole ühtegi konkreetset olukorda, mis oleks antud olukorras ideaalselt kohandatud. Kuid mida enam õnnestub neile küsimustele vastata, seda täpsem on teie idee ideaalsest mootorist.

Täname, et lugesite
 - Kui teile meeldis see, mida lugesite, siis plaksutage sellest lahti ja jälgige meid meediumil!

Tõstke mind!

Olen mehhatroonika insener, Luose Robootika kaasasutaja. Arendame uusi tehnoloogiaid robotite hõlpsamaks ja kiiremaks ehitamiseks.