¿Qué buscar en un motor?

Hay algunas especificaciones principales que debe buscar en un motor:

1. El tipo de motor. Hay una variedad de diferentes motores eléctricos por ahí. En mi experiencia los más baratos son los motores DC cepillados. Estos son bastante sencillos de manejar: envías al motor una señal PWM y gira más rápido con un ciclo de trabajo más alto. Invierte la polaridad y giran hacia el otro lado. Supongo que es probable que esto se ajuste a su proyecto.

2. Características eléctricas. Esto incluye la tensión nominal a la que funciona el motor, cuál es la corriente de bloqueo y cuál es la corriente nominal (nota: la corriente nominal no necesariamente tiene que ser mayor que la corriente de bloqueo). La mayoría de los motores de CC que utilicé y que son capaces de conducir robots de tamaño medio a pequeño (de aproximadamente el tamaño que tiene, aunque probablemente más pesados) funcionan en el rango de 12-24 V, por lo que es posible que tenga que planificar sus paquetes de baterías en consecuencia. Las corrientes de parada han variado desde 1-2 amperios hasta más de 30 amperios.

3. Características mecánicas. Esto incluye la velocidad sin carga del motor, el par de bloqueo del motor y cualquier otra característica mecánica, como un par nominal o cualquier relación de engranaje presente (si está en un motor de engranajes). Los motores de CC tienen una relación de par a velocidad lineal, es decir, desarrollan el par máximo cuando se bloquean, lo que disminuye hasta que el motor gira a su velocidad máxima. La curva de velocidad-potencia aumenta hasta que el motor alcanza la mitad de la velocidad sin carga y luego disminuye. Los motores típicos de corriente continua tienen una velocidad de carga muy alta. La mayoría de los que he visto varían entre ~ 5000 rpm hasta ~ 20000 rpm, aunque definitivamente hay disponibles muchos rangos de alta velocidad.

Aquí es cómo determinaría qué tipo de motor buscar:

Primero, averiguaría qué tipo de velocidad quiero que logre mi robot. A continuación, determinaría aproximadamente cuánto pesa mi robot. Haría una revisión rápida de qué motores están disponibles teniendo en cuenta las características mecánicas. Un cálculo rápido de la velocidad máxima de un robot es:

$$ speed_ {robot} = diámetro_ {ruedas} * \ pi * speed_ {motor} / engranaje ~ relación $$

El torque requerido es una cantidad más difícil de calcular, ya que necesitarías saber qué tipo de fricción / resistencia va a encontrar tu robot y saber aproximadamente cuánto pesa tu robot. Suponiendo que la inercia de rotación de las ruedas es pequeña en comparación con la masa del robot (y si lo hice correctamente), la velocidad ideal del robot en función del tiempo viene dada por:

$$ V (t) = w_d \ cdot \ pi \ cdot \ omega_ {NL} \ cdot (1 - e ^ {\ large {- \ tau_S / (2 \ pi \ cdot m \ cdot \ omega_ {NL}) t}} ) $$

Donde:

$$ V (t) = robot ~ velocidad $$ $$ w_d = rueda ~ diámetro $$ $$ \ omega_ {NL} = sin carga ~ motor ~ velocidad ~ (incluyendo ~ engranaje ~ relación) $$ $$ \ tau_S = stall ~ torque ~ (incluyendo ~ gear ~ ratio) $$ $$ m = masa ~ de ~ robot $$ $$ t = tiempo $$ $$ \ pi = 3.14 ... $$ $$ e = 2.72 ... $$

Puede agregar el par de torsión de todos los motores de accionamiento juntos.

Luego diseñaría los sistemas eléctricos para que se ajusten a las características eléctricas requeridas del motor. Esto incluye el controlador del motor, los paquetes de baterías y cualquier cableado.

La relación de engranaje es la relación entre la velocidad de entrada dividida por la velocidad de salida de una caja de engranajes. Se utilizan para acelerar o ralentizar la velocidad del eje de transmisión de salida. Como consecuencia del cambio de la relación de velocidad, también cambia el par de salida. En una caja de engranajes ideal con una eficiencia del 100%, la relación de engranajes es igual al par de salida dividido por el par de entrada. Esto es cierto principalmente para cajas de engranajes reales, pero en realidad la mayoría de las cajas de engranajes pierden ~2% entre las mallas de engranajes (tenga en cuenta que esta relación es exponencial, ya que cada malla de engranajes produce un conjunto de entrada / salida, por lo que para una caja de engranajes con 12 mallas, la eficiencia cae de 100% a ~78.5% ).

Este es un tema muy complicado. Implica muchas preguntas. Por ejemplo: ¿Qué tipo de motor vas a usar? ¿Vas a utilizar una caja de cambios? ¿Cuánto pesa la batería? ¿Qué tan pesado y fuerte es su gabinete de robot?

Los motores se caracterizan por su curva de velocidad / par. Encontrará que la mayoría de los motores eléctricos no son capaces de lograr un alto par de torsión para velocidades pequeñas, como la velocidad que esperaría de una rueda de robot móvil. Lo que esencialmente significa que no podrá moverse una pulgada cuando el motor esté configurado para moverse muy lento. Es por eso que necesitas usar, por ejemplo. un motor paso a paso (que es muy potente incluso a bajas revoluciones por minuto) o una caja de engranajes. Puede encontrar motores de CC con una caja de engranajes incorporada .

Gran parte de este diseño tratará de compensaciones: si sus motores son débiles y pesados, su propio peso disminuirá la eficiencia de todo el robot. Si tienes una batería pesada, necesitas motores más fuertes. Los motores más fuertes serán más pesados y también consumirán más corriente. Así que agotarás la batería más rápido. Por lo tanto, necesita una batería de mayor densidad y un motor que tenga una alta relación par / peso. ¡Pero esos son caros!

Y así sucesivamente y así sucesivamente. Este es un tema de optimización.

Cuando construí mi primer robot móvil, usé este tutorial . Cubre todos los aspectos de la construcción de un robot, incluidos los motores (actuadores).