Шаг 5. Устройства управления электродвигателями. Двигатель для роботов


Двигатели для робота являются составной частью приводрв.

Двигатели для робота входят в состав приводов. Мы узнали о робототехнике в целом на шаге первом. На втором шаге решили, какого робота мы будем делать. Нам нужно установить приводы, которые заставят робота двигаться.

Содержание статьи

Что такое привод?

Выбор двигателя для робота напрямую зависит от задач, которые должен выполнять робот. Двигатель (мотор) может входить в состав привода или отдельно быть приводом.

Привод может быть определен как устройство, которое преобразует энергию (в робототехнике это, как правило, электрическая энергия) в физические движения.

Подавляющее большинство приводов производят либо вращательное или линейное движение. Например, мотор — это тип привода. Правильный выбор приводов для вашего робота требует понимание того, что приводы доступны. Возможно, немного фантазии, и немного математики и физики.Приводы вращения — это тип приводов преобразования электрической энергии во вращательное движение.

Двигатели для робота

Двигатель переменного тока

Двигатели для робота

Двигатель переменного тока (AC) редко используется в мобильных роботах. В первую очередь потому, что большинство из них рассчитаны на питание постоянным током (DC) от батареи. Двигатели переменного тока используются в основном в промышленных помещениях , где требуется очень высокий крутящий момент. Прежде всего там, где моторы подключены к электросети.

Двигатели постоянного тока

Двигатель постоянного тока

Двигатели постоянного тока MotorDC моторы имеют разнообразные формы и размеры. Хотя большинство из них цилиндрические. Они имеют выходной вал, который вращается на высоких скоростях, обычно в 5 000 до 10 000 оборотов в минуту. Хотя двигатели постоянного тока очень быстро вращаются, большинство из них не очень мощные. Такие двигатели для робота имеют низкий крутящий момент.

Для того, чтобы снизить скорость и увеличить крутящий момент, могут быть добавлены редукторы. Чтобы установить двигатель на робота, нужно закрепить корпус двигателя на раме робота. По этой причине двигатели для робота часто имеют монтажные отверстия, которые обычно располагаются на лицевой стороне двигателя. Следовательно, они могут быть установлены перпендикулярно к поверхности.

Двигатели постоянного тока могут работать по часовой стрелке (CW) и против вращения часовой стрелки. Угловое движение вала может быть измерено с помощью энкодеров или потенциометров.

Мотор редуктор постоянного тока

Мотор редуктор постоянного тока

Это двигатель постоянного тока в сочетании с коробкой передач. Она работает, чтобы уменьшить скорость двигателя и увеличить крутящий момент. Например, двигатель постоянного тока вращается со скоростью 10000 оборотов в минуту и достигает 0.001 Н*м крутящего момента. Если добавить понижающую передачу 100:1 (сто к одному) мы снизим скорость в 100 раз. В результате 10000 / 100 = 100 об / мин и увеличим крутящий момент в 100 раз (0.001 х 100 = 0.1 Н*м).

Основные виды понижающих передач это:

  1. зубчатая передача
  2. ременная
  3. планетарная
  4. червячная

Червячная передача позволяет получить очень высокое передаточное число с помощью всего одного этап. И также не дает выходному валу двигаться, если двигатель не работает.

Серводвигатель

Тип используемого вами двигателя зависит от типа движения, которое вы хотите.

R / C или хобби сервомотор

Хобби сервомотор

Часто сервомоторы этого типа могут поворачиваться на угол до 180 градусов. Они поворачиваются на определенный угол поворота. И часто используются в более дорогих моделях дистанционного управления средствами для управления или контроля полета.

Теперь они используются в различных приложениях. Цены на эти сервоприводы значительно сократилось, и разнообразие (разные размеры, технологии и сила) увеличилось. Общим фактором для большинства сервоприводов заключается в том, что большинство использует только поворот около 180 градусов.R / C сервомотор включает в себя двигатель постоянного тока, редуктор, электронику и роторный потенциометр, который и измеряет угол

Электроника и потенциометр работают синхронно, чтобы управлять двигателем и останавливать выходной вал по заданному углу. Эти моторы обычно имеют три провода: земля, напряжение В, и управляющий импульс. Управляющий импульс, как правило, снимается с регулятора мотора сервопривода. Хобби сервомотор — это новый тип сервопривода.  Он предполагает непрерывное вращение и обратную связь по положению. Все сервоприводы могут вращаться как вправо, так и влево.

Промышленные серводвигатели

Промышленный серводвигатель

Промышленный серводвигатель с приводом управляется иначе, чем хобби мотор и чаще встречаются на очень больших машинах. Промышленный сервомотор обычно трехфазный и состоит из двигателя переменного тока, редуктора и энкодера. Установленный энкодер обеспечивает обратную связь по угловому положению и скорости.

Эти моторы редко используются в мобильных роботах из-за их веса, размеров, стоимости и сложности. Вы можете увидеть промышленные серводвигатели на мощный промышленных манипуляторах. Возможно их использование на очень больших роботизированных автомобилях.

Шаговые двигатели

Шаговый двигатель

Шаговый двигатель вращается на определенные “ступени” (на самом деле, конкретные градусы). Число ступеней и размер шага зависит от нескольких факторов. Большинство шаговых двигателей не включает в себя передачи. Так как это двигатели постоянного тока и вращающий момент низок.

Правильно настроенный шаговый двигатель может вращаться вправо и влево и может быть установлен в требуемое угловое положение. Есть однополярные и биполярные типы шаговых двигателей. Одним заметным недостатком шаговых двигателей является то, что если мотор не работает, трудно быть уверенным в угле пуска двигателя.

Если добавить передачу, то шаговый двигатель имеет тот же самый эффект, как и добавление передачи на двигатель постоянного тока: Он увеличивает крутящий момент и снижает угловую скорость. Поскольку скорость уменьшается на передаточное отношение, то размер шага также уменьшается на тот же фактор.

Линейные приводы

Линейный привод производит линейное движение (движение вдоль одной прямой линии) и имеют три основные отличительные механические характеристики.

  1. Минимальное и максимальное расстояние, на которое стержень может сдвинуть вал (в мм или дюймах)
  2. Их сила (в кг или фунты)
  3. Их скорость (в м/с или дюйм/с)

DC Линейный Привод

Линейный привод постоянного тока

Линейный DC привод часто состоит из двигателя постоянного тока, подключенного к червячной передаче. Когда двигатель вращается, то крепление на винте будет либо ближе или дальше от двигателя. По существу червячная передача преобразует вращательное движение в линейное движение.

Некоторые линейные приводы постоянного тока включают в себя линейный потенциометр, который обеспечивает линейную обратную связь. Для того, чтобы остановить привод от полного разрушения, многие производители включают концевые выключатели на обоих концах. Как правило, для отключения электропитания привода при нажатии на них. Линейные приводы постоянного тока бывают в самых разнообразных размеров и типов.

Соленоиды

Соленоид

Соленоид состоит из катушки намотанной вокруг подвижного сердечника. Когда катушка находится под напряжением, сердечник отталкивается от магнитного поля и производит движения в одном направлении. Несколько катушек или некоторые механические механизмы потребуются для того, чтобы обеспечить движение в двух направлениях.

Соленоиды обычно очень маленькие, но их скорость очень большая. Сила зависит в основном от размера катушки и от того какой силы ток идет через него. Этот тип привода используется в клапанах или системах фиксации. В таких системах, как правило, нет обратной связи по положению (сердечник либо полностью убирается или полностью выдвинут).

Пневматические и гидравлические приводы

Пневматический или гидравлический привод

Пневматические и гидравлические приводы с помощью воздуха или жидкости (например воды или масла), служат для того чтобы двигаться линейно. Эти типы приводов могут иметь очень длинный ход, большую мощность и высокую скорость.

Для того чтобы эксплуатироваться они требуют использование жидкости компрессора. Это делает их более сложными в эксплуатации, чем обычные электрические приводы. Они имеют большую мощность, скорости и, как правило, большой размер. И в первую очередь используются в промышленном оборудовании.

Выбор привода

Важно отметить, что постоянно появляются новые и инновационные технологии, и нет ничего постоянного. Также обратите внимание, что один привод может выполнять очень разные задачи в разных условиях. Например, с различной механикой. Привод, который производит линейное движение, может быть использован для поворота объекта и назад (как у автомобильных щеток для очистки стекла).

Роботы с колесами или гусеницами

Роботизированная платформа на колесах

Приводные двигатели для робота должны перемещать вес всего робота и, скорее всего, потребуется понижающая передача. Большинство роботов используют притормаживание колесами одного борта. В то время как автомобили или грузовики, как правило, используют рулевое управление.

Если вы выберете бортовой поворот, то DC моторы с редуктором являются идеальным выбором для роботов с колесами или гусеницами. Ведь они обеспечивают непрерывное вращение, и могут иметь необязательную обратную связь по положению с помощью оптических энкодеров. Их очень легко программировать и использовать.

Если вы хотите использовать рулевое управление, то вам понадобится один приводной двигатель и один двигатель, чтобы управлять передними колесами. Поворот ограничен определенным углом и можно применить R / C сервомотор.

Робот манипулятор

Робот манипулятор

Мотор используется, чтобы поднять или повернуть тяжелый вес. Подъем веса требует значительно больше энергии, чем перемещение веса на плоской поверхности. Скорость должна быть принесена в жертву для того, чтобы получить крутящий момент.

Поэтому лучше всего использовать редуктор с высоким передаточным отношением и мощный двигатель постоянного тока или линейного привода DC. Можно рассмотреть возможность использования системы (либо червячных передач, или струбцин). Что предотвращает груз от падения в случае потери управления.

Сервоприводы двигателей

Используются если диапазон ограничен до 180 градусов и крутящий момент не является существенным. Р/С мотора сервопривода идеально подходит для таких задач. Серводвигатели предлагаются с различными крутящими моментами и размерами и обеспечивают угловые обратной связи по положению.

Лучше использовать потенциометр, и некоторые специализированные оптические энкодеры. Р/С сервоприводы используются все больше и больше для создания небольших шагающих роботов.

Шаговые двигатели

Используются, когда угол поворота должен быть очень точными. Шаговые двигатели для робота в сочетании с контроллером шагового электродвигателя могут дать очень точное угловое движение. Иногда предпочтительнее серводвигатели, поскольку они обеспечивают непрерывное вращение. Однако, некоторые профессиональные цифровые серводвигатели используют оптические энкодеры. В результате они обладают очень высокой точностью.

Линейные приводы

Линейные приводы являются лучшими для перемещения объектов и расположения их по прямой линии. Они отличаются разнообразием размеров и конфигураций. Для очень быстрого движения можно рассматривать пневматику или соленоиды. Для очень высоких мощностей можно рассматривать линейные приводы постоянного тока и также гидравлику.

Практический пример

  • В уроке 1 мы определили цель нашего проекта, чтобы понять какого типа мобильного робота можно сконструировать при небольшом бюджете.
  • В уроке 2 мы решили, что мы хотели небольшую платформу на колесах. Во-первых, давайте определим тип привода, который потребуется для создания робота.

Для этого нужно ответить на пять вопросов:

  1. Это привод используется для перемещения колесного робота?Да. Нужен мотор-редуктор с управлением при помощи притормаживания одного борта. Это означает, что каждое колесо будет нужно оснастить собственным мотором.
  2. Двигатели для робота используются, чтобы поднять или повернуть тяжелый вес?Нет, настольная платформа не должна быть тяжелой.
  3. Диапазон движения ограничивается на 180 градусов?Нет, колеса могут постоянно вращаться.
  4. Угол должны быть точными?Нет, наш робот не требует позиционной обратной связи.
  5. Это движение по прямой?Нет, поскольку мы хотим, чтобы робот вращаться и двигаться во всех направлениях.

Всем этим требованиям соответствует большой мотор из базового набора LEGO MINDSTORMS Education EV3.

Большой двигатель Lego EV3

Технические характеристики большого мотора EV3

legoteacher.ru

RDrive — cервоприводы для роботов ►►►►►

Cервомоторы применяются в различных областях: от производства игрушек и радиоуправляемых моделей до автомобилей и пассажирских самолетов. Благодаря высокой точности контроля движения и компактным размерам сервоприводы Rozum Robotics отлично подходят для конструирования роботов.

Зачем роботу сервопривод?

По аналогии с человеческим телом, роботы состоят из соединений, формирующих “скелет”. Сервоприводы выполняют роль мускулов, отвечая за перемещение “организма” и управляя положением робота.

В отличие от обычного мотора, который вращается постоянно и останавливается лишь при отключении, сервопривод может остановиться в необходимом положении и удерживать его до получения другой команды. Устройство обратной связи встроено в корпус серводвигателя Rozum Robotics и делает его автономным. Данная конструкция облегчает управление скоростью и положением робота.

Благодаря высокой частоте повторения импульсов, сервоприводы Rdrive обеспечивают точность движения робота 0.1 мм и позиционирование 0.01 градуса в каждом рабочем цикле. Низкое энергопотребление и минимальные требования к поддержанию работоспособности позволяют сократить расходы на эксплуатацию робота.

Где купить сервомотор для робота?

Исходя из нашего опыта, существует три возможных варианта:

      

 

Обратиться к поставщикам из Азии

             

 

Если для вас критичны низкая цена и сроки поставки - можно рассмотреть этот вариант. Недостаток - дешевые сервомоторы из Азии зачастую недостаточно надежны для промышленного использования. Существует риск того, что фактические параметры будут отличаться от заявленных спецификаций. 

 

 

Купить сервопривод для робота у известного европейского или американского поставщика                                                                                                                                    

 

  При таком варианте с большой долей вероятности вы получите качественный мотор с хорошими техническими характеристиками. Недостаток: время поставки нескольких серводвигателей для прототипа робо-руки составит до полугода, а кастомизация моторов (в случае, если серийные образцы не подходят) повысит расходы на 50-100 тыс. евро.
  Сделать сервопривод самостоятельно   С учетом всех затрат такая работа будет эквивалентна стоимости 500 обычных моторов для роботов. Кроме того, придется потратить много времени на поиск надежных поставщиков и квалифицированный персонал.

 

Четвертый вариант - заказать сервопривод RDrive!

 

Сервоприводы RDrive — лучшие моторы для роботов

Изначально сервоприводы RDrive разрабатывались для создания коллаборативного робота Rozum Robotics. Разочаровавшись в качестве дешевых азиатских сервоприводов и не желая платить за дорогостоящую кастомизацию в Европе, команда Rozum Robotics разработала собственный двигатель для робота.

Сервоприводы RDrive доступны в 4 размерах и имеют ряд преимуществ:

  • Интегрированный контроллер и два магнитных энкодера позволяют с точностью управлять расположением и скоростью манипулятора.
  • Волновой редуктор, встроенный в корпус сервомотора, обеспечивает высокий крутящий момент на выходе, увеличивая грузоподъемность робота.
  • Благодаря замкнутой системе контроля движения, сервомоторы обеспечивают быструю реакцию—важное свойство для коллаборативного робота, который должен моментально реагировать в случае столкновения с человеком.
  • Конструкция привода с полым валом позволяет с легкостью интегрировать сервомотор в различные робототехнические конфигурации: коммуникационные провода располагаются внутри корпуса, делая все решение максимально компактным. 

 

Ищете сервопривод для своего робота? Обеспечим отличную управляемость и точность движения.

Закажите сервопривод RDrive online

rozum.com

Устройства управления электродвигателями для создания роботов.

Устройства управления электродвигателями необходимы для создания вашего робота. Теперь выбрана конструкция робота, исполнительные механизмы или моторы и контроллер для робота. Наконец пришло время заставить все двигаться. Первый вопрос, который многие новички задают при создании своего первого робота, — «как я могу управлять моторами?».

Для этого служат такие устройства управления электродвигателями, как контроллер двигателя. После небольшого исследования выражения «контроллер двигателя» появилось много вопросов. Что такое контроллер двигателя и зачем он мне нужен?

Содержание статьи

Контроллеры двигателей

Контроллер двигателя — это электронное устройство (обычно это монтажная плата без корпуса), которое служит в качестве промежуточного устройства между микроконтроллером, блоком питания или батареями и моторами (двигателями).

Устройства управления электродвигателями

Микроконтроллер (мозг робота) задает скорость и направление двигателей. Но он не может управлять ими напрямую из-за его очень ограниченной мощности (тока и напряжения). С другой стороны, контроллер двигателя может обеспечивать ток при требуемом напряжении. При этом не может решить, как быстро двигатель должен вращаться.

Таким образом, микроконтроллер и контроллер двигателя должны работать вместе. Для того, чтобы моторы двигались так как нам нужно, используются устройства управления электродвигателями. Обычно микроконтроллер может подавать команду на контроллер двигателя о том, как приводить в действие двигатели с помощью стандартного и простого метода связи.

  • Например, такого как UART (Universal asynchronous receiver/transmitter или УАПП — универсальный асинхронный приемопередатчик). Это один из самых старых и распространенных протоколов передачи данных.
  • Возможно использование PWM (широтно-импульсную модуляцию — ШИМ).
  • Кроме того, некоторые контроллеры двигателей могут управляться вручную аналоговым напряжением, обычно создаваемым потенциометром.

Физический размер и вес контроллера двигателя могут значительно различаться. От устройства, меньшего, чем кончик пальца, используемого для управления мини-сумо-роботом до большого контроллера весом в несколько килограммов. Вес и размер контроллера двигателя обычно оказывает минимальное влияние на робота.

Хотя бывает необходимо сделать робота маленького размера или беспилотный летательный аппарат. В результате вес и размер контроллера может быть критичным. Размер контроллера двигателя обычно связан с максимальным током, который он может обеспечить. Увеличенный ток также означает необходимость использования проводов большего диаметра.

Устройства управления электродвигателями

Существует несколько типов исполнительных механизмов (шаг 3). Следовательно, существует несколько типов контроллеров двигателей.

  • Машинные контроллеры двигателя постоянного тока. Они используются с шестерёнчатыми двигателями постоянного тока, постоянного тока и многими линейными приводами.
  • Бесщеточные контроллеры двигателя постоянного тока. Используются с бесщеточными двигателями постоянного тока.
  • Сервомоторы: используются для хобби сервомоторов.
  • Контроллеры шагового двигателя. Используются с однополярными или биполярными шаговыми двигателями в зависимости от их типа.

Выбор контроллера мотора (двигателя)

Контроллеры двигателей можно выбрать только после того, как вы выбрали свои двигатели, приводы. Кроме того, номинальный ток двигателя связан с крутящим моментом, который он может обеспечить. Так как маленький двигатель постоянного тока не потребляет много тока, но не может обеспечить большой крутящий момент. Тогда как большой двигатель может обеспечить более высокий крутящий момент, но для этого потребуется более высокий ток.

Управление двигателем постоянного тока

Двигатель постоянного тока

Первое соображение — это номинальное напряжение двигателя. Устройства управления электродвигателями постоянного тока обычно предлагают диапазон напряжения. Например, ваш двигатель работает с номиналом 3 В. Следовательно вам не следует выбирать контроллер двигателя, который может управлять двигателем только между 6 и 9 В. Это поможет вам исключить некоторые контроллеры двигателя из списка.

Итак, вы нашли ряд контроллеров, которые могут приводить в действие двигатель с соответствующим напряжением. Следующим соображением будет постоянный ток, который контроллер должен будет подавать. Вам нужно найти контроллер двигателя, который будет обеспечивать ток, равный или превышающий номинальный ток, потребляемый двигателем.

Если вы выберете контроллер двигателя 5А для двигателя 3A, то двигатели будут потреблять столько тока, сколько потребуется. С другой стороны, двигатель на 5А, скорее всего, выведет контроллер на 3A. Многие производители двигателей обеспечивают ток выключения двигателя постоянного тока. В результате это не дает вам четкого представления о контроллере двигателя, который вам понадобится. То есть вы не можете найти постоянный рабочий ток двигателя. В этом случае простым правилом является оценка постоянного тока двигателя примерно на  20-25% меньше тока останова.

Все контроллеры двигателя постоянного тока обеспечивают максимальный ток. Убедитесь, что этот показатель примерно в два раза выше, чем номинальный ток двигателя. Обратите внимание, что, когда двигателю требуется больше крутящего момента (например, движение вверх по склону), он требует большего тока. Выбор контроллера двигателя со встроенным охлаждением и тепловой защитой — очень хороший выбор. Еще одним важным соображением является метод управления.

Управление ШИМ

Устройства управления электродвигателями используют следующие методы:

  • аналоговое напряжение
  • I2C (интерфейсная шина IIC )
  • PWM (широтно-импульсная модуляция — ШИМ)
  • R / C (Radio Control, радиоуправление)
  • UART (универсальный асинхронный приемопередатчик)

Если вы используете микроконтроллер, проверьте, какие типы соединений у вас имеются, и какие двигатели являются совместимыми для вас. Если ваш микроконтроллер имеет последовательные контакты, вы можете выбрать контроллер последовательного двигателя. Для PWM вам, вероятно, потребуется один канал PWM на двигатель.

Методы контроля

На практике остается выбрать какой контроллер двигателя нужен — одиночный или двойной. Двойной контроллер постоянного тока может управлять скоростью и направлением двух двигателей постоянного тока независимо.  Наконец часто экономит ваши деньги (и время).

Двигатели не обязательно должны быть идентичными. Хотя для мобильного робота приводные двигатели должны быть в большинстве случаев одинаковыми. Вам нужно выбирать двойной контроллер двигателя на основе более мощного двигателя постоянного тока.

Обратите внимание, что контроллеры двух двигателей имеют только одну входную мощность. Потому что если вы хотите контролировать один двигатель на 6 В, а другой на 12 В, это будет невозможно. Обратите внимание, что действующее напряжение всегда поддерживается на каждом канале. Стандартные сервомоторы предназначены для использования определенных напряжений для максимальной эффективности. Большинство из них работают от 4,8 В до 6 В, а их потребление тока аналогично, шаги для выбора несколько упрощены.

Тем не менее вы можете найти сервомотор, который работает при напряжении 12 В. При этом важно, чтобы были дополнительные сведения о контроллере, если ваш сервомотор не считается «стандартным». Также большинство хобби-сервомоторов используют стандартный сервопривод R / C. Это три провода, которые являются землей, напряжением и сигналом.

Теперь нужно выбрать метод управления. Некоторые контроллеры сервомоторов позволяют вам управлять положением сервопривода вручную с помощью набора кнопок / переключателей. Другие — с помощью команд UART (последовательных) или других средств. Определите количество сервоприводов, которые нужно контролировать.

Контроллеры могут управлять многими сервоприводами (обычно 8, 16, 32, 64 и выше). Вы, конечно же, можете выбрать контроллер серводвигателя, способный управлять большим количеством сервомеханизмов, чем вам потребуется. Как и контроллеры двигателя постоянного тока, метод управления является важным фактором.

Управление шаговым двигателем

Какой вы выбрали двигатель — однополюсный или двухполюсный? Выберите тип контроллера шагового двигателя соответственно, хотя почти все устройства управления электродвигателями могут управлять обоими типами. Количество проводов обычно помогает определить тип двигателя. Если двигатель имеет 4 провода, то он является двухполюсным. Если он имеет 6 или более контактов, то он является однополюсным. Выберите диапазон напряжения контроллера двигателя, чтобы он соответствовал номинальному напряжению вашего двигателя.

шаговый двигатель

Определите, сколько тока требуется для каждого мотора, и узнайте, сколько тока (на катушку) контроллер шагового двигателя может обеспечить. Если вы не можете найти ток катушки, то большинство производителей указывает сопротивление катушки, R. Используя Закон Ома (V = IR), вы можете рассчитать ток (I). Как и для контроллера двигателя постоянного тока, метод управления является важным фактором.

Управление линейным приводом

Линейные приводы имеют три основных метода управления: DC, R / C или обратная связь. Большинство линейных приводов постоянного тока используют редукторный двигатель постоянного тока. Поэтому обычно необходим контроллер постоянного тока.

Однако некоторые линейные приводы принимают сервопривод R / C, поэтому вы выбираете контроллер серводвигателя. Если управляемый R / C линейный привод работает с более высоким напряжением, чем диапазон контроллера, привод может включать в себя отдельные провода для более высокого требуемого напряжения питания.

Линейный привод

Другие приводы — это многочисленные электромеханические устройства. Например, искусственные мышцы из проволоки или соленоиды также должны управляться с помощью контроллеров двигателей. Ниже приведены некоторые вопросы для того, чтобы определить, нужен ли вашему приводу контроллер двигателя.

  • Более высокие требования к току: любое устройство, требующее более 0,1A, обычно нуждается в собственном контроллере.
  • Более высокие требования к напряжению: если привод работает выше напряжения микроконтроллера (обычно 5 В или 3,3 В) он обычно не может быть напрямую подключен к микроконтроллеру.

Практический часть

На шаге 3 мы выбрали большой мотор из базового набора LEGO MINDSTORMS Education EV3. Для этого мотора не требуется отдельного контроллера двигателя. Он подключается напрямую к выходному порту микроконтроллера EV3. В результате полностью соответствует нашей цели – созданию роботизированной платформы.

Большой мотор LEGO MINDSTORMS Education EV3

 

большой двигатель EV3

legoteacher.ru

Двигатели для роботов | Академия робототехники

 

https://www.mitsumi.co.jp/latest/Catalog/indextab/motorav_e.html

0

 DC МИНИ-МОТОРС

КОМПОНЕНТЫ

0

Кодовое название модели Номинальноенапряжение(V) Напряжение Диапазон (V) Номинальнаянагрузка(мН · м) Номинальнаяскорость(оборотов в минуту) Номинальныйток(мА) Начиная скрутящим моментом(мН · м) вращение
M8E-2 серии 1.5 0,8 ~ 3,0 0.098 +9500 65 или меньше 0,27 CW / CCW
M10E-2 серии 3.3 2,0 ~ 5,0 0,32 11200 40 или меньше 0,5 CW / CCW
M15E-3-й серии 5.5 1,5 ~ 8,0 0,539 +8800 85 или меньше 1,18 CW / CCW
M15N-3-й серии 8.0 6.0 ~ 28.0 0,7 8750 100 или меньше 1.4 CW / CCW
M20N-8 серии 20.5 10.0 ~ 24.0 1,47 13300 70 или меньше 6,57 CW / CCW
M22E-12 серии 3.6 2.5 ~ 4.0 1,25 9100 130 12 или больше CW
M22E-13 серии 3.5 3,0 ~ 4,0 9.3 6100 120 27 или более CW
M22E-14 серии 3.6 2.5 ~ 4.0 1.9 9300 155 15,0 КОО
M25E-4L серии 3.0 1,0 ~ 7,0 0,39 3300 100 или меньше 1,18 CW / CCW
M25E-6-й серии 6.0 4,2 ~ 7,5 2,94 +5300 70 или меньше 11.8 CW / CCW
M25N-1-й серии 28,0 22,0 ~ 34,0   — 14400 100 или меньше 35 CW / CCW
M25N-2 серии 31,0 28,0 ~ 34,0 23,4 11 000 100 или меньше 68 CW / CCW
M28N-3-й серии 42,0 34,0 ~ 50,0 27,8 11 000 130 или меньше 93 CW / CCW
M28N-4 серии 18,0 14,0 ~ 22,0 10 7.500 140 или меньше 33 CW / CCW
M36N-3E Серия 24,0 8.0 ~ 27.0 82,0 3300 170 или меньше 240 CW / CCW
M36N-4Е серии 24,0 8.0 ~ 27.0 33,3 +8500 350 или меньше 230 CW / CCW
M36N-5E серии 24,0 8.0 ~ 27.0 89,7 3500 180 или меньше 300 CW / CCW

0

Кодовое название модели Номинальноенапряжение(V) НапряжениеДиапазон(V) НажатиеВремя(сек) Токпотребления(мА) Утечка воздуха(мм рт.ст. / мин) Максимальноедавление(мм ртутного столба) Шум(дБ)
MAP-АМ-265 6.0 5,0 ~ 7,0 11,5 или менее * 1 430 или меньше * 2 3,0 или меньше * 3 400 или более 55,0 или меньше * 4
MAP-HD-140 3.0 2,0 ~ 3,2 10,0 или менее 5 * 450 или менее * 6 3,0 или меньше * 7 350 или более 55,0 или менее * 8

0

Кодовое название модели(коэффициент снижения) Номинальноенапряжение(V) НапряжениеДиапазон(V) Номинальнаянагрузка(мН · м) Номинальнаяскорость(оборотов в минуту) Номинальныйток(мА) Начиная скрутящим моментом(мН · м) вращение
M15N-3G (1/47) 6 4,5 ~ 6,0 20 450 300 90 или более CW / CCW
M15N-3G (1/118) 4.5 3,0 ~ 4,5 23 109 180 140 или более
M22E-13G (1/29) 6 4,5 ~ 6,0 98 198 100 430 или более
M22E-13G (1/67) 196 88 880 или более
M22E-13G (1/100) 196 58 1460 или более
M22E-13G (1/120) 196 48 1780 или более
Условия* 1 Время , чтобы добавить давление от 0 до 300mmHg бачку 500cc номинальным напряжением (DC 6В).* 2 Максимальный ток при добавлении давления от 0 до 300mmHg бачку 500cc номинальным напряжением (DC 6В).* 3 Снижение давления на 30 секунд после остановки перекачки в резервуар из 500cc до 40 ± 10 мм рт.ст. и 300 ± 10 мм рт.ст..* 4 Шум в 30 см от насоса.* 5 Время , чтобы добавить давление от 0 до 300mmHg бачку 100cc номинальным напряжением (DC 3V).* 6 Максимальный ток при добавлении давления от 0 до 300mmHg бачку 100cc номинальным напряжением (DC 3V).* 7 Снижение давления на 30 секунд после остановки перекачки в резервуар из 100cc до 40 ± 10 мм рт.ст. и 300 ± 10 мм рт.ст..* 8 Шум в 30 см от насоса.

545 DC Высококачественный Двигатель —  12В-38В  2400-6800 ОБ./МИН

описание:

скорость ввода: 2400-6800 ОБ./МИН.

выходное напряжение: 12В-38В

максимальная нагрузка ток: 880MA

выход диаметр оси: 3.2 ММ

вес: 185 г

мотор выходное напряжение связана со скоростью, чем выше скорость, чем выше напряжение.

может быть использован ниже 12 В СВЕТОДИОДНАЯ лампа освещения, мобильный телефон заряд, велосипед питания, научных

экспериментов и открытий, открытый источник питания, и других целей.

545-DC-DC12V-38

545-DC-DC12V-38V

545 DC

MITSUMI 

545 решетки измерения скорости, DC двигатель с постоянным магнитом. High carbon brush, каждый двигатель с решетки.

[напряжение] 6 В-24 В

[версия] 1120 об./мин.-4470

[ток] 0.1A

[вес] 212 г

MITSUMI-545 MITSUMI-545-1 MITSUMI-545-2

M28N 545 DC 24 В 860 об./мин. Высокий Крутящий Момент Мотор-Редуктор для DIY Удаленной Машине
  • Эффективность:IE 2
  • Применение:Электрический велосипед,Вентилятор,Бытовая техника
  • Защитные характеристики:Полностью закрытый
  • Тип:Мотор-редуктор
  • Конструкция:Постоянный магнит
  • Сертификация:CCC,CE,RoHS
  • Скорость (RPM):860rpm/min
  • Коммутация: ручная
  • Напряжение (V):24V

mirrobo.ru

Шаговые двигатели в робототехнике.

Шаговые электродвигатели часто применяют в качестве привода для роботов, из за того, что они не требуют датчиков обратной связи для регулирования положений звеньев.

Такого рода электродвигатели преобразовывают с высокой точностью цифровые электрические сигналы непосредственно в дискретные угловые перемещения (шаги) ротора двигателя.

шаговый двигатель nema23

Шаговый двигатель по принципу действия можно сравнить с двигателем синхронного типа: в нем существует связь между сигналом питания и положением ротора.

Благодаря периодическим переключениям обмоток статора, его магнитодвижущее поле, поворачиваясь на определенный угол (шаг), производит поворот на такой же определенный угол ротора двигателя, представляющего собой постоянный магнит либо переменное магнитное сопротивление.

Таким способом возможно вращать вал с высокой скоростью, зная его положение в любое время. В сложных моделях выходной вал может поворачиваться и фиксироваться в любом из двухсот различных угловых положений за оборот, т. е. менее двух градусов за шаг.

Это делает шаговые двигатели идеальными для обучения роботов. К недостаткам шаговых электродвигателей относятся неустойчивость вращения при ускорении и торможении, высокая стоимость и малая мощность.

Для тяжелых промышленных роботов шаговые двигатели пока слишком дороги и маломощны, даже самые большие имеют мощность менее 1 л. с, поэтому шаговые двигатели требуют значительного совершенствования, чтобы конкурировать с двигателями постоянного тока.

В робототехнике шаговый двигатель используется для точного управления роботом или роботизированными манипуляторами.

драйвер шагового двигателя

Принцип работы шагового двигателя

Шаговый двигатель работает от подачи комбинаций напряжения в разных направлениях на его обмотки. Например, возьмем двигатель — Nema23 76 мм, вместо него может быть другой.

Управление осуществляется биполяным методом. Любой гибридный и биполярный шаговый двигатель будет работать с таким же управлением.

У данного шагового двигателя 2 обмотки — 4 провода, первая обмотка — черный (A) и зеленый (A*) провод, вторая обмотка — красный (B) и синий (B*). За одну смену комбинаций делается 1 шаг — 1,8 градусов. Если комбинации быстро менять, то двигатель будет быстро и точно позиционироваться — крутиться. Смена комбинаций возможна в двух направлениях, соответственно двигатель будет крутиться вперед или назад.

Управление двигателем осуществляется через специальный драйвер шагового двигателя. В основном это уже готовые устройства на микроконтроллерах AVR.

robolive.ru

Уроки Arduino: основы управления двигателями роботов

// Left motor

const int pinAIN1 = 5; //Direction

const int pinAIN2 = 4; //Direction

const int pinPWMA = 3; //Speed

 

// Right motor

const int pinBIN1 = 7;  //Direction

const int pinBIN2 = 8; //Direction

const int pinPWMB = 9;  //Speed

 

//H-Bridge Standby

const int pinSTBY = 6;

 

boolean leftMotor = 1;

boolean rightMotor = 0;

 

void setup() {

  pinMode(pinPWMA, OUTPUT);

  pinMode(pinAIN1, OUTPUT);

  pinMode(pinAIN2, OUTPUT);

  pinMode(pinPWMB, OUTPUT);

  pinMode(pinBIN1, OUTPUT);

  pinMode(pinBIN2, OUTPUT);

  pinMode(pinSTBY, OUTPUT);

}

 

void loop() {

  // acceleration

  for (int i = 0; i <= 255; i += 5) {

    motorDrive(leftMotor, 1, i);

    motorDrive(rightMotor, 1, i);

    delay(50);

  }

  delay(1700);

 

  // turn right

  motorStop(rightMotor);

  delay(1500);

 

  // go ahead

  motorDrive(rightMotor, 1, 255);

  delay(1000);

 

  // stop

  motorStop(leftMotor);

  motorStop(rightMotor);

  delay(300);  

 

  // turn around in place

  motorDrive(leftMotor, 0, 255);

  motorDrive(rightMotor, 1, 255);

  delay(3600);

 

  // stop

  motorStop(leftMotor);

  motorStop(rightMotor);

  delay(300);  

 

  // turn left in a circle

  motorDrive(leftMotor, 1, 180);

  motorDrive(rightMotor, 1, 255);

  delay(4000);

 

  // slow down

  for (int i = 255; i >= 0; i -= 5) {

    motorDrive(leftMotor, 1, i);

    motorDrive(rightMotor, 1, i);

    delay(55);

  }

 

  // stop

  motorStop(leftMotor);

  motorStop(rightMotor);

  delay(10000);

}

 

/*

  Drive a motor:

    - motorNumber: 0 left motor, 1 right motor

    - moveForward: motor direction (0 reverse, 1 forward)

    - motorSpeed: 0 to 255 ---> 0 = stop / 255 = max speed

*/

void motorDrive(boolean motorNumber, boolean moveForward, int motorSpeed) {

  boolean pinIn1;  //Relates to AIN1 or BIN1 (depending on the motor number specified)

 

  // direction to turn the motor

  //   clockwise: IN1 = HIGH and IN2 = LOW

  //   counter-clockwise: IN1 = LOW and IN2 = HIGH

  if (moveForward)

    pinIn1 = LOW;

  else

    pinIn1 = HIGH;

 

  // select the motor to turn, set the direction and the speed

  if (motorNumber == leftMotor) {

    digitalWrite(pinAIN1, pinIn1);

    digitalWrite(pinAIN2, !pinIn1);

    analogWrite(pinPWMA, motorSpeed);

  } else {

    digitalWrite(pinBIN1, pinIn1);

    digitalWrite(pinBIN2, !pinIn1);

    analogWrite(pinPWMB, motorSpeed);

  }

 

  // STBY must be high to enable motors

  digitalWrite(pinSTBY, HIGH);

}

 

// Stop the specified motor

void motorStop(boolean motorNumber) {

  if (motorNumber == leftMotor) {

    digitalWrite(pinAIN1, LOW);

    digitalWrite(pinAIN2, LOW);

  } else {

    digitalWrite(pinBIN1, LOW);

    digitalWrite(pinBIN2, LOW);

  }

}

arduinoplus.ru

Платформа для робота как важная часть роботостроения.

Платформа для робота имеет не самое последнее значение. Теперь после первого шага, у вас есть базовое понимание того, что такое роботы и для чего современные роботы предназначены. Настало время определиться с типом робота, который вы собираетесь конструировать. Индивидуальный дизайн робота часто начинается с “видения” того как робот будет выглядеть и что он будет делать.

Платформа для робота

Содержание статьи

Типы роботов

Типы возможных роботов не ограничены, однако наиболее популярными являются:

  • Наземные — колесные, гусеничные и шагающие роботы
  • Летающие — самолеты, вертолеты и дирижабль
  • Плавающие — лодки, подводные лодки, и плавающие роботы
  • Роботы смешанного типа
  • Стационарные манипуляторы

Этот урок предназначен для того, чтобы помочь вам решить, какой тип робота нужен для выполнения вашей задачи. Ранее вы думали о том, какие задачи или функции должен выполнять ваш робот (после 1 урока).  Теперь вы можете выбрать тип робота, который будет наилучшим образом подходить для ваших потребностей. Ниже вы найдете описание всех основных видов роботов.

Наземные

Наземные роботы, особенно на колесах – это самые популярные мобильные роботы среди начинающих, так как они обычно требуют меньше инвестиций. Самый сложный тип роботов человекоподобное существо (похожее на человека), так как требует много степеней свободы и синхронизация движения многих моторов, и использует множество датчиков.

Мобильные роботы на колесах

Самый популярный метод, обеспечивающий подвижность робота и использующийся для передвижения роботов разных размеров и роботизированных платформ. Колеса могут быть любого размера, от нескольких сантиметров до 30 см и более. Настольные роботы, как правило, имеют маленькие колеса, обычно около 5 см в диаметре. Роботы могут иметь любое количество колес, хотя 3 и 4 являются наиболее распространенными.

Платформа робота на колесах

Обычно трехколесный робот использует два колеса и шаровую опору на другом конце. Более сложные двухколесные платформы для робота могут использовать гироскопическую стабилизацию.

Это более редко встречается, так как колесный робот не может для поворотов использовать ничего, кроме управления заносом (как у танка). Реечное рулевое управление, например, как у автомобиля требует слишком много деталей, сложность и затраты перевешивают преимущества.

Четырех и шести колесные роботы имеют преимущество при использовании нескольких приводных двигателей. Каждый из которых подключен к одному колесу, что уменьшает скольжение. Также колеса могут дать роботу значительное преимущество в мобильности.

  • Преимущества — низкая стоимость по сравнению с другими методами, простой дизайн и конструирование. Дополнительно богатство выбора — шесть колес или более могут конкурировать с системой на гусеницах. Отличный выбор для начинающих
  • Недостатки — может потерять тягу (скольжение), малая площадь контакта. Прежде всего под каждым колесом находится небольшая прямоугольная площадка или линия для контакта с землёй.

Мобильные роботы на гусеницах

Платформа для робота на гусеницах используются в моделях по типу танка. Гусеницы не обеспечивают дополнительную “силу” (крутящий момент). Прежде всего они уменьшают скольжение и более равномерно распределяют вес робота.

Следовательно это делает их полезными на рыхлых поверхностях, таких как песок и гравий. Кроме того, трек-системы с определенной степенью гибкости могут лучше соответствовать неровной поверхности. Наконец, большинство людей сходятся в том, что гусеницы танков также добавляют роботу “агрессивный” вид.

робот танк

  • Преимущества — постоянный контакт с землей предотвращает скольжение, которое может быть у колес. Равномерно распределенный вес помогает использовать робота на различных поверхностях. Наконец, робот может быть использован для увеличения дорожного просвета робота без использования больших колес.
  • Недостатки — при повороте возникает боковое усилие, которое действует на поверхность. Это может привести к износу гусениц. Так звездочка, используемая для гусениц, может существенно ограничить количество двигателей, которые могут быть использованы. Почти всегда приводит к повышенной механической сложности соединений и натяжению гусениц.

Шагающие роботы

Постоянно увеличивается количество роботов, которые используют ноги для передвижения. Ноги часто предпочитают для роботов, которые должны ориентироваться на очень неровной местности. Большинство любительских роботов разрабатываются с шестью ногами. Платформ для робота с ногами позволяет роботу быть статически уравновешенным за счет сохранения равновесия все время на трех ногах.

шагающий робот

Вторые роботы требуют “динамическую стабильность”. Это означает, что если робот перестает двигаться на полушаге, то он может упасть. Исследователи проводили эксперименты с моноподом – одноногая прыгающая конструкция. Хотя на двух, четырех и шести  ногах являются самыми популярными.

  • Преимущества — ближе к органическим или естественным движениям. Потенциально могут преодолеть большие препятствия и идти по сильно пересеченной местности
  • Недостатки — повышенная механическая, электронная и программная сложность — не самый простой способ в робототехнике. Прежде всего нужен малый  размер батареи, несмотря на увеличение потребности в электроэнергии. Высокая  стоимость конструирования.

Летающие роботы

Автономный беспилотный летательный аппарат является очень привлекательным и полностью соответствует возможностям многих конструкторов. Однако преимущества создания автономных беспилотных летательных аппаратов, особенно если вы новичок, еще не перевешивают риски.

Робот квадрокоптер

При рассмотрении летательного аппарата, большинство тех, кто занимается робототехникой, все-таки используют существующие коммерческие решения. Это модели с дистанционным управлением самолета.

Беспилотные летательные аппараты, созданные профессионально, в основном используются для военных нужд.Они были изначально полуавтономные. Хотя в последние годы все чаще используются полностью автономные беспилотные летательные аппараты.

  • Преимущества — радиоуправляемые самолеты существуют уже на протяжении  многих десятилетий. Есть большие сообщества любителей. Они отлично подходят для наблюдения.
  • Недостатки — все инвестиции могут быть потеряны в одной аварии.

Плавающие роботы

Растет число любителей, институтов и компаний которые разрабатывают беспилотные подводные аппараты. Много препятствий еще предстоит преодолеть, чтобы сделать подводных роботов привлекательным для более широкого роботизированного сообщества. Хотя в последние годы несколько компаний предлагают роботов по очистке бассейнов.

плавающий робот

Подводные аппараты могут использовать балласт (сжатый воздух и затопление отсеков), двигатели, хвост и плавники или даже крылья, для погружения. Надводные модели – это, как правило, различные радиоуправляемые лодки и катера.

  • Преимущества — большая часть нашей планеты — это вода, так что можно проводить много исследований и совершать новые открытия. Их дизайн почти всегда  уникален и испытания можно проводить в бассейне.
  • Недостатки — робота можно потерять многими способами (затопление, утечка, запутался...). Следовательно нужна хорошая защита большинства электронных частей от проникновения воды. Наконец глубины свыше 10 метров и более могут потребовать значительных вложений в исследования. Очень  мало робототехнических сообществ может оказать помощь. Почти всегда ограниченные возможности беспроводной связи.

Комбинированные мобильные роботы

Ваша идея для создания робота может не относиться ни к одной из вышеперечисленных категорий. Возможно она может состоять из нескольких различных функциональных секций. Еще раз отметим, что данное руководство предназначено для мобильных роботов. Оно не годится для стационарных роботов или стационарных конструкций (кроме манипуляторов и захватов).

Робот с манипулятором

Целесообразно учитывать при построении гибридной конструкции  использование модульного дизайна. Особенно актуально чтобы каждая  функциональная часть могла быть снята и проверена отдельно. Разные проекты могут включать роботов на воздушной подушке, змееподобные конструкции и многое другое.

  • Преимущества — проектируется и конструируется для удовлетворения конкретных потребностей и является многозадачным. Дополнительно может состоять из модулей, следовательно способно привести к повышенной функциональности и универсальности.
  • Недостатки — возможна повышенная сложность и стоимость. Отдельные детали должны быть специально спроектированы и изготовлены.

Платформа для робота

Практический пример

В нашем случае, мы выбрали для построения робота, который обеспечит высокий уровень изучения робототехники. Это будет программируемая колесная платформа, которая может вместить различные датчики и захваты.

робот на колесах

Для того чтобы сократить расходы, мы решили построить небольшого настольного робота, который будет способен перемещаться в помещении и на столах. Робот будет иметь небольшой вес, и иметь два колеса и шаровую опору.

робот лего на колесах

Далее нам нужно будет выбрать двигатели для нашего робота, чтобы обеспечить передвижение и работу захватов.

Сборка платформы для робота на колесах без моторов и программируемого блока

 

legoteacher.ru