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Motores e Transmissões
Os motores são provavelmente mais importantes componentes do robô de combate. Eles podem ser alimentados ou eletricamente, pneumática, hidráulica, ou a utilização de combustíveis como a gasolina. Um dos mais tipos utilizados é o atual escovado direta (DC) motor elétrico, porque pode atingir torques elevados, é facilmente alimentado por baterias, o seu controle de velocidade é relativamente simples, e sua direção de giro é facilmente revertido. Motores Brushless DC também são uma boa escolha, em especial porque não está tão caro como costumava ser. No entanto, a maioria dos controles de velocidade motor brushless não permitir que sejam revertida durante o combate, limitando seu uso para sistemas de armas, não como drivetrain motores. Há também outros tipos de motores elétricos, mas nem todos eles são usados em combate. Por exemplo etapa, Os motores têm, em geral, um torque relativamente baixo em relação ao seu próprio peso. E a velocidade da AC motores é mais difícil de controlar quando alimentado por baterias, que só pode fornecer directo corrente. Nas próximas seções, vamos nos concentrar nos dois motores brushed e brushless de velocidade, bem como sobre seus sistemas de transmissão.
5.1. Brushed Motors DC
Os três principais tipos de motores de corrente contínua escovado são o imã permanente (PM), derivação (paralelo), e séries. Os motores do tipo série são os utilizados como motores de partida, eles têm elevado torque de alta e velocidade máxima. Se não há carga no seu eixo, motores de arranque iria acelerar mais e mais até que eles se auto- destruir, é por isso que eles são perigosos. Em algumas competições podem ser proibidos por esse motivo. Elas são raramente utilizadas em drivetrain do robô, porque não é fácil inverter seu movimento, porém eles são uma boa escolha para armas poderosas que giram em apenas uma direção. Os motores DC PM e do tipo de derivação têm um comportamento similar, bem diferente do motor de arranque. Os PM são os mais utilizados, não só no sistema de movimentação, mas também ao poder weapons.They fixaram ímãs permanentes anexado ao seu corpo (como na foto na página ao lado, à esquerda), que faz o estator (a parte que não gira), e um rotor que possui diversos enrolamentos (figura central na próxima página). Esses enrolamentos gerar um campo magnético que, juntamente com o domínio da PM, gera torque no rotor. Para obter uma saída de torque aproximadamente constante, os contatos devem ser continuamente enrolamento de comutação, que é feito através da periferia do rotor e as escovas do estator (foto na página ao lado, à direita). Eletricamente, um motor DC pode ser modelado como uma resistência, uma indutância e uma fonte de energia, ligadas em série. O comportamento como fonte de energia é devida à força eletromotriz contrária, que é diretamente proporcional à velocidade do motor. A escolha dos melhores escovado motor DC depende de vários parâmetros, a exemplo que vem. Para descobrir o comportamento de um motor de corrente contínua escovado (ímã permanente ou derivação tipos), faz-se necessário saber 4 parâmetros:
- Vinput - a tensão aplicada aos terminais (medida em volts, V);
- Kt - o torque constante do motor, que é a relação entre o torque gerado pelo motor e aplicada corrente elétrica (geralmente medido em N ⋅ m / A, em ⋅ ozf / A ou lbf ft ⋅ / A)
- Rmotor - resistência elétrica entre os contatos do motor (medida em Ω), uma baixa resistência permite que o motor para desenhar uma corrente mais alta, aumentando o seu torque máximo;
- Ino_load - corrente elétrica (medida em ampères, A) desenhada por o motor a girar sem carga em seu eixo; pequenos valores médios pequenas perdas devido ao atrito do rolamento. As equações para um motor de corrente contínua escovado PM são: τ = Kt x (Iinput - Ino_load)
Kv = ω × (Vinput - Iinput × Rmotor) onde:
- τ - torque aplicado em um determinado momento (geralmente em N ⋅ m, ozf ⋅ ⋅ ou lbf ft);
- ω - velocidade angular do rotor (em rad / s, multiplique por 9,55 para obtê-lo em RPM);
- Iinput - corrente elétrica que o motor está puxando (em A);
- Kv - a velocidade constante do motor, que é a relação entre a velocidade do motor ea tensão aplicada, medida em (rad / s) / V, mas também pode ser calculado por Kv = 1 / Kt;
Apesar de negligenciar a indutância do motor, as equações acima são boas aproximações se a corrente não varia abruptamente. A energia elétrica é consumida Pinput = Vinput × Iinput, ea energia gerada é mecânico Poutput = τ × ω. Queremos a maior potência possível mecânica gastando o mínimo de energia elétrica, que pode ser quantificada pela eficiência η = Poutput / Pinput, o que resulta em um número entre 0 e
- Desde Kt × Kv = 1, o resultado das equações anteriores: entrada / saída sem carga _ entrada motor de entrada entrada entrada entrada P (II) (VRIPVI - ⋅ - ⋅) = η ⋅ 127 um motor ideal (que não existe na prática), não haveria perdas por atrito mecânico, resultando em Ino_load = 0, ea resistência elétrica será igual a zero, resultando em Rmotor = 0 e, nesse caso, η = 1 (100% de eficiência). Motores Real tem 0 ≤ η <1 (eficiência entre 0 e 100%). As curvas desenhadas mostrando corrente I (Iinput), ω a velocidade angular, potência de saída Poutput e eficiência η em função do torque τ aplicada ao motor em um determinado momento são ilustrados abaixo. As parcelas acima mostram que a velocidade máxima ωno_load acontece quando o eixo do motor é livre de cargas externas, com τ = 0, resultando em Iinput = Ino_load e, portanto, ωno_load = Kv × (Vinput - Rmotor × Ino_load) O valor máximo atual Istall acontece quando o motor está parado, com velocidade ω = 0, portanto Istall = Vinput / Rmotor, gerando o torque máximo possível para que o motor τstall = Kt x (Istall - Ino_load). Na prática, o motor não vai ver que muito atual, porque para além da resistência do enrolamento do motor, haverá as resistências da bateria e do sistema eletrônico. O real corrente máxima deve ser calculada a partir da resistência do sistema Rsystem Istall = Vinput / Rsystem Vinput = / (Rmotor + + Rbattery Relectronics) As equações anteriores também deve ter seu valor Rmotor ligado ao Rsystem real. Muitos fabricantes publicam suas fichas motor com base nos valores calculados utilizando Rmotor. Isto pode ser enganador, porque o real (inferior) o desempenho do motor terá obtido a partir de Rsystem. Como visto no gráfico, o valor máximo da energia mecânica Poutput acontece quando ω é aproximadamente igual à metade da ωno_load. Mais precisamente, diferenciando as equações anteriores, pode ser demonstrado que o máximo que acontece quando Poutput Iinput Vinput = / (2 × Rsystem) + Ino_load Por outro lado, a maior eficiência ocorre em geral entre 80% e 90% dos ωno_load, mais precisamente quando Iinput = Vinput ⋅ Ino carga _ / Rsystem.
5.1.1. Exemplo: Magmotor S28-
Vamos agora trabalhar para fora um exemplo utilizando as equações apresentadas. Considere o motor Magmotor S28-150 (foto à direita) conectada a uma bateria de 24V NiCd. Portanto Vinput = 24V, enquanto o motor tem Kt = 0.03757N ⋅ m / A, Rmotor = 0.064Ω e Ino_load = 3.4A. Além disso, Kv = 1/kT = 26,62 (rad / s) V / RPM = 254 / V. A resistência do motor, de fato, precisa ser adicionado à resistência da bateria (0.080Ω neste exemplo) e os resistência Eletrônica (cerca de 0.004Ω, mas isso depende do controlador de velocidade), resultando em Rsystem = 0,064 + 0,080 + 0,004 = 0.148Ω.
o que explica a relativamente baixa potência toweight ratio. Mas, mesmo desconsiderando que, a desempenho deste motor não é ainda demasiado elevado. O razão muitos construtores usá-lo é devido à sua conveniência, é facilmente montado no robô e ele é um dos poucos motores DC de alta potência que vem com um built-in caixa de velocidades. Há também uma versão do motor que com quase o mesmo peso, mas o dobro da potência, o NPC T74, porém esta versão não é tão fácil de encontrar. Cuidado devem ser tomados com a T64 e T74 NPC NPC artes (Foto à direita, com graxa vermelha), puderam romper com impactos graves se forem utilizados para armas de energia. Conforme recomendado pelo fabricante, use-os apenas como motores da unidade. Nosso thwackbot overhead middleweight Anubis é impulsionado por dois NPC T74, mas suas engrenagens 130 acabou quebrando depois impactos extremos. Isso não foi nenhuma surpresa, já que estávamos indiretamente com estes motores de acionamento de energia para a arma thwackbot cima. Depois de trocar as marchas, nós shockmounted os motores para a estrutura do robô, que resolveu o problema. Portanto, em sobrecarga thwackbots, que possuem armas que são alimentados pelo sistema de acionamento, é uma boa idéia para suspensão elástica os redutores. Nome Bosch GPB Bosch GPA D Pack-18V DeWalt Tensão (V) 24 12 12 (nominal) 24 Poutput_max (W) 1175 3561 282 946 Peso (kg) 3,8 1,5 3,5 0,5 Power Weight / 309 188 1017 1892 Istall / Ino_load 23 25 63 128 Kt (N ⋅ m / A) 0,061 0,042 0,020 0,0085 Kv (RPM / V) 167 229 485 1100 Rmotor (Ω) 0,13 0,121 0,00969 0,072 Ino_load (A) 8,0 3,9 2,6 19,6 Nome Etek Magmotor S28-150 Magmotor S28-400 NPC T64 (w / caixa) Tensão (V) 48 24 24 24 Poutput_max (W) 11.185 2.183 3.367 834 Peso (kg) 9,4 1,7 3,1 5,9 Power Weight / 1190 1284 1086 141 Istall / Ino_load 526 110 127 27 Kt (N ⋅ m / A) 0,13 0,86 0, 0,0464 Kv (RPM / V) 72 254 206 10 Rmotor (Ω) 0,016 0,064 0,042 0,16 Ino_load (A) 5,7 3,4 4,5 5,5 Um excelente motor para a condução middleweights é o Magmotor S28-150, é usado em robôs Titan e Touro. Um motor de boa arma para um middleweight seria o Magmotor S28-400, com 131 132 maior torque e potência, que usamos para poder tambor de Touro. Usando um único S28-150 ao poder a arma de um dos médios não é uma boa idéia, há uma boa chance de que ele irá superaquecer. Por isso, para girar o bar do nosso Titan middleweight, usamos 2 Magmotors S28- mecanicamente conectados em paralelo, agindo sobre a mesma engrenagem do eixo de arma. Note-se que o duas S28-150 motores resultado juntos em uma maior velocidade máxima (6.096 RPM, em vez de 4.944 rpm a 24V), torque stall (cerca de 28 em vez de 26.5Nm, em teoria) e poder (em vez de 6HP 4.5HP) do que um único S28-400, pesando apenas um pouco mais (£ 7,6 em vez de £ 6,9). Mas estamos pensando em mudar para um único S28-400, por três razões: duas S28-150 motores eléctricos ligados em paralelo vai chamar muito mais atual do que um único S28-400, se as barracas arma (que pode danificar as baterias), o S28-400 pode ser overvolted mais do que o S28-100, pois dissipa o calor melhor (Para compensar a menor velocidade resultante, torque e potência), e 6,7 de comprimento "da S28-400 vai economizar espaço dentro do robô, se comparado aos 8 "comprimento combinado dos dois S28-100. O motor D-Pack é um bom candidato para substituir o Magmotors, além de ser muito mais barato. No entanto, sua resistência elétrica é tão baixo que quase shorts as baterias e eletrônicos. Por isso, seu curso deve ser limitado se utilizados com os controladores de velocidade, caso contrário, há uma boa possibilidade de danificar os componentes eletrônicos, em especial, já que este motor é geralmente overvolted de 24V em vez do alimentado por sua 12V nominal. Se usado com solenóides de armas de energia, certifique-se que eles podem tomar as altas correntes envolvidas. Este motor é difícil encontrar, mesmo em os E.U.. O motor Etek é realmente impressionante. Pode entregar até 15HP (1HP = 745.7W), e pode fornecer alto torque e alta velocidade, ao mesmo tempo. É um pouco pesado demais para um middleweight: nós acabou por usá-lo em nosso fiandeiro
Ciclone, mas tivemos de ligá-lo somente em 24V, pois o adicional As baterias que seriam necessários para chegar a 48V faria o robô passar por cima de seu peso £ 120 limite. O super-pesado shell spinner Super Megabyte só precisa de um desses motores, alimentado em 48V, para girar sua concha pesada. A ousadia tem poucos construtores overvolted para 96V, mas limitador de corrente é altamente recomendado. Além da relação potência-peso máximo, um parâmetro que indica a qualidade de um motor é a relação Istall / Ino_load entre a máxima e sem carga correntes. Quanto maior a taxa, maior a corrente e, portanto, o torque do motor pode fornecer, com menores perdas de fricção associados Ino_load. Excelente motores têm um rácio superior a 50. O NPC T tem apenas 27, mas você deve levar em conta que sua Ino_load foi medido, incluindo a caixa de velocidades, o que contribui com significativa perdas por atrito. Sem o redutor, este Istall / relação Ino_load para o T64 NPC, provavelmente, chegar a 50. A Bosch GPA e GPB não são muito eficientes, a sua proporção é de cerca de 24. Os melhores motores são os D-Pack (com taxa de 63), Magmotors e DeWalt (em torno de 110 a 130), Etek e, com o surpreendente razão de 526 (que é apenas um valor teórico, uma vez que pressupõe que as baterias têm resistência zero e que eles podem repartir uma Istall de 3000 A menos de 48V). A poucos motores DC permitir a ímãs permanentes fixos em seu corpo para ser montado com uma deslocamento angular em relação a sua escova de caixas (geralmente cerca de 10 a 20 graus, isso depende o motor), que permite que você ajuste o seu calendário de fase. Se o motor é utilizado na movimentação de robôs sistema, que deveria ter timing neutro, em outras palavras, ele deve girar com a mesma velocidade em ambos os direções, ajudando um robô tanque de direcção para mover em linha reta. Mas se é usado para alimentar uma arma que só gira em uma direção, você pode avançar o timing para obter RPM normalmente algumas centenas de extra (Por outro lado, no outro sentido a velocidade do motor diminuiria). Para avançar no tempo, soltar os parafusos que prendem motor de seu corpo, sem poder carregar seu eixo, e um pouco girar sua organismo (quando os ímãs permanentes são anexados a) até o Ino_load corrente medida é máxima, e, em seguida, apertar o corpo de volta no lugar. Para timing neutro, girar o corpo até Ino_load é idêntico quando a fiação em ambas as direções. Quanto hobbyweights (£ 12, cerca de 5,4 kg), algumas opções baratas para o motoredutor sistema de transmissão são os dos fabricantes Pittman e Buehler, que pode ser encontrada em vários estaleiros de sucata. Nosso hobbyweight drumbot Tourinho originalmente utilizado, em 2006, 2 artes Buehler motores (com 300 gramas cada, cerca de £ 0,66), e os nossos hobbyweight cunha Puminha usado 4 Pittmans (Com 500 gramas cada, cerca de £ 1,10). Nós compramos os utilizados no Brasil por cerca de E.U. $ 10 a $ 15 E.U. cada um (após negociação). A maioria deles tem 12V de tensão nominal, no entanto, usei-os em 24V 3 minutos para jogos sem problemas de superaquecimento. Lembre-se que dobrando a tensão do poder é multiplicado por quatro. O único problema é que as engrenagens de pequeno porte pode quebrar devido à maior torques em 24V - nós quebramos um punhado de 12V Pittmans após abusar deles na batalha em 24V. O única maneira de saber se eles vão tomar as overvolting é de testá-los. Também é uma boa idéia sempre têm motores de reposição. Existem opções muito melhores para motoredutor hobbyweights, e os robôs ainda mais pesado do que os de Pittman e Buehler, porém eles geralmente precisam algumas modificações para chegar prontos para o combate. Fomos utilizando, para o sistema de movimentação em nosso hobbyweights, Integy Matrix Pro motores Torno, como na figura ao direito, adaptado às caixas Banebots que foram vez na sequência de recomendações Nick Martin, descrito na edição de Março de 2008 de Servo Magazine. Uma boa combinação para o sistema de acionamento de uma pena é uma grande caixa de velocidades Banebots ligado ao motor Mabuchi da RS-775. Para um leve, pode ser uma boa idéia de ir para 18V motores DeWalt, quer ligadas a caixas DeWalt ou os feitos
Rmotor, assim Istall = Vinput / Rsystem e, em seguida, calcular Rbattery = (Vinput / Istall) - Rmotor. Não deixe o motor parado por um longo tempo, ele vai sobreaquecer e, eventualmente, ficar danificados. Além disso, tome cuidado n mantendo-o, por exemplo, com uma C-braçadeira, Repita o procedimento acima, mas apoiar um fim do aperto de uma morsa escala ou primavera banco (com o vise grip na posição horizontal, ver o foto à direita). Então, a medida diferença entre os pesos com a motor parado e com ele desligado, e multiplicar este valor por um braço de alavanca da vise grip para obter o binário máximo de o motor, τstall. Por exemplo, se a escala lê 0,1 kg com o motor desligado (por causa do peso vise grip) e 0,8 kg quando está estagnou, eo braço de alavanca (distância entre o eixo do eixo do motor e do ponto no vise um aperto • Ino_load), você pode obter o torque do motor constante, calculando. •Porque Você pode obter o torque do motor constante, calculando
- Alternativamente, se você fosse capaz de medir ωno_load com um tacômetro ou carretel, então você pode calcular a velocidade do motor utilizando constante Kv = ωno_load / (Vinput - Rsystem × Ino_load). Verifique se o produto Kt × Kv é realmente igual a 1, representando Kt em N ⋅ m / A e Kv em (rad / s) / V. Este é uma verificação de redundância que reduz os erros de medição. Se você não fosse capaz de medir ωno_load, não há problema, basta calcular o Kv = 1 / Kt, tomando cuidado com as unidades físicas.
- Finalmente, depois de ter os valores de Vinput, Kt (e / ou Kv), Rsystem e Ino_load, você pode obter todos os outros parâmetros relacionados com o sistema de bateria + motor utilizando o equações apresentadas (não se esqueça de adicionar mais tarde, a resistência da eletrônica também).
Motores Brushless DC Um motor de corrente contínua sem escovas é um motor eléctrico síncrono alimentado por corrente contínua, com um sistema de comutação controlada eletronicamente em vez de um mecânico baseado em escovas. Similarl Parágrafo Escovado Motores de Corrente Contínua, Corrente e torque Relacionadas linearmente São Paulo, Bem Como A Tensão e corrida. Em um motor DC sem escovas, os ímãs permanentes girar, enquanto as bobinas da armadura permanecer estático. Com uma armação estática, não há necessidade de escovas. A comutação é semelhante ao de bruque podem danificar os ímãs permanentes. O seu principal disa velocidades. Mas, de alta qualidade motores escovados são comparáveis em eficiência 1,1 volts, será executado em 11.100 RPM nominal. inrunner s da série KB45, usado param da famosa companhia República Checa AXI, na foto acima. Nós também derramado motores DC, mas é realizado por um controlador eletrônico através de um circuito em estado sólido em vez de um comutador sistema de escova /. Comparados com os motores brushed DC, motores brushless têm maior eficiência e confiabilidade, redução de ruído, maior vida útil devido à ausência de escovas, a eliminação da radiação ionizante faíscas do comutador, ea redução da interferência eletromagnética. Os enrolamentos fixos não sofrem com as forças centrífugas. A potência máxima que pode ser aplicado a um motor DC sem escovas é muito alto, limita-se quase exclusivamente pelo calor, dvantage é de custo mais elevado, que tem vindo a diminuir devido à sua produção em massa, como o número de aplicações que envolvem os aumentos. A melhor eficiência de motores brushless mais queridos escovado é principalmente devido à ausência de elétrica e as perdas por atrito devido às escovas. Este aumento da eficiência dos motores brushless é maior sob baixas cargas mecânicas e de alta
eficiência com motores brushless sob altas cargas mecânicas, onde essas perdas são relativamente pequeno quando comparado com os torques de saída. Sua avaliação é a relativa kV constante da moto exemplo, um motor brushless 1000 kV, fornecido com 1 A maioria dos motores brushless são da inrunner ou tipos outrunner. Na configuração inrunner, o ímãs permanentes são montados sobre a fiação rotor, no núcleo motor. Três enrolamentos do estator são anexado à carcaça do motor, em torno do rotor e seus ímãs permanentes. A imagem à direita mostra uma brushles R RPM sem carga para a tensão de alimentação. Para o poder do tambor de fiação de nossa pluma Touro Feather. Na configuração outrunner, as bobinas são também parado, mas eles formam o núcleo do motor (Como pode ser visto no motor Turnigy na esquerda imagem), enquanto que os ímãs permanentes de spin em um pendendo rotor (pode "girar"), que circunda o núcleo. Outrunners normalmente têm mais pólos, criado em trios para manter os três grupos de enrolamentos, resultando em um maior torque e kV inferior inrunners. Outrunners geralmente permitem acionamento direto sem caixa, devido à sua torque velocidade inferior e superior. Devido ao seu diâmetro relativamente grande, eles não são uma boa opção para ser montada horizontalmente dentro de robôs perfil muito baixo. Lembre-se de deixar uma folga generosa todos em torno de um outrunner, para impedir a sua rotação externa pode tocar em nenhuma parte da estrutura do robô que pode ser dobrado durante o combate. Outrunners Popular brushless são os de Turnigy e mais caros fro
