بيت إزالة ما نوع المحركات المستخدمة في الروبوتات؟ المحركات الهوائية والهيدروليكية

إزالة

ما نوع المحركات المستخدمة في الروبوتات؟ المحركات الهوائية والهيدروليكية

قبل عامين، عندما بدأت العمل على طائرات متعددة المروحيات لأول مرة، كان علي أن أصنع واحدة صغيرة. نظرًا لأن المقصود من الطائرة الرباعية أن تكون مستقلة تمامًا، فكل ما كان مطلوبًا من جهاز التحكم عن بعد هذا هو التحكم في الطائرة بدون طيار أثناء الاختبار والإعداد.

من حيث المبدأ، تعامل جهاز التحكم عن بعد مع جميع المهام الموكلة إليه بنجاح كبير . ولكن كانت هناك أيضًا عيوب خطيرة.

البطاريات لم تتناسب مع العلبة، لذلك اضطررت إلى ربطها بالعلبة بشريط كهربائي :)
تم ضبط المعلمات باستخدام أربعة مقاييس الجهد، والتي تبين أنها حساسة للغاية لدرجة الحرارة. قمت بتعيين بعض القيم في الداخل، والخروج - وهي مختلفة بالفعل، لقد طفت بعيدا.
يحتوي Arduino Nano الذي استخدمته في جهاز التحكم عن بعد على 8 مدخلات تناظرية فقط. أربعة كانوا مشغولين بضبط مقاييس الجهد. كان مقياس الجهد واحدًا بمثابة غاز. تم توصيل مدخلين بعصا التحكم. بقي مخرج واحد فقط مجانيًا، وكان هناك العديد من المعلمات التي يجب تكوينها.
عصا التحكم الوحيدة لم تكن طيارًا على الإطلاق. كان التحكم في دواسة الوقود باستخدام مقياس الجهد محبطًا للغاية أيضًا.
ولم يصدر جهاز التحكم عن بعد أي أصوات، وهو أمر مفيد للغاية في بعض الأحيان.

للتخلص من كل هذه العيوب، قررت إعادة تصميم جهاز التحكم عن بعد بشكل جذري. كل من جزء الأجهزة والبرمجيات. إليك ما أردت أن أفعله:

اصنع حقيبة كبيرة حتى تتمكن من حشو كل ما تريده الآن (بما في ذلك البطاريات) فيه، وما تريده لاحقًا.
حل المشكلة بطريقة أو بأخرى باستخدام الإعدادات، وليس عن طريق زيادة عدد مقاييس الجهد. بالإضافة إلى ذلك، أضف القدرة على حفظ المعلمات في جهاز التحكم عن بعد.
اصنع ذراعي تحكم، كما هو الحال في وحدات التحكم التجريبية العادية. حسنا، وضع المقود أنفسهم الأرثوذكسية.

مبنى جديد

الفكرة بسيطة للغاية وفعالة. قطع من زجاج شبكي أو غيره مادة رقيقةلوحتين وربطهما بالرفوف. يتم إرفاق محتويات العلبة بالكامل إما باللوحة العلوية أو السفلية.

الضوابط والقوائم

للتحكم في مجموعة من المعلمات، تحتاج إما إلى وضع مجموعة من مقاييس الجهد على جهاز التحكم عن بعد وإضافة ADC، أو إجراء جميع الإعدادات من خلال القائمة. كما قلت من قبل، الإعداد باستخدام مقاييس الجهد ليس دائمًا فكرة جيدة، ولكن لا يجب أن تتخلى عنه أيضًا. لذلك، تقرر ترك أربعة مقاييس الجهد في جهاز التحكم عن بعد وإضافة قائمة كاملة.

للتنقل عبر القائمة وتغيير المعلمات، عادة ما يتم استخدام الأزرار. اليسار، اليمين، أعلى، أسفل. لكنني أردت استخدام برنامج التشفير بدلاً من الأزرار. حصلت على هذه الفكرة من وحدة تحكم الطابعة ثلاثية الأبعاد.

بالطبع، بسبب إضافة القائمة، تم توسيع رمز التحكم عن بعد عدة مرات. في البداية، أضفت ثلاثة عناصر قائمة فقط: "القياس عن بعد"، و"المعلمات"، و"معلمات المتجر". تعرض النافذة الأولى ما يصل إلى ثمانية مؤشرات مختلفة. حتى الآن أستخدم ثلاثة فقط: طاقة البطارية والبوصلة والارتفاع.

في النافذة الثانية، تتوفر ستة معلمات: معاملات وحدة التحكم PID للمحاور X/Y وZ وزوايا تصحيح مقياس التسارع.

العنصر الثالث يسمح لك بحفظ المعلمات في EEPROM.

عصي التحكم

لم أفكر طويلاً في اختيار أذرع التحكم التجريبية. لقد حدث أنني حصلت على أول عصا تحكم Turnigy 9XR من زميل لي في مجال الطائرات الرباعية - ألكسندر فاسيليف، صاحب موقع الويب الشهير alex-exe.ru. لقد طلبت الثانية مباشرة من Hobbyking.

تم تحميل عصا التحكم الأولى بنابض في كلا الإحداثيات - للتحكم في الانعراج والميل. والثاني الذي أخذته كان هو نفسه، حتى أتمكن بعد ذلك من تحويله إلى عصا تحكم للتحكم في الجر والدوران.

تَغذِيَة

في جهاز التحكم عن بعد القديم، استخدمت منظم الجهد البسيط LM7805، والذي تم تغذيته بمجموعة من 8 بطاريات AA. خيار غير فعال بشكل رهيب، حيث تم إنفاق 7 فولت على تسخين المنظم. 8 بطاريات - لأنه لم يكن هناك سوى مثل هذه الحجرة في متناول اليد، وLM7805 - لأنه في ذلك الوقت بدا لي هذا الخيار هو الأبسط، والأهم من ذلك، الأسرع.

قررت الآن التصرف بشكل أكثر حكمة وقمت بتثبيت منظم فعال إلى حد ما على LM2596S. وبدلا من 8 بطاريات AA، قمت بتثبيت حجرة لبطاريتين LiIon 18650.

نتيجة

وبجمع كل شيء معًا، حصلنا على هذا الجهاز. عرض من الداخل.

ولكن مع إغلاق الغطاء.

الغطاء الموجود على أحد مقياس الجهد والأغطية الموجودة على أذرع التحكم مفقودة.

وأخيرًا، فيديو حول كيفية ضبط الإعدادات من خلال القائمة.

خلاصة القول

يتم تجميع جهاز التحكم عن بعد فعليًا. أعمل الآن على وضع اللمسات النهائية على الكود الخاص بجهاز التحكم عن بعد والطائرة الرباعية لإعادتهما إلى صداقتهما القوية السابقة.

أثناء إعداد جهاز التحكم عن بعد، تم تحديد أوجه القصور. أولاً، الزوايا السفلية لجهاز التحكم عن بعد تقع بين يديك: (سأقوم على الأرجح بإعادة تصميم اللوحات قليلاً، وتنعيم الزوايا. ثانيًا، حتى شاشة مقاس 16 × 4 لا تكفي لعرض جميل للقياس عن بعد - لا بد لي من تقصير المسافة سأقوم في الإصدار التالي من الجهاز بتثبيت شاشة نقطية أو مصفوفة TFT على الفور.

المحرك هو آلية لمعدات التحكم في القيادة العمليات التكنولوجيةباستخدام الإشارات الكهربائية أو الهوائية أو الهيدروليكية. هذا جزء مهم في الروبوتات. تؤثر محركات الأقراص المستخدمة في الروبوتات على جدواها وأدائها. لذلك، سنلقي نظرة في هذه المقالة على محركات الأقراص السبعة الأكثر شيوعًا التي يمكن تجهيزها بالروبوتات لأغراض مختلفة.

محرك بتيار مستمر بدون فرش

لنبدأ بالمحركات الكهربائية. تعد المحركات بدون فرش أو بدون فرش أحد أنواع المحركات التي تكتسب شعبية في مجال الروبوتات. كما يوحي الاسم، فإن هذا النوع من المحركات لا يستخدم فرشًا للتبديل، ولكن بدلًا من ذلك يتم تبديله إلكترونيًا. يعتمد مبدأ تشغيل هذا المحرك على تفاعل المجالات المغناطيسية بين المغناطيس الكهربائي والمغناطيس الدائم. عندما يتم تنشيط الملف، ينجذب القطبان المتقابلان للعضو الدوار والجزء الثابت إلى بعضهما البعض. تُستخدم هذه المحركات في أي روبوت تقريبًا.

مزايا BDP هي كما يلي:

سرعة الاستجابة بالنسبة لخصائص عزم الدوران؛
سرعة دوران أعلى؛
خصائص ديناميكية عالية.
على المدى الطويلخدمات؛
عملية هادئة.

عيوب:

وحدة تحكم في السرعة معقدة ومكلفة؛
لا يعمل بدون الالكترونيات.

محرك متزامن

يحتوي هذا المحرك على دوار يدور بشكل متزامن مع مجال أو تيار متذبذب. تتمتع المحركات المتزامنة بالعديد من المزايا مقارنة بالمحركات الأخرى. بادئ ذي بدء، ينطبق هذا على مؤشرات الطاقة. تُستخدم محركات الأقراص هذه في الروبوتات الصناعية المصنعة ذات سعة تحميل متوسطة وعدد درجات الحرية من 3 إلى 6. وتصل دقة تحديد موضع المحرك الكهربائي إلى قيم تصل إلى ± 0.05 مم. يتم استخدامها في كل من أوضاع التشغيل الموضعية والكفافية.

المزايا:

كفاءة عالية
سهولة التجميع وخصائص التعديل الجيدة؛
إن فائدة استخدام محرك متزامن للآليات التي لا تتطلب التحكم في السرعة أمر واضح.

عيوب:

يعد استخدام المحرك المتزامن أمرًا صعبًا إذا كانت الآليات تحتوي على كتل كبيرة من دولاب الموازنة، حيث يكون من الضروري أن يكون لديك محرك قابل للتعديل أو مزدوج؛
ليس لديه عزم دوران أولي. وبالتالي، لبدء تشغيله، من الضروري تسريع الدوار باستخدام عزم دوران خارجي إلى سرعة دوران قريبة من التزامن.

محرك غير متزامن

يعد هذا المحرك الكهربائي لتحويل الطاقة الكهربائية AC إلى طاقة ميكانيكية مفيدًا أيضًا لعدد من الأسباب. مصطلح "غير متزامن" في حد ذاته يعني غير متزامن. وهذا يعني أن هذه المحركات لها سرعة دوران المجال المغنطيسييكون الجزء الثابت دائمًا أكبر من سرعة الجزء الدوار. تعمل المحركات غير المتزامنة على طاقة التيار المتردد.
يُستخدم هذا النوع من المحركات بشكل أساسي لتشغيل العجلات الدافعة للسيارة، وبالتالي يمكن أن يجد مكانًا له في الروبوتات ذات العجلات. إن توفر أشباه الموصلات عالية الطاقة جعل من العملي استخدام محركات تحريضية أبسط تعمل بالتيار المتردد.

المزايا:

البساطة والموثوقية بسبب عدم وجود جامع.
تكلفة منخفضة
وزن منخفض بشكل ملحوظ
أبعاد أصغر.

عيوب:

قد ترتفع درجة حرارته، خاصة تحت الحمل؛
عدم القدرة على الحفاظ على سرعة دوران مستقرة.
آلية الزناد صغيرة نسبيا.

محرك السائر

محرك السائر - القيادة، في مؤخراكثيرا ما تستخدم في الروبوتات. والفرق الرئيسي بينها وبين جميع أنواع المحركات الأخرى هو طريقة الدوران. كما تعلمون، فإن المحركات المذكورة سابقا تدور بشكل مستمر. لكن محركات السائر تدور في "خطوات". تمثل كل خطوة جزءًا من الدوران الكامل. يعتمد هذا الجزء على التصميم الميكانيكي للمحرك وطريقة التحكم.

يعد استخدام المحركات السائرية أحد أبسط وأرخص وأسهل الحلول لتشغيل أنظمة تحديد المواقع الدقيقة. ولذلك، غالبا ما تستخدم هذه المحركات في آلات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي والروبوتات.

المزايا:

الميزة الرئيسية هي دقة العمل. عندما يتم تطبيق الإمكانات على اللفات، فإن المحرك سوف يدور بدقة بزاوية معينة؛
تكلفة منخفضة
مناسب لأتمتة الآليات والأنظمة الفردية حيث لا توجد حاجة إلى ديناميكيات عالية.

عيوب:

هناك مشكلة "انزلاق" الدوار مع زيادة الحمل على العمود؛
حد الخطوة (الحد الأقصى 1000 دورة في الدقيقة).

مضاعفات

هذا هو نوع من المحركات الكهروميكانيكية التي لا تدور بشكل مستمر، مثل المحركات السائر، ولكنها تتحرك على إشارة إلى موضع معين وتحافظ عليه حتى الإشارة التالية. يجد تطبيق واسعفي مختلف قطاعات الروبوتات - من الآليات محلية الصنع إلى أجهزة android المعقدة.

تستخدم الماكينات آلية ردود الفعل للتعامل مع الأخطاء في تحديد المواقع وتصحيحها. يسمى هذا النظام بنظام التتبع. إذا وضعت بعض القوة ضغطًا على المشغل لتغيير موضعه، فسيطبق المحرك قوة في الاتجاه المعاكس لتصحيح الخطأ الناتج. وبالتالي، يتم تحقيق دقة تحديد المواقع العالية.

المزايا:

أكثر سرعة عاليةتناوب؛
قوة عالية
يكون موضع الآلية مرئيًا دائمًا ومتاحًا للتعديل.

عيوب:

نظام الاتصال والتحكم المعقد.
يتطلب خدمة مؤهلة؛
تكلفة عالية.

محرك هوائي

محرك يقوم بتشغيل الآلات باستخدام طاقة الهواء المضغوط. المكون الرئيسي هنا هو الضاغط. يدخل الهواء المضغوط بواسطة الضاغط إلى الخطوط الهوائية، ومن ثم إلى المحرك الهوائي. نظرا لعدم وجود وسيلة لزجة، يمكن أن تعمل هذه المحركات بتردد أعلى - يمكن أن تصل سرعة دوران المحرك الهوائي إلى عشرات الآلاف من الثورات في الدقيقة.
يتم استخدام هذا النوع من المحركات بشكل متزايد في الروبوتات، حيث يتميز بسلاسة ودقة تشغيل منخفضة. من الأكثر عقلانية استخدامه للآليات ذات الحالتين - التراجع والطرد أو الإغلاق والفتح.

المزايا:

البساطة والاقتصاد.
لا يقتصر سائل العمل على حجم معين ويمكن تجديده في حالة التسرب؛
بدلا من الضاغط، يمكنك استخدام اسطوانة غاز مضغوطة، مما يبسط بناء نظام هوائي؛
أقل حساسية للتغيرات في درجات الحرارة بيئة.

عيوب:

كفاءة أقل
ارتفاع تكلفة الطاقة الهوائية مقارنة بالطاقة الكهربائية؛
تسخين وتبريد الغاز العامل في الضواغط، مما قد يؤدي إلى إمكانية تجميد الأنظمة أو على العكس من ذلك، تكثيف بخار الماء من الغاز العامل.

محرك هيدروليكي

إذا كان يجب أن يعمل الروبوت بأحمال تزيد عن 100 كجم، فيجب عليك التفكير في استخدام محرك هيدروليكي. يستخدم هذا النوع من المحركات للدفع الهيئة التنفيذيةيستخدم السائل. يتكون مبدأ تشغيل المحرك الهيدروليكي من مضخة تعمل على خلق ضغط لسائل العمل في خط الضغط المتصل بالمحرك الهيدروليكي. يقوم المحرك بتحويل ضغط السوائل إلى ضغط ميكانيكي. وفي الوقت نفسه، تتحكم الجهات التنظيمية في سرعة واتجاه حركة المحرك الهيدروليكي.
تُستخدم محركات الأقراص هذه بشكل أساسي في الروبوتات الصناعية. ولكن هناك حالات لاستخدامها في نماذج أولية أخرى، على سبيل المثال، في بنات أفكار DARPA الشهيرة - روبوت BigDog.

المزايا:

صغر الحجم والوزن.
أداء عالي - يولد قوة أكبر 25 مرة من مشغل هوائي مماثل الحجم؛
تنظيم القوة على نحو سلس.
درجة حرارة التشغيل- من -50 إلى +100 درجة مئوية.

عيوب:

في ضغط دم مرتفعتسرب السوائل المحتملة.
ارتفاع تكلفة المعدات والصيانة؛
استهلاك الطاقة المستمر.
من الصعب مراقبة دقة العمل.

كانت هذه هي الأنواع الأساسية من المحركات الأكثر استخدامًا في الروبوتات الحديثة.

السمة المميزة لمحركات الروبوت هي وجود التحكم. وهذا يعني أن نظام التحكم يجب أن يزود المخرجات بالمعلمة المحددة بأكبر قدر ممكن من الدقة: عزم الدوران، والسرعة، والموضع، والتسارع. في بعض الأحيان يكون الجمع بينها ممكنًا، على سبيل المثال، أنظمة التحكم ذات السرعة وخطوط الموضع شائعة، وبعضها لديه القدرة على الحد من عزم الدوران، بالإضافة إلى ضبط التسارع (عادةً البداية والنهاية).

في بلدنا، تتعامل الشركات التالية مع محركات الأقراص:

لا أفكر في العديد من الشركات التي تبيع المحركات الحثية. محركات الأقراص الأكثر سهولة هي من NPF Elektroprivod، ولكن هذا النطاق، كما سنرى لاحقًا، لا يغطي احتياجات الروبوتات المتنقلة. أولاً، دعونا نلقي نظرة على أنواع محركات الأقراص المتوفرة (باستخدام منتجات NPF Elektroprivod كمثال):

1. محرك السائر. هذا هو النوع الأسهل للتحكم، وعزم الدوران العالي، ويمكن الوصول إليه ورخيص الثمن، والذي في أبسط الحالات لا يتطلب ردود فعل. عيوبه الرئيسية هي:

احتمال تخطي الخطوات تحت الحمل

الترددات الرنانة وخطوات التخطي المصاحبة لها

الديناميكيات المحدودة، عند تجاوزها، يتم تعطيل الحركة المتزامنة.

هذا هو نوع محركات الأقراص الذي يجب أن تبدأ به، لأنها تتمتع بعناصر تحكم بسيطة وتتوفر كمحركات جاهزة وأنظمة تحكم، بالإضافة إلى دوائر تشغيل + مفاتيح مطورة لا تشغل مساحة كبيرة على اللوحة.

تجدر الإشارة إلى ظهور محركات السائر "الذكية"، حيث يتم دمج التحكم بالفعل (وفي بعض الأحيان يكون هناك تعليقمما يزيد من الديناميكيات). لكنها باهظة الثمن بشكل غير معقول على الإطلاق.

1.FL20STH، FL28STH

- عزم الدوران: من 0.18 إلى 1.2 كجم (دعني أذكرك، 9.88 كجم = 1 نيوتن متر)

التكلفة: حوالي 1000 فرك.

تيارات الطور من 0.6A إلى 0.95 A

شفة 20 أو 28 مم (في تسمية المحرك، الأرقام الأولى هي حجم الحافة، STH تعني عزم الدوران العالي، ثم يأتي طول المحرك، ثم من خلال اندفاعة يكون التعيين 2804، حيث 280 هو 2.8 أمبير، تيار الطور ، 4 عدد الدبابيس، مثال FL57STH56-2804 )

الطول من 30 ملم إلى 51 ملم

4 و 6 دبابيس

هذه الوحدة هي واحدة من محركات السائر الأكثر إحكاما. هذه المحركات لا تكاد تكون مناسبة لحركة الروبوت، ولكنها جيدة جدًا للمشغلات. استخدمناها لتحريك الناقلات. لقد واجهنا مشكلة مع ارتفاع درجة حرارة المحرك، والتي تم حلها عن طريق ضبط تيار المحرك بشكل أكثر دقة. (المزيد عن هذا لاحقًا).

2. FL35ST، FL39ST

- لحظة ثابتة 0.5 -2.9 كجم * سم

التكلفة: حوالي 900 فرك.

تيارات الطور من 0.16A إلى 0.65 A

الطول من 20 ملم إلى 38 ملم

4 و 6 دبابيس

نوع آخر من السائر المدمجة. يتميز هذا الطراز بطوله القصير، 20 مم - وهي أقصر محركات السفر في المجموعة. لم أستخدم هذا النموذج. ولكن هذا هو بالضبط الخيار عندما تكون هناك حاجة إلى طول محرك قصير للعمليات المساعدة.

- عزم الدوران يصل إلى 4.4 كجم * سم،

التكلفة من 900 إلى 1100 روبل

الطول من 25 إلى 61 ملم

تيارات الطور: من 0.3A إلى 1.68A

4 و 6 دبابيس

أحد نماذج المحركات الأكثر شعبية. بهذه الطريقة يكون من الممكن تمامًا قيادة سيارتك وتنفيذ العمليات المساعدة. يسمح نطاق تيارات الطور باستخدامه جنبًا إلى جنب مع المجموعة الرخيصة L293 + L298، إذا كنا نتحدث عن التحكم المدمج في اللوحة (وليس هناك حاجة إلى أي شيء آخر هنا).

4. FL57ST و FL57STH.محركات السائر الهجينة. تم تسميتها بهذا الاسم بسبب الإضافات الموجودة في المغناطيس والتي تزيد من عزم الدوران. اسمحوا لي أن أذكرك أن عزم الدوران يعتمد على التيار في الملف وعلى قوة المغناطيس الدائم.

- نظائرها من DSHI-200، كر. لحظة 2.88-18.9 كجم * سم

من الممكن تحديد السرعة عن طريق EMF الخلفي. قد يكون مفيدًا للحلول منخفضة التكلفة والمفتوحة.

تحكم في السرعة PID.

في الإصدار الذي يحتوي على محيط الموضع، يتوفر تعديل خصائص السرعة (شبه المنحرف).

سيكون هناك مقال كبير في هذا المنتدى يحتوي على الكود ومناقشة المزايا والعيوب. تجدر الإشارة إلى أن إصدار حلقة السرعة له بروتوكول خاص به، لذلك كان علينا كتابة تطبيق له.

خاتمة: تسمح DPTs بزيادة ديناميكيات الروبوت المتنقل. جنبا إلى جنب مع هذا، فإن سعر الإصدار ينمو أيضا. تظهر الممارسة أن التوفير في المحرك هو الخيار الأسوأ.

الماكينات:

وحدة أخرى من فئة النمذجة. في الداخل، كقاعدة عامة، لديهم نفس DPT، يتم إجراء ردود الفعل في شكل المقاوم المتغير. يستخدم للحركات الدقيقة لمشغلات الروبوت. وصف الرفيق ديهالت قضايا الإدارة بالتفصيل في مقالته. لقد وصف أيضًا بشكل مثالي كيفية التحكم في العديد من الماكينات في وقت واحد باستخدام مؤقت واحد. دعونا نلقي نظرة على مثال MG995 (متوفر على موقع Dealextreme.com مقابل 290 روبل).

- جهد الإمداد - من 4.5 إلى 6 فولت

عزم الدوران يصل إلى 1 نيوتن متر.

علبة التروس المعدنية.

زاوية الدوران هي 180 درجة.

تيارات الاستهلاك - ما يصل إلى 400 مللي أمبير.

اشترينا العديد من هذه الأشياء دفعة واحدة لأنها كانت رخيصة. مشينا لمدة شهر تقريبًا. العيب هو انتشار المعلمات. مع نفس قيمة دورة العمل، يمكن أن يكون للماكينات المختلفة زوايا دوران مختلفة. بالنسبة لإمدادات الطاقة، عادةً ما أقوم بتثبيت مصدر منفصل من 5 فولت إلى 3 أمبير، على سبيل المثال مثل هذا:

- دخل 18-36 فولت، مخرج 5 فولت

التيار يصل إلى 3A

حماية ضد قصر الدائرة وانعكاس القطبية

التصفية حسب الطعام

التكلفة 400 فرك.

تركيب اللوحة

لقد قمت باختباره على 8 ماكينات MG995 بدون تحميل و 4 مع حمولة كاملة. هناك ما يكفي من الناتج الحالي.

ينتمي Servo MG995 إلى فئة الطاقة المتوسطة مناسبات خاصةأعتقد أن النموذج التالي سيكون مفيدًا:

الحجم: 67.9 × 30.2 × 56 ملم
السرعة (4.8 فولت): 0.20 ثانية/60 درجة
السرعة (6 فولت): 0.16 ثانية/60 درجة
الحد الأدنى لعزم الدوران (4.8 فولت): 22 كجم*سم
الحد الأقصى لعزم الدوران (6 فولت): 25 كجم * سم
الجهد: 4.8 - 6 فولت
التكلفة حوالي 1200 فرك.
لم يسبق لي أن رأيت مؤازرة أكثر قوة، فقد استخدمناها في عام 2018، وهي تحتوي على علبة تروس بلاستيكية.

نطاق الماكينات واسع جدًا. الشركات المصنعة الرئيسية: هايتيك، فوتابا، روبو، تاور برو. Futaba هو نوع أكثر تكلفة وعالي الجودة من محركات الأقراص. الأكثر سهولة والأرخص هي Hitec و TowerPro.

خاتمة: تعتبر الماكينات مشغلًا يمكن الوصول إليه ورخيصًا نسبيًا ويسهل التحكم فيه. إمدادات الطاقة الرخيصة متاحة لهم.

خاتمة: لقد قمت بمراجعة معظم محركات الأقراص التي واجهتها. لكن المقالة لا تتضمن فئة من المحركات بدون فرش، والتي ليس لدي خبرة بها. BLDC هي الخطوة التاليةدفع التنمية. يتم الآن التحول إليهم بنشاط في الأتمتة والروبوتات بسبب عدم وجود مجموعة فرشاة، ونتيجة لذلك، زيادة الموارد. ومع ذلك، فإن إدارتها أكثر صعوبة بالفعل. أعتقد أنه بعد مرور بعض الوقت سيتم أيضًا وصف هذا النوع من محركات الأقراص في المقالة.

الروبوتات والإبداع أنظمة مختلفةتحظى الأتمتة باهتمام كبير ليس فقط بين المحترفين، ولكن أيضًا بين هواة الراديو المبتدئين.
وقد أثر النمو السريع للتكنولوجيا السوق الحديثةمكونات الراديو الإلكترونية. تتيح لك مجموعة كبيرة من وحدات التحكم الدقيقة وأجهزة الاستشعار والمرحلات ولوحات التوسيع، مثل المصمم، إنشاء حل تقني معقد في المنزل.
إذا كان من الضروري في السابق إنشاء وتنفيذ نظام Smart Home، الاتصال بالشركات المتخصصة، الآن يمكن تجميع معظم العناصر بشكل مستقل. روبوتات الهواة لا تتخلف عن التصاميم الصناعية. سيسافر الروبوت المنزلي المجمع على طول مسار معين، وسيتم شحنه من لوحة شمسية، وقياس درجة الحرارة/الرطوبة في البيئة، والتقاط صور للمنطقة. وهذا بعيد عن ذلك القائمة الكاملةما يمكن إضافته، ولكن هذا النموذج مشابه بالفعل في الوظيفة والمنطق، على سبيل المثال مركبة فضائيةكيوريوسيتي، الذي يستكشف كوكب المريخ.
في الوقت الحاضر، بدأت دوائر الهندسة الراديوية في إحياء مرة أخرى، حيث يتقن جيل الشباب الروبوتات بتوجيه من المعلمين ذوي الخبرة. هذا ليس مجرد ترفيه، ولكنه أيضًا عمل عقلي كبير يتطلب معرفة بالرياضيات والفيزياء وعلوم الكمبيوتر.
يمكن العثور على العديد من الأعمال على شبكة الإنترنت. البعض يستحق اهتماما خاصا:

دعونا نلقي نظرة على النقاط الرئيسية التي سنحتاجها عند تصميم الروبوت وتجميعه.

تخطيط الميزانية

يبدأ العمل على تصميم وتجميع الروبوت بتخطيط الميزانية. اعتمادا على الوظيفة واستخدامها القاعدة التقنيةيمكن أن تكون التكلفة النهائية للروبوت مرتفعة.
بالنسبة لمعظم المشاريع، لا يمكنك استخدام قطع الغيار الأصلية فحسب، بل أيضا نظائرها (نسخ). وهذا سوف يقلل بشكل كبير من تكلفة المشروع. يفضل الكثير من الناس طلب قطع الغيار من المتاجر الصينية عبر الإنترنت. تبدو تكلفة الطلب مع التوصيل المجاني أكثر جاذبية من شراء نفس الأجزاء، ولكن مع زيادة كبيرة في روسيا.

اختيار منصة الروبوت

المنصات الأكثر شيوعا وغير مكلفة هي بعجلاتو تتبع. هناك العديد من المكونات الجاهزة المتاحة لهذه المنصات، لذا فهي مثالية كمشروع بداية.
يمكن أن تحتوي المنصة ذات العجلات على أي عدد من العجلات. الأكثر شيوعا هي نماذج العجلات الثلاث والأربعة (2WD، 4WD). نظرًا لصغر مساحة التلامس مع السطح، قد تنزلق المنصة ذات العجلات.

يمكن استخدام الإطارات المطاطية لتقليل فقدان الجر.
لقد زادت القدرة عبر البلاد منصات تتبع. إنها تمنع الانزلاق ويمكنها التغلب على مختلف العوائق الاصطناعية والطبيعية. عيب المنصة هو التثبيت الميكانيكي المعقد.
الروبوتات ذات الأطرافيمكن أن تتحرك بثبات على الأسطح غير المستوية للغاية. لكن العيب الرئيسي لهذه المنصة هو تعقيد البرمجة والتكلفة النهائية العالية.
يقدم السوق الحديث العديد من الحلول الجاهزة للروبوتات الجوية. أنها تحظى بشعبية خاصة كوادكوبترو طائرات هليكوبتر.
تعتبر الروبوتات الجوية مثالية لمراقبة وتصوير الأسطح من الأعلى واستكشاف الأماكن التي يصعب الوصول إليها. تعمل بعض الشركات بنشاط على تطوير واستخدام المنصات الجوية لتوصيل البضائع. العيب الكبير في المنصة الجوية هو الفقدان الجزئي، وفي معظم الحالات، للهيكل بأكمله في حادث.

لزيادة الوظائف الأنواع الموجودةيتم استخدام المنصات أنواع مختلفة المتلاعبين. يمكن تجهيز المتلاعبين بواحدة أو عشر درجات فريدة من الحرية.
منصات المياهلا تستخدم على نطاق واسع. تستخدم أساسا في المجالات العلمية والصناعية.

اختيار محرك للروبوت

لدفع معظم المنصات التي تمت مناقشتها أعلاه، يلزم وجود محرك (محرك كهربائي). هذا جهاز يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. يعتمد اختيار المحركات على الطريقة التي يتحرك بها الروبوت.
مناسبة للمنصات ذات العجلات أو المجنزرة محرك تروس بتيار مستمر. علبة التروس في في هذه الحالةيسمح لك بضبط عزم الدوران. يسمح العمود الموجود على جانبي المحرك بتركيب جهاز تشفير، مما يساعد على تحديد زاوية الدوران والمسافة التي تقطعها العجلة. يتم حساب قوة المحرك بناءً على وزن الروبوت نفسه.

محرك السائريتحرك بخطوات متساوية يتم التحكم في محركات السائر عن طريق النبضات. يتم تحويل كل دفعة إلى الدرجة التي يحدث بها الدوران. هذا النوعيتم تثبيت المحرك في الروبوتات حيث تكون هناك حاجة إلى زاوية حركة دقيقة للغاية.
محرك مؤازريتكون من محرك DC وعلبة التروس والإلكترونيات ومقياس الجهد الدوار الذي يقيس الزاوية. زاوية الدوران حوالي 180 درجة. تُستخدم المحركات المؤازرة بشكل شائع في الأذرع الآلية والروبوتات ذات الأطراف.
من الناحية العملية، تحتوي العديد من نماذج الروبوت على أنواع مختلفةالمحركات. للتحكم المركزي، يتم استخدام محركات المحركات (Motor Shield).

اختيار وحدة تحكم المحرك (السائق)

ويستخدمون لتحويل إشارات التحكم منخفضة الطاقة إلى تيارات كافية للتحكم في المحركات سائقي السيارات (درع المحرك)
يمكن لسائق المحرك أن يشعر فقط بسرعة المحرك واتجاهه، ولكن لا يمكنه التحكم فيهما مباشرة بسبب خرج الطاقة المحدود. ولذلك، فإن استخدام محرك بدون متحكم غير ممكن. منطق سائقي السيارات الحديثة يسمح لك بالتحكم أنواع مختلفةالمحركات بشكل منفصل وفي وقت واحد. عند اختيار برنامج التشغيل، عليك الانتباه إلى الجهد المقنن والتيار.
تشير المواصفات عادةً إلى نطاق جهد الإدخال والتيار الذي تم تصميمه من أجله. على الرغم من أنظمة الحماية من التحميل الزائد المضمنة، لا ينبغي عليك توصيل محرك 5 فولت بوحدة تحكم 3 فولت.
يجب أن يتم اختيار وحدة التحكم (محرك المحرك) بعد تحديد واعتماد نوع المحركات المقرر تركيبها في الروبوت.

اختيار نظام التحكم

هناك عدة طرق للتحكم في الروبوت:

التحكم السلكي
أسهل طريقة للتحكم في الروبوت هي السلكية. يتم توصيل لوحة التحكم بالروبوت باستخدام كابل. لا يتطلب مكونات إلكترونية معقدة. العيب الكبير هو الحركة المحدودة. يعتمد نطاق التحكم كليًا على طول الكابل. الكابل الطويل جدًا سوف يتعطل ويتشابك باستمرار.

التحكم اللاسلكي

إشارة الأشعة تحت الحمراء

يتم استخدام جهاز التحكم عن بعد للتحكم في الروبوت. في بعض الحالات، يمكنك تكوين جهاز تحكم عن بعد خاص بالتلفزيون. يتم تثبيت مستشعر الأشعة تحت الحمراء على الروبوت، وهو متصل بوحدة التحكم الدقيقة وينقل إشارات التحكم إليه. تمامًا كما هو الحال عند استخدام جهاز التحكم عن بعد الخاص بالتلفزيون، يمكن التحكم في الروبوت على مسافة محدودة في خط الرؤية المباشر لمستشعر الأشعة تحت الحمراء.

بلوتوث

عند استخدام تقنية البلوتوث، يصبح التحكم بالروبوت ممكنًا باستخدام الأجهزة المتوافقة مع البلوتوث (الكمبيوتر اللوحي، الهاتف المحمول، الكمبيوتر). ليست هناك حاجة إلى أن تكون في خط رؤية مباشر لجهاز الإرسال، على الرغم من أن البلوتوث له نطاق تشغيل محدود (حوالي 10-15 مترًا).

يمكن التحكم بالروبوت من أي مكان يتوفر فيه الوصول إلى الإنترنت. ما عليك سوى توصيل وحدة wi-fi الخاصة بالروبوت بجهاز توجيه يمكنه الوصول إلى الإنترنت.

جي بي آر إس / نظام تحديد المواقع

يتم استخدام نظام تحديد المواقع لتحديد موقع الروبوت. باستخدام الملاحة، يمكنك حساب المسار والمسافة لنقطة الطريق.
توفر بطاقات GSM القدرة على إجراء واستقبال المكالمات من الهواتف الأخرى، وإرسال الرسائل القصيرة إلى رقم معين عند الضغط على زر معين. وهكذا، إرسال الرسائل القصيرة من هاتفك الهاتف المحمولسنكون قادرين على إرسال الأوامر إلى الروبوت عبر شبكة GSM. علاوة على ذلك، يمكن وضع الروبوت نفسه في أي نقطة توجد بها تغطية لشبكة GSM.

اختيار متحكم صغير

كما نعلم جميعًا، فإن وحدة التحكم الدقيقة عبارة عن دائرة كهربائية دقيقة مصممة للتحكم الأجهزة الإلكترونية. إنه كمبيوتر ذو شريحة واحدة قادر على الأداء نسبيًا مهام بسيطة. للتفاعل مع العالم الخارجيتم تجهيز وحدة التحكم الدقيقة بجهات اتصال يمكن من خلالها تشغيل الإشارة الكهربائية (1) أو إيقاف تشغيلها (0). يمكن استخدام الدبابيس لقراءة الإشارات الكهربائية القادمة من الأجهزة وأجهزة الاستشعار المختلفة.
تحتوي وحدات التحكم الدقيقة الحديثة على منظم جهد متكامل. يسمح ذلك لوحدة التحكم الدقيقة بالعمل على نطاق جهد واسع لا يتطلب منا توفير جهد التشغيل الدقيق.
هناك مجموعة كبيرة ومتنوعة من وحدات التحكم الدقيقة التي يمكن استخدامها، ولكن منصة أجهزة Arduino تُستخدم على نطاق واسع هذه الأيام.
نظرًا لتعدد المنصات والتكلفة المنخفضة والهندسة المعمارية المفتوحة وبساطة لغة البرمجة، أصبح Arduino يتمتع بشعبية كبيرة بين المبتدئين والمحترفين.
المشاريع الشائعة التي يتم فيها استخدام منصة Arduino هي البناء أنظمة بسيطةالأتمتة والروبوتات. باستخدام هذه المنصة، يمكنك تنظيم منزل ذكي، وبناء محطة طقس منزلية، وإتقان الروبوتات.

القياس عن بعد

تُستخدم جميع أنواع أجهزة الاستشعار لدراسة وقياس العالم المحيط بالروبوت. بمساعدتهم، يمكننا معرفة موقع الروبوت الخاص بنا، وتحديد المسافة إلى الأشياء، وقياس درجة الحرارة/الرطوبة/الضغط، والتقاط صورة للمنطقة، وما إلى ذلك.
ستعمل لوحة التوسيع المحددة بشكل صحيح على تبسيط عملية إضافة أنواع جديدة من أجهزة الاستشعار إلى حد كبير وستوفر لنا من الحاجة إلى تغيير المنطق المضمن في مرحلة التصميم.
دعونا نلقي نظرة على الأنواع الرئيسية من أجهزة الاستشعار التي تكون ميسورة التكلفة وسهلة البرمجة:

أجهزة استشعار الفضاء

مكتشف المدى بالموجات فوق الصوتية

يصدر مصدر الموجات فوق الصوتية إشارة نبضية، ويلتقط جهاز الاستقبال انعكاسات الإشارة من العوائق المختلفة. يتم تحديد المسافة إلى الكائن من خلال تحليل زمن الرحلة ذهابًا وإيابًا للإشارة. على عكس أجهزة تحديد المدى بالأشعة تحت الحمراء، لا يتأثر المستشعر بالموجات فوق الصوتية بمصادر الضوء أو لون العائق. جهاز قياس المدى بالموجات فوق الصوتية الأكثر شيوعًا لهواة الراديو هو HC-SR04. وهي قادرة على قياس مسافات تتراوح من 2 إلى 450 سم.

مستشعر المسافة بالأشعة تحت الحمراء

مبدأ التشغيل هو تحليل الأشعة تحت الحمراء المنعكسة لمستشعر LED من الأشياء المحيطة.
مصممة للتركيب في الأجهزة الميكانيكية لتحديد المسافة إلى الأجزاء المتحركة من الهيكل. يعد مستشعر المسافة الإلكتروني البصري Sharp GP2Y0A21YK0F مناسبًا للاستخدام في مشاريع الروبوتات. تتراوح مسافة الكشف من 100 إلى 550 سم، مما يمنع الروبوت من الاصطدام بأي عائق.

أجهزة استشعار الموقف

جيروسكوبسيسمح لك بتحديد موضع الجهاز وحركته في الفضاء: زوايا الدوران والتشذيب (الملعب)، مع التركيز على ناقل الجاذبية وسرعة الدوران. عند التحرك، يحدد التسارع الخطي و السرعة الزاويةحول محاوره X وY وZ ويعطي صورة كاملة للموقع.

الوحدة الأكثر شيوعًا تعتمد على شريحة MPU6050. تتكون الوحدة من مقياس التسارع والجيروسكوب ومستشعر درجة الحرارة.

أجهزة استشعار المناخ

مستشعر درجة الحرارة والرطوبة الرقمييسمح لك بقياس درجة الحرارة والرطوبة في البيئة.

أجهزة الاستشعار الأكثر شيوعا: . بالمقارنة مع مستشعر DHT11، يتمتع مستشعر DHT22 بدقة قياس عالية ويمكنه قياس درجات الحرارة أقل من 0.

مستشعر الضغطيسمح لك بالقياس الضغط الجوي. تشتمل أجهزة استشعار الضغط الأكثر تكلفة على مستشعر BMP180. يحتوي المستشعر على واجهة I2C بحيث يمكن توصيله بأي منصة من عائلة Arduino.

حساسات الغاز

محللات الغازتسمح لك بالكشف عن تسرب البروبان والبيوتان والميثان والهيدروجين. يمكن استخدامه أيضًا للتحكم في الدخان الداخلي. نتيجة للقياسات، يقوم المستشعر بإنشاء إشارة تناظرية تتناسب مع محتوى الغاز. تعتمد جودة القياسات على درجة الحرارة والرطوبة في البيئة. لديه هذه المجموعة من الخصائص الاستشعار مجموعة واسعةالغازات MQ-2.

أجهزة استشعار الضوء

مستشعر الضوءسيسمح للروبوت الخاص بنا بالتمييز بين النهار والليل، والطقس المشمس من الطقس الغائم، والظل من الضوء. مع التكوين الصحيح وتعديل مخطط الاتصال، سيسمح لك بتوجيه الألواح الشمسية للجهاز نحو الشمس.

كيفية اختيار المحركات المناسبة للروبوت ذو العجلات؟ ليس من السهل الإجابة على هذا السؤال بدقة في بداية بناء الروبوت. للقيام بذلك، تحتاج إلى معرفة وزن الروبوت، ولكن لم يتم بناؤه بعد. ومع ذلك، فإن الخصائص التقنية وأبعاد المحركات تؤثر بشكل كبير على المعلمات النهائية للروبوت المتنقل. من أجل الحصول على معلومات كاملةويجب أن يؤخذ في الاعتبار عزم الدوران والسرعة والقوة. بالنسبة للروبوت ذو العجلات، من الضروري أيضًا تحديد قطر العجلات وتحديد نسبة التروس الصحيحة لحساب سرعته.

عزم الدوران

عزم دوران المحرك هو القوة التي يؤثر بها على محور الدوران. لكي يتحرك الروبوت، يجب أن تكون هذه القوة أكبر من وزن الروبوت (معبرًا عنها بـ ن / م).

بعض الناس يستخدمونه بدلاً من المفهوم عزم الدوران، شرط عزم الدوران. في الأساس هو نفس الشيء. كلاهما لحظات، فقط في الهندسة، عزم الدوران هو الحمل الواقع على العجلة، وعزم الدوران هو الحمل في العلوم الهندسية ويسمى "قوة المواد"..

دعونا نفكر في نموذج مثالي مبسط للغاية للروبوت ذي العجلات.

في حالتنا، وزن الروبوت يساوي 1 كجمونريد تحقيق أقصى سرعة لحركتها 1 م / ثمع نصف قطر عجلة يساوي 20 ملم.

عند التحرك في خط مستقيم لمسافة 1 م، احسب التسارع اللازم للوصول إلى السرعة 1 م / ث.

حيث المسافة التي قطعها الروبوت، هي سرعته الأولية (نبدأ من مكان ما)،

أين هي سرعة الروبوت، هو تسارعه.

دعونا نستبدل القيم المقبولة في نموذجنا، نحصل عليها

م/ث 2

يتم حساب عزم الدوران المطلوب لتحريك الروبوت والحصول على التسارع المطلوب لتحقيق السرعة القصوى على النحو التالي:

متى تكون لحظة القصور الذاتي والتسارع الزاوي الذي نحصل عليه

هنا م/ث 2— تسارع السقوط الحر (حوله إلى 10)، — نصف قطر العجلة، — كتلة الروبوت بأكمله

استبدال القيم، نحصل على

م ن م

لتحويل القيمة المعبر عنها بـ N · m إلى كجم · سم، عليك أن تأخذ في الاعتبار أن 1H = 0.102 كجم و1 م = 100 سم. لذلك، 50 mN · · 50 0.102: 1000 * 100 = 0.51 كجم · سم.

يتم توزيع عزم الدوران الناتج بين محركي الروبوت ولا يزال يتعين تقسيمه على نسبة التروس المستخدمة (المزيد حول التروسيمكنك قراءتها).

قوة

لحساب القوة القصوى للمحركات، نحتاج إلى سرعة الدوران، والتي يتم التعبير عنها بالثورات في الدقيقة

(دورة في الدقيقة) =

أو بالراديان في الثانية

(راد / ث) =

عبر التردد الدائري

استبدال نصف قطر العجلة، نحصل على

راد / ث

دورة في الدقيقة.

تتناسب قوة المحرك مع عزم الدوران والسرعة:

باستبدال صيغ عزم الدوران والتردد هنا، نحصل على:

استخدام القيم الذاتية، نحصل على

مرة أخرى، حصلنا على الطاقة الإجمالية لجميع المحركات، في حالتنا يوجد محركان، لذلك نحتاج إلى قسمة النتيجة على اثنين، وكما هو الحال مع حساب عزم الدوران، إذا تم استخدام التروس، نقسمها على نسبة التروس.