Paso 11: ¿Cómo usted selecciona motor correcto para tu robot?
Elegir un motor adecuado para su tarea es una de las partes más importantes de la planificación de un proyecto de robótica. La buena noticia es que hay muchos tipos de motores para elegir y, según la broma, la mala noticia es que hay muchos tipos de motores para elegir.
Para seleccionar los motores eléctricos que puede caber para su proyecto debería considerar algunas importantes especificaciones del motor:
- Esfuerzo de torsión
- Velocidad
- Precisión y exactitud
- Tensión
- Costo
- Factor de forma
Esfuerzo de torsión es una medida de la capacidad del motor para proporcionar una "fuerza de giro". En un robot, el par motor se transmite a una rueda o una palanca, que luego hace que el robot mover la palanca para levantar, empujar o jalar algo. Esfuerzo de torsión se mide en términos de fuerza veces la distancia perpendicular entre la fuerza y el punto de rotación, es decir, el eje del motor. Generalmente se da en términos de pulgadas de onza (oz-pulgadas), gram-centímetros (gm-cm) o pies-libras (pies-lbs). Onza-pulgadas (oz-in) es la más común.
Calcular el par necesario es una tarea difícil. Necesitamos saber la masa de la carga/rover y la fricción con el fin de determinar el esfuerzo de torsión para la selección del motor. Obtener una estimación de la masa (o mejor aún una masa real) es crítico para elegir un motor. Si está diseñando basado en una estimación de la masa se debe aplicar un buen margen para la distensión masiva. La fricción es una fuerza que se opone al movimiento entre dos superficies en contacto con uno otro. Tenga en cuenta la fricción estática, fricción de deslizamiento y fricción del balanceo para medir con precisión el par.
Para conducir el robot, el par del motor debe superar como mínimo el par externo de la fuerza de fricción actúa en el radio de la rueda. Utilice la siguiente ecuación para encontrar el par requerido:
T = 8 x C x W x D
donde:
- T es el par en oz-in
- C es el coeficiente de fricción
- W es el peso en libras
- D es el diámetro de la rueda en pulgadas
La fricción varía de la 0.001 a 0.03. Por ejemplo, para un C = 0.03, el par de apriete mínimo para mover un robot de 5 lb con 4 ruedas de diámetro sería:
T = 8 x 0,03 x 5 lb x 4 en = 4,8 oz-en
Un motor puede mantener una velocidad constante sólo si el par es mayor que las fuerzas combinadas en contrario del movimiento del robot. En caso de que el par motor es más pequeño que el par de oposición, el motor se detiene y puede dañarse ya que la energía eléctrica no se puede convertir en esfuerzo de torsión.
Después de determinar cuánto necesita de fuerza/torsión, el siguiente paso es determinar la velocidad que la rueda gire. Requisito de velocidad es más fácil de calcular y depende de qué tan rápido tu robot debe ejecutar. DC motores funcionar a velocidades de miles de RPM con bajo torque pero la mayoría robots requieren menor velocidad en comparación con esto. La torsión de salida es mucho demasiado baja para mover el robot. Así, esto no es conveniente para la conducción de un robot. Para poder utilizar el motor, agregamos una caja de engranajes para reducir la velocidad del motor y aumentar el par de salida. El mismo motor puede producir par diferentes y grados de la velocidad dependiendo del engranaje entre el motor y el eje de salida caja de cambios. Muchos DC los motores vienen con una caja de cambios ya y estos se llaman simplemente DC motorreductores y son el tipo de motores. Al reducir la velocidad, también aumentas la precisión posicional del motor. La velocidad, par y precisión de un motor de engranaje son afectados directamente por la relación de transmisión, como se ve en estas ecuaciones:
Velocidad de salida = velocidad del Motor relación de engranaje
Precisión de salida = precisión Motor relación de engranaje
Aunque el cociente de reducción desempeña un papel grande en la determinación de la torsión de la salida de caja de cambios, también hay una ineficiencia que se introduce mediante el uso de una caja de cambios. Parte del esfuerzo de torsión del motor es convertida en calor y perdido debido a la fricción entre los engranajes. Otra desventaja es que los motores no son precisos. Es decir, dos motores del mismo modelo, fabricado en el mismo día y con idéntica corriente y voltajes, no dé exactamente la misma proporción. Así un robot con dos motores, la configuración más común, no se moverá en línea recta sin alguna forma de control de velocidades de motor individuales.
Con cajas de cambio, esfuerzo de torsión y velocidad pueden considerarse una característica intercambiable: Si usted necesita menos velocidad y más par, tratar de encontrar el mismo motor con un reductor con una relación de reducción mayor. Si usted necesita más velocidad y menos esfuerzo de torsión, tratar de encontrar el mismo motor con una caja de cambios con una menor relación de reducción. Sin embargo, no es recomendable comprar reductores y motores por separado para mezclar y combinar, si no que son diseñadas específicamente para ellos. Hay muchas cosas que pueden salir mal en la personalización de la caja de cambios y para la mayoría de los usuarios es mucho menos molestia simplemente comprar un motor con una caja de cambios ya.
Una desventaja principal es que cabeza motores no son precisos. Algunas aplicaciones tienen necesidad de movimientos muy precisos y ángulos como modelo y brazos robóticos plano superficies de control. Motores paso a paso y servomotores son los más adecuados para este tipo de aplicaciones. Motores servo regulación de posición interna y están orientados a velocidades más bajas, dando por resultado control muy preciso de la posición. Motores paso a paso avanzar paso a paso, utilizando campos magnéticos para mover el motor en incrementos discretos. Dependiendo del tamaño de paso del motor y el diseño de los pasos de controlador motores pueden alcanzar extremadamente precisa de la posición. A menudo los motores paso a paso tienen ángulos de paso como 1.8º y con controladores de micro-escalonamiento pueden avanzar 16 uno de un paso a la vez. Motores paso a paso también tienen la ventaja de alta explotación par - cuando el motor está parado pero todavía funciona, se sostendrá firmemente su posición.
En general, motores servo son más pequeños en tamaño y tienen menos torque que un motor paso a paso. Servos más también tienen un limitado rango de movimiento. Un servomotor típico tiene una gama de la rotación de 180 º o menos, aunque hay algunos que son capaces de múltiples revoluciones o incluso continua rotación. Servos son más comunes en aplicaciones de RC (control remoto) donde no es necesario tener alto esfuerzo de torsión o una amplia gama de movimiento. Motores paso a paso, por el contrario, se utilizan en aplicaciones donde se requiere precisión extrema o alto esfuerzo de torsión. Máquinas CNC (control numérico de computadora) son un ejemplo de lo que paso a paso motores se utilizan para.
Algunas aplicaciones requieren alta velocidad y el peso ligero helicóptero multi como el zángano, en este caso se utiliza el motor de la c.c. sin cepillo eficiente alta.
Otra consideración importante es tensión. Antes de planificar qué baterías se utilizará en el proyecto, usted tiene que encontrar la tensión nominal donde el motor funciona normalmente cuanto mayor sea el voltaje mayor será la velocidad del motor. Usted puede mirar la tensión constante de la hoja de datos del motor para averiguar qué tan rápido usted pasará por voltio.
Motores más comunes utilizados en proyectos de robótica son los motores de DC. Común preferido tensiones para motores de corriente continua son 3, 6, 12 y 24 voltios. Si a un motor se aplica una tensión menor que la tensión de escuchar en la hoja de datos, el par no superará la fricción interna – sobre todo de los cepillos. También, si se aplica un voltaje mayor que la admite el motor, puede calentarse y puede dañarse.
