Pohony pro mobilního robota Ing. Martin Locker locker@vosrk.cz

Požadavky na pohony Cena Vhodný rozsah rychlost Snadné řízení rychlosti, resp. síly Malá hmotnost Malá spotřeba energie Jednoduchá řídicí elektronika

Vhodné motory pro pohon Krokové motory Stejnosměrné elektromotory (DC) Bezkomutátorové elektromotory (BLDC)

Krokové motory + relativně jednoduché řízení rychlosti + bez nutnosti zpětné vazby + vyhovující otáčky - není potřeba převodovka - špatný poměr výkon/hmotnost - vyšší spotřeba - pro vyšší výkon složitější řízení

Stejnosměrné motory (DC) + výhodný poměr výkon/hmotnost + cena + relativně jednoduché řízení rychlosti a síly - vysoké otáčky – potřeba převodovky - potřeba snímače pro řízení rychlosti a polohy

Bezkomutátorové motory + nejvyšší poměr výkon/hmotnost - složité řízení - cena - potřeba převodovky

Zdroje vhodných motorů Krokové motory - unipolární, bipolární staré tiskárny, scanery, disketové mechaniky + téměř zadarmo + lze použit i obvody pro řízení - težko opakovatelné nákup - cena

Zdroje vhodných motorů Stejnosměrné motory ? převodovka malé motory <1W modelářská serva, GM8, ... střední motory <10W 33G, RB35, ... velké motory >10W MFA (RE385, RE540, MAXON, ...)

Určení potřebného výkonu Pro určení potřebného výkonu motoru potřebujeme znát: Hmotnost robota Požadovanou stoupavost Maximální rychlost Maximální zrychlení Velikost kol Materiál kol a terén, pro jaký je robot určen

Určení potřebného výkonu Uvedený postup ukazuje přibližné určení potřebného výkonu: Potřebný výkon motoru: F ... je součet všech „odporových sil“ působících na robota vmax ... požadovaná maximální rychlost Mk ... potřebný krouticí moment na kole robota w ... úhlová rychlost otáčení kola

Určení odporových sil Uvažujeme 3 nejdůležitější složky sil: síla na překonání trakčních odporů síla pro překonání setrvačných sil při akceleraci síla pro stoupání

Trakční odpory Dominantní odpor proti pohybu způsobuje odpor valení, který je způsoben deformací kola a podložky Výsledkem je, že se kolo neodvaluje kolem ideálního bodu dotyku, ale kolem jiného bodu posunutého o vzdálenost, která se nazývá rameno valivého odporu x. Fv ... síla pro pohyb G ... tíhová síla (G=m.g) FT ... potřebná adhezní síla N ... normálová síla mezi podložkou a kolem

Setrvačná síla Při akceleraci musí hnací síla překonat setrvačnou sílu Fa ... síla pro akceleraci m ... hmotnost robota (pro přesnější výpočet je nutné uvažovat i setrvačnost rotujících hmot, tj. motoru a převodovky) amax ... maximální zrychlení

Síla pro stoupání Při jízdě do kopce musí robot překonat složku tíhové síly Fs ... síla pro stoupání G ... tíhová síla (G=m.g) a ... maximální úhel stoupání

Příklad výpočtu Očekávané parametry robota: hmotnost m = 500g rychlost vmax = 2 m/s zrychlení amax = 2 m/s2 max. stoupání 5cm na 1m kola průměr 4cm

Odpor při valení: Setrvačná síla: problém je odhad deformace kola a podložky – odhad styková plocha cca 5mm, tedy x = 2,5mm. Setrvačná síla:

Celková potřebná síla pohonu: Síla pro stoupání: stoupání h=5cm na l=1m odpovídá úhel: Celková potřebná síla pohonu:

Potřebný krouticí moment pohonu: Výstupní otáčky pohonu:

Potřebný výkon pohonu: Takto určený výkon pohonu je poněkud nadhodnocený, protože obvykle při maximální rychlosti nepotřebujeme plnou akceleraci, také do kopce pomůže setrvačnost, atd. Dynamika robota bude při takto navrženém pohonu lepší než je předpoklad, protože většina motorů poskytuje při nižších otáčkách větší krouticí moment. Takže pro nižší otáčky získáme vetší akceleraci než byla požadována. Takže výsledný potřebný výkon v daném případě bych volil kolem 2W.