محاسبات موتور ربات {جلسه بیست و دوم}

مقدمه ای بر محاسبات موتور ربات

محاسبات موتور ربات و باتری مورد نیاز آن همواره یکی از بخش های مهم و بحث برانگیز ساخت یک ربات می باشد. تنوع ربات ها نیز بسیار زیاد می باشد بنابراین محاسبات موتور می بایست با دقت زیادی صورت پذیرد. برای دسترسی به جلسه قبل می توانید از لینک زیر استفاده کنید:

1. بخش اول راهنمای انتخاب موتور ربات

کاربران محترم، خواندن این جلسه بدون انجام تمرینات آن و گام به گام پیش رفتن با درس كافى نمى باشد. لطفا تمرين هاى آخر جلسه به همراه لينك هاى ارسال شده را به دقت مطالعه كنيد تا به درك كامل و عميقى از مطالبى كه در ادامه مى آيد برسيد.

برای بررسی محاسبات موتور ربات باید معادلات فیزیکی سرعت و شتاب و گشتاور ربات را بدست بیاوریم. در انتها در مورد انتخاب باتری نیز معادلاتی ارائه شده است. قبل از هر چيز مى بايست مشخصات ربات خود را كه در زير بيان مى كنيم تعيين كرده باشيد زیرا برای محاسبات موتور ربات به آن نیاز دارید.

1. ابعاد ربات چقدر است؟
2. وزن ربات چقدر است؟
3. سرعتى كه قصد داريد ربات داشته باشد چقدر است؟
4. محيط حركتى ربات به چه صورت است؟

اينها سوالاتى است كه از قبل مى بايست به آن پاسخ داده باشيد و سپس به سراغ محاسبات موتور ربات برويد.

نيروهاى وارده حين حركت

در شکل زیر رباتی را مشاهده می کنید که با شتاب a به سمت جلو در حال حرکت است. با توجه به نیروهایی که به این ربات وارد می شود قصد داریم در مورد توان موتورها، گشتاور موتورها و سرعت و شتاب بحث کنیم تا بتوانیم یک انتخاب صحیح در مورد موتور ربات داشته باشیم.

همانطور كه در شكل بالا ملاحظه مى كنيد هنگام حرکت ربات بر روی زمین نیرویی از طرف چرخ ها به زمین وارد می شود که با نام Fw شناخته می شود(در شکل نشان داده نشده است) و عکس العمل زمین در قبال این نیرو این است که نیرویی F که مربوط به نیروی اصطکاک است به چرخ ها وارد می کند. حاصلضرب این نیرو در شعاع چرخ ربات مقدار گشتاور را بر می گرداند. زیرا نیروی موتور دقیقا به مرکز چرخ وارد می شود که فاصله آن تا زمین R است و با ضرب آن در F مقدار گشتاور یا T به دست می آید.

T=F*R

حال با توجه به معادلات تعادل نیرویی داریم:

با جاگذاری نیروی اصطکاک(F) در معادله بالا داریم:

و از آنجایی که گشتاور مورد نیاز موتورها متناسب با نیروی اصطکاک تولید می شود و T=F*R است به جای نیروی F مقدار T/R قرار می دهیم و معادله را بر حسب گشتاور به دست می آوریم.

بنابراین گشتاور مورد نیاز برای حرکت ربات بر روی یک سطح صاف به صورت زیر است:

بازده موتور و گیربکس

گشتاور به دست آمده از فرمول بالا را بهتر است به صورت خام استفاده نکنیم و کمی حاشیه اطمینان برای آن در نظر بگیریم و مقدار آن را افزایش دهیم. اگر مقدار بازده موتور و چرخ و گیربکس ها را می دانید بهتر است در عدد صد تقسیم بر بازده ضرب شود که عدد نهایی گشتاور مورد نیاز است. 

تعداد موتورها

فرمول بالا کلی بود و برای بدست آوردن فرمول نهایی می بایست تعداد موتورها را بشماریم و گشتاور را بر آن تقسیم کنیم زیرا ما وزن کل ربات را لحاظ کرده ایم. چنانچه از 4 موتور بر روی هر چرخ استفاده کنیم فرمول بالا نیز تقسیم بر 4 می شود و گشتاور مورد نیاز هر موتور که باید تامین کند به دست می آید:

حداکثر توان هر موتور

برای بدست آوردن توان هر موتور می بایست گشتاور را در سرعت زاویه ای ضرب کنیم. 

بدست آوردن سرعت زاویه ای مهارت خاصی نمیخواهد و در جلسه بعد به صورت عددی برای یک ربات در شرایط دشوار توضیح می دهیم.

بعد از اینکه توان را محاسبه کردیم نیاز است که حداکثر جریانی که ربات مصرف می کند را محاسبه کنیم زیرا برای انتخاب باتری و مدارات مهم است. با توجه به اینکه ولتاژ کاری موتور توسط سازنده ارائه می شود و با داشتن توان به راحتی جریان مورد نیاز ربات محاسبه می گردد.

تعیین ظرفیت باتری مورد نیاز موتورها

برای انتخاب باتری مورد نیاز ربات کافی است که حداکثر جریان بدست آمده را در زمان مورد نیاز برای حرکت ربات ضرب کنیم تا ظرفیت مورد نیاز باتری بدست آید.

دقت کنید که معادله بالا برای یک ربات تک موتوره بود و در صورتی که ربات شما 4 موتور دارد می بایست معادله بالا را در 4 ضرب کنید تا ظرفیت درست باتری به دست آید. هر تعداد موتور داشتید در همان عدد ضرب کنید.

رباتی چهار چرخی داریم که بر روی هر چرخ یک موتور نصب شده است و وزن آن 30 کیلوگرم است و باید با شتاب 1 متر بر ثانیه حرکت کند. در صورتی که قطر چرخ ها 20 سانتی متر باشد گشتاور مورد نیاز برای حرکت ربات و توان لازم را تعیین کنید.

اين جلسه نيز به پايان رسيد. برای دریافت آخرین مطالب سایت  و همچنین مطالب منحصر به فرد دیگر که در سایت منتشر نمی شوند میتوانید در کانال تلگرام ما عضو شوید و یا در اینستاگرام ما را فالوو کنید: