Dobór silników na wzór lego technic oraz kontrola obrotu - robot bear rescue

[hrober]

Witam,
Staram się zbudować robota do zawodów w konkurecji "Bear rescue" i natrafiłem na pewien problem. Do tej pory używałem silników i klocków z zestawów lego technic, ale teraz chciałbym zamienić owe silniki na coś mocniejszego. Roboty były sterowane przez Arduino z customowym nadajnikiem podczerwieni, który imitował pilota którym oryginalnie były sterowane silniki z zestawu lego. Konkretnie były to 2 silniki Lego technic XL, używane jako silniki jezdne.

Konkurencja polega na zbudowaniu i zaprogramowani robota który autonomicznie lub zdalnie sterowny, przejedzie prosty labirynt, zlokalizuje pluszowego misia(10-30cm wysokości) oraz przywiezienia go do bazy. Oczywiście w jak najkrótszym czasie. Aktualny robot wykonuje zadanie autonomicznie w czasie 43 sekund, a chciałbym uzyskać poniżej 30. Moja dotychczasowa konstrukcja na zawodach w Krakowie: 

 

Specyfikacja aktualnie używanych silników (wedle mojej wiedzy mogę się mylić )

• Moment obrotowy bez obciążenia: 14 Ncm
• Moment obrotowy bez obciążenia: 40 Ncm
• Napięcie: 9 V
• Moment obrotowy: 220 RPM
• Prąd bez obciążenia: 0,5 A
• Prąd zatrzymania: 1,8 A
• Promień koła: 3 cm

Potrzebuję silników o: 

• napięciu 6-12 V najlepiej 9 V,
• tej samej lub większej mocy niż wspomniane
• podobnej prędkości obrotowej(jestem w stanie dorobić przełożenie)
• poborze prądu znośnym(max 2A) dla  L298N którego mam zamiar użyć
• Cenie do 70 zł (wiadome im mniej tym lepiej)

Myślałem nad silnikami z kilku wariantów, ale nie jestem przekonany.

• Mały: https://abc-rc.pl/product-pol-9255-Mini-silnik-szczotkowy-GA12-N20-300RPM-3-6V-z-przekladnia.html
• Średni: https://abc-rc.pl/product-pol-9995-Silnik-MT244-z-przekladnia-6V-130RPM-Dl-52mm.html
• Duży: https://abc-rc.pl/product-pol-7769-Silnik-MT90-z-przekladnia-silnik-DC-12V-120obr-min.html

Wybrane silnik przerobię tak by można było ich łatwo używać wraz z klockami technic. (Konstrukcje mechaniczne i szkielet robota z lego moim zdaniem jest naprawdę dobra i sprawdza się)

Mam zamiar dodatkowo poprawić dokładność obrotu, pobierając informację z żyroskopu MPU-6050 /GY-521 i poprawiać obroty silników by zachować założony tor.

Dodatkowe funkcje robota (lokalizacja i chwytanie obiektu) zrealizuję za pomocą serw i odpowiedniego programu. 😁

Jeszcze nic nie zamówiłem ponieważ chcę być pewien że dokonuję dobrego wyboru. Proszę o wskazówki, opinię i linki do szukanych podzespołów. Z góry dziękuję 😃 

Edytowano Listopad 3, 2019 przez hrober

[Treker (Damian Szymański)]

@hrober witam na forum 🙂 Całkiem wygodnie silniki szuka się na TME: https://www.tme.eu/pl/katalog/silniki-dc_113709/ Zerknij, bo może po parametrach łatwo znajdziesz przykładowe napędy. Radziłbym też rozważyć inny mostek. L298N to straszny staroć, który nie ma nawet wbudowanych diod. Znajdziesz znacznie lepsze i mniejsze sterowniki (np. coś z serii DRV).

20 minut temu, hrober napisał:

Mam zamiar dodatkowo poprawić dokładność obrotu, pobierając informację z żyroskopu MPU-6050 /GY-521 i poprawiać obroty silników by zachować założony tor.

Jeśli chcesz panować nad ruchem napędów to najlepsze byłyby enkodery, ale będzie ciężko obsłużyć to na Arduino. Żyroskop jest dobry w "teorii". W praktyce przy jeżdżącym robocie, który może się obijać o przeszkody to może być ciężko. Szybko pojawią się duże rozbieżności między stanem faktycznym, a pomiarami 😉

[hrober]

Dzięki za link do strony, wygląda obiecująco.

Masz jakiś konkretny model na myśli / polecisz jakiś jeśli chodzi o sterownik silników?

Jesteś pewien że na niewielkim dystansie żyroskop zawiedzie? Nkoderów również zamierzam użyć, a Żyroskopem(a raczej układem który liczy obrót bez pomocy arduino) chciałem zniwelować ewentualne poślizgi.

@Treker 

Dodatkowe pytanie, na stronach podaje się maksymalny moment obrotowy silnika i obroty bez obciążenia.

Jak mogę z tego wywnioskować, jaki będą obroty pod danym obciążeniem?

Edytowano Listopad 3, 2019 przez hrober

[Treker (Damian Szymański)]

@hrober sterownik jakiś dobierzemy, jak już będziesz znał prąd pobierany przez silniki 🙂

3 minuty temu, hrober napisał:

Jesteś pewien że na niewielkim dystansie żyroskop zawiedzie? Nkoderów również zamierzam użyć, a Żyroskopem(a raczej układem który liczy obrót bez pomocy arduino) chciałem zniwelować ewentualne poślizgi.

Wszystko zależy od oprogramowania i jakości samego żyroskopu. Nawigacja na podstawie danych z żyroskopu to raczej trudny temat, naprawdę ciężko uzyskać wiarygodne informacje w tego typu pojazdach, ale oczywiście jest to możliwe 🙂

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[hrober]

@Treker 

W dalszym ciągu nie jestem w stanie znaleźć żadnego silnika spełniające moje oczekiwania. Wszystkie silniki kosztują 75zł szt. w górę, trochę dużo.

Albo źle tego szukam.

Najlepsze co znalazłem to: https://abc-rc.pl/product-pol-9255-Mini-silnik-szczotkowy-GA12-N20-300RPM-3-6V-z-przekladnia.html przy czym ten silnik według opisu toleruje napięcie 1-6V, nie będzie problemu jeśli będzie używany przy 9V ?

Zakładając że mam 2 silniki 9V które maksymalny prąd jaki pobierają nie przekracza 2A to jaki sterownik by Pan polecił.

Edytowano Listopad 3, 2019 przez hrober

[hrober]

@Treker 

Urzyję silników mt90 https://abc-rc.pl/product-pol-7769-Silnik-MT90-z-przekladnia-silnik-DC-12V-120obr-min.html

I sterownika TB6612FG https://botland.com.pl/pl/sterowniki-silnikow-moduly/32-pololu-tb6612fng-dwukanalowy-sterownik-silnikow-135v1a.html

Czy to dobry wybór?

Zasilenie tego z 10 akumulatorków aa 2200mph 1.2v spiętych szeregowo to dobry pomysł?

[Treker (Damian Szymański)]

Na stronie, którą podałeś jest napisane, że szczytowy pobór prądu przez te silniki to 3,5 A (dużo), a ten mostek wytrzymuje do 2A. Więc musisz poszukać czegoś mocniejszego.

1 godzinę temu, hrober napisał:

Zasilenie tego z 10 akumulatorków aa 2200mph 1.2v spiętych szeregowo to dobry pomysł?

Średni 😉 Zadziała, ale znacznie lepiej przy takich konstrukcjach zainwestować w modelarski pakiet LiPo - sprawdzi się znacznie lepiej.

[hrober]

@Treker (mogę Pana tak pingować?)

Czy ten sterownik da radę?TB6612FG lub ten TB6612FNG ( ten drugi lepszy? )

Silniki w szczytowym poborze prądu pobierają 1,2 A, a sterownik ciągle puszcza 1A, nie będzie z tym problemu? (Nie znalazłem żadnego ciekawego i w sensownej cenie sterownik DRV)

5 godzin temu, Treker napisał:

znacznie lepiej przy takich konstrukcjach zainwestować w modelarski pakiet LiPo - sprawdzi się znacznie lepiej.

Zawsze używałem akumulatorków, może jest trochę problem z ładowaniem, ale boję się uszkodzić takiego lipo + do niego trzeba jeszcze ładowarkę dokupić 😕 Jak jest ta główna zaleta LiPo? A może zmienię nastawienie.

Edytowano Listopad 4, 2019 przez hrober

[Gieneq]

@hrober dobrze byłoby ustalić przede wszystkim jaki będzie pobór prądu przy pracy ciągłej. Jeżeli zdarzy się szpilka na kilkaset milisekund to nic się nie stanie. Co najwyżej dla pewności możesz przymocować radiator na termoprzewodzącą taśmę. Ale tam istotne jest, że na stornie napisano szczytowy prąd ale dla zasilania 12-24V, a tu będzie 9V.

28 minut temu, hrober napisał:

Silniki w szczytowym poborze prądu pobierają 1,2 A, a sterownik ciągle puszcza 1A

Te wartości pomierzyłeś, dla napięcia 9V?

Dobrze by było dobrać element, który ma choć trochę większe wartości parametrów. Więc może sprawdź jaki będzie prąd przez większość czasu i wtedy dobierz mostek, którego maksymalny prąd będzie większy od tego przy pracy ciągłej.

Też jeżeli masz taką możliwość, to wybierz silnik o napięciu niższym niż te które masz z zasilania. Bo jeżeli będziesz używał PWM to możesz jego wartość średnią obniżyć. W ten sposób nawet po rozładowaniu akumulatora dalej będziesz mógł mieć maksymalne możliwe zasilanie, np średnio 6V.

Co do lipola to nie musisz się go bać, choć faktycznie są one trochę niebezpieczne. Trzeba uwazać na zwarcia, na zbyt mocne rozładowanie. Potrzebna jest dedykowana ładowarka. 

28 minut temu, hrober napisał:

Jak jest ta główna zaleta LiPo

Gęstość energii, maksymalny prąd rozładowania, szybkość ładowania.

 

Edytowano Listopad 4, 2019 przez Gieneq

[hrober]

@Gieneq Niestety nie mam tych silników fizycznie. Sugeruję się dokumentacją. Silniki jednak postaram się zasilać na te 12V (10 * 1.2V szeregowo akumulatorki aa)

 TB6612FNG - ten ma ciągły prąd na poziomie 1.2A i szytowy 3.4 A powinno wystarczyć dla silnika który w momencie zatrzymania pobiera niecałe 1.2 A. (Tak sądzę)

[Gieneq]

Tylko właśnie 1,2 V to wartość taka umowna. W pełni naładowany ma chyba z 1,5 V. Nie piszę tego żeby zasugerować Ci zmniejszenie liczby użytych ogniw, tylko abyś wziął pod uwagę, żeby algorytm sterowania potrafił się do tego dostosować.

Najprościej będzie jeżeli na silniki podasz jakąś część wypełniania PWM, np sztywne 80% na pewno uchroni Cię, przed przekroczeniem jakieś umownej wartości. Ale lepsze rozwiązanie, to dostosowanie PWM do rozładowania akumulatorów - im bardziej rozładowane, tym mniejsze napięcie i mniejszy prąd - wtedy podwyższasz wypełnienie PWM żeby zwiększyć prąd. W tym układzie dążysz do stałej wartości prądu niezależnie od napięcia.

Powyższe wtrącenie wybiega poza temat mechaniki, ale sugeruje żeby nie dobierać wartości elementów tak by były idealnie dopasowane, tylko abyś zaplanował z naddatkiem - lepsze większe napięcie zasilania, bo można z niego coś ująć.

[hrober]

@Gieneq Masz rację. Dobrałem akurat ten ponieważ wszystkie sterowniki z wyższym natężeniem są znacznie droższe.

Dobry pomysł z tym dostosowaniem prędkości. Myślisz o jakimś układzie do pomiaru napięcia czy ręczne wprowadzanie wartości z multimetru co kilkanaście prób?

[ethanak]

Najprościej - podpinasz aku do wejścia analogowego przez jakiś dzielnik,  wyliczasz sobie jakie wypełnienie powinno pójść na silnik żeby miał 100% mocy a potem po wyliczeniu wartości pwm z twojego programu mnożysz to przez to co wyszło z pomiaru napięcia.

Kiedyś nawet kawałek kodu publikowałem, ale na telefonie tego nie znajdę...

[Gieneq]

@ethanak chyba to będzie to. 😉

[ethanak]

Dokładnie tak!