Wybór silnika do robota balansującego (DC czy krokowy)

[danielsak]

Witam,

jestem na etapie doboru silników do robota balansującego. Chciałbym zasięgnąć rady u bardziej doświadczonych osób w tego typu konstrukcjach. Czy powinienem użyć silników prądu stałego czy może silników krokowych?

Na chwile obecną wyliczyłem (z zapasem), że będę potrzebował 0,6 Nm momentu obrotowego by utrzymać robota w pionie (zakładając maksymalne wychylenie ~40 stopni).

Wszystko rozchodzi się o kwestie ekonomiczne i łatwość implementacji. Do wyboru mam kilka opcji:

- silnik prądu stałego (6/12 V) z przekładnią

• koszt ok. 50-80 zł / szt.
• możliwy "luz" na przekładni
• niska masa (~100 g / szt.)

- silnik prądu stałego (6/12 V) z przekładnią i enkoderem

• dosyć wysoki koszt w Polsce (~100-150 zł / szt.)
• możliwy "luz" na przekładni
• niska masa (~100 g / szt.)

- silnik krokowy NEMA 17

• koszt ok. 50-70 zł / szt.
• brak przekładni (to na plus)
• większe zapotrzebowanie na energie (tzn. krótszy czas pracy na jednym ładowaniu baterii)
• większa masa niż w przypadku silnika prądu stałego (ok. 300 g / szt.)

Która opcja według Was będzie najrozsądniejsza? Nurtuje mnie jeszcze jedna kwestia - czy jeśli obliczyłem zapotrzebowanie na moment = 0,6 Nm to czy wystarczą dwa silniki z momentem 0,3 Nm?

Pozdrawiam.

[Gość]

Dnia 4.12.2019 o 17:09, danielsak napisał:

Która opcja według Was będzie najrozsądniejsza? Nurtuje mnie jeszcze jedna kwestia - czy jeśli obliczyłem zapotrzebowanie na moment = 0,6 Nm to czy wystarczą dwa silniki z momentem 0,3 Nm?

Lepiej mieć trochę mocy w zapasie, zupełnie jak w samochodzie. Ogólna zasada jest taka (choć nie zawsze można/da się ją stosować) to dodawać ok. 20% zapasu czy to chodzi o prąd czy moc itp.

Dnia 4.12.2019 o 17:09, danielsak napisał:

silnik prądu stałego (6/12 V) z przekładnią

jeśli silnik DC nie ma enkodera to go nie opanujesz przy precyzyjnym sterowaniu, będziesz i tak musiał dorobić enkoder. Z tego co wymieniłeś wybór zdaje się być oczywisty ale nie będę nic doradzał ;p

[danielsak]

@atMegaTona masz rację - do silnika DC bez enkodera i tak musiałbym ogarnąć enkoder.

Założyłem 2 scenariusze i zrobiłem małe obliczenia:

Wymagany moment obrotowy = wysokość robota * masa robota * przyspieszenie ziemskie * max. kąt wychylenia

Opcja nr 1 = 0,12 m * 0,6 kg * 9,81 m/s2 * sin(40°) = 0,454 Nm

Opcja nr 2 = 0,20 m * 0,8 kg * 9,81 m/s2 * sin(40°) = 1 Nm

Pierwsza opcja to bardziej "optymistyczny" wariant, a druga to bardziej "pesymistyczne" założenia.

Znalazłem taki silnik: 20.4:1 Metal Gearmotor 25Dx65L mm HP 12V with 48 CPR Encoder

• voltage: 12 V
• no-load performance: 500 RPM, 300 mA
• stall extrapolation: 6 kg⋅cm (85 oz⋅in = 0,6 N⋅m), 5.6 A

Biorąc pod uwagę, że silniki są dwa to przy opcji nr 1 mam bardzo duży zapas, a w przypadku opcji nr 2 mam jeszcze ~16% zapasu.

Czy to co tutaj przedstawiłem ma jakikolwiek sens i ma prawo prawidłowo działać?

[Gość]

Te obliczenia są jedynie poglądowe. Nie biorą pod uwagę lokalizacji środka ciężkości i kilku innych czynników. Musiałbyś chociaż przestawić w nich ten środek ciężkości niżej, bliżej kół.

Poszukał bym jednak tańszych silników, nie ma sensu przepłacać.