Początkujący - pierwszy robot, pomoc w doborze napędu

[matciok]

Witam

Chciałbym zbudować pierwszy robot, wybór padł na robot mobilny z dwoma kółkami podparty kulką. Konstrukcję planuję oprzeć na okrągłej płycie aluminiowej, wyposażyć w raspberry pi wraz z kamerką. Przewidywana masa całości 3kg (średnica płyty ok 20-22cm), maksymalna prędkość Vmax = 2m/s, przyspieszenie a=0.5m/s2

Dobór kół: myślałem nad czymś takim: http://kamami.pl/index.php?ukey=product&productID=207377

oraz taką kulkę do podparcia z tyłu http://kamami.pl/index.php?ukey=product&productID=195372

Chciałbym prosić was, koledzy z większym doświadczeniem o weryfikację obliczeń i pomoc w doborze silników.

A więc od początku, siła: F=ma=1.5N

moment I=F*R = 0.09Nm

Vobr = Vmax * pi * 2 * r[m] * 60 = 45 obr/min

Powyższe wartości należało by pomnożyć przez współczynniki bezpieczeństwa aby dobrać napęd z "zapasem".

Osobiści zastanawiam się nad dwoma silnikami:

1) http://kamami.pl/index.php?ukey=product&productID=195710

0.9Nm (10 razy większy niż moment obliczony, ale myślę, że warto dać większy moment bo masa robota może się zwiększyć), prędkość 130 rpm przy 6V, jednak dużym problemem jest pobór prądu - 6A przy max obciążaniu ?

2) drugim silnikiem jaki rozważam jest http://kamami.pl/index.php?ukey=product&productID=195412

coprawda moment 0.35Nm (o połowę słabszy od poprzedniego) ale za to pobór prądu 1.6A

dodatkowo wygląda jakoś tak rachitycznie - czy ta przekładnia przy obciążeniu nie rozsypie się dość szybko ?

Przy tym drugim silniku myślę, że dało by sie zastosować fabryczny driver http://kamami.pl/index.php?ukey=product&productID=195424

a przy pierwszym? trzeba by dać dwa takie drivery http://kamami.pl/index.php?ukey=product&productID=195601 które są droższe do silnika...

Za wszelkie rady i odpowiedzi na moje pytania (dla doświadczonych mogą się okazać śmieszne ale każdy się kiedyś uczył i kiedyś zaczynał) wielkie dzięki 😉

pozdrawiam!

[ps19]

1.Kamami to dosyć drogi sklep

2. Zaprojektuj sam elektronikę do sterowania silnikami. Ja proponuję VNH3SP30 + któreś z tych silników http://botland.com.pl/328-silniki-dc-pololu-z-przekladnia

3. Na tych małych pololu 3 kg będzie ciężko ruszyć.

[marek1707]

A ja bym się nie bawił w żadne robienie płyteczek tylko wziął dwa mocniejsze silniki, do nich dokupił dwa drivery np. takie:

http://botland.com.pl/sterowniki-silnikow/456-vnh5019-sterownik-silnikow-modul.html

i z głowy.

Różnica w cenach silników jest niewielka w porównaniu z osiągami. Oba mają - wg zapewnień producenta - metalowe tryby i 4mm wał wyjściowy, a ponad 2.5 raza większy moment da się odczuć przy każdej zmianie prędkości robota. Podawany prąd maksymalny dla tych silników należy rozumieć jako prąd zatrzymania (stall current) a dwa silniki z przekładnią 1:75 wciągną 3-kilogramowego robota na tych czerwonych kółkach po pionowej ścianie. Byle przyczepność była 🙂 więc nie wyobrażam sobie sytuacji w której koła podczas normalnej eksploatacji zostaną zablokowane. A nawet jeśli nawiną się na jakiś sznurek i staną, to i tak mostki 5019 wytrzymują dużo więcej i nie trzeba wciąż drżeć: już się spaliły czy jeszcze nie. Moment bierze się wprost z prądu płynącego przez silnik, więc możesz spodziewać się takich prądów jak bardzo będziesz szalał z przyśpieszeniami lub podjazdami. Łagodne sterowanie odpłaci się mniejszymi prądami, bo zależność moment-prąd jest w silnikach DC praktycznie liniowa. Warto obejrzeć jakiś wykres - to daje wyczucie działania takiego napędu i wiele się rozjaśnia. Poza tym fajnie jest wiedzieć, że ma się "pod butem" jeszcze spory zapas gazu a wciśnięcie go do podłogi zwija dywan 🙂

Dwa silniki będą brały praktycznie tyle samo prądu przy tym samym obciążeniu tyle, że ten słabszy będzie bliżej swojego maxa, być może będzie pracował już za punktem maksymalnej sprawności no i jego względne obciążenie łożysk, szczotek, komutatora itp (a więc i zużycie) będzie większe.

Jeżeli nie zrobisz enkoderów i procesor nie będzie znał chociaż przybliżonej prędkości obrotowej kół to przynajmniej zrobiłbym pomiar prądu w dodatniej szynie zasilania - być może dla każdego mostka osobno. Wtedy sytuacje awaryjne dałoby się łatwo rozpoznawać i wyłączać napędy (lub jakoś ciekawiej reagować) w chwilach przeciążeń. To chroniłoby także źródło zasilania, bo jeżeli użyjesz jakiegoś tańszego aku np. ołowiowego 2.5Ah to prąd 12A załatwi go szybko. LiPol o takiej samej pojemności spokojnie wytrzyma, ale kosztuje jednak więcej.

EDIT: Właśnie zauważyłem, że drivery 5019 mają napięciowe wyjście pomiaru prądu, więc bez żadnych specjalnych zabiegów procesor ma podane na tacy obciążenie każdego mostka osobno. Teraz to już tylko wystarczy to mierzyć i wbudować w algorytmy reakcję na przekroczenie wartości progowej. To wcale nie musi być 6A. Równie dobrze, przy małej masie robota i "płaskich" warunkach terenowych możesz ustawić próg na 2A. Co więcej, aktualna wartość prądu danego silnika może być ważną informacją np. dla funkcji profilera prędkości, która to na bieżąco może dobierać przyśpieszenia w zależności od możliwości źródła zasilania i masy całej konstrukcji tak, by np. priorytetem było nieprzekraczanie pewnych obciążeń napędu lub wręcz przeciwnie - utrzymanie zadanych osiągów dynamicznych bez liczenia się z kosztami energii przy wciąż zachowanym bezpieczeństwie w sytuacjach awaryjnych. Dodatkowo prąd silników - jako prawdopodobnie największych pożeraczy energii na pokładzie, może być dobrym estymatorem stanu źródła zasilania.

[matciok]

Witam

Dzięki wielkie za wszystkie odpowiedzi. Naświetliło mi to trochę temat.

Mam jeszcze pytanie czy te silniki z przekładnią 75:1 dadzą rade gdy masa wzrośnie do powiedzmy 5kg ? Czy może od razu lepiej dać 99:1 ?

Co do drivera to te co podaliście to dość drogie... Co myślicie o czymś takim: http://kamami.pl/index.php?ukey=product&productID=195608 do tego mierzenie prądu silnika przez mikrokontroler aby w przypadku zbyt dużego prądu wyłączyć silniki? Bo skoro 6A to prądu przy zatrzymaniu wirnika to podczas swobodnej jazdy nie powinno przekroczyć 3A ?

Jeszcze jedno pytanko: jakiej grubości powinna być aluminiowa podstawa o średnicy 22cm aby zachowała sztywność i nie była podatna na odkształcenia pod ciężarem ? 3mm wystarczy?

---

pozdrawiam

[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

[marek1707]

Dadzą radę czemu? Bo jak sam policzyłeś wyżej, przy większych silnikach będziesz dysponować 10 razy większym momentem niż jest potrzebny do osiągnięcia założonych przyśpieszeń. Nawet przy współczynniku błędu = 2 (bo nie uwzględniasz żadnych oporów szkodliwych) i masie robota zwiększonej dwukrotnie nadal masz jeszcze ponad dwukrotny zapas względem zakładanych 0.5m/s². To czego się obawiasz? Acha, słabego mostka. Tu masz rację. Oszczędzisz na nim trochę, narobisz się przy ograniczeniach prądu a i tak w końcu stwierdzisz, że trzeba było wziąć ten mocniejszy. W jaki sposób zrobisz układ pomiarowy? Jak będzie szybki? Jak szybko procesor zdoła wyłączyć zasilanie po przekroczeniu progu? Umiesz to policzyć? Umiesz zaprojektować taki układ? Ile mostek wytrzyma prądu i w jakim czasie? To wszystko będziesz musiał uwzględnić. Pojemności cieplne na tej konkretnej płytce, temperatura struktury, wydajność źródła, pojemności na szynie zasilania działające na Twoją niekorzyść itd..

Co rozumiesz pod pojęciem swobodna jazda? Skoro prąd zależy od momentu (plus jakiś prąd spoczynkowy) to jakie będą opory ruchu? Widziałeś wykres dla jakiegoś silnika DC? Oszacuj opory i policz prąd zamiast zgadywać. Z resztą ten prąd jest bez znaczenia - na jego podstawie możesz oszacować potrzebną pojemność źródła przy założeniu, że np. przez 80% czasu będziesz jeździł spokojnie. Robot manewrujący między przeszkodami zmniejszy ten procent znacznie na niekorzyść większych prądów. Pasy bezpieczeństwa w samochodzie nie są po to, by utrudniać kierowcy dostęp do schowka, tylko by przytrzymać go w czasie hamowania z przeciążeniem -10g na drzewie. Na ten przypadek są projektowane i Tobie radzę to samo. Jako początkującego nie stać Cię na stosowanie za słabych driverów bo prędzej czy później to się zemści. Wielu ludzi z pewnością będzie twierdziło, że jeżdżą z jakimś tam silnikiem na słabszych i jest OK, ale dokładnie drugie tyle potwierdzi, że mając nawet dwukrotny (teoretycznie) zapas wydajności mostka spalili go w najciekawszym momencie zawodów. Wybieraj.

[cyryllo]

Podepnę się pod temat.

W moim przypadku jest to większy robot. Waga około 20KG Na gąsienicach. Chciał bym aby maksymalna prędkość była około 3km/h po prostym.

Wg moich obliczeń

F= 20*0,5 = 10N

P=10*3=30W

I = 10 * 120 = 1200mNm

Vobr = 3*3,14*2*0,12*60 = 135,65

Myślałem o użyciu dwóch silników http://botland.com.pl/silniki-dc-pololu-z-przekladnia/49-silnik-z-przekladnia-191.html

Lub

http://botland.com.pl/silniki-dc-pololu-z-przekladnia/1218-silnik-pololu-25dx48l-hp-z-przekladnia-99-1.html

+ przekładania z silnika na wały łańcuchowe.

Tylko wydaje mi się że takie 2 silniki nie dadzą rady takiej masie lub nie będa miały takich obrotów. Może ktoś bardziej doświadczony się wypowie lub podrzuci jakieś inne mocniejsze na 12V silniki.

Myślałem też nad 4 silnikami.

W planie mam aby taki robot był w stanie jechać pod górkę o około 40stopni

Nie wiem czy nie będę zmuszony na jakieś krokowce.

Za każdą podpowiedź będę wdzięczny.

[Tolo]

A nie lepiej silniki z wkrętarek ? Na pewno będzie taniej ;-P

[cyryllo]

@Tolo rzeczywiście silniki z wkrętarek wydają się być najlepszym wyjściem. Znalazłem już 2 takie z przekładnia i zamówiłem powinny dać radę przynajmniej do testów 🙂