Dobór kół i silnik do niewielkiego robota

[BZab]

Witam!

Jeśli chodzi o budowę robotów jestem zdecydowanie początkującym...

Do rzeczy, poszukuję jakichś kół i silniczków do niewielkiego robota (10x10x8 cm, 300g, 2 koła napędowe + 2 kulki podporowe). Zależy mi przede wszystkim na przyczepności oraz przyspieszeniu (Prędkośc maksymalna to myślę 1-2m/s to góra zdecydowanie)...

Ma ktoś jakiś sprawdzony, godny polecenia set?

[Mechano]

Przejrzyj ofertę firmy Pololu. Napewno coś dobierzesz.

[marek1707]

No to popatrzmy na szybko:

Biorąc jakiś w miarę uznany silnik z przekładnią, np. ten:

http://www.kamami.pl/index.php?ukey=product&productID=195399

dostajesz 1000 RPM czyli ponad 16 obr/s i moment 0.65 kgcm za cenę 1.6A prądu przy 6V. W tej masie i wymiarach to całkiem nieźle. Przy długości całkowitej <36mm dwa takie napędy dają szansę zrobienia pojazdu o szerokości 10cm a takie było założenie. Do tego dodajesz pasujące 1:1 kółka, np takie:

http://www.kamami.pl/index.php?ukey=product&productID=210519

gdzie masz obwód ok 13cm. Przy 16 obr/s daje to prędkość maksymalną ok. 210cm/s co też spełnia założenia.

Teraz przyspieszenia. Zakładając, że na tych kółkach dostaniesz współczynnik tarcia N=0.5 (taka sobie guma po metalu lub drewnie) to przy masie 0.3kg możesz dysponować siłą napędową co najwyżej F=1.5N co daje przyspieszenie 5m/s². To naprawdę nieźle. Przy lepszym podłożu (czysta odtłuszczona blacha np) będzie nawet więcej (N>1?), przy śliskiej podłodze - może być dużo mniej. Czy to jest do wyciągnięcia z tych silników i kół? Jedna strona napędu daje Ci max. 0.65 kgcm momentu, czyli na promieniu koła 2cm dostaniesz 0.35kg tj. 3.5N. Dwa silniki będą więc dysponowały łącznie ok. 7N ciągu na styku podłoże-opona. Przy tej masie i wsp. tarcia N=0.5 pozwala to na swobodne zerwanie przyczepności lub (przy naprawdę dobrze przygotowanych oponkach, podłożu i współczynniku tarcia N=2) na wykorzystanie siły napędowej 6N i start z przyśpieszeniem ponad 18m/s² a to już wyrywa z butów. Co prawda kosztuje to ponad 3A prądu, ale po pierwsze krótko, a po drugie cóż to jest dla nowoczesnych LiPoli 🙂

Silniki są może trochę za mocne, ale to tylko przykład. Wybór jest duży. W sumie tak naprawdę liczy się współczynnik tarcia opon, moment napędów na osiach wyjściowych, obwód kół i max. prędkość obrotowa.

[BZab]

Dzięki za porady, a czy kółka Solarbotics RW2 się nieźle spisują?

@EDIT: 18m/s to będzie aż nadto 😉 Trasa pod którą będize on przeznaczony zmieści się pewnie w kwadracie 3x3m, ale te micro pololu warte uwagi zdecydowanie w tym przypadku?

[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

[Mechano]

Koła solarbotics mają raczej słabą przyczepność ale za to felgi są spoko.

[BZab]

A co byście polecili z opon o dobrej przyczepności? Sporo dobrego słyszałem o oponach od Kyosho (tych modelarskich, do driftu), ale jest problem z felgą wtedy...

[marek1707]

Prędkość z tymi silnikami i kołami to jakieś 2m/s - to jest łatwe do policzenia i prędzej czy później ją uzyskasz.

Teoretyczne przyspieszenie wyszło 18m/s² ale spokojnie, to były tylko dywagacje na temat górnych ograniczeń. Żaby wykorzystać cały dostępny moment tych silników musisz po pierwsze mieć super duży współczynnik tarcia (i dobrze, że szukasz wyczynowych opon) a po drugie konstrukcja pojazdu musi to "łyknąć". Zauważ, że mając tylko jedną oś napędzaną (nieważne, że dwoma silnikami) duża część masy robota leży na pasywnej kulce. Tak więc tylko 1/2 a może 2/3 masy nadwozia naciska na koła napędowe i tylko ta część masy bierze udział w wytwarzaniu siły tarcia opona-podłoże. Dlatego warto, by każdy punkt styku pojazdu z podłożem był napędzany (4WD). Co więcej, moment obrotowy uzyskiwany z napędu będzie oddziaływał na cały pojazd i jeżeli źle rozłożysz masy, będziesz miał efekt motocykla startującego na tylnym kole. OK, możesz dać więcej na przód żeby skompensować podrywanie, ale wtedy spada obciążenie osi napędowej. Tak źle i tak niedobrze. Całą sztuką jest zrobić to optymalnie. Robot musi być niski (80mm to jednak przesada) i najlepiej, by większość ciężkich elementów była pod podwoziem - przy kołach 40mm masz tam 2cm miejsca. Wtedy środek ciężkości całości wypada poniżej osi i efekt obracania jest najmniejszy. Pamiętaj, że siła napędowa przyłożona jest stycznie do podłoża i tylko to miejsce (punkt styku koła z podłogą) popycha pojazd do przodu. Wszystko co jest powyżej (a wszystko jest z definicji powyżej) próbuje "zostać w tyle" a więc generuje dodatkowy moment podnoszący przód.

Zależy po czym będziesz jeździł, choć robot 10x10cm raczej po asfalcie czy trawie śmigał nie będzie. Na wszelkie równe nawierzchnie (podłoga, płyta MDF itp) chyba nie wymyślono niczego lepszego jak gładkie opony odlewane z silikonu (patrz F1) bez żadnych bieżników. Wyczynowe opony modeli RC też mają gradacje twardości (bo zawsze jest też czynnik ekonomiczny - wypadałoby na drogiej oponce trochę pojeździć) i o ile na szuter czy asfalt są twarde i mają wyższy lub niższy bieżnik, to do wnętrz preferowane są miękkie gumy bez wzorków. Zacznij od typowych kółek z fabryczną "gumą" pasujących wprost do wybranego napędu, a z biegiem czasu i po ocenie wyników być może sam (lub ktoś z Forum) zrobi do tych felg oponki odlewane. Może się okazać, że wcale nie ogumienie jest największym problemem w osiąganiu dużych przyśpieszeń tylko np. rozkład mas lub sposób sterowania napędami (kontrola przyspieszeń i trakcji).

Co to w ogóle będzie i do czego?

[BZab]

Co do konstrukcji - rozważałem różne warianty, więc żeby zmaksymalizować wykorzystanie masy, po środku będą 2 koła każde z oddzielnym napędem + z przodu i tyłu kulka podporowa, czy jakieś kółko samonaprowadzające, jak z wózków sklepowych... Zaletą tego jest to, że przy odpowiedniej konstrukcji i tak większość docisku związanego z masą pójdzie na duże koła, a będzie to o wiele ekonomiczniejsze rozwiązanie (jednak - zawsze o te 2 silniki i 2 koła mniej).

Powierzchnie będą 100% gładkie, jak np tory do micromouse... Więc wiem że opony na 100% biorę gładkie.

@EDIT: Co to będzie i do czego? W zasadzie to pierwszy krok w stronę wyczynowej robotyki, tzn. na razie będzie to "pół-robot" (RC) pod kątem Death Race'a na Robomaticonie.

[marek1707]

Akurat widziałem kilka takich wyścigów w Manufakturze na ostatnim SumoChallenge. Moim zdaniem szybkość i przyspieszenia mają tu drugorzędne znaczenie. Po pierwsze ścigające się tam roboty miały kłopoty z manewrowością. Zbudowane na bazie stosunkowo dużych podwozi samochodowych (przednia oś skrętna, tylny napęd różnicowy) wyraźnie nie wyrabiały się na zakrętach a już bardzo źle radziły sobie w tłumie. I to jest najważniejsza rzecz do zrobienia: wykrywanie stojących lub wręcz jadących na Ciebie przeciwników, sprawne znajdowanie dziur i szczelin w które można się wcisnąć i omijanie karamboli. Pojazdy były niejednokrotnie odwracane >90° przez co bardziej narowistych konkurentów i wtedy - po całkowitym zgubieniu orientacji, jechały w przeciwnym kierunku. To oczywiście zmuszało właściciela do szybkiego biegu, łapania robota i dyskwalifikowało dane okrążenie, a "redo from start" to poważna strata.

Moim zdaniem duże szanse ma robot, który jest wstanie rozumieć sytuację na torze i nawet przeczekiwać co bardziej gorące masakry, lub za wszelką cenę je omijać bez wdawania się w "bójki". Obejrzyj kilka filmów, chyba nawet i mi coś na karcie zostało, może coś wrzucę. To jest wyścig tylko z nazwy. Tak naprawdę to walka inteligencji (takowej niewiele widziałem, choć wygrał pojazd moim zdaniem najmądrzej unikający kolizji i wcale nie najszybszy) z często brutalną siłą.

Orientacja przestrzenna - wiedza o własnym położeniu (czujniki MEMS) oraz ciągła weryfikacja sytuacji na torze - dookólny skan odległości, mapowanie przeszkód i wyznaczanie optymalnego toru jazdy to tutaj "must have". Inaczej będziesz potrącanym, przestawianym i zagubionym małym (choć być może szybkim) robaczkiem skazanym na pożarcie.

Przydałaby się modyfikacja wzorków na trasie. Może zamiast ciągłych linii coś umożliwiającego detekcję kierunku? A może właśnie dzięki takim uproszczeniom i permanentnej rozwałce na torze ta konkurencja jest tak widowiskowa?

[BZab]

Death Race jest nieco uproszczony: jak zobaczysz w regulaminie - to jest uwaga że robot ma być zdalnie sterowany przez czlowieka (co akurat problemem nie jest, z tym sobie poradzę). Nie wiem tylko jak z różnymi pomocami dla kierującego 😉 Rozwiązanie 2 koła po środku + kulki minimalnie nad ziemią zapewnią względnie świetną skrętność - jak w czołgu będzie się skręcać poprzez zmianę różnicy prędkości obrotudużych kół. Za mózg i skrypty będzie robić osoba zgłoszona z zespołu na kierowcę. Więc zostaje wtedy kwestia ewentualnych pomocy, typu czujniki przeszkód, namiastka kontroli trakcji na zakrętach...

[marek1707]

No jasne, masz rację. Zmyliło mnie podobieństwo nazw DeathRace (Wawa) i RoboRace (Łódź) a to jednak zupełnie różne konkurencje. Trzeba było najpierw czytać regulamin a potem pisać 😕

Zdalne sterowanie diametralnie zmienia postać rzeczy. Z oczywistych względów odpada cała masa problemów z czujnikami i orientacją, ale w tym przypadku trudno nazwać konkurujące pojazdy robotami - jak widzimy w przepisach tej konkurencji. Trochę to na wyrost, zdalnie sterowane samochodziki to jednak inna bajka. Mogę jednak zrozumieć organizatorów - zbudowanie jeżdżącego samodzielnie pojazdu, który w miarę sensownie rozstrzyga problemy planowania trasy w dynamicznie zmieniającej się sytuacji na torze jest trudne albo.. bardzo trudne. A nie można przecież wciąż liczyć na udział RoboRace'owych zawodników zza wchodnich granic. OK, nowa konkurencja na pewno przyciągnie wiele publiczności choć moim zdaniem bardziej pasuje do festynu modelarskiego niż na zawody robotów.

W każdym razie teraz rozumiem Twoje założenia projektowe. Nie jestem przekonany co do tych dwóch kółek i dwóch kulek - robot będzie łatwo "obracalny" i raczej będzie ustępował konstrukcjom 4WD, choć zdolność skrętu w miejscu i brak wyróżnionego przodu-tyłu może być duża zaletą w razie tłoku. Ja bym poszedł (krakowskim targiem) w kierunku 4 napędzanych niezależnie kół ew. wyposażonych w niezależne zawieszenia o niedużym (ale jednak) skoku np. 5-10mm. Dzięki "czołgowemu" sterowaniu różnicowemu miałbym skręty o dowolnym promieniu - nawet od zera, a dobre oparcie w 4 napędzanych punktach styku dawałoby przewagę siły. Żadna część masy "robota" (niech już będzie) nie marnowałaby się na pasywnej kulce.

Nie wiadomo z czego będzie wykonany tor, ale jeśli zobaczymy wielki baner z zadrukowanej folii, fale pojawią się na pewno. To samo w punktach styku płyt MDF. Z tym mają kłopoty i myszy (zwykle dwa kółka i dwa pasywne punkty podparcia) i LFy (dwa kółka i długi nosek z przodu). Niezależne zawieszenie (np. wahliwie zamocowane zespoły silnik-przekładnia-koło) dawałoby równą przyczepność każdego punktu podparcia i dużo większą dzielność na torze.

Co myślisz o zbudowaniu pojazdu cieńszego niż promień kół tak, by po odwróceniu na plecki mógł kontynuować jazdę jakby nic się nie stało?

W sumie ciekaw jestem na co się zdecydujesz. Będzie potrzeba dużo treningu. Jeździsz samochodami RC lub latasz? Fajnie, że ktoś buduje coś specjalnego do tej konkurencji. Będzie ciekawie 🙂

Jest ktoś jeszcze?

[BZab]

"Półrobot" wiem, że temu do RC bliżej, ale dobra - na początek, myślę konkurencja nie za trudna. Tor to będzie przerobiony tor do micro-mouse'a, o samą powierzchnie mam nadzieję uda mi się dopytać organizatorów. Rozwiązanie 4WD faktycznie będzie miało przewagę - jak w grę będą wchodzić kolizje - choć jeszcze pomyślę nad tym 2 koła + 2 kulki - w tym momencie otzymuję podwozie w kształcie w rombu, zamiast prostokąta... Niezależne 4WD też jest ciekawą opcją - nie ma problemu z brakiem styku kół z powierzchnią na nierównościach, czy ew. przeciwniku 😉 Wariant z jazdą "do góry nogami" też jest niegłupi - jak się wróg z lemieszem trafi i przez bok odwróci taką wyśigówkę, to wciaź można jechać...

Czy jest ktoś jeszcze? W zeszłym roku, o ile mi wiadomo startowały bodajże 2 konstrukcje (O! To jest dobra nazwa)...

@EDIT: Literówki 😉

[BZab]

Sorry za double'a - ale wracając do tematu, jakie silniczki i mostki mają szansę się najlepiej spisać w takiej konstrukcji? (odkop też się przyda, bo dziś już będę niektóre części sprowadzał 🤣 )

Pololu 30:1 + koła solarbotics (choćby dla samej felgi?) + jakiś mostek...?

[Mechano]

Popatrz na Tb6612 do tej konkurencji wypadałoby połączyć oba kanały zastosować w efekcie po jednym takim na silnik.

[BZab]

No dobra, czyli 4x pololu 30:1 HP micro + 4x te TB6612FNG, to teraz koła skombinować jakieś muszę...

Nie moge nigdzie opon Kyosho znaleźć w sprzedaży (mini-z, do driftu)... Może jakieś opony idzie dostać przypadkiem pasujące na felgi od Solarboticsów RW2 (i wtedy sprawa czy z mocowaniem wewnętrznym czy zewnętrznym)? Czy może bawić się w odlewanie własnych? Nie ma wtedy problemów z wyważaniem czy coś?