Колеса

Основные параметры несущих колес — диаметр и протектор. Большой диаметр предпочтителен в случае грубой или неровной поверхности, поскольку колесу проще преодолевать бугры и менее вероятно, что оно застрянет в яме. Кроме того, большее колесо обеспечивает хороший просвет между поверхностью и дном корпуса.

Если поверхность гладкая и ровная (например, в случае рельсы портального робота), то преимущество отдается маленьким колесам, поскольку они меньше весят. Не будем забывать, что чем меньше вес роста, тем проще двигателю сдвинуть его с места.
Шины (помогают роботу перемещаться без проскальзывания. Просто запрограммированные роботы обычно начинают и останавливаются резко, что ведет к проскальзыванию. Мы ожидаем, что робот будет перемещаться по прямой, однако колес приводит к тому, что он фактически движется несимметричной кривой. Если он не будет непрерывно сверять свое положение по фиксированным ориентирам, то скоро полностью потеряет ориентацию. Колеса проскальзывают даже при наличии, но все же — не так сильно.
Типичная проблема колес заключается в том, что диаметр отверстия в ступице зачастую не соответствует диаметру вала двигателя. Стандартов в данном случае не существует. Здесь потребуются эксперименты с различными сочетаниям колес и двигателей, а также — компромиссы и импровизация.
Колесо должно сидеть на валу плотно, иначе при приложении крутящего момента оно отвалится или будет проскальзывать. Обычно силы трения между ступицей колеса и валом двигателя вполне достаточно А особенно в случае легкого робота. Если диаметр вала меньше отверстия в ступице, то закрепите на конце вала отрезок трубки аквариумного аэратора или кусочек ПВХ изоляции (срезанной с кабеля), после чего плотно насадите колесо. Возможно, для того, чтобы соединение получилось прочным, потребуется второй слой прокладочного материала.
Если колесо садится достаточно плотно (не шатается при вращении), то проскальзывание можно устранить, прикрутив ступицу к валу-

Зубчатые колеса
В трансмиссиях и для организации движения манипуляторов и часто применяют зубчатые колеса. Они продаются в виде пластмассовых шестеренок различных диаметров, которые крутящее усилие за счет зацепления зубьев. Число зубьев на важнее его диаметра, поэтому при обозначении шестеренки указывают именное это число (например, 24t или 36t).
Когда одна шестеренка сцепляется с другой, то скорость (число оборотов или угловая скорость) одного колеса относительно другого зависит только от числа зубьев на них. Предположим, двигатель вращает шестерню А с 10 зубьями, которая сцеплена с шестерней В с 40 зубьями Шестерня А за полный оборот провернет шестерню В на 10 зубьев, что составляет для нее только четверть оборота. Сцепление с шестерней, имеющей меньшее количество зубьев, приводит к снижению скорости вращения.
В рассмотренном примере передаточное число определяется количеством зубьев на двух шестеренках. В данном случае этот коэффициент определяют как 40 к 10, или 4 к 1, что обычно записывается как 4:1. Электродвигатели обычно вращаются с высокой скоростью (несколько тысяч оборотов в минуту). Так, при вращении шестерни А из нашего примера со скоростью, скажем, 16 000 об/мин. шестерня В будет вращаться с 1/4 этой скорости, т.е. со скоростью 4 000 об/мин. Эта скорость определяется уравнением:
Скорость В = Скорость А х (Число зубьев А / Число зубьев В).
Значение 4 000 об/мин. — слишком большое для ходовых колес робота. Скорость была бы меньше, если бы на шестерне А было меньше, а на шестерне В — больше зубьев, однако размеры для этих двух шестеренок имеют пределы. По этой причине мы установим на один вал с колесом В третью шестеренку С, чтобы они вращались вместе. У этой шестерни — меньше зубьев, чем у В (например, 10), и она сцеплена с четвертой шестерней D, имеющей, например, 40 зубьев.
Для этого случая передаточные коэффициенты будут равны:
отАкВ -4:1;
от В к С — 1:1 (на одном валу);
otCkD -4:1.
Общее передаточное число от А к D будет равно 4 * 4 = 16:1. Если Двигатель вращает шестерню А со скоростью 16 000 об/мин., то шестерня D будет вращаться со скоростью 16 000 / 16= 1 000 об/мин.
Такую организацию шестеренок называют зубчатой передачей Для обеспечения скорости вращения, приемлемой для ходовых колес описанная выше передача нуждается еще в нескольких шестеренках однако принцип зацепления шестерен с разным числом зубьев остается тем же. Простейшую коробку передач можно собрать из двух алюминиевых или ПВХ пластин, скрепленных болтами (обычно — в углах).
Некоторые практические примеры использования шестеренок и зубчатых передач.
Понижающая зубчатая передача уменьшает скорость вращения и увеличивает крутящий момент (сила кручения вала). Значение крутящего момента зависит от приложенной силы и расстояния от центра вращения. Например, крутящий момент приводных двигателей робота «Искатель» равен 2,1 кгс см. Это соответствует крутящему усилию, формируемому силой, эквивалентной 2,1 кг, действующей на колесо радиусом 1 см. Сила, равная половине указанной (1,05 кгс), действующая на удвоенном расстоянии (2 см), даст тот же самый крутящий момент.
Предположим, схват робота удерживает груз 0,2 кг, а длина его рычага составляет 15 см. Рычаг вращается, чтобы поднять груз. Требуемый крутящий момент равен 0,2 х 15 = 0,75 кгс см. Двигатель, развивающий крутящий момент не более 0,5 кгс*см, при попытке поднять этот груз просто остановится.
Секрет успеха — в использовании понижающей зубчатой передачи. Так, двигатели робота «Искатель» оснащены коробкой передач с коэффициентом 82:1. Это снижает число оборотов выходного вала до 1/82 от 1 числа оборотов вала двигателя, т.е. до 70 об/мин. В то же время, крутящий момент увеличивается в 82 раза относительно крутящего момента на валу двигателя (практически — немного меньше из-за трения).
Крутящий момент, указываемый для двигателей, зависит от рабочего напряжения. Чем оно ниже, тем ниже и реальный крутящий момент.
Большинство применений двигателей требует использования понижающей зубчатой передачи, однако аналогичный результат иногда можно получить и другими способами. Хорошим пример этого — механизм рулевого управления, используемый в роботе-игрушке. 1 Ремень одет непосредственно на выходной вал. Диаметр шкива в 12,51 раз превосходит диаметр этого вала, что дает понижающее передаточное число 1:12,5.

Шкивы
Шкив — это колесо с канавкой по ободу. Шкивы, главным образом, используются для передачи усилия. Так, например, в портальном роботе они передают силу тяжести на шасси, чтобы перемещать его по рельса по мере раскручивания лебедки. Они также используются в системах, поднимающих и опускающих крюки и некоторые другие инструменты. В данном случае сила передается с помощью ремня между двумя шкивами.
Пара шкивов одинакового диаметра просто передает силу на расстояние. Если их диаметры различны, то результат аналогичен применению зубчатой передачи. Большой шкив, приводимый в движение меньшим шкивом, вращается медленнее, однако с увеличением крутящего момента.
В отличие от шестеренок, которые должны быть в контакте, шкивы Ремнем, что позволяет передавать силу на расстояние.
Недостаток шкивов заключается в том, что ремень может или порваться. Другая проблема состоит в проскальзывании ремня, груз — слишком тяжелый, но это — не всегда плохо. Ремень в систему эластичность. Например, пальцы схвата замыкаются на объекте, который должен быть надежно удержан. Если захват окажется слабым, то груз может выпасть, если же он будет слишком сильным, то груз может быть поврежден. Точное положение пальцев при захвате объекта определить очень сложно.
Оптимальный подход в этом случае — ввести в систему небольшую эластичность. Один из вариантов заключается в использовании схвата только для подъема упругих объектов, наподобие резиновых мячей. Другой путь, позволяющий работать с любыми предметами, — задействовать в механизме упругий передаточный ремень. Как только пальцы схвата замкнутся на объекте, ремень начинает скользить. Двигатель при этом продолжает работать, формируя усилие, удерживающее объект.

Источник: qwedr.com