Двигатели

Хотя двигатели — электрические устройства и, следовательно, посвященной электронике, они приводят в движение механические детали, поэтому мы поговорим о них здесь. В центре нашего внимания будут небольшие низковольтные двигатели постоянного тока.

При выборе двигателя для проекта главный аспект — его рабочее напряжение, поскольку оно частично определяет размеры и вес портативной батареи. Двигатели на 12 В требуют восьми батареек АА, что слишком много для маленького робота типа «Скутер». Робот «Искатель» больше и тяжелее, поэтому для его перемещения требуются более мощные двигатели на 12 В, питаемые от блока из восьми элементов АА. Для достижения максимальной мощности следует использовать сухие батареи, однако аккумуляторы более экономичны. Восемь элементов дают напряжение 9,6 В, чего достаточно для приведения в действие двигателей.
Следующий важный аспект — коробка передач. Механизмы робота редко приводятся в действие напрямую от двигателя, вал со скоростью в несколько тысяч оборотов в минуту. Если не оснащен встроенной коробкой передач, то почти наверняка е придется собрать самому или купить готовую. Встроенная коробка передач — более элегантное, удобное и, пожалуй, дешевое решение.
Наконец, важен вопрос крепления выходного вала с приводимым в Действие механизмом. О проблемах, которая при этом часто уже упоминалось ранее. По возможности выбирайте двигатель который соответствует стыковочному узлу. Обычно хорошо Диаметром 4 мм. Для стыковки более толстых валов продают специальные переходники, однако они относительно дороги, и увеличивают вес робота, чего следует избегать.

Шаговые двигатели
Типичный шаговый двигатель содержит четыре набора катушек, расположенных таким образом, чтобы ротор переходил из одного положения в другое по мере запитывания катушек в фиксированной последовательности. Эта последовательность повторяется, и на любом шаге две катушки включены, и Две — выключены. Последовательность импульсов для управления шаговым двигателем можно сформировать микроконтроллером.
При переходе от шага к шагу, вначале изменяют свое состояние катушки 1 и 2, затем — катушки 3 и 4, далее — катушки 1 и 2 и т.д. В результате ротор вращается по часовой стрелке на 15° за один шаг. Если последовательность запустить в обратном порядке, то ротор будет вращаться против часовой стрелки. Шестикратное прохождение последовательности дает один полный оборот ротора шагового двигателя.
Скорость прохождения последовательности переключений зависит от временных характеристик программы. Двигатель совершает один оборот на 24 импульса. Изменение частоты импульсов изменяет скорость вращения вала. На любом шаге ротор может быть задержан в фиксированной позиции путем остановки последовательности. Если шаговый двигатель используется для приведения в действие манипулятора робота, то этот манипулятор можно точно позиционировать, запрограммировав микроконтроллер на формирование требуемого числа импульсов. При этом отпадает необходимость в концевых выключателях, поскольку робот всегда будет знать положение его конечностей. Он 1 сможет двигаться точно от одной позиции к другой, просто задавая количество генерируемых импульсов. Как только требуемая позиция достигнута, ротор блокируется и далее не вращается. Крутящий момент, требуемый для преодоления магнитного поля, удерживающего ротор в фиксированном положении, составляет несколько сотен грамм-сил на сантиметр.
Другое преимущество шагового двигателя заключается в возможности точного управления скоростью вращения, на которую не влияет (Разве что 33 исключением чрезмерной нагрузки, полностью вал). Вероятность останова, перегрева и перегорания обмоток шагового двигателя меньше, чем для обычного двигателя.
Воспользовавшись немного модифицированной переключений, можно заставить шаговый двигатель поворачивать на 7,5° за шаг. Также выпускаются двигатели, обеспечивающие поворот 1,80 за шаг. Программируя шаговый двигатель, не подавайте на импульсы слишком быстро, поскольку при чрезмерных скоростях возникает вероятность пропуска шагов, что ведет к ошибке позиционирования.
Казалось бы, шаговые двигатели — идеальный вариант для роботов, однако в проектах, описанных в этой книге, они не используются. Одна из причин — в сложности программной генерации требуемых последовательностей импульсов, когда микроконтроллер занят решением других задач. Кроме того, шаговые двигатели требуют большого тока и рабочего напряжения не менее 12 В.
Серводвигатель рассчитан на вывод вала в заданную угловую позицию. Он имеет три соединения со схемой управления. Два из них используются для подачи положительного и нулевого питающего напряжения, а по третьему передается сигнал управления (например, от микропроцессора).
Возможности вращения ротора серводвигателя ограничены. В общем случае он может поворачиваться на 60-90° в любую сторону от своего центрального положения.
Сигнал управления представляет собой последовательность импульсов, передаваемых с интервалом около 18 мс, т.е. с частотой 50 импульсов в секунду.
Угол поворота контролируется длительностью импульса:
• 1 мс — максимально возможный поворот влево;
• 1,5 мс — поворот в центральную позицию;
• 2 мс — максимально возможный поворот вправо.
Промежуточные значения длительности импульсов выводят ротор в промежуточные положения.
Серводвигатели часто используют в роботах, авиа- и автомоделях, поэтому их всегда можно купить в соответствующих магазинах.

Источник: qwedr.com