如何为全地形机器人平台选择24V直流电动机

我想构建一个能够处理困难地形的4W机器人平台。第一步是列出可能的直流电动机,这些直流电动机能够将机器人推到沙子,泥泞,岩石,森林,草坪或其他任何我想驱动的地方。

在本文中,我的目标是找到直流电动机的转矩和RPM的理论值。另外,我列出了可用于该项目的直流电动机的列表。我知道,通过试验和错误,很难轻松地为特定应用匹配电动机。而且,购买和测试许多直流电动机的必要性很低,给我带来了额外的成本。因此,我必须根据功能要求确定最佳的直流电动机规格。

直流电动机(图像源)

直流电动机( 图片来源 )

让’使移动平台的功能要求有所提高。该机器人应能够通过由皮带或轴连接到车轮的四个直流电动机驱动,爬升至20度的坡度,提供的电压= 24伏,车轮的直径= 0.35m,并且能够达到最大速度10公里/小时(6.2英里/小时)。广义上讲,这些是机器人的功能要求。

关键:24V。

为什么是24V?因为电机在24V时很满意。我知道12V直流电动机比24V直流电动机便宜。第二个优点是这些电动机的重量比24V直流电动机轻。但是我很清楚。一世’必须使用24V直流电动机。

它看起来并不复杂,但是选择正确的直流电动机将是一个挑战,因为我必须考虑机器人的重量以及我所考虑的最短工作时间。我认为,对于这台全地形机器人而言,每次充电平均需要1.5个工作小时,这绰绰有余。

电池,机箱和电动机是机器人总重量的最大问题。

例如,一块12V 55Ah SLA电池重量为17Kg(37磅)。这块电池在罗马尼亚有很好的价格–欧洲。费用约为76EUR。每个电池12V和55Ah,我需要两个电池至少有一个半小时的工作时间充满能量。因此,仅电池的重量约为35Kg(75磅)。

我需要一个结实的机箱来承受所有重量,并承受冲击和其他外部因素。我可以估计,如果没有轮子,它的重量将为15 Kg(33磅)。

车轮直径约为0.35m(13.7英寸)。我发现这种重型车轮的重量可能为4Kg(9磅)。加上车轮的重量,将增加16Kg(36磅)。

四个24V直流电动机可能会使我再花费8至10千克(13至22磅)。

考虑其他组件,直流电动机将驱动约70Kg(154磅)的总重量。

因此,我需要四个能驱动70Kg(154磅)重量的强大直流电动机。好吧,我’我对这些数字并不感到高兴,但是我必须接受挑战,为该机器人找到合适的电动机。

第一步:计算所需的车轮扭矩

我所知道的是:

  • 质量= 70Kg
  • 加速度= 2米/平方秒

力(牛顿)=质量(千克)x加速度(米/平方秒)

F = 70Kg x 2米/平方秒= 140N

满足功能要求所需的总力为140牛顿。但是,机器人有4个电机和轮子。因此,每个电动机/车轮组合仅需要供应所需力的四分之一或35牛顿。

扭矩(Nm)=力(牛顿)x距离(米)

在这种情况下,该距离是车轮直径/ 2(0.35m / 2)。

扭矩= 35N x 0.175m = 6.12Nm

每个车轮所需的扭矩为6.12牛顿米。

第二步:计算所需的车轮转速

我所知道的是:

  • 轮径= 0.35m
  • 车轮周长= Pi x直径= 1.09米
  • 所需速度= 2.7米/秒(10km / h)

速度(米/秒)= RPS(每秒转数)x周长(米)

RPS =速度/周长= 2.7 / 1.09 = 2.47

RPM = 2.47 x 60秒= 148转/分钟

一个很长的结论

每个车轮所需的扭矩为6.12牛顿米。直流电动机每分钟至少应旋转148圈。

考虑到主要由于动力传动机构的摩擦和效率低下而导致的额外损失,并考虑到机器人应该能够爬升到20度的坡度,通常我必须为扭矩留出较大的余量。对于此机器人,相当大的余量是牛顿米x 2。

我必须找到四个直流电动机,其值更接近:

  • 转速:148
  • 扭矩:2 X 6.12Nm = 12.24Nm

这是我可以用于该项目的潜在直流电动机的列表:

免责声明:这些值仅是近似值。您承担任何意外和尝试的风险。所以,请不要怪我!

资源:

3条评论 » Write a comment

  1. 你好。我非常喜欢您的博客,非常感谢。我刚刚开始研究用于家庭服务机器人和潜在安全机器人的电动机。我找到了这个在线工具,可以帮助我检查所需的电机尺寸: http://www.robotshop.com/blog/en/drive-motor-sizing-tool-9698

    我有点担心,因为此工具为您计算的值提供了完全不同的值(我输入了所有变量,70kg的重量,35cm的车轮尺寸,2.7m / s的速度,20度的坡度)。看一看,看看您的想法?

    另外,我想知道您是否考虑过要购买的电机编码器。那是您需要的东西吗?我认为我将需要用于自动机器人的电机的编码器,因为否则要准确定义您的方向以及您走多远会变得更加棘手’d想搬家。我认为稍后在将ROS(机器人操作系统)用于SLAM和导航时它们可能会很有用。

    您对编码器有任何想法吗?您以后要添加它们吗?

    再次感谢您的博客!

  2. 这方面我感到非常高兴。这是一个很好的话题。它对解决一些问题非常有帮助。它的机会是如此奇妙,工作方式如此迅速。我想这可能帮助到你们所有人。谢谢。

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