MOTOR DAN GERAK

dengan randofo di ROBOTS CLASS

Unduh«Pelajaran Sebelumnya PelajaranSelanjutnya»

KELAS ROBOT

Mendaftar

Pendahuluan: Motor dan Gerak

Ketika hal-hal saat ini berdiri, pada umumnya, gerakan robot diciptakan oleh motor. Dengan menggunakan motor dengan cara-cara kreatif, jumlah otomatisasi robot yang tak terbayangkan dimungkinkan. Karena itu penting untuk mulai belajar tentang motor jika Anda ingin membuat robot sendiri. Ada banyak jenis motor di dunia. Ini tidak berarti panduan lengkap, tetapi kursus kilat dalam menggunakan motor. Meskipun ini hanya gambaran umum awal, kami akan terus membahas motor lebih menyeluruh saat kami maju melalui kelas dan keterampilan kami menjadi lebih maju.

Motor listrik adalah mesin yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Dengan kata lain, ketika mesin ini ditenagai oleh listrik, ia bergerak (biasanya dengan memutar).

Jika Anda membongkar motor DC, itu akan terlihat sangat rumit, tetapi sebenarnya perangkat yang cukup mendasar. 

Ketika daya diberikan ke motor di terminal luarnya, ia bergerak melintasi sikat ke komutator. Sikat mendapat nama mereka karena mereka benar-benar sikat di komutator karena berputar bebas di antara mereka. 

Komutator terbuat dari potongan terpisah dari bahan konduktif yang terpasang di sekitar poros motor. Setiap bagian dari komutator melekat pada kabel yang berbeda di belitan motor. Ketika poros berputar, dan sikat bergesekan dengan mereka, mereka membuat dan memutuskan kontak listrik dengan masing-masing dan menyalakan gulungan yang berbeda. 

Gulungan pada dasarnya adalah kumparan induktor. Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang ini dalam pelajaran Induktor di blog sayaKelas Elektronik . 

Ketika belitan dihidupkan, mereka menciptakan medan magnet melalui rotor yang dililitkan. Medan yang dibuat dalam rotor bereaksi terhadap medan magnet magnet yang secara tetap dipasang di dalam stator (selungkup logam). Gaya-gaya magnet yang saling bersaing ini menyebabkan rotor, yang melekat pada poros motor, berputar ke arah penyelarasan saat ia ditolak / ditarik ke magnet tetap.

Jika Anda memahami cara kerja magnet, Anda akan tahu bahwa begitu bidang disejajarkan, rotor harus berhenti berputar. Namun, saat berputar, sambungan listrik ke belitan yang dialiri energi terputus, dan komutator menghidupkan belitan berikutnya, menyebabkan yang berikutnya berputar sekali lagi ke tempatnya. Karena yang baru ini berputar, koneksi terputus lagi, dan belitan berikutnya dihidupkan melanjutkan siklus. Urutan ini akan berlanjut tanpa batas selama motor dinyalakan. 

Karena rotor terpasang pada poros, ini menjelaskan mengapa poros motor berputar ketika listrik diterapkan. Untuk bagiannya, poros dipegang dengan bantalan di bagian depan (dan kadang-kadang bagian belakang) stator (penutup).

Ada tiga jenis motor yang biasa Anda temui dalam robotika. Ini bukan untuk mengatakan ini adalah satu-satunya jenis motor yang ada, tetapi mereka adalah motor yang paling mungkin bekerja dengan Anda.

Motor DC berputar bebas ketika ditenagai oleh arus DC. Motor-motor ini berputar bebas ketika dihidupkan dan tidak memiliki posisi yang tepat. Mereka yang terbaik sebagai motor penggerak robot. Anda biasanya dapat mengidentifikasi motor DC karena terlihat seperti tabung logam bundar dengan poros di tengah dan dua terminal di belakang. Motor-motor ini datang dalam berbagai ukuran dan tegangan operasi yang berbeda.

Motor stepper memiliki dua kumparan terpisah atau lebih yang perlu ditenagai dalam urutan tertentu. Karena hal ini, poros bergerak dalam kenaikan "langkah" kecil saat daya diputar di antara kumparan. Motor-motor ini baik untuk penentuan posisi yang tepat dan kontrol kecepatan, terutama ketika Anda membutuhkan motor yang dapat berputar 360 derajat. Anda biasanya dapat mengidentifikasi motor stepper karena memiliki bentuk seperti kotak dan / atau memiliki 4 kabel atau lebih yang keluar dari sisinya. Jenis motor stepper yang paling umum adalah motor bipolar, yang memiliki dua kumparan, dan empat kabel (dua untuk setiap kawat). Ini biasanya tipe yang akan Anda temui.

Motor servo adalah motor DC gear khusus dengan papan kontrol internal yang memerlukan sinyal dari mikrokontroler. Kebanyakan servos memiliki rotasi terbatas dan mampu diarahkan untuk bergerak ke posisi yang sangat tepat. Namun, ada servos rotasi kontinu yang tidak dapat bergerak ke posisi yang tepat, tetapi dapat diprogram dalam hal kecepatan. Anda dapat mengidentifikasi motor servo karena itu seperti kotak dan memiliki benda seperti roda gigi yang melekat pada porosnya. 

Ada seluruh pelajaran servo yang muncul di mana kita akan membahas jenis motor ini secara lebih mendalam.

Ada beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan ketika memilih motor.

Sebagai aturan umum, semakin besar motor yang Anda pilih, semakin banyak tegangan dan arus yang dapat ditangani. Ini penting karena ada korelasi antara tegangan dan kecepatan, dan yang lain antara arus dan torsi.

Sederhananya, semakin banyak tegangan yang diberikan pada motor, semakin cepat putarannya. 

Namun, seperti semua elektronik, motor memiliki rentang tegangan optimal dan tidak boleh melebihi tegangan maksimumnya. Itu berarti motor DC juga memiliki kecepatan maksimum (pada tegangan operasi maksimumnya).

Bagi mereka yang tidak terbiasa, torsi adalah jumlah gaya rotasi motor dapat berlaku. Seperti kecepatan, motor juga memiliki jumlah torsi maksimum yang dapat mereka hasilkan sebelum berhenti (atau berhenti berputar). Ketika motor mengalami peningkatan tahanan dan semakin dekat dan semakin dekat dengan kemacetan, jumlah arus yang ditariknya meningkat. Jumlah absolut dari arus yang dapat ditarik motor ketika bertemu dengan begitu banyak perlawanan sehingga berhenti berputar disebut arus bangkai . 

Arus kios penting karena akan menunjukkan daya potensial motor. Semakin tinggi angka ini, semakin besar daya yang dimiliki motor. Meskipun, ketika motor robot Anda berputar bebas dan tidak menemui banyak hambatan, itu tidak akan menarik arus yang hampir sama.

Tidak seperti suplai tegangan motor yang dapat divariasikan dengan menyesuaikan voltase dalam kisaran operasinya, opsi untuk menyesuaikan torsi tidak mudah. Anda bisa mendapatkan motor yang lebih besar dan lebih gemuk untuk menyelesaikan masalah ini, atau Anda dapat menggunakan gearbox.

Gearbox adalah kumpulan roda gigi yang disusun sedemikian rupa sehingga menerjemahkan kecepatan dan torsi motor menjadi naik atau turun (tergantung pada pengaturan). Poros motor akan dilampirkan ke salah satu ujung gearbox, dan ketika motor berputar, rotasi akan diterjemahkan ke kecepatan yang berbeda pada poros output gearbox. 

Sebagai aturan, semakin cepat motor berputar, semakin sedikit torsi yang diberikannya. Gearbox yang lebih lambat menghasilkan torsi lebih besar daripada yang lebih cepat, dan sebaliknya.

Sangat jarang Anda harus membuat gearbox sendiri. Banyak motor datang dirakit dengan gearbox yang sudah terpasang di sejumlah konfigurasi yang berbeda. Motor diarahkan adalah cara yang bagus untuk mendapatkan banyak daya ke dalam paket kecil, atau memperlambat motor DC tanpa mengandalkan pengontrol motor untuk melakukan semua pekerjaan. 

Anda biasanya dapat mengidentifikasi motor diarahkan karena terlihat seperti motor normal, tetapi dengan silinder yang lebih besar di ujungnya. Juga, poros sering tidak terpusat.

Dengan menempelkan poros motor ke sistem mekanis yang berbeda, Anda dapat mencapai berbagai jenis gerakan. Rakitan ini akhirnya dapat dikombinasikan untuk membuat rakitan elektromekanis canggih yang menyelesaikan tugas yang berbeda. Meskipun tidak terlalu robot, mekanisme pemutar kaset di atas menggambarkan hal ini. 

Berikut ini adalah bentuk gerakan utama yang akan Anda capai dari mekanisme standar.

Gerakan putar adalah yang paling mudah untuk dicapai karena poros motor sudah berputar. Biasanya, sistem putar melibatkan peningkatan atau penurunan kecepatan putaran motor. Seperti disebutkan, ini juga mengubah torsi sistem dalam hubungannya. Jenis mekanisme putar yang biasanya Anda temui adalah roda gigi atau katrol.

Gerak linear menerjemahkan gerak rotasi menjadi gerak melintasi bidang datar. Contoh klasik dari ini termasuk ban berjalan dan trek tangki. Sistem ini menggunakan dua atau lebih roda penggerak atau katrol (satu terhubung ke poros penggerak, dan satu pemintalan bebas) untuk menarik jalur datar di sekitarnya. Semakin jauh jarak antara roda gigi ini, semakin lama lintasannya. Saat lintasan ditarik di sekitar roda, ia bergerak ke arah yang melintasi bidang datar.

Gerakan reciprocating adalah gerakan yang bergerak bolak-balik secara linear. Jenis gerakan ini sering digunakan untuk menggerakkan piston atau kunci pintu otomatis. Ada banyak cara berbeda untuk secara mekanis mencapai gerakan bolak-balik. Pendekatan umum melibatkan penggunaan kuk (seperti gambar), kamera, atau tautan.

Gerakan berosilasi melibatkan bagian mana pun yang bergerak maju dan mundur di sepanjang busur. Contoh paling klasik dari gerakan ini adalah metronom. Seperti kebanyakan gerakan lainnya, gerakan berosilasi dapat dibuat dengan menggunakan berbagai mekanisme yang berbeda, termasuk hubungan. Paling khusus itu hanya memerlukan satu bagian satu poros tetap didorong bolak-balik oleh bagian lain.

Untuk mencapai berbagai jenis gerakan, Anda perlu menggunakan bagian mekanis. Ada lebih banyak mekanisme di dunia ini daripada yang bisa saya bahas, tetapi di sini ada beberapa yang umum Anda temui dalam robotika.

Mekanisme paling sederhana yang dapat Anda lampirkan adalah bobot yang tidak terpusat pada poros putar. Ini akan menyebabkan motor bergetar. Ini paling sering digunakan dalam vibrobot untuk membuat gerakan yang kompleks. Jenis gerakan ini adalah jalan tercepat untuk mencapai kepuasan, tetapi juga yang paling sulit untuk dikendalikan. Robot akan cenderung membelok ke kiri atau kanan, tergantung pada arah mana motor berputar, tetapi gerakannya sebagian besar akan berubah-ubah.

Katrol adalah jenis mekanisme rotasi yang dapat digunakan untuk mengubah kecepatan, torsi, atau - dalam beberapa kasus - arah motor. Hal yang menyenangkan tentang penggunaan katrol adalah bahwa mereka berdasar gesekan, jadi jika poros penggerak mereka terpasang untuk naik atau macet, ikat pinggang akan tergelincir dan motor akan terus berputar. Hal ini mengurangi tekanan pada motor dan sistem elektronik dari motor yang harus bekerja lebih keras dan menarik lebih banyak arus karena semakin dekat dengan kemacetan. Namun, hal buruk tentang katrol adalah bahwa mereka dapat tergelincir, sehingga tidak setepat mekanisme lainnya. Karenanya, mereka sangat cocok untuk sistem penggerak di mana ketepatan motor tidak sepenting dan poros penggerak kemungkinan besar mengalami hambatan dan kemacetan.

Jenis lain dari mekanisme rotasi umum adalah roda gigi . Gears berfungsi dalam banyak cara yang sama dengan katrol. Namun, tidak seperti katrol, roda gigi juga dapat datang dalam bentuk lain seperti konfigurasi "rak" seperti pada robot yang dicetak 3D di atas, dan digunakan untuk membuat gerakan linier. Roda gigi juga tidak bergantung pada gesekan untuk memutar poros, tetapi memiliki serangkaian gigi yang saling bertautan. Ini membuatnya lebih presisi karena gigi yang saling menyambung memastikan rotasi yang seragam dan dapat diprediksi dari satu poros ke poros lainnya.

Karena gigi yang dipasangkan dan disatukan, persneling juga membutuhkan perataan yang sangat tepat. Jika jaraknya terlalu jauh, persneling akan melompati atau cepat rusak, dan jika mereka terlalu berdekatan, persneling akan memberikan terlalu banyak tekanan dan perebutan. Omong-omong, sistem roda gigi tidak suka macet. Ini menerjemahkan banyak kekuatan ke gigi gigi yang biasanya kecil dan rapuh. Ini dapat menyebabkan gigi pada gigi patah, yang dapat menyebabkan ketidaktepatan, atau kegagalan seluruh sistem mekanis. Anda dapat mengatakan bahwa sistem roda gigi rusak karena sepenuhnya disita atau membuat suara gerinda yang mengerikan.

Cara sederhana untuk menerjemahkan gerakan putar menjadi gerakan bolak-balik, linear, atau berosilasi adalah dengan menggunakan cam . Cam hanyalah lengan tuas yang berputar di tengah dari poros. Jenis cam yang paling umum adalah berbentuk oval. Namun, kamera dapat datang dalam berbagai bentuk dan ukuran, dari berbentuk persegi panjang hingga berbentuk hati. Cams hanya mendorong berbagai hal dan dapat melayani segala macam tujuan dalam sistem mekanik. Dalam hal ini, kedua kamera mengangkat dan mendorong robot ke depan saat diputar oleh servos.

Tautan dapat digunakan untuk membuat gerakan bolak-balik dan berosilasi. Semua yang ada kaitannya hanyalah batang kaku dengan lubang di dalamnya untuk pivot. Dalam sistem hubungan, beberapa dari mereka dibatasi ke hubungan lainnya, dan yang lain dipasang pada permukaan di mana motor berputar. Dengan membuat kombinasi pivot bebas dan tetap, tautan dapat membuat banyak gerakan kompleks.

Metode umum lain untuk menerjemahkan gerakan adalah dengan menggunakan trek. Selain membuat robot terlihat seperti tank, bentuk konversi ini menciptakan gerakan linier. Salah satu manfaat dari kendaraan yang dilacak adalah bahwa metode penggeraknya memiliki luas permukaan lebih banyak daripada roda. Hal ini memungkinkannya untuk memiliki lebih banyak gesekan dengan tanah, yang sangat penting untuk memanjat permukaan dan hambatan yang tidak rata. Fakta bahwa trek secara inheren memiliki sedikit memberi pada panjangnya juga tidak ada salahnya juga karena mereka dapat menyesuaikan diri dengan pesawat yang sedikit tidak rata.

Mari sekarang luangkan waktu untuk membahas beberapa masalah praktis.

Untuk menyalakan motor DC, yang perlu Anda lakukan adalah menghubungkan tegangan positif (dalam peringkat daya) ke satu terminal di motor, dan arde ke terminal lain.

Untuk membalikkan arah motor DC, cukup membalikkan kabel yang terhubung ke setiap terminal. Alasan motor berputar mundur ketika Anda melakukan ini adalah bahwa kutub magnet yang dibuat dalam belitan terbalik ketika Anda menyalakannya dengan cara yang berlawanan. Ini memaksa rotor berputar dengan cara yang berlawanan untuk menyelaraskan dengan magnet tetap di dalam stator (penutup motor). 

Kita akan membahas mengendalikan motor dengan mikrokontroler (seperti Arduino) dalam pelajaran selanjutnya. Namun, seperti yang Anda lihat dari tautan proyek di bawah ini, ada banyak mesin mirip robot yang dapat Anda buat hanya dengan pengetahuan dasar motor ini.