Простые роботы своими руками или несерьёзная электроника - Дмитрий Мамичев

Вторым условием выбора редуктора можно считать условие количества передаточных пар, величины передаваемою крутящего момента. В конечном итоге речь идёт о массогабаритах редуктора, материалах его изготовления, потерях электроэнергии на поддержание вращения всех его элементов во время передачи вращения.

В игрушечном конструировании оптимальным, по мнению автора, является редуктор с габаритным объёмом в границах от 8 до 125 кубических сантиметров с числом передаточных пар 1–4. Материал корпуса и элементов — пластмасса. Колёса, передающие вращение в основном шестерни, допустимы шкивы. Например, по рисунку 6 редуктор состоит из следующей передающей движение цепочки: шкив на шкив-шестерню; на двойную шестерню; на двойную шестерню; на шестерню с кривошипом и шатуном.

Почему такой выбор? Попробую объяснить «методом от противного». Итак, недостатки фрикционной передачи (рис. 1): проскальзывание, ведущее к непостоянству передаточного числа и потери энергии; необходимость обеспечения прижима, что резко снижает КПД редуктора и, в конечном счете, делает его ненадёжным. Избавится от этих недостатков можно, делая прижим «пружинистым», например как в ходовой части Маавта (Мамичев Д. Игра «Выживание Маавта»// РАДИО 2010; № 10; с.51), но такой вариант существенно усложняет конструкцию редуктора. Ременная передача (рис. 2) так же имеет недостатки, а именно: провисание ремня (резинового пассика), его разрушение со временем, особенно при воздействии низких температур, проскальзывание при вращении. Металлические шестерни и шкивы надёжнее и долговечнее пластмассовых изделий, но их сложнее найти и дороже приобрести. Редуктор из них тяжелее.

Третье условие выбора это, собственно говоря, порядок его обретения. Редуктор можно сделать самому, а можно купить. Сегодня интернет магазины предлагают широкий ассортимент готовых мотор-редукторов (рис. 7).

Однако далеко не всегда имеющийся редуктор подходит под задуманную поделку. В такой ситуации приемлемо изготовить редуктор самому (рис. 8), используя отдельные элементы и части кинематических схем изделий промышленного производства.

Такими «донорами» могут быть старая РЭА, неисправная офисная и бытовая техника, поломанные детские игрушки с «электронной начинкой». Компактные редукторы можно найти в автомобильных CD-приводах, фотоаппаратах «мыльницах». Много шестерёнок, валов и осей можно извлечь из неисправных DVD — приводов компьютеров, принтеров, импортных кассетных магнитофонов, видеомагнитофонов. Готовые редукторы имеются в детских машинках на радиоуправлении и просто электрифицированных с мотором. Механика старых «кварцевых часов» и «ходиков» содержит много полезных вещей, часто реализованных в металле.

Итак, обобщим: при использовании редуктора желательно знать его передаточное число, возможно, его самостоятельное изготовление из элементов кинематики различной аппаратуры и техники.

В игрушечной электронике приемлемо использование достаточно большого ассортимента двигателей постоянного тока (рис. 9).

Начиная с моторчиков виброзвонков сотовых телефонов (1 и 2), двигателей компьютерных приводов, автомобильных проигрывателей дисков (3, 4, 5, 6) и заканчивая «китайскими моторами» от игрушек (7).

«Тяжеловесами» для относительно крупных поделок могут стать двигатели из кинематики принтеров (8), старых кассетных магнитофонов (9) и наконец, отечественная гордость — двигатели серии ДПМ (10). Что касается рабочих напряжений и потребляемых токов многое зависит от конкретного применения в конструкции. Так большинство двигателей типоразмера 1 и 2 «живут в игрушках, не греясь» при подаваемых напряжениях 1,5-3В и потребляемых токах 20-100 мА.

Моторы группы 3–6 функционируют в диапазоне 3–6 В (некоторые рассчитаны на 9 вольт) и потребляемых токах, в зависимости от механической нагрузки, в 30-150 мА. Электродвигатели типа 7 лучше не использовать — при напряжении в 3–4 В они потребляют токи в 150–300 мА даже на холостом ходу. По этой же причине сегодня не находят должного применения «советские игрушечные моторы» (рис. 10).

Двигатели 8-10 в основном рассчитаны на напряжение питания 9-12 вольт и выше. Данные на дорогие и качественные двигатели ДПМ с диаметром корпуса 20 и 25 мм сведены в таблицу (исходные данные позаимствованы из книги В.А. Днищенко «Дистанционное управление моделями», изд. НиТ, 2007 г.).

Конечно, при выборе двигателя под изделие можно полагаться на сугубо теоретические расчёты, но в нашем несерьёзном занятии проще обходится экспериментальными испытаниями двигателей. Итак, попробуем сформулировать основные этапы подбора двигателя под конструкцию.

1. Оценка линейных размеров будущего изделия и массо-габаритов источника питания. (Именно он довольно часто определяет вид будущего мотора игрушки). Так для элементов типа LR44 подойдут двигатели 1, 2. Разумный размер поделки, если она вмещается в куб с ребром 5–6 см. Для двигателей 3, 4 удобнее использовать элементы типа ААА («мизинчиковые батарейки»), сама конструкция может размещаться в кубе с ребром до 10–12 см.

Самые ходовые моторы 5, 6 «созданы» для «солевых батареек» типа АА. Двигатели 8-10 для «алкалиновых элементов», аккумуляторов и прочих более «тяжелых калибров солевых батареек». Кубик-гараж для таких поделок может иметь длину ребра от 15 см и выше.

2. Выбор конкретных моторов по массо — размерам.

3. Выбор наилучшего варианта из имеющихся вариантов. Для испытаний двигателя понадобится источник постоянного тока с регулировкой напряжения от 0 до 12–15 В. Желательно, чтобы источник мог обеспечить ток в нагрузке до 0,5 ампера. Совсем здорово если в блоке питания будет встроенный вольтметр и амперметр. Если их нет не беда, можно собрать простую электрическую цепь (рис. 11). Вольтметр и амперметр так же должны быть рассчитаны на измерение напряжения и силы тока в указанных пределах.

Итак, плавно увеличивая напряжение на контактных лепестках мотора, фиксируем значение силы тока, и напряжения при котором его ротор придёт в постоянное вращение (чем ниже ток, тем «приятнее мотор»). Слегка увеличим напряжение, приложим указательный палец к валу мотора и постепенно начнём надавливать, одновременно увеличивая напряжение. Вновь заметим показания приборов, при которых ток увеличился в 2–3 раза по сравнению с первым фиксированным значением. Подержим вал под пальцем около минуты. Если корпус двигателя слегка нагрелся (кожа ощущает тепло) значит, такой режим работы двигателя приемлем. При этом фиксируем значение питающего напряжения, силы тока, а «на палец запоминаем» крутящий момент и частоту вращения вала при нагрузке. Повторяем «процедуру» для всех экземпляров моторов. Делаем свой выбор по принципу: «Побеждает самый упорный и менее прожорливый!».

4. Далее следует определиться с входным колесом будущего редуктора (рис. 12). Это может быть шестерёнка 1, шкив 2, резиновый валик 3, червяк 4. Диаметры валов моторов составляют ряд 0,7 мм, 1 мм, 1,5 мм, 2 мм. Колесо должно плотно, с усилием надеваться на вал. Проще всего подобрать вариант 3, сложнее всего вариант 4.

Итак, обобщим: Если двигатель выбран верно, то значение величины тока, потребляемого двигателями самоделок, должно находиться в пределах 50-150 мА, при напряжении источника 3–9 вольт.

В игрушках их может быть много, и они могут быть разные. Например, колесо мобильного робота (рис. 13) или гребной винт на валопроводе (рис. 14), или устройство ударного молоточка (рис. 15).

Это может быть довольно сложная система ходовой части жука-проволочника (рис. 16) или капризная в настройке колебательная система маятника (рис. 17).

Но в любом случае они обеспечивают движение и взаимодействие изделия (его частей) с окружающей средой (полигоном), их основная задача преобразовать вращательное движение выходного вала (колеса) редуктора или двигателя в «нужное» движение изделия или (и) его частей.

Рассмотрим пару самых «ходовых» механизмов. Итак, кривошипно-шатунный механизм (рис. 18) предназначен для преобразования вращательного (точка А) движения в возвратно-поступательное движение (точка В). Механизм является обратимым, следовательно, может преобразовывать возвратно — поступательное движение в движение по окружности.