Исследование двухколесного мобильного робота, страница 6

Таблица 1 Краткие характеристики двигателя постоянного тока Maxon RE30.

Далее необходимо подобрать планетарный редуктор, для того чтобы привод нашего мобильного робота имел линейные характеристики и скорость вращения колес была оптимальной.

Из списка рекомендуемых редукторов к данной модели двигателя выберем  MaxonPlanetaryGearheadGP32CКраткие характеристики редуктора приведены в таблице 2:

Таблица 2. Краткие характеристики редуктора.

Теперь, зная характеристики выбранного привода, мы можем произвести некоторые расчеты.

Зная скорость вращения вала двигателя, коэффициент редуктора и радиус колеса получим:

(1.00)
         Отсюда вычислим скорость робота:

                                                            (1.01)

Далее посчитаем коэффициент передачи привода, который далее будет нам необходим для моделирования системы:

                                                      (1.02)

2.2 Масса

Для того чтобы рассчитать момент инерции прежде всего следует поговорить о распределении масс в системе.

У основания оси находится два двигателя, два редуктора, массы которых нам известны, также 2 аккумулятора, нижняя площадка и колеса. Подсчитаем примерно суммарную массу в основании робота:

-Двигатель, 2шт 0,25кг

-Редуктор, 2шт 0,25кг

-Аккумулятор, 2шт 1кг

-Колесо, 2шт 0,25кг

-Площадка, 1шт 0,5кг

Масса при основании нашего робота равна 4кг.

В сумму масс на другом конце оси входят:

-Верхняя площадка

-«Глаза», 2шт

-Блок управления, 2шт

Примем сумму этих масс равной 0,5кг.

Массу самой оси, длина которой составляет 830мм примем также равной 0,5кг.  Соотношение масс робота показано схематически на рисунке 12:

Рисунок 12. Соотношение масс балансирующего робота.

2.3Момент инерции системы

Для начала рассчитаем момент инерции, приложенный к оси:

                          (2.01)

Затем найдем момент инерции верхней точки:

                                    (2.02)

И затем найдем момент инерции нижней площадки:

                                 (2.03)

Далее найдем суммарный момент инерции:

                                                  (2.04)

2.4 Датчик расстояния до пола.

Итак, теперь нам необходимо получить коэффициент передачи оптического датчика расстояния до пола. Отклонение робота изображено схематически на рисунке 13:

Рисунок 13. Отклонение робота

Из рисунка 13 нетрудно видеть, что робот отклоняется на некоторый  угол , и с помощью оптического датчика мы можем точно определять изменение расстояния, которое обрабатывается микроконтроллером, а затем на привод поступает сигнал для необходимой корректировки движения и стабилизации робота.

А- расстояние от оси до датчика равно 150мм.

В- расстояние от пола до чувствительного элемента датчика 100мм.

- угол отклонения робота.

                                   (3.00)

3 Динамический расчет системы

3.1 Функциональная схема

Рисунок 14. Функциональная схема

На рисунке 14 используются следующие обозначения:

-МК (микроконтроллер)

-У (усилитель)

-ДВ (двигатель)

-Р (редуктор)

-Д1 («Глаза» робота)

-Д2 (Датчик расстояния до пола)

-Д3 (Датчики полосы. Предназначены для ориентирования робота на площадке с прочерченным маршрутом. Могут устанавливаться вместо «глаз», либо совместно, но совместное использование делает нашего робота универсальным. )

3.2 Модель двухколесного робота-тележки.

«Робот-тележка имеет два активных колесных модуля, которые расположены симметрично на оси Z2 и фиксированы параллельно оси Z1.[Рисунок 15]

Рисунок 15. Робот-тележка.

Далее рассмотрим структурные схемы моделей робота-тележки :

а) Основная динамическая модель робота тележки.

Рисунок 16. Основная динамическая модель