ロボカップ姉妹の日常

ステッピー&ロック・オンの姉がロボットとか作りつつ制御の勉強してみたり、部品作ってあそんでみたり…

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【ロボット設計】トルクからモータを選ぶ方法【父執筆】

前回に引き続き、父執筆の記事です。
以下、父の文章↓






・“定格”をご存知ですか?

定格とは“使用限度”と考えれば、理解し易いと思います。
定格電圧10Vであれば、これを超える電圧を印加すると部品が故障、性能低下、寿命が短くなるなどの不具合が発生します。
定格を超えない様に余裕を持った設計(選定)を心がけましょう!

モータを選定する場合はバッテリー、モータードライバボード、配線の定格電流を知る必要があります。
詳細の計算については別の機会に解説します。
〇バッテリー2800mAh×40C=112A
〇モータドライバ6CHモーターコントローラ(ddk0668t)のXHコネクタの定格電流3A
〇XHコネクタ用配線(AWG22)定格電流4A
となり、この中の一番低い定格電流3Aを越えない範囲でモータを選びます。




・パワーアップモータの選定

入手性の良さ、お手軽な値段を考慮して、タミヤ・ミニ四駆モーターから選定します。
モータの構成部品に“ブラシ”と言うのがあります。
ロータ側の電極(整流子)に電気を良く通す材料を押し当てて、電流を流す仕事をします。

このブラシには金属ブラシ、貴金属ブラシ、カーボン(グラファイト)ブラシの3種類があります。

○貴金属ブラシ:馴染みがないと思いますが、電流を流すのに必要な押し当て圧力が非常に小いので低い電圧や少ない電流で回転することができます。
マブチ・ソーラーモーターに採用されています。

○金属ブラシ:FA-130、RE-260など、お馴染みのモータに採用されています。
ブラシ自身が板バネを兼ねていて、低価格になります。
ブラシの押し当て圧力も小さく定格電圧1.5Vのモータの多くは、この方式です。

○カーボンブラシ:電気を伝える部分にカーボン製のブロックを用いて、強い押し当て圧力によって、整流子に接触させます。
これにより接触部の面積が大きく、大電流を供給することができますが、摩擦が大きい為に小さな電流では回転しにくい欠点があります。
カーボンブロック自身が頑丈なので、起動・停止や正転・逆転の繰り返しに強い特徴もあります。

ロボットの駆動用モータは、起動・停止や正転・逆転を繰り返しますので、カーボンブラシタイプを選択します。

カーボンブラシタイプの消費電流は
http://www.tamiya.com/japan/download/pdf/mini4wd/parts/mini4wd_motor.pdf

○ハイパーダッシュ3:3.0A
○パワーダッシュ  :3.3A
○スプリントダッシュ:3.8A
○ウルトラダッシュ :5.0A
○プラズマダッシュ :5.2A

となり、使用可能なのはハイパーダッシュ3のみです。

今回は、無負荷回転数・停動トルクに加えて無負荷時電流・停動トルク時電流の4点を用いてグラフを作ります。
この計算書(水色のセルが入力欄です)の無負荷回転数の欄に32500rpm、停動トルクの欄に40.3g・cm、無負荷時電流の欄に400mA、停動トルク時電流の欄に3000mAを入力すると下図の様になります。

チューンモータギヤ比4種グラフ

赤い線が回転線、青い線が電流線です。
適切な負荷計算を行わずに、モータに高い負荷を強いると、パワーが出ない、消費電流が大きい、発熱する、寿命が短いの四十苦に陥ることがイメージできると思います。

計算書の“必要トルクから回転数を求める”の欄に1300を入力、各ギヤ比を“ギヤ比を入力”の欄に入力すると、ギヤモータの出力軸の回転数・トルク・電流が計算できます。

計算結果をまとめました。

チューンモータギヤ比4種

計算結果から87:1がベストです。
1300g・cm時の電流は1.4Aですので、モータ2個同時に動作する事を考慮すると2.8Aになります。
今回搭載した2800mAhのバッテリーでの稼動時間は2800mAh÷2800mA=1時間となります。
120:1の場合は1.1Aに電流低減できますので、モータ2個同時2.2A
2800mAh÷2200mA≒1.3時間となります。

おやじロボは87:1への換装が面倒だったので120:1のままハイパーダッシュ3モーターにしました。

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