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聽說您在設計掃地機器人,參考這篇文章選電機

發布日期: 2018/7/10 11:31:40 瀏覽次數:7010

   掃地機器人將激動機器人技術和吸塵器技術有機地融合起來,實現室內環境(地面)的半自動或者全自動清潔,替代傳統繁重的共清潔工作,近年來已受到國內外的研究人員重視。作為智能移動機器人的一個特殊應用,從技術方面講,智能化自王式吸塵器比較具體地體現了移動機器人的多項關鍵技術,具有較強的代表性。市場前景角度講,自主吸塵器將大大降低勞動強度、提高勞動效率,適用于家庭和公共場館的室內清潔。因此,開發自主智能吸塵器既有科研上的挑戰性,有具有廣闊的市場前景。融合現代傳感器及機器人領域的關鍵技術。代替傳統的家庭人工清掃方式,是家庭生活電器化、智能化、是科技更好的為人類服務。

  怎樣實現掃地機器人自動避障呢?關鍵在于傳感器系統,掃地機傳感器系統的性能越好,自動避障和路徑規劃方案就越容易實現,控制系統的程序就更加容易。掃地機的整體性能也就越好。


測速裝置模塊

   測速信號通過在電機的轉子上加裝黑白條紋的圓盤,在利用光電開關得到電機每轉一圈產生若干個脈沖信號,據此可以算出電機的實際轉速。這種簡易的光電開關測速發成本低,性能可靠,可以在電機轉速不高,精度沒有那么嚴格的要求的情況下使用,這種測試裝置可以構成里程計。根據里程計的返回脈沖數可以計算出電機行走的距離,并簡介得到行走速度。

碰撞測試

   碰撞檢測采用霍爾元件,芯片的供電電壓范圍為4.5~18V,敏感度高,阻抗低,工作的最大輸出電流為15ma,當芯片的正上方有S極磁場時,霍爾元件輸出高電平,當元件偏離磁場后,元件輸出低電平。通過控制霍爾元件正上面的磁場極性,可以控制元件輸出信號的變化趨勢。當極性相反時,元件在偏離磁場時為高電平,正對磁場時為低電平。

驅動系統

驅動器就是驅動掃地機動力部件,最常用的就是電機。掃地機最主要的控制量為控制掃地機的移動,掃地機驅動器重的最根本的問題就是控制電機,控制電機轉的圈數就可以控制掃地機移動的距離和方向,掃地機械的完全程度或者移動距離等。所以,第一要解決的問題就是如何讓電機根據自己的意圖轉動。一般有賺的控制卡和控制芯片來警醒調控。有了這些控制卡和芯片,然后微控制器與其來凝結起來就可以用程序來控制電機。第二問題是控制電機的速度,在掃地機上的實際表現就是他的實際運動速度,掃地機走的快慢全靠電機的轉速,這樣要求控制卡對電機的速度控制。

機器人的工作電機分為行走、吸塵和毛刷電機。機械人行走結構中前面有一個從動轉向輪,兩側各有一個驅動輪,有無刷直流電機進行控制。清掃結構主要使用真空吸塵器和有電機帶動的旋轉毛刷。

無刷直流電機具有效率高、功率大、體積小、控制精度高等明顯特點在機械人的領域有著廣泛應用。直流無刷電機具有良好的調速性能,由它采用電子換向,脈寬調制脈沖調速,在進一步提高直流電機的性能同時,有克服直流電機傳統機械換向帶來的一系列問題,從而大大延長了電機的使用壽命

直流無刷電機控制的電路主要有控制電路微處理器、數據信號處理器和專用集成電機等方式。使用單片機輔以外圍處理電路的方法,其測頻,換相、控制調節等均由軟件實現。采用單片及軟件編程的方法控制直流無刷電機。吸塵器內的風機和帶動毛刷的電機都使用直流電機,由于不需要調速,換向。因此控制方法比較簡單。

掃地機無刷直流電機

電機的運動系統結構決定機器人的運動空間,采用輪式結構,其中左右輪為主動輪,需要可調速的電機控制,前面的轉向輪為從動輪,便于機器人的轉向

直流電機具有良好的線性調速特性、簡單的控制性能、較高的效率、良好的動態特性,所以一直占據著調速控制的傳統地位。雖然近來不斷受到其他電動機如交流變頻電動機、步進電機的挑戰,但直流電動機仍然許多調速控制電動機的最優選擇,在生產,生活中仍有著廣泛應用

直流無刷電機簡稱BLDC,學名為無換向電機或者無整流子電機,是一種新型的無極變速電機。它具有直流電機的良好調速特性,但由于沒有換向器,因而可做成無接觸式,具有結構簡單,制造方便,不需經常維護等優點,是一種理想的變速電機。

如何選擇一款直流無刷電機呢?看看以下的換算公式:

已知整個掃地機中零件的重量,我們取總重量為10kg,范圍為50mm-200mm,動力輪轉速為1-2r/min.即:

Gmg10X10100N

V等于IIDn3.14X0.01X401.75mm/s

具體的掃地機直流無刷電機設計計算如下:

NG*W/η=0.18KW

G—掃地機直流無刷電機的負載

η傳動效率,取0.75

所以根據N0.10kwn1500r/min,即可得出掃地機直流無刷電機的結構。


掃地機直流無刷齒輪的設計計算:

1,、初步計算

(1)    材料選擇

因傳動尺寸無嚴格限制,批量較小,故小齒輪用40CR(調質),硬度241HB-286HB,平均取為280HB,大齒輪用45鋼(調質),硬度229B-286HB,平均取為240HB。選齒輪精度為7級。

(2)    節錐角的計算:

ι=cotδ1

δ1arccotι=arccot1.66=22°2206

δ2=90°-22°2206=67°6754


掃地機器人直流無刷電機選擇:

掃地機器人的移動結構使用差速轉向式,為了實現差速運轉就需要有調遣功能的掃地機直流無刷電機,知道掃地機直流無刷電機所需要的輸出功率,可使用BLDC86+G掃地機直流無刷電機,得知掃地機運行需要電機的輸出功率,而選用的這款電機輸出功率大于我們所需的功率,滿足需要,這款掃地機直流無刷電機的速度在每分鐘3000~15000轉之間可調,當我們調整掃地機直流無刷電機的轉速為每分鐘10000轉時,掃地機直流無刷電機的轉矩是6N.m。同樣滿足掃地機對轉矩的要求,綜上所述,選擇BLDC86電機是合適的。

直流無刷電機

掃地機器人直流無刷電機轉速控制:

掃地機器人直流無刷電機的轉速通過PWM方式控制,脈沖寬度調制是把輸出信號的基本周期固定,通過調整基本周期內工作周期的大小來控制輸出功率,電機的旋轉速度和加在電機兩端的電壓有一定的關系,施加在電機上的電壓越大,那么電機的旋轉速度也就越快。由于施加在電機的電壓和占空比成正比,因此占空比的數值越大,施加在電機的兩端電壓也就越強,這樣的話電機的旋轉速度也就越快。

以上對于如何選擇掃地機器人電機有一個初步概念,對于如何選擇更適合的直流無刷電機,可以找擁有33年專業定制與生產電機的廠家--東莞東弘機電公司為您設計一款更加合適的電機。


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