روبات آفتاب گردان - جلسه سوم
اهداف: توضیح درباره انواع موتور، انتخاب موتور مناسب
انواع موتور
با توجه به مطالب گفته شده در جلسه پیش، دریافتیم كه برای ساختن پیكانی كه به تواند به سمت تمام نقاط موجود در بالای سرش حرکت كند(مانند گل آفتاب گردان) به یک مکانیزم دو درجه آزادی نیاز داریم که این مکانیزم دارای دو نوع حرکت می باشد.
لذا برای ساخت چنین دستگاهی به دو عدد موتور نیاز داریم یكی حركت 1 و یكی حركت 2 را ایجاد نماید. حالا این سوال پیش می آید كه از چه نوع موتوری باید استفاده نمود؟ موتورهایی كه در زندگی روزمره دیده اید را نام ببرید (مانند موتور كولر، موتور سشوار و...)
یكی از مهم ترین اجزاء دستگاه ها و روبات ها، موتور می باشد، از موتور برای تبدبل انرژی الكتریكی به انرژی مكانیكی استفاده می شود. بسته به كاربرد مورد نیاز، شامل دقت، توان مصرفی، سرعت یا پارامترهای دیگری از این قبیل نوع موتور مورد نیاز انتخاب می شود.
موتورهای رایج برای انجام انوع پروژه ها را می توان به صورت زیر دسته بندی نمود:
1- موتورهای AC
2- موتورهای DC
3- موتورهای پله ای Stepper motor
حال به بررسی مختصر این موتورها می پردازیم:موتور AC
معمولا در دستگاه های الكتریكی خانگی استفاده می شود. این موتورها با جریان برق متناوب كار می كنند و لذا به آن ها موتور AC گفته می شود. یخچال، جاروبرقی و آبمیوه گیری از این نوع موتورها استفاده می کنند. مكانیزم كنترل سرعت و مقدار چرخش این موتورها نسبتاً پیچیده است و معمولاً از آن ها در سرعت های ثابت استفاده می کنند.
موتور DC
توان مكانیكی این موتورها معمولاً از موتورهای AC كمتر است، ولی ساختار بسیار ساده ای دارند. بسیاری از اسباب بازی ها با موتور DC كار می كنند. بارزترین مثال برای این موتورها، آرمیچر DC است. کنترل سرعت و قدرت چرخش این موتورها نسبتاً ساده می باشد.
از آنجایی كه برق شهر AC است و این موتورها برق مستقیم یا DC نیاز دارد باید برای راه اندازی این موتورها از مدار یکسو کننده استفاده شود. شماتیک مدار یکسو کننده به صورت زیر است.
 |
پل دیود وسیله ای است كه برق متناوب را به برق مستقیم تبدیل می كند.
پل دیود نیمه پایین نمودار برق AC را به بالا انتقال می دهد. برای یكنواخت نمودن این جریان از یک خازن استفاده می شود. همان گونه که در سومین نمودار مشاهده می شود، خازن جریان یکسو شده را به شکل جریان ایده آل نزدیک تر می نماید.
برای چرخش یكنواخت موتور DC كافی است تغذیه موتور با یک ولتاژ DC ایده آل مانند باطری تامین شود. از مزایای موتور DC می توان به قیمت پایین و تنوع قدرت و سرعت آن ها اشاره نمود.
مشکل موتورهای DC و AC عدم امكان كنترل دقیق میزان چرخش موتور می باشد. برای امتحان این موضوع كافی است برق یک موتور در حال چرخش را قطع كنید. مشاهده خواهید نمود كه مدتی طول می كشد تا شافت این موتور توقف کامل نماید.
موتور پله ای
استپ موتور نوعی موتور مثل موتورهای DC است كه حركت دورانی تولید می كند با این تفاوت كه استپ موتورها دارای حركت دقیق و حساب شده تری هستند.
این موتورها بصورت پله پله حركت می كنند و با دقت های مختلف در بازار موجود هستند.
موتورهای پله ای موجود در بازار معمولاً در دو نوع 5 و 6 سیم یافت می شوند. موتورها رده سبک یا CD-Pam نمونه هایی از موتور پله ای می باشد. كابرد اصلی این موتورها كنترل موقعیت می باشد. این موتورها ساختار كنترلی بسیار ساده ای دارند لذا در ساخت روبات ها كاربرد فراوان دارند، به طوری كه به تعداد پالس هایی كه به یكی از پایه های راه انداز آن ارسال می شود موتور به چپ یا راست می چرخد.
توان خروجی این موتور از موتورهای ACو DC كمتر است و استفاده از موتور های پله ای مشكلاتی مانند وزن زیاد، قیمت بالا و قدرت كم را به دنبال دارد. راه اندازی آن ها نیز نسبت به موتورهای AC و DC دشوارتر می باشد.
اصول كار موتورپله ای
واژه پله به معنی چرخش به اندازه درجه تعیین شده موتور می باشدو مثلاً موتور پله ای با درجه 8/1 باید 200 پله حركت كند تا 360 درجه یا یک دور كامل بچرخد:
360=200* 1/8
و یک استپ موتور با درجه 15 باید 24 پله بزند تا یک دور بچرخد.360=15*24
به این ترتیب هر چه تعداد پله های یک موتور بیشتر باشد دقت چرخش آن بیشتر است مدار های خاصی برای راه اندازی موتورهای پله ای مورد نیاز می باشد.
موتورگیربكس‌دار
موتورگیربكس‌دار در حقیقت نوعی موتور DC است كه یک كاهنده سرعت یا گیربكس به شفت آن وصل شده باشد. این موتورها به دلیل وجود گیربكس با سرعت كمتری نسبت به نمونه بدون گیربكس می چرخند ولی قدرت چرخش بالاتری دارند.
هر چه قدرت بالاتر رود، سرعت كمتر می شود و بالعكس، یعنی اگر گیربكس باعث شود سرعت خروجی یک پنجم سرعت ورودی گیربكس یا همان سرعت چرخش شفت موتور شود، قدرت خروجی 5 برابر قدرت موتور خواهد بود.
 |
این كاهش سرعت به وسیله چرخنده انجام می شود. یک كاهنده سرعت ساده در شكل زیر مشاهده می كنید.
در این مكانیزم برای این كه چرخ چپ یک دور بچرخد چرخ راست باید دو دور بچرخد، لذا سرعت چرخ چپ نصف سرعت چرخ راست می شود ولی قدرت آن دو برابر قدرت چرخ راست می باشد.
در زیر یک نمونه موتور گیربكس دار را مشاهده می كنید:
انتخاب موتور مناسب
ما برای ساختن گل آفتابگردان، همان گونه كه قبلاً اشاره كردیم به دو نوع حركت و در نتیجه دو عدد موتور نیاز داریم. با توجه به مشخصات موتورها كه با آن ها آشنا شدید، به نظر می رسد بهترین گزینه استفاده از موتور گیربكس دار است زیرا تنوع زیاد دارند، قیمت مناسب دارند و راه‌‌اندازی و نصب آن ها نیز بسیار ساده تر از موتورهای پله‌ای می باشد، همچنین قدرت مناسب برای جا به جا نمودن روبات و پایه گل را دارند.
تکلیف: به عنوان تکلیف این جلسه، 5 نمونه موتورالکتریکی را که با آن ها برخورد داشته اید نام بیرید.
محل بازدید/ اردو/ خرید: به عنوان بازدید می توانید به یک کارخانه گیربکس سازی مانند نیرو محرکه مراجعه نمایید.
تحقیق: برای تحقیق بیشتر می توانید در صورت امکان یک عدد چرخ گوشت را در حالی که دو شاخه آن را از پریز در آورده اید، باز نموده و پس از برداشتن درپوش آن گیربکس آن را بررسی نمایید.
مطالب مرتبط:
روبات آفتاب گردان - جلسه چهارم
موتور الکتریکی جاروبک دار (brushed)
بخش پژوهش های دانش آموزی - تنظیم : فاطمه گودرزی
