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[知识] 格斗机器人的两大电机选择---你必须得知道【洋葱出品】

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本帖最后由 swanglei 于 2018-3-28 11:44 编辑

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      很多选手在制作格斗机器人的时候,其实对于电机的选择其实会有很多的疑问,那么我给大家来介绍一下制作一台格斗机器人,在电机选择上你必须知道的那些事!
      先来说说我最近参加DF社区的2kg的mini格斗机器人比赛的电机选择,其实2kg以及3lb级别的格斗机器人我认为它们的电机是可以通用的,基本370级别以内的电机都OK,一个370小电机大概也就50g左右,太大的话机器人就可能有超重的危险。那么使用370有刷电机所配合的减速箱有行星减速或者L型减速箱,基本就这两种。关于370电机的这个数字“3 7 0”,“3”是代表电机的直径,“7”是代表电机的长度。如3系列的电机直径为24.4mm,相比无刷电机命名方法就很标准,直接就是电机直径加上电机长度,如2835无刷,其外径就是28mm,电机长度就是35mm。其实我个人并不推荐大家去买国外的进口的减速电机,目前我们很多国产的电机素质已经做得很不错了,而且甚至有很多国外进口的电机其实也都是我们国内生产的,像那种玩具里面的电机几乎都是我们国内生产的电机。
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      如果若是制作1lb级别的格斗机器人,首推N20减速电机,这个电机在制作1lb级别的格斗机器人圈内相当流行,而且他还有一个好处就是他的减速比和最终转速有很多种选择,而且减速比跨度很大,几乎是你想要什么转速都有,关键这个小电机还很便宜。但其实我自己并没有只做过1lb的格斗机器人,目前我做的最小的机器人都是15kg的机器人。这个小减速电机的好处在于,他的减速箱都是金属的,其中减速齿轮是钢的,减速箱箱体是黄铜的,在国内很容易就能买到。
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      关于行星减速电机,行星减速箱的损耗率比较高,效率只有75%,但是行星减速电机有个好处就是耐冲击。同时,行星减速电机还有一个比较大的问题,就是减速箱输出轴的固定,做的比较好的厂家会用两个轴承进行固定,如果偷工减料的直接只用一个轴承或者铜套进行固定,这样就大大降低减速箱输出轴的可靠性了,所以一般如果我是用行星减速电机作为机器人的行驶电机,输出轴的另外一端我一定会使用两端固定的方式,对电机轴做加强处理。这样在比赛的时候,机器人在受到撞击的时候电机轴就不会断了,其他没做处理的比赛当中直接就断了。
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      如果有人愿意将减速电机进行改装的话,就不得不说无刷电机了。首先无刷电机有一个天生的优势就是转速相比常规的有刷电机可以达到更高的转速。一般有刷电机的转速在500RPM至5000RPM左右,如果我们想达到更高的转速就必须得给电机增加工作电压,但电机工作如果一旦超过额定电压,内部的碳刷就会损耗特别大,降低电机使用寿命。所以如果想使用更高转速的电机就只能选择无刷,因为无刷电机转速可以轻轻松松达到2万转5万转,所以为了让减速电机输出更高的转速,不改变减速比的情况下,就只能选择无刷电机进行改装。无刷电机有一个单位是KV值,这个KV值的含义是转每V电压。如果一个电机标称是1000kv,那么在10V电压下工作,他的转速就是1万转。我们在制作mini格斗机器人的时候,一般是使用2S或者3S的锂电池,所以工作电压就是7.4V或者11.1V。主要是因为常规的小的无刷电机转速都比较高,都在6、7千KV,如果使用过高的电压工作,电机的转速都接近10万转了,机器人都可以飞起来了!
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       在选择电机的时候,我们可以根据电机的扭矩去进行选择,一般小电机是不可能爆发出大扭矩,小电机是通过转速转化成大扭力。其次可以根据减速电机的转速来进行选择,主要看减速比的设计,比如1:10和1:24的减速比,1:10和1:24的减速比如果你需要同样的转速,同样的行驶速度的情况下,你的电机就需要进行更换了。因为一般有刷电机也有它的转速标准的,如1万转、7000转、5000转,1万转以下的电机属于慢速电机,相反1万转以上的就属于高速电机。370系列的电机里面其实还有很多种可选的电机,370级别的电机里面白皮的,黑皮的,蓝皮的还有绿皮的,转速也都不一样。同样的减速组换上不同的电机就可以得到不同的扭力和不同的转速。比如说我自己的格斗机器人,是一个竖转型格斗机器人,它的电机转速就是1000转,因为我觉得如果转速不高发挥不出机器人的威力。但是,我还是推荐新手是用稍微低一些的转速的电机,比如说500rpm,因为500转的电机扭矩会增加一半,同时对于选手的控制水平会降低,如果新手直接上来就用1000转的电机,那机器人都可以飞起来了。对于晋级的选手,其实我推荐的电机转速也是500,500转已经够了,我用1000那是属于作死型的,哈哈,不作不死。。。还有一个问题需要注意的,就是机器人的最高行驶速度,相比四个轮子的机器人和两个轮子的机器人,两个轮子的机器人做成最高速行驶是比较困难的,四个轮子好一点。主要是由于相同两个电机之间存在差异,特别是越高速之后越明显,反而低速的情况下,电机的同步问题会稍微缓和一点,而且还能及时去矫正它。机器人的最高行驶速度,主要有几个参数去影响,电机转速、减速箱减速比、以及轮子的外径,都直接影响着机器人的最高行驶速度。计算方式就是电机所输出的最高转速乘以轮子的外径再除以60秒,就是机器人的行驶速度(这里是不考虑考虑负载的情况)。
       接下来我专门说一下减速箱,首先是行星减速,行星减速箱里面的每一级都有三组齿轮,并且固定在一个圆盘上,这样与外圈的内齿就产生了三个点的接触,所能承受的机械负荷冲击是普通直列齿轮的三倍,所以它通常是适用高扭力低转速的场合使用。那么直列的L型齿轮箱,齿轮之间的接触就是一个点,它的机械转化效率比较高,机械损失比较小。涡轮蜗杆减速箱的话效率就更低了,但是它的扭矩非常之大,有个缺点就是它在电机停止的时候,它无法完成自由转向。就是我们常说的电机齿轮会急停,如果在行驶的过程当中,很容易发生扫齿问题。还有一个链轮链条传动,也是一个比较传统的传动方式,它的传动效率也是比较高的,而且还耐冲击,对于链轮负荷冲击的时候,链条起到一个延展作用,可以缓解急停或者加速的冲击,包括方程式摩托车上都是用链条进行传动。还有的是用复合式的传动方式,第一级使用齿轮传动,第二级使用链条来传动,这样两个优点都吸收了。
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洋葱_FMB  版主
 楼主|

发表于 2018-1-21 22:46:55

本帖最后由 洋葱_FMB 于 2018-1-21 22:43 编辑

      在制作格斗机器人所使用的武器电机,尽量使用有刷电机,无刷电机在制作格斗机器人当中真的属于比较贵的一个级别。直流电机在先天上就有个好处是耐操,可以用普通的电调驱动,也可以用一个简单的继电器驱动也行,都可以达到想要的效果。但是无刷电机就不行了,无刷电机你必须找到一个合适的电调以及它的控制器,这个控制器是无刷电机里面最关键的一部分,电机很好做,但是电调并不是每一个都能很好地匹配上这个电机。目前市面上就没有一款针对格斗机器人所使用的无刷电机适配的电调,因为我们格斗机器人电压最高可能要用到72V,功率就比较大,即使模型所使用的电压最高也就8S(29.6V)。所以在比赛当中有很多烧了的电调,其实就是乱用,用空中航模飞机所使用的电调来驱动地面格斗机器人所使用的无刷电机是肯定会出问题的。以相同体积下,有刷电机和无刷电机相比,无刷电机具有更高的电转化效率,更高的转速和更大的扭矩,但是无刷电机在启动的过程当中是需要控制,需要电子去计算换向量,这些所有的东西都需要可靠的硬件来支撑它。
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车用无刷电调
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航空模型无刷电调
      在制作小公斤级别的格斗机器人当中,可以使用无刷作为武器电机。2kg级别的格斗机器人整个质量都比较偏小,对于无刷电机有个先天的优势就是它的重量轻,功率大,无刷电机的优势在小公斤级别当中就可以充分体现出来。按照格斗机器人的武器类型来分,如果制作竖转类型的武器,使用内转子的无刷电机比较合适。因为内转子的无刷电机转速会比较高,制作滚筒或者竖转类型的格斗机器人会比价占优势;如果是大横刀类型需要一定的扭矩来启动,这类偏置横转型格斗机器人,那肯定是推荐使用外转子的盘式无刷电机。也就是说,同样的体积情况下,内转子的电机转速更高,外转子的电机扭矩更大。以我自己的mini格斗机器人来说,给武器的重量分配的较多,行驶系统就选得稍微差一些的零件,包括机器人的护甲都做得很薄。以我为例,武器类型为竖转,武器重量大约在500个左右,所使用的无刷电机为内转子形式,电机型号为3660,KV值是1000,电机重量大概在两百多g左右,电池控制在2S或者3S。
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内转子无刷电机
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外转子无刷盘式电机
      关于武器电机和武器的连接,如果是制作小级别的mini格斗机器人,我认为电机直出就可以了,做一个电机法兰盘,使用圆形皮带或者扁平皮带进行传动就可以了,但尽量不要使用同步带。关于电机和驱动轮的连接,可以使用紧配合,如果不会紧配合,可以将电机轴削成D型切口,然后使用松配合将驱动轮固定在电机输出轴上,再用一颗机米螺丝进行锁死固定。
      还有一个问题,就是武器电机的使用跟行驶电机的使用情况是完全不一样的,行驶电机是通过长时间控制,来回正反旋转,然而武器电机的工作情况是启动之后达到最高转速,撞击到对方机器人,如果没做传动打滑处理的话,可能会瞬间使得武器电机堵转。要是用的是无刷电机,无刷电机在高速旋转的运行过程当中突然怼停,程序运行不过来的话,它会直接给电机输出一个大电流,然后电调或者电机就直接烧掉了,根本来不及保护就挂了。如果是航空模型是用的那种电调,它不可能是这样急停,如果是车模电调的话好盈做的还比较好,至少怼它个几次它还扛得住。所以我们制作小型mini格斗机器人一般都是用车模,电调的富余量还可以,你的电调如果选择一个40A,武器电机在急停的过程当中可能会超出这个范围,如果你的电调是120A的,那他可能还撑个4~5秒,怼停的时候第一时间把油门关掉,这是减少损失的唯一办法,这也是为什么要有个武器副手。我第一次比赛的时候,我就另外设了一个副手,比赛的时候他什么都不用管,就管武器的开和关。怼到墙的时候,第一时间关闭武器,或者预判断,就使用人工PID的形式,直接把武器 关断。除了上面说的两种方法,还有一种就是使用有感无刷电机,相比普通的无刷电机,它里面多了一级霍尔感应。霍尔感应的好处就是检测它的换向极,能够提供稳定的扭矩启动,不像无感的那种,启动的时候扭矩是很小的,如果你给它一个阻力,比如说你的武器卡主了,它是永远启动不了的。霍尔会感应到磁极没有变化,它就不会输出一个高电平,这样就不会烧了。无感无刷电机是靠磁钢换相到另外一个极,产生一个反感式电信号送回去,处理完以后然后在输出一个驱动信号,但是转子突然停下来之后,它没办法及时的得到一个反馈的信号,而它还是输出一个很大的电流,瞬间就会烧掉驱动。所以选择无刷电机很关键选得好还可以,选的不好的话用一下就烧了。
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我参加比赛使用的战车
目前,现在的产品真的是比以前稳定了很多,买个比较出名的牌子的电机或者电调,一般就没有问题。其次是电调的富余量,在钱和空间允许的情况下,选更高的电流。

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swanglei  超级版主

发表于 2018-1-21 22:58:54

大神,求收下我的膝盖。。。。。。。。。真心学到好多东西!!!!摩拜。。。。
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hnyzcj  超级版主

发表于 2018-1-22 08:26:35

谢谢谢谢让我学到好多东西,
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svw  初级技匠

发表于 2018-1-22 11:14:29

半懂不懂,大概自己水平太差了。准备好好学学。
要有成套的淘宝链接就好了,电池+电调+电机。
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swanglei  超级版主

发表于 2018-1-22 11:40:09

svw 发表于 2018-1-22 11:14
半懂不懂,大概自己水平太差了。准备好好学学。
要有成套的淘宝链接就好了,电池+电调+电机。
...

哈哈,过一点时间的,给你来个直接点的教程,哈哈
准备好钱包。。。。
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svw  初级技匠

发表于 2018-1-22 16:48:19

swanglei 发表于 2018-1-22 11:40
哈哈,过一点时间的,给你来个直接点的教程,哈哈
准备好钱包。。。。 ...

谈钱就俗气了,还是一起吃饭聊天吧
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swanglei  超级版主

发表于 2018-1-22 16:50:20

svw 发表于 2018-1-22 16:48
谈钱就俗气了,还是一起吃饭聊天吧

啊?你理解错了,我是说你准备好钱包买配件了。。。。。
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pATAq  版主

发表于 2018-1-26 21:04:26

战略性mark
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yybing110  见习技师

发表于 2018-2-28 13:49:12

看了文章后 感觉 路漫漫其修远兮
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jjs311  见习技师

发表于 2018-3-5 15:10:12

准备好好学学。
要有成套的淘宝链接就好了,电池+电调+电机。
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20171124  见习技师

发表于 2018-3-5 19:55:55

jjs311 发表于 2018-3-5 15:10
准备好好学学。
要有成套的淘宝链接就好了,电池+电调+电机。

一起加油
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lkl0305  中级技师

发表于 2018-3-20 20:23:10

学习学习
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qq215104863549  初级技匠

发表于 2018-4-2 11:49:13

赶紧记笔记
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