يحتوي نظام VEX EDR على نوعين من التروس المحفزة، مجموعة التروس ومجموعة التروس عالية القوة (يرجى الاطلاع علىكيفية اختيار الترس المحفز). يمكن تجميع هذه التروس لتخصيص نقل الطاقة، أو زيادة عزم الدوران، أو زيادة السرعة. يمكن القيام بذلك عن طريق تجميع ترسين أو أكثر معًا على أعمدة القيادة بحيث تتداخل أسنان التروس. سوف يقوم المحرك بتشغيل عمود نقل الحركة لأحد التروس.
نسب التروس
تستخدم نسب التروس البسيطة ترسًا واحدًا فقط لكل عمود نقل حركة. يُطلق على الترس الذي يوفر الطاقة أو الإدخال اسم ترس القيادة ويُطلق على الترس الذي يتم تدويره أو المسؤول عن الإخراج اسم ترس القيادة يتم حساب نسبة التروس باستخدام الصيغة التالية:
نسبة التروس 1:1
نسبة التروس 1:1 تعني أن الترس المحرك يقوم بدورة واحدة لجعل الترس المحرك يكمل دورة واحدة. توفر نسبة التروس هذه الفوائد التالية:
- السرعة وعزم الدوران المتوازنان: نظرًا لأن النسبة بين ترس القيادة والترس المتحرك متساوية، فلا يوجد تغيير في السرعة أو عزم الدوران بين الترسين. يعد هذا التوازن مثاليًا للتطبيقات التي يكون فيها الأداء الأصلي للمحرك كافياً.
- نقل الطاقة المباشر: تضمن نسبة التروس هذه أن الطاقة التي يولدها المحرك تنتقل مباشرة إلى المكون المحرك دون أي خسارة.
- تصميم مبسط: تعمل نسبة التروس 1:1 على تبسيط التصميم الميكانيكي للروبوت، مما يجعل عملية التصميم والبناء أكثر بساطة.
- أداء يمكن التنبؤ به: نظرًا لأن سرعات الإدخال والإخراج متطابقة، فإن أداء الروبوت يكون أكثر قابلية للتنبؤ. يمكن أن يكون هذا مفيدًا للمهام التي تتطلب أداءً ثابتًا، أو حيث يكون توقيت المهمة أمرًا بالغ الأهمية.
يعرض الرسم البياني أدناه مثالاً لنسبة التروس 1:1. تحتوي تروس القيادة والتروس المدفوعة على نفس عدد الأسنان (60T). يقوم المحرك بتدوير ترس القيادة 60T مرة واحدة لإكمال ترس القيادة 60T دورة واحدة.
نسبة التروس 5:1
نسبة التروس 5:1 تعني أن الترس المحرك يجب أن يقوم بخمس دورات لجعل الترس المحرك يكمل دورة واحدة. توفر نسبة التروس هذه الفوائد التالية:
- زيادة عزم الدوران: عزم الدوران هو القوة الدورانية التي يمكن للمحرك تطبيقها على مكونات الروبوت. من خلال زيادة عزم الدوران، يستطيع الروبوت التعامل مع الأحمال الثقيلة وأداء المهام التي تتطلب المزيد من القوة، مثل رفع الأشياء ودفعها. يحتوي ترس القيادة على أسنان أقل من الترس المدفوع، مما يتسبب في أن يكون ناتج عزم الدوران 5 مرات أكبر بينما يكون ناتج السرعة 1/5 فقط.
- سرعة منخفضة: مع زيادة عزم الدوران، تنخفض سرعة الترس المحرك. يعد تقليل السرعة مفيدًا للمهام التي تتطلب المزيد من التحكم والدقة.
- تحسين كفاءة المحرك: تسمح نسبة التروس الأعلى للمحرك بالعمل بكفاءة أكبر. يمكن لنسبة التروس هذه أن تقلل من التآكل في المحرك وتطيل عمره الافتراضي.
- التخصيص لمهام محددة: يمكن دمج نسبة التروس هذه مع نظام تروس أكبر مما يسمح بتخصيص خصائص أداء الروبوت.
نسبة التروس 1:5
زيادة السرعة (سرعة عالية) - مع هذا النوع من نسبة التروس، فإن الهدف هو زيادة السرعة من المحرك، مثل من المحرك إلى العجلة. يحتوي الترس المحرك على أسنان أكثر من الترس المتحرك. على سبيل المثال، إذا كان المحرك يدفع ترس 60T إلى ترس 12T مدفوع على عجلة،عندما يدور ترس القيادة 60T مرة واحدة، يدور ترس القيادة 12T خمس (5) مرات. وهذا ما يعرف بنسبة التروس 1:5. في هذه الحالة، يكون خرج السرعة 5/1 مرة، ومع ذلك، يكون خرج عزم الدوران 1/5.
استكشف الرسم البياني التالي لعرض كل زاوية من نسبة التروس 1:5.
قطار التروس
يتكون قطار التروس من سلسلة من التروس التي تنقل الحركة والقوة من جزء واحد من الروبوت إلى آخر. تعمل مجموعات التروس على تعديل السرعة وعزم الدوران واتجاه الحركة الدورانية. تتكون سلاسل التروس من تروس ذات أسنان تتشابك مع بعضها البعض لنقل الحركة؛ وأعمدة تثبت التروس في مكانها وتمكنها من الدوران؛ وأطواق الأعمدة التي تساعد في تثبيت جميع المكونات في مكانها. تتضمن وظائف مجموعة التروس ما يلي:
- ضبط السرعة: تعمل مجموعات التروس على زيادة أو تقليل سرعة الدوران؛ حيث يعمل ترس القيادة الأصغر الذي يتشابك مع ترس مدفوع أكبر على تقليل السرعة ولكنه يزيد من عزم الدوران، بينما يعمل ترس القيادة الأكبر الذي يتشابك مع ترس مدفوع أصغر على زيادة السرعة ولكنه يقلل من عزم الدوران.
تُستخدم سلاسل التروس لتدوير العجلات غير المتصلة بمحرك.
ملاحظات خاصة
تعمل نسب أنظمة العجلة المسننة والسلسلة بنفس طريقة نسب التروس. تتمتع أنظمة العجلات المسننة والسلسلة بميزة إمكانية وضع العجلات المسننة على مسافات متعددة لأنها متصلة بسلسلة. ومع ذلك، فإن روابط السلسلة يمكن أن تنكسر بقوة أقل من القوة التي يمكن أن تنكسر بها الأسنان في ترس عالي القوة. سوف يكون من الضروري إصلاح أي نوع من الكسر حتى يعمل الروبوت بكامل طاقته.
يمكن وضع أي عدد من التروس بأي حجم بين ترس القيادة والترس المتحرك بنسبة تروس بسيطة، ولن يؤدي ذلك إلى تغيير نسبة التروس. على سبيل المثال، يقوم ترس 12T بدفع ترس 36T والذي يقوم بدوره بدفع ترس 60T، وتظل نسبة التروس 5:1، كما لو كان ترس 60T مدفوعًا مباشرة بواسطة ترس 12T.
سرعة
سرعة الدوران هي سرعة دوران الجسم. على سبيل المثال، قد يكون مقبس عمود المحرك الذكي V5 قادرًا على الدوران بسرعة 100 دورة في الدقيقة أو 100 دورة في الدقيقة. كما هو موضح أعلاه، إذا تم استخدام نسبة تروس 5:1، يتم تدوير ترس قيادة مكون من 60 سنًا بواسطة عمود المحرك ثم يتم تدوير ترس مدفوع مكون من 12 سنًا، وسوف يدور ترس الـ 12 سنًا بسرعة أكبر بخمس مرات. وباستخدام المثال أعلاه، فإن الترس ذو الـ 12 سنًا سوف يدور بسرعة 500 دورة في الدقيقة مقارنة بسرعة 100 دورة في الدقيقة لعمود المحرك. إذا تم استخدام نسبة تروس 1:5، يتم تدوير ترس قيادة مكون من 12 سنًا بواسطة عمود المحرك ثم يتم تدوير ترس مدفوع مكون من 60 سنًا، وسوف يدور ترس 60 سنًا بسرعة 1/5. وباستخدام المثال أعلاه مرة أخرى، فإن الترس ذو الـ 60 سنًا سوف يدور بسرعة 20 دورة في الدقيقة مقارنة بسرعة 100 دورة في الدقيقة لعمود المحرك.
فلماذا لا يتم استخدام أسرع نسبة تروس ممكنة دائمًا؟ يبدو أن كلما تحرك الروبوت بشكل أسرع، كلما أصبح أكثر قدرة على المنافسة. السبب الأول هو وجود سرعة قصوى يمكن من خلالها التحكم في وظائف الروبوت. على سبيل المثال، إذا كانت الوظيفة هي قيادة الروبوت، فإذا كانت العجلات تدور بسرعة كبيرة فقد يكون من الصعب للغاية التحكم فيها. إذا كانت الوظيفة عبارة عن ذراع تدور لأعلى ولأسفل، فإذا كانت تدور بسرعة كبيرة، فقد يكون من الصعب أيضًا التحكم فيها.
عزم الدوران
عزم الدوران هو مقدار القوة اللازمة لتدوير الحمل على مسافة ما. تتمتع المحركات بقدر محدود من عزم الدوران. على سبيل المثال، إذا كان محرك V5 Smart ينتج 1 نيوتن متر من عزم الدوران، فعند استخدام نسبة تروس 5:1، فإن الترس المحرك ذو 12 سنًا سيخرج ⅕ عزم دوران المحرك، وسيكون الناتج 0.2 نيوتن متر، ومع نسبة تروس 1:5، فإن الترس المحرك ذو 60 سنًا سيخرج 5 أضعاف عزم دوران المحرك، وسيكون الناتج 5 نيوتن متر.
عزم الدوران هو السبب الثاني لعدم إمكانية استخدام أسرع نسبة تروس ممكنة دائمًا عند تصميم الروبوت. من الممكن عند استخدام نسبة تروس السرعة المتزايدة لتحريك عجلات الروبوت بشكل أسرع، أن تتجاوز نسبة التروس عزم الدوران المتاح من المحرك ولن يتحرك الروبوت بنفس السرعة أو يتحرك على الإطلاق. من الممكن أيضًا، إذا تفاعل روبوتان لهما نفس التصميم تقريبًا، فمن المرجح أن يتمكن الروبوت ذو نسبة التروس المنخفضة من دفع الروبوت ذو نسبة التروس الأعلى في مجموعة نقل الحركة لأن الروبوت ذو نسبة التروس المنخفضة سيكون لديه عزم دوران أكبر. مثال آخر هو أن الذراع قد لا تدور حتى لو كانت متصلة مباشرة بعمود تم إدخاله في محرك لأن تدويرها قد يتجاوز عزم الدوران المتاح للمحرك. في هذه الحالة، يجب استخدام نسبة تروس عزم الدوران المتزايدة لزيادة ناتج عزم دوران المحرك وتجاوز مقدار عزم الدوران المطلوب لتدوير الذراع.
يمكن قياس سرعة وعزم دوران المحرك الذكي V5 باستخدام لوحة معلومات المحرك
حقيقة الروبوت
لحسن الحظ، فإن نسب التروس المستخدمة مع تعليمات البناء لتجميع V5 ClawBot كافية لبدء تصميم الروبوتات المخصصة. تعمل العديد من أنظمة نقل الحركة بشكل جيد عن طريق تشغيل أعمدة العجلات أو عجلات الجنزير مباشرة باستخدام المحرك الذكي V5 مع خرطوشة التروس V5 الخضراء بسرعة 200 دورة في الدقيقة. ومع ذلك، إذا كانت هناك حاجة إلى وضع هيكل في التصميم مثل برج أو مدخل قطعة لعبة حيث يوجد محرك، فيمكن استخدام نقل الطاقة باستخدام العجلات المسننة والسلسلة أو التروس كما هو موضح أعلاه. بالنسبة لمعظم الأذرع، فإن زيادة نسبة عزم الدوران 7:1 الموضحة أعلاه كافية عن طريق تشغيل ترس 12T بمحرك 200 دورة في الدقيقة وربط ترس مدفوع 84T بالذراع. مع تزايد أهمية الميزة التنافسية، أصبح العثور على التوازن المثالي بين السرعة وعزم الدوران أكثر أهمية. يمكن تحقيق ذلك باستخدام محرك V5 الذكي مع إحدى خراطيش التروس V5 الثلاثة المتوفرة (الأحمر: 100 دورة في الدقيقة، الأخضر: 200 دورة في الدقيقة، الأزرق: 600 دورة في الدقيقة) وإذا لزم الأمر، الجمع بين المحرك ونسبة تروس لزيادة عزم الدوران أو نسبة تروس لزيادة السرعة.
يمكن شراء التروس وأجهزة الحركة الأخرى من https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/motion.