VEX EDR प्रणाली में दो प्रकार के स्पर गियर होते हैं, गियर किट और उच्च शक्ति गियर किट (कृपया देखेंस्पर गियर का चयन कैसे करें)। इन गियरों को शक्ति हस्तांतरण को अनुकूलित करने, टॉर्क बढ़ाने या गति बढ़ाने के लिए जोड़ा जा सकता है। यह कार्य ड्राइव शाफ्ट पर दो या अधिक गियरों को एक साथ जोड़कर किया जा सकता है, ताकि गियरों के दांत आपस में जुड़ जाएं। एक मोटर गियर में से एक के ड्राइव शाफ्ट को शक्ति प्रदान करेगी।
गियर अनुपात
सरल गियर अनुपात में प्रति ड्राइवशाफ्ट केवल एक गियर का उपयोग होता है। वह गियर जो शक्ति या इनपुट प्रदान करता है, उसे ड्राइविंग गियर कहा जाता है और वह गियर जो घूमता है या आउटपुट के लिए ज़िम्मेदार होता है, उसे संचालित गियर कहा जाता है। गियर अनुपात की गणना निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके की जाती है:
1:1 गियर अनुपात
1:1 गियर अनुपात का अर्थ है कि ड्राइविंग गियर एक चक्कर लगाता है ताकि संचालित गियर एक चक्कर पूरा कर सके। यह गियर अनुपात निम्नलिखित लाभ प्रदान करता है:
- संतुलित गति और टॉर्क: क्योंकि ड्राइविंग गियर और संचालित गियर के बीच का अनुपात बराबर है, इसलिए दोनों गियर के बीच गति या टॉर्क में कोई परिवर्तन नहीं होता है। यह संतुलन उन अनुप्रयोगों के लिए आदर्श है जहां मोटर का मूल प्रदर्शन पर्याप्त है।
- प्रत्यक्ष शक्ति स्थानांतरण: यह गियर अनुपात सुनिश्चित करता है कि मोटर द्वारा उत्पन्न शक्ति बिना किसी हानि के सीधे संचालित घटक में स्थानांतरित हो जाती है।
- सरलीकृत डिजाइन: 1:1 गियर अनुपात रोबोट के यांत्रिक डिजाइन को सरल बनाता है, जिससे डिजाइन और निर्माण प्रक्रिया अधिक सरल हो जाती है।
- पूर्वानुमानित प्रदर्शन: चूंकि इनपुट और आउटपुट गति समान हैं, इसलिए रोबोट का प्रदर्शन अधिक पूर्वानुमानित है। यह उन कार्यों के लिए लाभदायक हो सकता है जहां निरंतर प्रदर्शन की आवश्यकता होती है, या जहां कार्य का समय महत्वपूर्ण होता है।
नीचे दिया गया ग्राफ़िक 1:1 गियर अनुपात का एक उदाहरण प्रदर्शित करता है। ड्राइविंग गियर और संचालित गियर में दांतों की संख्या समान (60T) होती है। मोटर 60T ड्राइविंग गियर को एक बार घुमाती है जिससे 60T संचालित गियर एक चक्कर पूरा कर लेता है।
5:1 गियर अनुपात
5:1 गियर अनुपात का अर्थ है कि संचालित गियर को एक चक्कर पूरा करने के लिए ड्राइविंग गियर को पांच चक्कर लगाने होंगे। यह गियर अनुपात निम्नलिखित लाभ प्रदान करता है:
- बढ़ा हुआ टॉर्क: टॉर्क वह घूर्णी बल है जिसे मोटर रोबोट के घटकों पर लागू कर सकता है। टॉर्क को बढ़ाकर, रोबोट भारी भार को संभाल सकता है और ऐसे कार्य कर सकता है जिनमें अधिक बल की आवश्यकता होती है, जैसे वस्तुओं को उठाना और धकेलना। ड्राइविंग गियर में संचालित गियर की तुलना में कम दांत होते हैं, जिसके कारण टॉर्क आउटपुट 5 गुना अधिक होता है, जबकि गति आउटपुट केवल 1/5 होता है।
- कम गति: जब टॉर्क बढ़ता है, तो संचालित गियर की गति कम हो जाती है। गति में कमी उन कार्यों के लिए लाभदायक है जिनमें अधिक नियंत्रण और परिशुद्धता की आवश्यकता होती है।
- बेहतर मोटर दक्षता: उच्च गियर अनुपात मोटर को अधिक कुशलता से चलाने की अनुमति देता है। यह गियर अनुपात मोटर के घिसाव को कम कर सकता है और मोटर का जीवनकाल बढ़ा सकता है।
- विशिष्ट कार्यों के लिए अनुकूलन: इस गियर अनुपात को एक बड़े गियर सिस्टम के साथ एकीकृत किया जा सकता है जिससे रोबोट की प्रदर्शन विशेषताओं को अनुकूलित किया जा सकता है।
1:5 गियर अनुपात
गति बढ़ाना (उच्च गति) - इस प्रकार के गियर अनुपात के साथ उद्देश्य मोटर से गति को बढ़ाना है, जैसे कि मोटर से पहिये तक। ड्राइविंग गियर में संचालित गियर की तुलना में अधिक दांत होते हैं। उदाहरण के लिए, यदि कोई मोटर एक पहिये पर 60T गियर को चालित 12T गियर पर चलाती है,जब 60T चालित गियर एक बार घूमता है, तो 12T चालित गियर पांच (5) बार घूमता है। इसे 1:5 गियर अनुपातके रूप में जाना जाता है। इस मामले में, गति आउटपुट 5/1 गुना अधिक है, तथापि, टॉर्क आउटपुट 1/5 है।
1:5 गियर अनुपात के प्रत्येक कोण को देखने के लिए निम्नलिखित ग्राफ़िक का अन्वेषण करें।
गियर ट्रेन
गियर ट्रेन में गियर की एक श्रृंखला होती है जो रोबोट के एक भाग से दूसरे भाग तक गति और शक्ति संचारित करती है। गियर ट्रेन गति, टॉर्क और घूर्णन गति की दिशा को संशोधित करती है। गियर ट्रेन में दांत वाले गियर होते हैं जो गति संचारित करने के लिए एक साथ जुड़ते हैं; शाफ्ट जो गियर को अपने स्थान पर रखते हैं और उन्हें घूमने में सक्षम बनाते हैं; और शाफ्ट कॉलर जो सभी घटकों को अपने स्थान पर रखने में मदद करते हैं। गियर ट्रेन के कार्यों में निम्नलिखित शामिल हैं:
- गति समायोजन: गियर ट्रेन घूर्णन गति को बढ़ाती या घटाती है; एक छोटे ड्राइविंग गियर को एक बड़े संचालित गियर के साथ मिलाने से गति कम हो जाती है लेकिन टॉर्क बढ़ जाता है, जबकि एक बड़े ड्राइविंग गियर को एक छोटे संचालित गियर के साथ मिलाने से गति बढ़ जाती है लेकिन टॉर्क कम हो जाता है।
गियर ट्रेन का उपयोग उन पहियों को घुमाने के लिए किया जाता है जो मोटर से जुड़े नहीं होते हैं।
विशेष नोट
स्प्रोकेट और चेन प्रणालियों के अनुपात गियर अनुपात के समान ही काम करते हैं। स्प्रोकेट और चेन प्रणालियों का लाभ यह है कि स्प्रोकेट को एक दूसरे से कई दूरी पर रखा जा सकता है, क्योंकि वे चेन द्वारा जुड़े होते हैं। हालाँकि, चेन लिंक उच्च शक्ति वाले गियर पर दांत टूटने की तुलना में कम बल से टूट सकती है। रोबोट को पूरी तरह कार्यात्मक बनाने के लिए किसी भी प्रकार की टूट-फूट की मरम्मत करना आवश्यक होगा।
ड्राइविंग गियर और संचालित गियर के बीच किसी भी आकार के कितने भी गियर सरल गियर अनुपात में रखे जा सकते हैं और इससे गियर अनुपात में कोई परिवर्तन नहीं होगा। उदाहरण के लिए, एक 12T गियर एक 36T गियर को चलाता है जो एक 60T संचालित गियर को चलाता है, गियर अनुपात अभी भी 5:1 है, वैसा ही जैसे कि 60T गियर सीधे 12T गियर द्वारा संचालित होता।
रफ़्तार
घूर्णन गति से तात्पर्य है कि कोई वस्तु कितनी तेजी से घूम रही है। उदाहरण के लिए, एक V5 स्मार्ट मोटर का शाफ्ट सॉकेट 100 चक्कर प्रति मिनट या 100 RPM पर घूम सकता है। जैसा कि ऊपर बताया गया है, यदि 5:1 गियर अनुपात का उपयोग किया जाता है, तो 60 दांत वाले ड्राइविंग गियर को मोटर के शाफ्ट द्वारा घुमाया जाता है और फिर यह 12 दांत वाले संचालित गियर को घुमाता है, 12 दांत वाला गियर 5 गुना तेज गति से घूमेगा। उपरोक्त उदाहरण का उपयोग करते हुए, 12 दांत वाला गियर मोटर शाफ्ट के 100 RPM की तुलना में 500 RPM पर घूमेगा। यदि 1:5 गियर अनुपात का उपयोग किया जाता है, तो 12 दांत वाले ड्राइविंग गियर को मोटर के शाफ्ट द्वारा घुमाया जाता है और फिर यह 60 दांत वाले संचालित गियर को घुमाता है, तो 60 दांत वाला गियर 1/5 की गति से घूमेगा। उपरोक्त उदाहरण का पुनः उपयोग करने पर, 60 दांत वाला गियर मोटर शाफ्ट के 100 RPM की तुलना में 20 RPM पर घूमेगा।
तो फिर हमेशा सबसे तेज गियर अनुपात का उपयोग क्यों नहीं किया जाएगा? ऐसा प्रतीत होता है कि रोबोट जितनी तेजी से चलेगा, वह उतना ही अधिक प्रतिस्पर्धी होगा। पहला कारण यह है कि एक ऊपरी गति होती है जिस पर रोबोट के कार्यों को नियंत्रित किया जा सकता है। कुछ उदाहरणों के लिए, यदि रोबोट का कार्य उसे चलाना है, और यदि पहिये बहुत तेजी से घूमते हैं तो उसे नियंत्रित करना बहुत कठिन हो सकता है। यदि कार्य ऊपर-नीचे घूमने वाली भुजा का है, यदि यह बहुत तेजी से घूमती है, तो इसे नियंत्रित करना भी कठिन हो सकता है।
टॉर्कः
टॉर्क वह बल की मात्रा है जो किसी दूरी पर स्थित भार को घुमाने के लिए आवश्यक होती है। मोटरों में टॉर्क की मात्रा सीमित होती है। उदाहरण के लिए, यदि एक V5 स्मार्ट मोटर 1 Nm (न्यूटन मीटर) टॉर्क उत्पन्न कर रही है, तो 5:1 गियर अनुपात का उपयोग करने पर चालित 12 दांत वाला गियर मोटर के टॉर्क इनपुट का ⅕ आउटपुट देगा, आउटपुट 0.2 Nm होगा और 1:5 गियर अनुपात के साथ, 60 दांत वाला गियर मोटर के टॉर्क इनपुट का 5 गुना आउटपुट देगा, आउटपुट 5 Nm होगा।
टॉर्क दूसरा कारण है कि रोबोट को डिजाइन करते समय हमेशा सबसे तेज गियर अनुपात का उपयोग नहीं किया जा सकता। यह संभव है कि जब रोबोट के पहियों को तेजी से चलाने के लिए गति गियर अनुपात में वृद्धि की जाती है, तो गियर अनुपात मोटर से उपलब्ध टॉर्क से अधिक हो सकता है और रोबोट उतनी तेजी से नहीं चलेगा या बिल्कुल भी नहीं चलेगा। यह भी संभव है कि यदि दो रोबोट, जिनका डिज़ाइन लगभग एक जैसा हो, आपस में क्रिया करें, तो कम गियर अनुपात वाला रोबोट, उच्च गियर अनुपात वाले रोबोट को धक्का दे सकेगा, क्योंकि कम गियर अनुपात वाले रोबोट में अधिक टॉर्क होगा। एक अन्य उदाहरण यह है कि, एक भुजा तब भी नहीं घूम सकती है, जब वह मोटर में डाली गई शाफ्ट से सीधे जुड़ी हो, क्योंकि इसे घुमाने से मोटर का उपलब्ध टॉर्क बढ़ सकता है। इस मामले में, मोटर के टॉर्क के आउटपुट को बढ़ाने और भुजा को घुमाने के लिए आवश्यक टॉर्क की मात्रा को पार करने के लिए टॉर्क गियर अनुपात में वृद्धि की आवश्यकता होती है।
V5 स्मार्ट मोटर की गति और टॉर्क को मोटर डैशबोर्ड का उपयोग करके मापा जा सकता है
रोबोट वास्तविकता
सौभाग्य से, V5 क्लॉबोट के निर्माण के लिए निर्देशों के साथ प्रयुक्त गियर अनुपात, कस्टम रोबोट डिजाइन करने के लिए पर्याप्त हैं। कई ड्राइवट्रेन, हरे रंग के 200 RPM V5 गियर कार्ट्रिज वाले V5 स्मार्ट मोटर के साथ पहियों या ट्रैक स्प्रोकेट के शाफ्ट को सीधे चलाकर अच्छी तरह से काम करते हैं। हालांकि, यदि डिजाइन में किसी संरचना जैसे कि टावर या गेम पीस इनटेक को उस स्थान पर रखना है जहां मोटर स्थित है, तो ऊपर बताए गए अनुसार स्प्रोकेट और चेन या गियर का उपयोग करके पावर ट्रांसफर का उपयोग किया जा सकता है। अधिकांश भुजाओं के लिए, ऊपर वर्णित 7:1 वृद्धि टॉर्क गियर अनुपात, 200 RPM मोटर के साथ 12T गियर को चलाकर तथा भुजा में 84T संचालित गियर को जोड़कर, पर्याप्त है। जैसे-जैसे प्रतिस्पर्धात्मक लाभ अधिक महत्वपूर्ण होता जाता है, गति और टॉर्क के बीच "सही संतुलन" खोजना अधिक महत्वपूर्ण होता जाता है। यह तीन उपलब्ध V5 गियर कार्ट्रिज (लाल: 100 RPM, हरा: 200 RPM, नीला: 600 RPM) में से किसी एक के साथ V5 स्मार्ट मोटर का उपयोग करके पूरा किया जा सकता है, और यदि आवश्यक हो, तो टॉर्क बढ़ाने के लिए मोटर को गियर अनुपात के साथ या गति बढ़ाने के लिए गियर अनुपात के साथ संयोजित किया जा सकता है।
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