新しいユーザーが独自のカスタム ロボット設計を組み立て始めると、ある時点で VEX IQ Smart モーターをさらに使いたくなるかもしれません。 VEX IQ スマート モーターは、おそらく入手可能なスナップ式ロボット システムの中で最高のパフォーマンスとセンシングを備えています。 それにもかかわらず、ユーザーはモーターによって物をより速く動かしたり、より重いものを持ち上げたり、機構をモーターから遠くに移動したりすることを望む可能性があります。 VEX IQ ギア、スプロケット、プーリーを使用すると、これらの要件を実現できます。
| 歯車 | スプロケット | 滑車 |
出力/入力比率
VEX プラスチック ギア/スプロケット/プーリーについて議論する場合、使用される標準用語がいくつかあります。
- 駆動/入力 - これは、スマート モーターが強制的に回転させるシャフトに配置されたギア/スプロケット/プーリーです。
- 被駆動/出力 - これは、入力によって強制的に回転するコンポーネント (ホイールやアームなど) のシャフトに配置されたギア/スプロケット/プーリーです。
- 回転速度 - これはシャフトが回転する速度であり、通常は 1 分間に回転する回数で測定され、毎分回転数 (rpm) とも呼ばれます。
- トルク - これは、離れた場所にある負荷を回転させるために必要な力の量です。 たとえば、長いアームを回転させたり、アームにかかる重量が大きくなったりすると、より多くのトルクが必要になります。 また、より大きな直径の車輪を回転させる場合や、車輪が重いものを動かす場合には、より多くのトルクが必要になります。 トルクは通常、ニュートンメートル (Nm) と呼ばれる力と距離を組み合わせたメートル単位で測定されます。
ユーザーが VEX プラスチック ギア、スプロケット、プーリーの使用方法を理解するのに役立つ 2 つの原則があります。
トルクの増加: 入力ギア/スプロケット/プーリー (コンポーネント) の直径が出力コンポーネントよりも小さい場合、システムの出力トルクが増加します。 ただし、システムの出力回転速度は比例して低下します。 言い換えれば、モーターがアームを持ち上げることができない場合、モーターには、アームのシャフト上の大きなコンポーネントを駆動する小さなコンポーネントが必要になります。 ギア、スプロケット、プーリーを使用してスマートモーターのトルクを増加させる例については、次の 3D ビルドを参照してください。
ギア増加トルク
スプロケットトルク増加
プーリーのトルク増加
速度の増加: 入力コンポーネントの直径が出力コンポーネントよりも大きい場合、システムの出力回転速度が増加します。 ただし、システムの出力トルクも比例して減少します。 たとえば、ユーザーがモーターの回転よりも速くホイールを回転させたい場合、モーターには、ホイールのシャフト上の小さなコンポーネントを駆動するより大きなコンポーネントが必要です。 ギア、スプロケット、プーリーを使用してスマートモーターの速度を上げる例については、次の 3D ビルドをご覧ください。
ギア増加速度
スプロケット増加速度
プーリーの速度を上げる
これらの関係の量は、出力/入力比によって計算できます。 これは：
- 出力ギアの歯数/入力ギアの歯数からトルクギア比が求められます。
- 出力スプロケット歯数 / 入力スプロケット歯数からトルクスプロケット比が求められます。
- 出力プーリーの直径 / 入力プーリーの直径からトルク プーリー比が求められます。
VEX プラスチックギヤ比 (60 歯、36 歯、12 歯)
| 出力ギア | インプットギア | ギア比 | 100 RPM モーター入力の出力 | 0.4 Nm モーター入力の出力 |
|---|---|---|---|---|
| 60歯 | 12本の歯 | 5:1 | 20rpm | 2.0Nm |
| 36本の歯 | 12本の歯 | 3:1 | 33rpm | 1.2Nm |
| 60歯 | 36本の歯 | 5:3 | 60rpm | 0.67Nm |
| 36本の歯 | 60本の歯 | 3:5 | 167rpm | 0.24Nm |
| 12本の歯 | 36本の歯 | 1:3 | 300rpm | 0.13Nm |
| 12本の歯 | 60歯 | 1:5 | 500rpm | 0.08Nm |
（24歯と48歯のギアは アドオンパックで利用可能）
上の VEX プラスチック ギア比の表から、比率によってスマート モーターの出力回転速度と出力トルクの量が劇的に変化する可能性があることが明らかです。 出力/入力比を使用する場合、ロボット システム内の摩擦やその他の要因が考慮されていないことを認識することが重要です。
たとえば、ロボットが非常に高速 (500 rpm) で動作するように、ドライブトレインのギア比を 1:5 にしたいと思うかもしれません。 これを現実的ではない要因がいくつかあります。 まず、60 歯のギアは標準の 200mm トラベル ホイールよりも大きいため、ギアがホイールを地面から離して保持します。 さらに、出力トルクが非常に小さいため (0.08 Nm)、スマート モーターはホイール/ロボットを動かすことができない場合があります。 たとえこの比率を使用することが可能だったとしても、ロボットが通常の 5 倍の速度で移動する場合、制御は非常に困難になります。
この例は、出力/入力比を使用する際の目的が、トルクと速度の間の「スイート スポット」バランスを見つけることであることを示しています。 コンポーネントがロボットの設計に適合することを確認することも重要です。
VEX プラスチックスプロケットには 5 つの異なるサイズのスプロケット (8 歯スプロケット、16 歯スプロケット、24 歯スプロケット、32 歯スプロケット、40 歯スプロケット) があり、組み合わせることができます。 VEX プラスチック プーリーには 4 つのサイズ (10mm、20mm、30mm、40mm) があります。
電力伝送
VEX プラスチック ギア、スプロケット、プーリーも動力伝達に使用できます。 これは、スマート モーターがホイールやその他のコンポーネントのシャフトを直接駆動できない設計の場合に必要です。 この場合、入力側と出力側のギア/スプロケット/プーリーは同じサイズとなるため、トルクや回転速度は変わりません。 これは、多くの場合 1:1 比率と呼ばれます。
この例としては、次のようなものが考えられます。
- ドライブトレインは、スマート モーターで 1 つの車輪を直接駆動することで両側の車輪に動力を供給し、1:1 のスプロケットとチェーンで接続することでもう 1 つの車輪に動力を供給することができます。
- ドライブトレインには 3 つのギア (またはその他の奇数) を連続して配置でき、最初のギアにホイールが取り付けられ、最後のギアにホイールが取り付けられます。 すべてのギアが同じサイズの場合、モーターはいずれかのギアを駆動できます。
ドライブトレイン内でギアを使用する場合、ホイール間のギアの数が奇数であることが重要であることに注意してください。 これは、ある歯車が別の歯車を駆動すると、それらが逆方向に回転するためです。 このアニメーションに示すように、車輪間のギアの数が偶数の場合、2 つの車輪は互いに回転します。
| 動力伝達スプロケット | 動力伝達装置 |
使用するコンポーネントの決定: ギア、スプロケット、またはプーリー
ギアかスプロケットかを決定する要因は数多くあります。 またはプーリーはロボット設計で使用する必要があります。 これらには次のようなものがあります。
「プライマリ」12/36/60 歯ギアと「セカンダリ」24/48 ギアの混合
ギア: ギアは、3 つのコンポーネントの選択肢の中で最も信頼性の高いものの 1 つです。 ただし、ギア シャフトのサポート間のスパンが大きすぎて、2 つのギアの歯が分離するほどシャフトが曲がる場合は別です。歯車の場合、入力歯車が回転すると出力歯車も回転します。 ただし、いくつかの欠点があります。
- 歯車は、ある歯車の歯が次の歯車と噛み合うように、互いに一定の距離を置いて配置する必要があります。
- 歯車は互いに直線上に配置する必要があります。 (注意すべき例外:「プライマリ」12/36/50 歯ギアと「セカンダリ」24/48 ギアを混合すること。 セカンダリ ギアは、半ピッチオフセットするか、偶数長さの 1x ビームの追加の中央の穴を使用する必要があります。
- 前に述べたように、一列に並んだギアの数が奇数の場合は入力ギアと出力ギアが同じ方向に回転し、偶数の場合は入力ギアと出力ギアが逆方向に回転します。
特記事項: ギア比を使用する場合、入力ギアのサイズと最後の出力ギアのサイズのみを考慮する必要があります。 これら 2 つのギアの間にあるギアは動きを伝達するだけであり、そのサイズはギア比には影響しません。
VEX プラスチック ギアには、ギア間の 90o 接続を可能にするクラウン ギアもあります。 これを可能にする ウォーム ギア と ディファレンシャル & ベベル ギア パック もあります。 クラウン ギア、差動 & ベベル ギア、ウォーム ギアの使用例については、次の 3D ビルドをご覧ください。
クラウンギア
ディファレンシャル & かさ歯車
ウォームギア
さらに、ギア アドオン キットの VEX プラスチック ラック ギアを使用すると、下の 3D ビルドに示すように直線運動が可能になります。
ラックギア
スプロケット: スプロケットも良い選択肢です。 チェーンはカスタムの長さに組み合わせることができる個別のスナップ式リンクから組み立てられているため、シャフトは任意の数の異なるピッチ距離で分離できます。 駆動スプロケットには、少なくとも 120 のチェーンを巻き付ける必要があります。そうしないと、チェーンがスプロケットの歯を飛び越える可能性があります。 タンクトレッドとスプロケットの連結も可能です。 このアニメーションに示すように、入力スプロケットと出力スプロケットは常に同じ方向に回転します。
プーリー: プーリーは軽荷重用です。 それらは、利用可能なゴムベルトの長さ (30mm. 40mm。 50mm。 60mm）。 プーリーシステムのゴムベルトは滑らかです。 システムが動かそうとする荷重が大きすぎると、ベルトが滑ります。 スプロケットと同様に、入力プーリーと出力プーリーは通常同じ方向に回転します。 このアニメーションに示されているように、滑車ベルトを X 字型に交差させると、滑車ベルトは反対方向に回転します。 (注: 出力プーリの方向を逆にするためにゴムベルトを交差させることができます。)
ロボット設計でギア、スプロケット、またはプーリーを使用するかどうかに関係なく、VEX IQ スマート モーターの出力/入力比や動力伝達を変更するためのオプションが豊富にあります。
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安全上の危険: |
ピンチポイント指、衣服、ワイヤー、その他の物体が可動コンポーネントの間に挟まれないように注意してください。 |