새로운 사용자가 자신만의 맞춤형 로봇 디자인을 조립하기 시작하면 어느 시점에서는 VEX IQ 스마트 모터에서 더 많은 것을 원할 수도 있습니다. VEX IQ 스마트 모터는 아마도 사용 가능한 모든 스냅 결합 로봇 시스템 중에서 최고의 성능과 감지 기능을 갖추고 있을 것입니다. 그럼에도 불구하고 사용자는 모터가 사물을 더 빠르게 움직이거나, 더 무거운 물건을 들어올리거나, 메커니즘을 모터에서 멀리 이동시키기를 원할 수 있습니다. VEX IQ 기어, 스프로킷 및 풀리는 이러한 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
| 기어 | 스프로킷 | 풀리 |
출력/입력 비율
VEX 플라스틱 기어/스프라켓/풀리를 논의할 때 사용되는 몇 가지 표준 용어가 있습니다.
- 구동/입력 - 스마트 모터가 강제로 회전시키는 샤프트에 배치된 기어/스프라켓/풀리입니다.
- 구동/출력 - 입력에서 강제로 회전하게 되는 구성요소(예: 휠 또는 암)의 샤프트에 배치된 기어/스프라켓/풀리입니다.
- 회전 속도 - 샤프트가 회전하는 속도를 말하며 일반적으로 1분에 회전하는 횟수로 측정되며 분당 회전수(rpm)라고도 합니다.
- 토크(Torque) - 멀리 떨어진 곳에서 부하를 회전시키는 데 필요한 힘의 양입니다. 예를 들어, 긴 팔을 회전시키거나 팔에 더 많은 무게가 실리면 더 많은 토크가 필요합니다. 또한 직경이 더 큰 휠을 회전시키거나 휠이 무거운 것을 움직일 때 더 많은 토크가 필요합니다. 토크는 일반적으로 힘과 거리를 결합한 뉴턴미터(Nm)라는 미터법 단위로 측정됩니다.
사용자가 VEX 플라스틱 기어, 스프로킷 및 풀리 사용 방법을 이해하는 데 도움이 되는 두 가지 원칙이 있습니다.
토크 증가: 입력 기어/스프라켓/풀리(구성 요소)의 직경이 출력 구성 요소보다 작은 경우 시스템의 출력 토크가 증가합니다. 그러나 이에 비례하여 시스템의 출력 회전 속도가 감소합니다. 즉, 모터가 팔을 들어 올릴 수 없는 경우 모터에는 팔 샤프트의 더 큰 구성 요소를 구동하는 더 작은 구성 요소가 필요합니다. 기어, 스프로킷, 풀리를 사용하여 스마트 모터의 토크를 높이는 예를 보려면 다음 3D 빌드를 확인하세요.
기어 증가 토크
스프로킷 증가 토크
풀리 증가 토크
속도 증가: 입력 구성요소의 직경이 출력 구성요소보다 크면 시스템의 출력 회전 속도가 증가합니다. 그러나 이에 비례하여 시스템의 출력 토크가 감소합니다. 예를 들어, 사용자가 모터가 회전할 수 있는 것보다 더 빠르게 바퀴가 회전하기를 원하는 경우 모터에는 바퀴 샤프트의 더 작은 구성 요소를 구동하는 더 큰 구성 요소가 있어야 합니다. 기어, 스프로킷, 풀리를 사용하여 스마트 모터의 속도를 높이는 예를 보려면 다음 3D 빌드를 확인하세요.
기어 증가 속도
스프로킷 증가 속도
풀리 증가 속도
이러한 관계의 양은 출력/입력 비율로 계산할 수 있습니다. 이것은:
- 출력 기어 톱니 수 / 입력 기어 톱니 수로 토크 기어비가 산출됩니다.
- 출력 스프로킷 톱니 수 / 입력 스프로킷 톱니 수는 토크 스프로킷 비율을 산출합니다.
- 출력 풀리의 직경 / 입력 풀리의 직경에 따라 토크 풀리 비율이 산출됩니다.
VEX 플라스틱 기어비 (60치, 36치, 12치)
| 출력 기어 | 입력 기어 | 기어비 | 100RPM 모터 입력에 대한 출력 | 0.4Nm 모터 입력에 대한 출력 |
|---|---|---|---|---|
| 치아 60개 | 치아 12개 | 5:1 | 20rpm | 2.0Nm |
| 치아 36개 | 치아 12개 | 3:1 | 33rpm | 1.2Nm |
| 치아 60개 | 36개의 이빨 | 5:3 | 60rpm | 0.67Nm |
| 치아 36개 | 60개의 이빨 | 3:5 | 167rpm | 0.24Nm |
| 치아 12개 | 36개의 이빨 | 1:3 | 300rpm | 0.13Nm |
| 치아 12개 | 치아 60개 | 1:5 | 500rpm | 0.08Nm |
(24개 이빨과 48개 이빨 기어는 추가 팩에서 사용 가능)
위의 VEX 플라스틱 기어비 차트에서 비율이 스마트 모터의 출력 회전 속도와 출력 토크의 양을 극적으로 변화시킬 수 있다는 것이 분명해졌습니다. 출력/입력 비율을 사용할 때 로봇 시스템의 마찰 및 기타 요인을 고려하지 않는다는 점을 인식하는 것이 중요합니다.
예를 들어, 구동계의 기어비를 1:5로 구축하여 로봇이 매우 빠르게(500rpm) 움직일 수 있도록 하고 싶을 수도 있습니다. 이를 비현실적으로 만드는 몇 가지 요인이 있습니다. 첫째, 60개 톱니 기어는 표준 200mm 이동 휠보다 크기 때문에 기어가 휠을 지면에서 고정합니다. 또한 출력 토크가 너무 작아(0.08Nm) 스마트 모터가 휠/로봇을 움직이지 못할 수도 있습니다. 이 비율을 사용하는 것이 가능하더라도 로봇이 평소 속도의 5배로 움직인다면 제어하기가 매우 어려울 것입니다.
이 예에서는 출력/입력 비율을 사용할 때 목표가 토크와 속도 간의 "최적 지점" 균형을 찾는 방법을 보여줍니다. 구성 요소가 로봇 설계에 적합한지 확인하는 것도 중요합니다.
VEX 플라스틱 스프로킷에는 결합 가능한 5가지 크기의 스프로킷(8톱니 스프로킷, 16톱니 스프로킷, 24톱니 스프로킷, 32톱니 스프로킷, 40톱니 스프로킷)이 있습니다. VEX 플라스틱 풀리에는 4가지 크기(10mm, 20mm, 30mm, 40mm)가 있습니다.
전력 전송
VEX 플라스틱 기어, 스프로킷, 풀리도 동력 전달에 사용될 수 있습니다. 이는 스마트 모터가 휠이나 기타 구성 요소의 샤프트를 직접 구동하는 것을 허용하지 않는 설계에 필요합니다. 이 경우 입력 및 출력 기어/스프라켓/풀리의 크기가 동일하므로 토크나 회전 속도에는 변화가 없습니다. 흔히 1:1 비율이라고 합니다.
이에 대한 몇 가지 예는 다음과 같습니다.
- 드라이브트레인은 스마트 모터로 한쪽 바퀴를 직접 구동해 양쪽 바퀴에 동력을 공급하고, 다른 쪽 바퀴를 1:1 스프라켓과 체인으로 연결해 동력을 전달할 수 있다.
- 구동계는 직렬로 3개의 기어(또는 다른 홀수)를 가질 수 있으며 첫 번째 기어에 휠이 부착되고 마지막 기어에 휠이 부착됩니다. 모든 기어의 크기가 동일한 경우 모터는 기어 중 하나를 구동할 수 있습니다.
구동계 내에서 기어를 사용할 때는 바퀴 사이에 홀수 개의 기어를 두는 것이 중요합니다. 이는 하나의 기어가 다른 기어를 구동할 때 반대 방향으로 회전하기 때문입니다. 이 애니메이션에서 보여지는 것처럼 바퀴 사이에 짝수의 기어가 있는 경우 두 바퀴는 서로 반대 방향으로 회전합니다.
| 동력 전달 스프로킷 | 동력 전달 기어 |
사용할 구성요소 결정: 기어, 스프로킷 또는 풀리
기어, 스프로킷 여부를 결정하는 여러 가지 요소가 있습니다. 또는 풀리는 로봇 설계와 함께 사용해야 합니다. 이들 중 일부는 다음과 같습니다:
"1차" 12/36/60 톱니 기어와 "2차" 24/48 기어 혼합
기어: 기어는 세 가지 구성 요소 선택 중에서 가장 안정적인 것 중 하나입니다. 두 기어의 톱니가 분리될 수 있을 만큼 샤프트가 휘어질 수 있도록 기어 샤프트의 지지대 사이에 간격이 너무 크지 않은 한; 기어를 사용하면 입력 기어가 회전하면 출력 기어도 회전합니다. 그러나 몇 가지 단점이 있습니다.
- 기어는 한 기어의 톱니가 다음 기어의 톱니와 맞물리도록 서로 고정된 거리에 배열되어야 합니다.
- 기어는 서로 일직선으로 정렬되어야 합니다. (예외: "1차" 12/36/50 톱니 기어와 "2차" 24/48 기어를 혼합하는 경우. 보조 기어는 피치의 절반만큼 오프셋되거나 짝수 길이의 1x 빔에 추가 중간 구멍을 사용해야 합니다.
- 앞서 언급했듯이, 홀수 개의 기어가 일렬로 있으면 입력 기어와 출력 기어가 같은 방향으로 회전하고, 짝수 개의 기어가 입력 및 출력 기어가 반대 방향으로 회전하게 됩니다.
특별 참고 사항: 기어비를 사용할 때 입력 기어 크기와 마지막 출력 기어 크기만 고려해야 합니다. 두 기어 사이에 있는 기어는 동작만 전달하며 크기는 기어비에 영향을 주지 않습니다.
VEX 플라스틱 기어에는 기어 간 90o 연결을 허용하는 크라운 기어도 있습니다. 이를 가능하게 하는 웜기어 개와 차동 & 베벨기어 팩 도 있습니다. 크라운 기어, 디퍼렌셜 & 베벨 기어, 웜 기어의 사용 예를 보여주는 다음 3D 빌드를 살펴보세요.
크라운 기어
차동 & 베벨 기어
웜기어
또한, 기어 추가 키트의 VEX 플라스틱 랙 기어를 사용하면 아래 3D 빌드에서 볼 수 있듯이 선형 모션이 가능합니다.
랙기어
스프라켓: 스프라켓도 좋은 옵션입니다. 체인은 맞춤형 길이로 함께 조립할 수 있는 개별 스냅 결합 링크로 조립되기 때문에 샤프트는 다양한 피치 거리에서 분리될 수 있습니다. 구동 스프로킷에는 최소한 120 체인이 감겨 있어야 합니다. 그렇지 않으면 체인이 스프로킷의 톱니를 건너뛸 수 있습니다. 스프로킷은 탱크 트레드와 함께 연결할 수도 있습니다. 이 애니메이션에서 보여지는 것처럼, 입력 스프로킷과 출력 스프로킷은 항상 같은 방향으로 회전합니다.
풀리: 풀리는 가벼운 하중용입니다. 사용 가능한 고무 벨트(30mm)의 길이에 따라 분리할 수 있는 거리가 제한됩니다. 40mm. 50mm. 60mm). 풀리 시스템의 고무 벨트는 부드럽습니다. 시스템이 이동하려는 하중이 너무 크면 벨트가 미끄러집니다. 스프로킷과 마찬가지로 입력 풀리와 출력 풀리는 일반적으로 같은 방향으로 회전합니다. 이 애니메이션에서 보여지듯이 풀리 벨트가 X 모양으로 교차되면 대신 반대 방향으로 회전합니다. (참고: 고무 벨트를 교차하여 출력 풀리 방향을 바꿀 수 있습니다.)
로봇 설계에서 기어, 스프로킷 또는 풀리를 사용하는지 여부에 관계없이 VEX IQ 스마트 모터의 출력/입력 비율 또는 동력 전달을 변경할 수 있는 다양한 옵션이 있습니다.
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안전 위험: |
핀치 포인트움직이는 부품 사이에 손가락, 옷, 전선 및 기타 물체가 끼지 않도록 주의하십시오. |