Hệ thống VEX EDR có hai loại bánh răng thẳng, Bộ bánh răng và Bộ bánh răng cường độ cao (vui lòng xemCách chọn bánh răng thẳng). Những bánh răng này có thể được lắp ráp để tùy chỉnh khả năng truyền lực, tăng mô-men xoắn hoặc tăng tốc độ. Điều này có thể thực hiện được bằng cách lắp ráp hai hoặc nhiều bánh răng lại với nhau trên trục truyền động sao cho răng của các bánh răng ăn khớp với nhau. Một động cơ sẽ cung cấp năng lượng cho trục truyền động của một trong các bánh răng.
Tỷ số truyền động
Tỷ số truyền đơn giản chỉ sử dụng một bánh răng cho mỗi trục truyền động. Bánh răng cung cấp công suất hoặc đầu vào được gọi là bánh răng dẫn động và bánh răng đang quay hoặc chịu trách nhiệm cho đầu ra được gọi là bánh răng dẫn động Tỷ số truyền được tính bằng cách sử dụng công thức sau:
Tỷ số truyền động 1:1
Tỷ số truyền 1:1 có nghĩa là bánh răng dẫn động quay một vòng để bánh răng bị động hoàn thành một vòng. Tỷ số truyền này mang lại những lợi ích sau:
- Tốc độ và mô-men xoắn cân bằng: Vì tỷ số giữa bánh răng dẫn động và bánh răng bị dẫn bằng nhau nên không có sự thay đổi về tốc độ hoặc mô-men xoắn giữa hai bánh răng. Sự cân bằng này lý tưởng cho các ứng dụng mà hiệu suất ban đầu của động cơ là đủ.
- Truyền công suất trực tiếp: Tỷ số truyền này đảm bảo rằng công suất do động cơ tạo ra được truyền trực tiếp đến bộ phận được dẫn động mà không bị mất mát.
- Thiết kế đơn giản: Tỷ số truyền động 1:1 giúp đơn giản hóa thiết kế cơ học của robot, giúp quá trình thiết kế và chế tạo trở nên dễ dàng hơn.
- Hiệu suất có thể dự đoán được: Vì tốc độ đầu vào và đầu ra giống hệt nhau nên hiệu suất của robot có thể dự đoán được hơn. Điều này có thể có lợi cho những nhiệm vụ đòi hỏi hiệu suất ổn định hoặc thời gian thực hiện nhiệm vụ rất quan trọng.
Đồ họa bên dưới hiển thị ví dụ về Tỷ số truyền 1:1. Bánh răng chủ động và bánh răng bị động có cùng số răng (60T). Động cơ quay bánh răng dẫn động 60T một lần để bánh răng dẫn động 60T hoàn thành một vòng quay.
Tỷ số truyền động 5:1
Tỷ số truyền 5:1 có nghĩa là bánh răng dẫn động phải quay được năm vòng để bánh răng bị động hoàn thành được một vòng. Tỷ số truyền này mang lại những lợi ích sau:
- Mô-men xoắn tăng: Mô-men xoắn là lực quay mà động cơ có thể tác dụng lên các bộ phận của robot. Bằng cách tăng mô-men xoắn, robot có thể xử lý tải trọng nặng hơn và thực hiện các nhiệm vụ đòi hỏi nhiều lực hơn, chẳng hạn như nâng và đẩy vật thể. Bánh răng dẫn động có ít răng hơn bánh răng bị dẫn động, khiến mô men xoắn tăng gấp 5 lần trong khi tốc độ đầu ra chỉ bằng 1/5.
- Tốc độ giảm: Trong khi mô-men xoắn tăng lên, tốc độ của bánh răng bị dẫn động giảm xuống. Việc giảm tốc độ sẽ có lợi cho các nhiệm vụ đòi hỏi khả năng kiểm soát và độ chính xác cao hơn.
- Nâng cao hiệu suất động cơ: Tỷ số truyền cao hơn cho phép động cơ chạy hiệu quả hơn. Tỷ số truyền này có thể làm giảm hao mòn động cơ và kéo dài tuổi thọ của động cơ.
- Tùy chỉnh cho các nhiệm vụ cụ thể: Tỷ số truyền này có thể được tích hợp với hệ thống bánh răng lớn hơn cho phép tùy chỉnh các đặc tính hiệu suất của robot.
Tỷ số truyền động 1:5
Tăng tốc độ (tốc độ cao) - Với loại tỷ số truyền này, mục tiêu là tăng tốc độ từ động cơ, chẳng hạn như từ động cơ đến bánh xe. Bánh răng dẫn động có nhiều răng hơn bánh răng bị dẫn động. Ví dụ, nếu động cơ truyền động bánh răng 60T đến bánh răng bị động 12T trên một bánh xe,khi bánh răng bị động 60T quay một lần, bánh răng bị động 12T sẽ quay năm (5) lần. Đây được gọi là tỷ số truyền 1:5. Trong trường hợp này, tốc độ đầu ra gấp 5/1 lần, tuy nhiên, mô-men xoắn đầu ra chỉ bằng 1/5.
Khám phá đồ họa sau để xem từng góc của tỷ số truyền 1:5.
Bánh răng truyền động
Hệ thống truyền động bánh răng bao gồm một loạt các bánh răng truyền chuyển động và lực từ bộ phận này sang bộ phận khác của rô-bốt. Hệ thống bánh răng điều chỉnh tốc độ, mô men xoắn và hướng chuyển động quay. Hệ thống bánh răng bao gồm các bánh răng có răng ăn khớp với nhau để truyền chuyển động; trục giữ bánh răng tại chỗ và cho phép chúng quay; và vòng đệm trục giúp giữ tất cả các bộ phận tại đúng vị trí. Chức năng của bộ truyền động bánh răng bao gồm:
- Điều chỉnh tốc độ: Hệ thống bánh răng tăng hoặc giảm tốc độ quay; bánh răng dẫn động nhỏ hơn ăn khớp với bánh răng bị động lớn hơn sẽ làm giảm tốc độ nhưng tăng mô-men xoắn, trong khi bánh răng dẫn động lớn hơn ăn khớp với bánh răng bị động nhỏ hơn sẽ làm tăng tốc độ nhưng giảm mô-men xoắn.
Hệ thống bánh răng được sử dụng để xoay các bánh xe không được kết nối với động cơ.
Ghi chú đặc biệt
Tỷ số truyền của hệ thống xích và nhông hoạt động tương tự như tỷ số truyền của bánh răng. Hệ thống nhông xích có ưu điểm là các nhông xích có thể được đặt cách nhau nhiều khoảng cách khác nhau vì chúng được kết nối bằng xích. Tuy nhiên, các mắt xích có thể bị gãy với lực nhẹ hơn so với lực gãy răng trên Bánh răng cường độ cao. Bất kỳ loại hỏng hóc nào cũng cần phải được sửa chữa để robot có thể hoạt động bình thường.
Có thể đặt bất kỳ số lượng bánh răng nào ở bất kỳ kích thước nào giữa bánh răng dẫn động và bánh răng bị động theo tỷ số truyền đơn giản và sẽ không làm thay đổi tỷ số truyền. Ví dụ, bánh răng 12T truyền động cho bánh răng 36T truyền động cho bánh răng 60T, tỷ số truyền vẫn là 5:1, giống như bánh răng 60T được truyền động trực tiếp bởi bánh răng 12T.
Tốc độ
Tốc độ quay là tốc độ quay của một vật thể. Ví dụ, ổ trục của Động cơ thông minh V5 có thể quay 100 vòng/phút hoặc 100 RPM. Như đã giải thích ở trên, nếu sử dụng tỷ số truyền 5:1, bánh răng dẫn động 60 răng quay bởi trục động cơ và sau đó quay bánh răng dẫn động 12 răng, bánh răng 12 răng sẽ quay với tốc độ nhanh hơn 5 lần. Sử dụng ví dụ trên, bánh răng 12 răng sẽ quay với tốc độ 500 vòng/phút so với tốc độ 100 vòng/phút của trục động cơ. Nếu sử dụng tỷ số truyền 1:5, bánh răng dẫn động 12 răng sẽ quay nhờ trục động cơ, sau đó quay bánh răng dẫn động 60 răng, bánh răng 60 răng sẽ quay với tốc độ nhanh hơn 1/5. Sử dụng lại ví dụ trên, bánh răng 60 răng sẽ quay ở tốc độ 20 vòng/phút so với tốc độ 100 vòng/phút của trục động cơ.
Vậy tại sao tỷ số truyền nhanh nhất có thể lại không luôn được sử dụng? Có vẻ như robot di chuyển càng nhanh thì tính cạnh tranh càng cao. Lý do đầu tiên là có một tốc độ tối đa mà các chức năng của robot có thể được điều khiển. Ví dụ, nếu chức năng là robot di chuyển xung quanh, nếu bánh xe quay quá nhanh thì có thể rất khó điều khiển. Nếu chức năng là cánh tay quay lên xuống, nếu nó quay quá nhanh, cũng có thể khó điều khiển.
Mô-men xoắn
Mô-men xoắn là lực cần thiết để xoay một vật theo một khoảng cách nhất định. Động cơ có mô-men xoắn hạn chế. Ví dụ, nếu động cơ V5 Smart tạo ra mô-men xoắn 1 Nm (Newton mét), khi sử dụng tỷ số truyền 5:1, bánh răng 12 răng được dẫn động sẽ tạo ra ⅕ mô-men xoắn đầu vào của động cơ, đầu ra sẽ là 0,2 Nm và với tỷ số truyền 1:5, bánh răng 60 răng sẽ tạo ra mô-men xoắn đầu vào gấp 5 lần động cơ, đầu ra sẽ là 5 Nm.
Mô-men xoắn là lý do thứ hai khiến tỷ số truyền nhanh nhất có thể không phải lúc nào cũng có thể được sử dụng khi thiết kế rô-bốt. Khi sử dụng tỷ số truyền động tăng tốc để dẫn động bánh xe của robot nhanh hơn, tỷ số truyền động có thể vượt quá mô-men xoắn có sẵn từ động cơ và robot sẽ không di chuyển nhanh hoặc không di chuyển được. Ngoài ra, nếu hai robot có thiết kế gần giống nhau tương tác với nhau, robot có hệ thống truyền động có tỷ số truyền thấp hơn có thể đẩy được robot có hệ thống truyền động có tỷ số truyền cao hơn vì robot có tỷ số truyền thấp hơn sẽ có mô-men xoắn lớn hơn. Một ví dụ khác là, một cánh tay có thể không quay ngay cả khi nó được gắn trực tiếp vào trục được lắp vào động cơ vì việc quay nó có thể vượt quá mô-men xoắn khả dụng của động cơ. Trong trường hợp này, cần sử dụng tỷ số truyền mô-men xoắn tăng để tăng công suất mô-men xoắn của động cơ và vượt quá lượng mô-men xoắn cần thiết để quay cánh tay.
Tốc độ và mô-men xoắn của Động cơ thông minh V5 có thể được đo bằng Bảng điều khiển động cơ
Thực tế Robot
May mắn thay, tỷ số truyền động được sử dụng trong hướng dẫn lắp ráp V5 ClawBot đủ để bắt đầu thiết kế robot tùy chỉnh. Nhiều hệ thống truyền động hoạt động tốt bằng cách truyền động trực tiếp trục bánh xe hoặc xích bằng Động cơ thông minh V5 với Hộp số V5 200 vòng/phút màu xanh lá cây. Tuy nhiên, nếu một cấu trúc trong thiết kế như tháp hoặc cửa hút quân cờ cần được đặt ở nơi có động cơ, thì có thể sử dụng phương pháp truyền lực bằng bánh răng và xích hoặc bánh răng như đã giải thích ở trên. Đối với hầu hết các loại cánh tay, tỷ số truyền mô-men xoắn tăng 7:1 được giải thích ở trên là đủ bằng cách truyền động bánh răng 12T bằng động cơ 200 vòng/phút và gắn bánh răng dẫn động 84T vào cánh tay. Khi lợi thế cạnh tranh trở nên quan trọng hơn, việc tìm ra sự cân bằng “lý tưởng” giữa tốc độ và mô-men xoắn trở nên quan trọng hơn. Điều này có thể thực hiện được bằng cách sử dụng Động cơ thông minh V5 với một trong ba Hộp số V5 có sẵn (Đỏ: 100 vòng/phút, Xanh lá cây: 200 vòng/phút, Xanh lam: 600 vòng/phút) và nếu cần, kết hợp động cơ với tỷ số truyền để tăng mô-men xoắn hoặc tỷ số truyền để tăng tốc độ.
Bạn có thể mua bánh răng và các phần cứng chuyển động khác tại https://www.vexrobotics.com/vexedr/products/motion.