Робот двигатель что это
Коробка передач робот
Существует 4 вида коробок переключения передач (КПП). Доля автомобилей с роботизированной коробкой передач, классическим автоматом и вариатором на дорогах постоянно растет, ведь все больше автолюбителей отказываются от ручной механики. Коробки передач, работающие без участия человека, постоянно совершенствуются. Их качество, скорость реакции на дорожные события, плавность действий становятся лучше, а любая поездка комфортнее.
Что такое роботизированная коробка передач
Роботизированная коробка передач (РКПП, или робот) — это часть трансмиссии транспортного средства. Иногда ее путают с автоматической коробкой, но они отличны друг от друга. РКПП состоит из механической КПП, автоматических переключателей электрического или гидравлического типа (актуаторы) и блока управления этими переключателями (ЭБУ). То есть сама коробка — механика, автоматическим является только управление ее работой.
Для водителя РКПП выглядит почти как АКПП. Под рукой нет рычага переключения скоростей (на некоторых моделях вместо него ручка селектора), а под ногами — педали сцепления. Во время езды передачи переключаются в автоматическом режиме.
Как она работает
Механической коробкой передач, снабженной диском сцепления с маховиком двигателя, управляет робот. Алгоритм, заложенный разработчиками в ЭБУ, реагирует на показания датчиков, подавая команды сервоприводам.
По тому же принципу во время торможения передачи переключаются с высоких на пониженные. Высокопродуктивные процессоры позволяют создавать сложные программы, имитирующие поведение человека в разных ситуациях. И чем они сложнее, тем динамичнее и комфортнее езда.
Особенности РКПП
Приводы переключения скоростей на роботах оснащаются либо электрическими моторчиками, либо поршневой гидравлической системой. Но выполняют они одну и ту же задачу — передвигают синхронизаторы шестеренок вторичного вала и выжимают сцепление.
Главное отличие в том, что гидравлика работает быстрее и мягче. Но она более дорогая в производстве, поэтому такими РКПП снабжены в основном автомобили высокого класса. Самой востребованной является DSG от немецкого концерна Volkswagen.
ЭБУ для коробок делают и отдельным, и совмещенным с блоком управления ДВС. Последний вариант наиболее целесообразен, если алгоритм управления робота учитывает показания тех же систем, что и управление двигателем, например ABS или ESP.
Устройство сцепления в роботе
Роботизированные коробки по методу взаимодействия с двигателем бывают двух типов:
Однодисковая коробка ничем не отличается от механической. В ней есть первичный и вторичный валы.
Первичный соединен с диском сцепления. Вторичный вал передает крутящий момент непосредственно на колеса. Оба вала взаимодействуют посредством шестерней разного диаметра. Переключение происходит в тот момент, когда выбранная для нужной передачи шестерня на вторичном валу блокируется. В РКПП это делают электрические манипуляторы, получающие сигнал от ЭБУ. Гидравлические приводы-манипуляторы на однодисковых коробках используются крайне редко.
Двухдисковые имеют два ведущих первичных вала, каждый из которых соединен со своим диском сцепления. Один вал отвечает за четные передачи, а второй — за нечетные и заднюю. Такое техническое решение позволило делать включение выбранной передачи более плавным. Синхронизаторы приводов работают попеременно. В момент перехода на одном валу с 1 на 2 передачу ЭБУ уже дает сигнал на подготовку к включению 3. Поэтому их еще называют преселективными, т. е. с предварительным выбором. В результате сам процесс переключения ускоряется до 0,2 и менее секунд.
Некоторые производители так настраивают работу актуаторов и алгоритмы, что робот функционирует не хуже человека.
Режимы работы
Управление водителем коробкой передач сводится к выбору режима селектором:
Есть также и свои особенности при езде, к которым водитель должен привыкнуть, иначе будет попадать в неприятные ситуации.
Основные отличия РКПП от АКПП
Но из-за того, что конструктивно это разные механизмы, в эксплуатации и обслуживании они отличаются друг от друга:
Плюсы и минусы
Широкое распространение роботизированные коробки передач получили благодаря своим достоинствам. Однако у них есть и недостатки, о которых лучше знать до покупки автомобиля, чтобы быть к ним готовым.
Признаки неисправности
Как и любой механизм, роботизированная коробка подвержена износу во время работы и может ломаться. Неисправности делятся на механические и блока управления. Каждая имеет свои проявления.
Признаки механических поломок:
Признаки ошибок в ЭБУ:
Чтобы разобраться, из-за чего возникли неприятности, нужно провести правильную диагностику с применением специального оборудования.
Актуальность коробки в России
Автомобили с коробками-роботами у наших автолюбителей пользуются хорошим спросом. Опросы показывают, что доля россиян, готовых купить авто с РКПП, колеблется в пределах 15-20%. При этом надо отметить, что доля желающих пользоваться классическим автоматом все же в 2 раза выше.
В крупных городах платежеспособные слои населения выбирают АКПП из-за более комфортной езды и гораздо меньших проблем, связанных с эксплуатацией в условиях частых пробок на дорогах. Притом цены на автомат и хороший преселективный агрегат находятся на одном уровне. Но, если цена на горючее будет продолжать расти, многие предпочтут авто с РКПП (как более дешевый в эксплуатации), особенно когда поездки не ограничиваются маршрутом работа-дом.
Как ездить на машине с «роботом»: 6 правил, о которых мало кто знает
Роботизированная преселективная коробка передач — это, по сути, механическая коробка с двумя сцеплениями, сервоприводами и управляющим блоком. От простых роботизированных коробок она отличается тем, что может одновременно держать включенными две передачи и позволяет плавно переходить от одной к другой почти без разрыва потока мощности. Самый распространенный вариант — фольксвагеновская DSG и ее аналоги на автомобилях Skoda и Audi. Вариант Kia называется DCT, у Ford — Powershift.
С точки зрения водителя, преселективные коробки работают так же комфортно, как гидромеханические, но обеспечивают более быстрый отклик силового агрегата, мгновенную смену передач и экономию топлива на уровне обычной «механики». Коробка типа DSG не требует от водителя никаких особых знаний и манипуляций.
Роботизированная коробка стоит дешевле «автомата», но не уступает последнему по функционалу, поэтому таких систем на рынке будет все больше и больше. Но эксплуатация такого агрегата требует некоторого внимания со стороны владельца. Важно понимать, что для сохранения нормальной работоспособности преселективной коробки до 200 тыс. км пробега придется выполнять несложные правила.
«Робот» с двумя сцеплениями ставится на многие модели концерна Volkswagen. На сегодня есть два основных вида преселективных коробок — «сухая» семиступенчатая DSG-7 и «мокрая» шестиступенчатая DSG-6, у которой сцепления работают в масляной ванне. В обоих случаях диски сцепления изнашиваются из-за агрессивного стиля езды, резких ускорений, пробуксовок и других неправильных действий. Мы собрали шесть основных правил для владельцев машины с DSG, которые помогут продлить срок службы такой коробки.
Производитель не предусматривает замену или долив масла в преселективной коробке на протяжении всего срока ее службы, причем это касается коробок как с «сухим», так и с «мокрым» сцеплением. Но опытные механики рекомендуют все-таки проводить замену жидкостей, особенно в сложных условиях эксплуатации.
Каждые 60 тыс. км пробега автомобиля рекомендуется менять масло в коробке передач вместе с масляным фильтром, а также масло в блоке управления мехатроникой. Стоимость замены составляет 5–10 тыс. руб. в зависимости от масла и сервиса. Можно заменить масло самостоятельно, но это может сделать только опытный механик с использованием некоторого набора оборудования.
Электроника преселективной коробки передач подстраивается под манеру вождения водителя и начинает чуть заранее включать нужную скорость и в нужный момент включает сцепление. Когда водитель нажимает акселератор, трансмиссия заранее готовит повышенную передачу, а если тормозит — пониженную.
При агрессивной езде с резкими циклами разгона/торможения автоматика путается и не успевает подбирать нужную передачу, переключается максимально быстро, что создает дополнительные нагрузки на диски сцепления. При подобной манере езды лучше управлять коробкой в ручном режиме, хотя принципиально изменить нагрузки это не поможет.
Еще один важный момент, который следует знать владельцам машин с «роботом»: необходимо хорошо нажимать педаль тормоза при остановке и переключении режимов коробки. При слабом нажатии педали тормоза автомобиль находится в режиме трогания с места, диски сцепления не размыкаются до конца, от чего и изнашиваются быстрее.
Селектор коробки рекомендуется переключать плавно, а лучше — с небольшой задержкой. Отсутствие паузы при переходе, например, из «реверса» в «драйв» приведет к неприятному рывку. Кроме того, электронике требуется немного времени на настройку. А при переходе в парковочный режим рекомендуется еще до отпускания педали тормоза поставить автомобиль на «ручник» либо пользоваться режимом автоматической активации стояночного тормоза. После этого действия коробке будет проще при последующем трогании, особенно в гору.
Ради экономии топлива «робот» после трогания с места быстро переключается с первой на вторую передачу. Если потом водитель жмет на тормоз или не разгоняется, автоматика снова переходит на первую. Такой стиль езды, характерный для пробок, увеличивает нагрузку на коробку — из-за частых рывков происходит перегрев сцепления и ускоренный износ мехатроники.
В пробке можно перевести роботизированную коробку в ручной режим и трогаться с места исключительно на первой передаче. Обороты двигателя при этом будут выше, но для коробки передач такой режим работы считается более щадящим. Впрочем, производители подчеркивают, что коробки последних поколений (после 2014 года) не требуют подобных ухищрений, а, как правило, работают в пробке строго на второй передаче.
«Робот» сильно страдает от пробуксовок — быстро перегревается и ломается. Если машина с такой коробкой застряла в снегу или грязи, не стоит пытаться выбраться методом раскачки. Лучше всего перевести коробку в нейтраль и аккуратно вытянуть машину буксиром.
Машину с DSG также не стоит перегружать буксировкой прицепа или иного транспорта. Инструкция по эксплуатации не запрещает буксировку, но нужно иметь в виду, что подобные нагрузки сильнее изнашивают элементы коробки. То же касается и езды на сильно загруженном автомобиле.
Многие «роботы» оснащаются отдельным радиатором для охлаждения масла, который рекомендуется мыть хотя бы пару раз в год. Мелкие соты радиаторов быстро забиваются пылью и грязью, из-за чего эффективность охлаждения масла снижается. Кроме дорожной пыли отверстия забиваются реагентами, тополиным пухом и даже мелкими насекомыми.
Очистка радиатора занимает не много времени и может проводиться самостоятельно — мойку под давлением нетрудно провести и с наружной, и с внутренней стороны. Те, кто эксплуатирует машину на треке или в экстремальных условиях, ставят более производительные радиаторы, но для гражданской езды эта мера является избыточной.
Шаг 3. Какие моторы используются для робота.
Моторы для робота
Двигатели для робота входят в состав приводов. Мы узнали о робототехнике в целом на шаге первом. На втором шаге решили, какого робота мы будем делать. Нам нужно установить приводы, которые заставят робота двигаться.
Выбор двигателя для робота напрямую зависит от задач, которые должен выполнять робот. Двигатель (мотор) может входить в состав привода или отдельно быть приводом.
Что такое привод?
Привод может быть определен как устройство, которое преобразует энергию (в робототехнике это, как правило, электрическая энергия) в физические движения.
Подавляющее большинство приводов производят либо вращательное или линейное движение. Например, мотор — это тип привода. Правильный выбор приводов для вашего робота требует понимание того, что приводы доступны. Возможно, немного фантазии, и немного математики и физики.
Приводы вращения — это тип приводов преобразования электрической энергии во вращательное движение.
Двигатель переменного тока
Двигатель переменного тока (AC) редко используется в мобильных роботах. В первую очередь потому, что большинство из них рассчитаны на питание постоянным током (DC) от батареи.
мотор переменного тока AC
Двигатели постоянного тока
Двигатели постоянного тока MotorDC моторы имеют разнообразные формы и размеры. Хотя большинство из них цилиндрические. Они имеют выходной вал, который вращается на высоких скоростях, обычно в 5 000 до 10 000 оборотов в минуту. Хотя двигатели постоянного тока очень быстро вращаются, большинство из них не очень мощные. Такие двигатели для робота имеют низкий крутящий момент.
Для того, чтобы снизить скорость и увеличить крутящий момент, могут быть добавлены редукторы. Чтобы установить двигатель на робота, нужно закрепить корпус двигателя на раме робота. По этой причине двигатели для робота часто имеют монтажные отверстия, которые обычно располагаются на лицевой стороне двигателя. Следовательно, они могут быть установлены перпендикулярно к поверхности.
Двигатели постоянного тока могут работать по часовой стрелке (CW) и против вращения часовой стрелки. Угловое движение вала может быть измерено с помощью энкодеров или потенциометров.
Мотор редуктор постоянного тока
Это двигатель постоянного тока в сочетании с коробкой передач. Она работает, чтобы уменьшить скорость двигателя и увеличить крутящий момент. Например, двигатель постоянного тока вращается со скоростью 10000 оборотов в минуту и достигает 0.001 Н*м крутящего момента. Если добавить понижающую передачу 100:1 (сто к одному) мы снизим скорость в 100 раз. В результате 10000 / 100 = 100 об / мин и увеличим крутящий момент в 100 раз (0.001 х 100 = 0.1 Н*м).
мотор редуктор постоянного тока DC
Основные виды понижающих передач это:
Червячная передача позволяет получить очень высокое передаточное число с помощью всего одного этап. И также не дает выходному валу двигаться, если двигатель не работает.
Серводвигатель
Тип используемого вами двигателя зависит от типа движения, которое вы хотите.
R / C или хобби сервомотор
Часто сервомоторы этого типа могут поворачиваться на угол до 180 градусов. Они поворачиваются на определенный угол поворота. И часто используются в более дорогих моделях дистанционного управления средствами для управления или контроля полета.
Теперь они используются в различных приложениях. Цены на эти сервоприводы значительно сократилось, и разнообразие (разные размеры, технологии и сила) увеличилось. Общим фактором для большинства сервоприводов заключается в том, что большинство использует только поворот около 180 градусов.
R / C сервомотор включает в себя двигатель постоянного тока, редуктор, электронику и роторный потенциометр, который и измеряет угол
Электроника и потенциометр работают синхронно, чтобы управлять двигателем и останавливать выходной вал по заданному углу. Эти моторы обычно имеют три провода: земля, напряжение В, и управляющий импульс. Управляющий импульс, как правило, снимается с регулятора мотора сервопривода. Хобби сервомотор — это новый тип сервопривода. Он предполагает непрерывное вращение и обратную связь по положению. Все сервоприводы могут вращаться как вправо, так и влево.
Промышленные серводвигатели
Промышленный серводвигатель с приводом управляется иначе, чем хобби мотор и чаще встречаются на очень больших машинах. Промышленный сервомотор обычно трехфазный и состоит из двигателя переменного тока, редуктора и энкодера. Установленный энкодер обеспечивает обратную связь по угловому положению и скорости.
промышленный сервомотор
Эти моторы редко используются в мобильных роботах из-за их веса, размеров, стоимости и сложности. Вы можете увидеть промышленные серводвигатели на мощный промышленных манипуляторах. Возможно их использование на очень больших роботизированных автомобилях.
Шаговые двигатели
Шаговый двигатель вращается на определенные “ступени” (на самом деле, конкретные градусы). Число ступеней и размер шага зависит от нескольких факторов. Большинство шаговых двигателей не включает в себя передачи. Так как это двигатели постоянного тока и вращающий момент низок.
Правильно настроенный шаговый двигатель может вращаться вправо и влево и может быть установлен в требуемое угловое положение. Есть однополярные и биполярные типы шаговых двигателей. Одним заметным недостатком шаговых двигателей является то, что если мотор не работает, трудно быть уверенным в угле пуска двигателя.
Если добавить передачу, то шаговый двигатель имеет тот же самый эффект, как и добавление передачи на двигатель постоянного тока: Он увеличивает крутящий момент и снижает угловую скорость. Поскольку скорость уменьшается на передаточное отношение, то размер шага также уменьшается на тот же фактор.
Линейные приводы
Линейный привод производит линейное движение (движение вдоль одной прямой линии) и имеют три основные отличительные механические характеристики.
DC Линейный Привод
Линейный DC привод часто состоит из двигателя постоянного тока, подключенного к червячной передаче. Когда двигатель вращается, то крепление на винте будет либо ближе или дальше от двигателя. По существу червячная передача преобразует вращательное движение в линейное движение.
линейный привод
Некоторые линейные приводы постоянного тока включают в себя линейный потенциометр, который обеспечивает линейную обратную связь. Для того, чтобы остановить привод от полного разрушения, многие производители включают концевые выключатели на обоих концах. Как правило, для отключения электропитания привода при нажатии на них. Линейные приводы постоянного тока бывают в самых разнообразных размеров и типов.
Соленоиды
Соленоид состоит из катушки намотанной вокруг подвижного сердечника. Когда катушка находится под напряжением, сердечник отталкивается от магнитного поля и производит движения в одном направлении. Несколько катушек или некоторые механические механизмы потребуются для того, чтобы обеспечить движение в двух направлениях.
Соленоиды обычно очень маленькие, но их скорость очень большая. Сила зависит в основном от размера катушки и от того какой силы ток идет через него. Этот тип привода используется в клапанах или системах фиксации. В таких системах, как правило, нет обратной связи по положению (сердечник либо полностью убирается или полностью выдвинут).
Пневматические и гидравлические приводы
Пневматические и гидравлические приводы с помощью воздуха или жидкости (например воды или масла), служат для того чтобы двигаться линейно. Эти типы приводов могут иметь очень длинный ход, большую мощность и высокую скорость.
пневматический или гидравлический привод
Для того чтобы эксплуатироваться они требуют использование жидкости компрессора. Это делает их более сложными в эксплуатации, чем обычные электрические приводы. Они имеют большую мощность, скорости и, как правило, большой размер. И в первую очередь используются в промышленном оборудовании.
Выбор привода
Важно отметить, что постоянно появляются новые и инновационные технологии, и нет ничего постоянного. Также обратите внимание, что один привод может выполнять очень разные задачи в разных условиях. Например, с различной механикой. Привод, который производит линейное движение, может быть использован для поворота объекта и назад (как у автомобильных щеток для очистки стекла).
Роботы с колесами или гусеницами
Приводные двигатели для робота должны перемещать вес всего робота и, скорее всего, потребуется понижающая передача. Большинство роботов используют притормаживание колесами одного борта. В то время как автомобили или грузовики, как правило, используют рулевое управление.
роботизированная платформа на колесах
Если вы выберете бортовой поворот, то DC моторы с редуктором являются идеальным выбором для роботов с колесами или гусеницами. Ведь они обеспечивают непрерывное вращение, и могут иметь необязательную обратную связь по положению с помощью оптических энкодеров. Их очень легко программировать и использовать.
Если вы хотите использовать рулевое управление, то вам понадобится один приводной двигатель и один двигатель, чтобы управлять передними колесами. Поворот ограничен определенным углом и можно применить R / C сервомотор.
Робот манипулятор
Мотор используется, чтобы поднять или повернуть тяжелый вес. Подъем веса требует значительно больше энергии, чем перемещение веса на плоской поверхности. Скорость должна быть принесена в жертву для того, чтобы получить крутящий момент.
робот манипулятор
Поэтому лучше всего использовать редуктор с высоким передаточным отношением и мощный двигатель постоянного тока или линейного привода DC. Можно рассмотреть возможность использования системы (либо червячных передач, или струбцин). Что предотвращает груз от падения в случае потери управления.
Сервоприводы двигателей
Используются если диапазон ограничен до 180 градусов и крутящий момент не является существенным. Р/С мотора сервопривода идеально подходит для таких задач. Серводвигатели предлагаются с различными крутящими моментами и размерами и обеспечивают угловые обратной связи по положению.
Лучше использовать потенциометр, и некоторые специализированные оптические энкодеры. Р/С сервоприводы используются все больше и больше для создания небольших шагающих роботов.
Шаговые двигатели
Используются, когда угол поворота должен быть очень точными. Шаговые двигатели для робота в сочетании с контроллером шагового электродвигателя могут дать очень точное угловое движение. Иногда предпочтительнее серводвигатели, поскольку они обеспечивают непрерывное вращение. Однако, некоторые профессиональные цифровые серводвигатели используют оптические энкодеры. В результате они обладают очень высокой точностью.
Линейные приводы
Линейные приводы являются лучшими для перемещения объектов и расположения их по прямой линии. Они отличаются разнообразием размеров и конфигураций. Для очень быстрого движения можно рассматривать пневматику или соленоиды. Для очень высоких мощностей можно рассматривать линейные приводы постоянного тока и также гидравлику.
Практический пример
Для этого нужно ответить на пять вопросов:
Всем этим требованиям соответствует большой мотор из базового набора LEGO MINDSTORMS Education EV3.