Silniki DC – klasyka w dziedzinie mechatroniki (i nie tylko)
Silniki prądu stałego nadal są najmniej skomplikowanymi napędami pod względem zasilania oraz sterowania. W najprostszym przypadku wystarczy jedynie podłączyć napęd do baterii, akumulatora lub zasilacza, tak też zresztą działa znakomita większość prostych urządzeń (zabawki elektryczne, wiatraczki itp.). Co więcej, napędy te – odpowiednio „obudowane” za pomocą przekładni i enkoderów – są w stanie wykonywać nawet trudne zadania, związane z precyzyjnym pozycjonowaniem mechanizmów czy też poruszaniem dużych obciążeń mechanicznych. Choć w wielu zastosowaniach można wykorzystać silniki DC bez przekładni (np. we wspomnianych już wcześniej wentylatorach i wiatraczkach), to swoje prawdziwe możliwości silniki prądu stałego ukazują po wyposażeniu ich w przekładnie redukcyjne. Za cenę obniżenia prędkości obrotowej (która zwykle jest bardzo wysoka, nawet w niedrogich, małych silniczkach) otrzymujemy spory moment obrotowy, zdolny do napędu nawet cięższych konstrukcji – najczęściej kołowych i gąsienicowych robotów mobilnych. Szczególnie cenne propozycje ma w swojej ofercie firma Pololu – produkuje ona szereg silników z serii micro, wyposażonych w solidne, wielostopniowe przekładnie zębate. Co bardzo ważne, są one wykonane w całości z metalu, dzięki czemu te miniaturowe napędy radzą sobie bez problemu z generowaniem momentu obrotowego od 0,1 kg*cm (np. silnik HP 5:1 – Pololu 1000) do aż 9 kg*cm (silnik HP 1000:1 – Pololu 1595). Niektóre modele, jak 6-woltowy HPCB 5:1 o numerze 3082, mają dwustronny wał, który umożliwia montaż enkodera inkrementalnego albo prostego przerywacza optycznego, umożliwiającego zgrubny pomiar prędkości obrotowej.
Silniki DC z serii 25D i 37D – solidne napędy o niewielkich wymiarach
Średniej wielkości roboty mobilne mogą być budowane w oparciu o napędy z serii 25D oraz 37D, także produkowane przez firmę Pololu. Oznaczenie numeryczne symbolizuje średnicę silnika, wyrażoną w milimetrach. Seria 25D zawiera przeszło dwadzieścia modeli o zróżnicowanych parametrach – większość jest przeznaczona do zasilania napięciem 6 V, ale niektóre odmiany mogą pracować z napięciem dwukrotnie wyższym. Dostępne momenty obrotowe i prędkości wyjściowe zależą rzecz jasna od stopnia przełożenia przekładni i wynoszą od 0,6 kg*cm (przy prędkości 1300 rpm i przełożeniu 4,4:1), aż do 23 kg*cm (tutaj prędkość obrotowa wynosi 33 rpm, a przełożenie 227:1). Silniki DC Pololu z serii 25D mają znormalizowany rozstaw gwintowanych otworów mocujących, co znakomicie ułatwia zarówno projektowanie mechanizmu, jak i ewentualną podmianę napędu na inny model. W serii 37Dx53L (drugi wymiar to długość napędu) znajdziesz modele o przełożeniu od 10:1 do 100:1, co odpowiada zakresowi momentów obrotowych od 4,89 kg*cm do aż 34 kg*cm.
Inne serie silników DC
Niektóre roboty mobilne mają wymiary tak małe, że zmieściłyby się w całości… wewnątrz obudowy przekładni opisanych wyżej napędów. Do takich „ekstremalnych” konstrukcji doskonale nadają się maleńkie silniczki DC z serii sub-micro. Te prawdziwe cacka mechatroniczne mają średnicę zewnętrzną równą 6 mm oraz długość 16 mm, a mieszczą w sobie – oprócz samego silnika prądu stałego – także… przekładnię planetarną (!) o przełożeniu od 26:1 do 700:1. Przypomnijmy, że dla tych miniaturowych napędów dostępne są także ogumione koła o numerze Pololu 2356 – mają one średnicę 14 mm i grubość 4,5 mm, a co równie ważne – są w pełni kompatybilne z 2-milimetrowymi wałami napędowymi silników. Firma Pololu oferuje także silniki DC z enkoderami magnetycznymi, dzięki czemu w „jednym kawałku” otrzymujesz zarówno solidny napęd z przekładnią (ze wspomnianych wcześniej serii 25D lub 37D), jak i czujnik prędkości oraz kierunku obrotów, niezbędny do zapewnienia sprzężenia zwrotnego w układach automatycznej regulacji. Mniej wymagające aplikacje – np. proste roboty line follower – skorzystają z gotowych zestawów, zawierających dwa silniki DC wraz z przekładniami kątowymi. Przykładem może być produkt firmy Tamiya o numerze katalogowym 70097. Co ciekawe: model ten posiada przekładnie o regulowanym stopniu przełożenia (58:1 lub 203:1), a to daje sporą elastyczność w wyborze optymalnego balansu prędkość / moment obrotowy.
