Xét trên địa hình làm việc bằng phẳng, bỏ qua biến dạng của bánh xe và ma sát của không khí.
Các thông số của robot
- Khối lượng robot ước tính: 3kg - Bán kính: 20mm
Phân tích lực
Hình 5-1 Phân tích lực cho mô hình Với:
𝐹𝑚𝑠𝑛
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ là lực ma sát nghỉ giữa bánh xe và bề mặt sàn bê tông. 𝐹𝑤
⃗⃗⃗⃗ là lực kéo sinh ra do momen của động cơ. 𝑁⃗⃗ là phản lực của mặt sàn.
𝑃⃗ là trọng lực của xe
𝑀1
Chọn phương án chuyển động của robot là chuyển động thẳng. Hai bánh dẫn động di chuyển cùng tốc độ về phía trước với vận tốc 0.5m/s.
Tốc độ quay của bánh xe khi xe di chuyển thẳng với vận tốc tối đa 0,5m/s:
𝑛 = 60𝑣 2𝜋𝑟 = 60 × 1000 × 0,5 2𝜋 × 20 = 238,7(𝑟𝑝𝑚) Phương trình cân bằng lực: 𝐹𝑚𝑠𝑛 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ + 𝐹⃗⃗⃗⃗ + 𝑁⃗⃗ + 𝑃𝑤 ⃗⃗⃗ = 𝑚1 1𝑎 (5.1) Phản lực của mặt sàn tác động lên 1 bánh dẫn động: 𝑁 = 𝑃 2 4 = 𝑚 2 𝑔 4 = 3 2× 9,8 4 = 3,675(𝑁) (5.2)
Khi xe di chuyển thẳng đều
Vận tốc không đổi là v=0,5(m/s), nên gia tốc a=0(m/s2). Khi đó: Lực kéo sinh ra do momen của động cơ là:
𝐹𝑤 = 𝐹𝑚𝑠𝑛 = 𝜇1× 𝑁 = 0,015 × 3,675 = 0.055(𝑁) (5.3)
Với: 𝜇1 = 0,015 là hệ số ma sát lăn của bánh trên sàn bê tông. Công suất cần thiết để di chuyển thẳng đều:
𝑃1 = 𝐹𝑤𝑣 = 0.055 × 0,5 = 0,0275(𝑊) (5.3)
Khi xe bắt đầu tăng tốc
Gia tốc để xe chuyển động nhanh dần tới vận tốc 0,5m/s trong 3s là:
𝑣 − 𝑣0 = 𝑎𝑡 (5.4)
Với 𝑣0 = 0m/s Suy ra:
𝑎 =𝑣
𝑡 = 0,16(𝑚/𝑠
2) (5.5)
𝐹𝑤 = 𝐹𝑚𝑠𝑛+𝑚
8 𝑎 = 𝜇𝑛𝑁 + 𝑚1𝑎 = 1 × 3,675 + 3
8× 0,16 = 3,735(𝑁) (5.6)
Với hệ số ma sát tĩnh 𝜇𝑛 = 1 là hệ số ma sát nghỉ của bánh trên sàn bê tông. Công suất cần thiết để xe chuyển động nhanh dần lên vận tốc 0,5m/s:
𝑃1 = 𝐹𝑤𝑣 = 3,735 × 0,5 = 1,86(𝑊) (5.7) Momen xoắn cần thiết để xe tăng tốc lên 0,5m/s:
𝑀1 = 𝐹𝑤𝑟 = 3,735 × 20
1000= 0,0747(𝑁𝑚) = 74,7 (𝑁𝑚𝑚) (5.8)
Như vậy ta chọn động cơ bước 28BYJ-48
Về tổng quan mô hình có kích thước dài x rộng = 380*270 mm và có chiều cao là 106 mm.
Hình 5-2 Hình ảnh tổng quan về hệ thống khi thiết kế trên phần mềm solidwork.