كيف تصنع روبوتك - الدرس 3: المحركات
المحرك هو آلة تقوم بتحويل الطاقة (في الروبوتيك هي الكهرباء) إلى حركة ميكانيكية. ويمثل العامل الاساسي في تحرك الروبوت. توجد عدة أنواع منه يجب على كل من يعشق الروبوتات معرفتها أولا. فما هي هذه الانواع؟ هذا ما سنتطرق إليه في هذا الدرس.
|
يوجد نوعين من المحركات “دورانية” و “خطية”. اختيار المحرك المناسب لروبوتك يتطلب منك فهم أنواع المحركات ومميزاتها أولا.
المحركات الدورانية
تقوم بتحويل الطاقة إلى حركة دورانية. ما يميز هذه المحركات عن بعضها البعض هو:
1. قوة الدوران: وهي القوة التي يمكن انتاجها عند مسافة محددة (يعبر عنها بـالوحدة N.m)
2. سرعة الدوران: وهي عدد دورات المحرك في الدقيقة (يعبر عنها بـالوحدة rpm).
محركات AC
نادرا ما يستخدم المحرك المتناوب AC من طرف الروبوتات المتحركة. لكن غالبا ما تستعمل في البيئات الصناعية نظرا لاحتياج هذه الأخيرة إلى قوة عالية.
|  |
محركات DC
لهذه المحركات العديد من الأشكال واﻷحجام رغم أن معظمها أسطواني الشكل. سرعة دورانها تكون سريعة (غالبا من 5000 إلى 10000 دورة في الدقيقة الواحدة)، لكن تبقى قوتها ضعيفة. ومن أجل تقليل سرعة دورانها وزيادة قوتها يضاف إليها ما يسمى بالتُرْس المسنن.
عندما تضيفها إلى الروبوت عليك بتثبيت جسم المحرك في إطاره. وستجد في الغالب ثقوبا في إطار الجانبي للمحرك حتى يتسنى لك تركيبها عموديا أيضا.
يمكن للمحرك DC أن يُكًون حركة دورانية في اتجاه أو عكس عقارب الساعة.
|  |
محركات DC الموجهة
هي محركات DC مدمجة في صندوق مصحوب بأتراس مسننة. والغرض من هذا هو تقليل سرعة دورانها وزيادة قوتها. المعروف منها هو كالتالي:
• النوع spur وهو اﻷكثر شيوعا
• النوع planetary معقد لكنه يضمن لك بقوته تقليل سرعة المحرك في مساحة ضيقة وبكفاءة عالية.
• النوع worm
يمكن للمحرك DC الموجه أن يولد حركة دورانية في اتجاه أو عكس عقارب الساعة.
|  |
محركات R/C Servo
سؤال: ماذا لو أردت أن يمنحك المحرك حركة دورانية غير كاملة أي بزاوية محددة مثلا؟
هذا هو الغرض من هذ النوع من المحركات، وهو في الحقيقة مدعوما بدارة كهربائية تتحكم بمجال زاوية الدوران.
المحرك R/C Servo مزود بثلاث أسلاك في الغالب: سلك أرضي، وآخر للجهد الكهربائي باﻹضافة لسك ثالث لمراقبة الذبذبات الكهربائية. تولد هذه الذبذبات من طرف الدارة المتحكمة بعمل المحرك.
يتميز المحرك Servo عن غيره بأمرين اثنين: دوران متتالي والقدرة على تزويدك بمعلومات عن موضع درجة الدوران.
معظمها يدور في مجال 180 درجة فقط. يسمى أيضا محرك hobby servo.
كما يمكنه الدوران في اتجاه وعكس عقارب الساعة أيضا.
|  |
محركات Servo الصناعية
نادرا ما يستعمل هذا النوع من المحركات في صناعة الروبوتات نظرا لوزنها وحجمها وثمنها وتعقيدها. قد تجده مركبا في أحد اﻷذرع الآليه الضخمة كتلك المستعملة في صناعة السيارات مثلا.
|  |
المحرك الخطوي
يعمل هذا المحرك كما يصفه اسمه. أي ينتج حركات دورانية خطوة بخطوة (أي بزاوية محددة). الخطوة الواحدة عبارة عن زاوية محددة تتغير حسب اعتبارات متعددة. تجدها كثيرا في الطابعات. غير مزود بأتراس مسننة وقوته ضعيفة غالبا.
إضافة أتراس مسننة للمحرك الخطوي سيكون لها نفس التأثير كالتي على المحرك DC. التخفيض من سرعته يؤدي إلى تغير خطوته أي درجة الزاوية.
|  |
المحركات الخطية
محركات DC الخطية
هي في الحقيقة عبارة عن محركات DC دورانية لكنها مزودة بقضيب مركبة بطريقة خاصة لتحويل الحركة الدورانية إلى حركة خطية. البعض منها يزودك بمعلومات عن موضع القضيب. متواجدة بأحجام ومقاسات متعددة.
|  |
محرك ذي الملف الكهربائي
تتكون هذه المحركات من وشيعة داخلية ملتفة حول مركز متحرك. عندما يتم تنشيط الوشيعة يندفع المركز إلى اﻷعلى الأمر الذي يكون حركة خطية.
طول قضيبه صغيرا في الغالب، وحركته سريعة جدا.
ترتبط قوته بحجم الوشيعة الداخلية وقوة التيار المار بها.
|  |
سلك عضلي
كما أن العضلة الطبيعية تتقلص وترتخي فكذلك السلك العضلي. يتقلص السلك العضلي عند مرور التيار الكهربائي به ويعود لحالته الطبيعية عند ذهاب التيار.
حركة السلك العضلي ليست قوية أو سريعة.
السلك العضلي مناسب عند العمل بأجزاء صغيرة أو في مساحة ضيقة.
|  |
الهوائية والهيدروليكية
من أجل انتاج حركة خطية تعتمد المحركات الهوائية على ضغط الهواء في حين أن الهيدروليكية منها تعتمد على ضغط السوائل كالماء أو الزيت. تجدها مثلا في الشاحنات الكبيرة وتلك المستعملة في عمليات الحفر والبناء. ويمكن لهذا النوع من المحركات أن يمتلك قضيبا طويلا بقوة وسرعة عاليتين. وغالبا ما يستعمل في البيئات الصناعية.
|  |
اختيار المحرك المناسب
خد بعين الاعتبار أن ما طرحناه أعلاه لا يتسم بالاستقرارية مع تقدم التكنولوجيا، وأيضا أن المحركات أعلاه يمكن استعمالها في مجالات متعددة كأن يستعمل المحرك الخطي بالتعاون مع أجزاء ميكانيكية أخرى لإنتاج حركة دورانية مثلا والعكس بالعكس.
من أجل مساعدتك على تحديد المحرك المناسب لك نطرح اﻷسئلة التالية:
1. هل تريد محركا يستعمل لتحريك عجلات الروبوت؟
محركات DC الموجهة هي الاختيار المثالي سواء أكان الروبوت مزودا بعجلات عادية أو بسلاسل مسننة كالدبابات مثلا. وهذا يرجع إلى احتياج هذا النوع من الروبوتات إلى حركة دورانية متتالية كما يمكن لهذه المحركات تزويدك بمعلومات إضافية حول موضع العجلة وتمتاز بسهولة البرمجة والاستعمال كذلك.
أما إذا كنت تريد توجيه دوران الروبوت بزاوية محددة ستحتاج حينها لمحرك DC واحد يقود الروبوت ومحرك R/C servo من أجل توجيه الروبوت بزاوية محددة.
|  |
2. هل تريد محركا يستعمل لرفع أو تحريك أوزانا ضخمة؟
حينها سنضحي بالسرعة من أجل ربح قوة إضافية. خير ما يستعمل في هذه الحالة المحركاتDC الخطية أو DC الدورانية الموجهة والمدعومة بصندوق أتراس عالي الدقة.
|  |
3. هل مجال الدوران محصورا في 180 درجة فقط؟
استعمل محركات R/C servo.
|  |
4. هل تحتاج ﻷن تكون زاوية الدوران محددة ؟
استعمل المحركات الخطوية.
|  |
5. هل تحتاج لحركة خطية عوض دورانية ؟
استعمل المحركات DC الخطية في الحالات العامة والمحركات الهوائية أو الهيدروليكية عند الاحتياج لحركة سريعة جدا. واستعمل اﻷسلاك العضلية فقط في حالة حركة ذات قوة ضعيفة.
|  |
اﻷدوات
قد تحتاج لحساب قوة وسرعة الدوران. وفي الحقيقة قد يتطلب منك إنجاز حسابات (معقدة) عديدة نظرا للعوامل الفيزيائية المتدخلة في حركة الآلة. لا داعي لأن تزعج نفسك بتعلمها الآن. دعها حتى يأتي وقتها. فلكل مقام مقال.
|  |
مثال حي
قمنا في الدرس اﻷول بتحديد هدف وتكلفة الروبوت الذي نود إنشاءه. كما قررنا أن يكون هذا المشروع مقتصرا على تطوير مدرعة التي بإمكانها العمل فوق الطاولات في الدرس الثاني. ومن خلال إعادة طرح اﻷسئلة أعلاه على أنفسنا نستنتج بأن مدرعتنا هذه ستحتاج لمحرك DC موجه.
الصورة التالية تبين لنا أنظمة السلاسل المسننة الموجودة حاليا:
|
 |
لكل اسمها الخاص في محلات بيع الأجزاء الاليكترونية. سنختار الصنف التالي:
|
 |
دعنا نقول بأن الوزن الاجمالي للمدرعة بما تحتويه سيكون حوالي 200 غراما. وأننا سنحتاج لمحركين وعجلات مسننة ذات شعاع لا يتجاوز "1. سنقول بأن السرعة ستكون هي 0.2 مترا في الثانية. لتستطيع المدرعة تسلق الكتب أيضا نحتاج لزاوية دوران حوالي 30 درجة. نفترض أن 12 فولط ستكون كافية لتزويد المدرعة بالطاقة. تسارع المدرعة هو 0.2 مترا في الثانية مربع.
باستعمال 0.5 كشعاع للعجلات سنحصل على:
اختيار المحرك
سنحتاج في هذه الحالة لمحرك DCذي الخاصيات (150 rpm, 1.5 oz)
|
 |
