这就是铁甲张一山复活狂战斧(郑爽的这就是铁甲)
看完张一山、郑爽的《这就是铁甲》,你真的了解格斗机器人吗?但是别以为看了几集综艺节目就了解铁甲了,里面涉及到的知识真的是往海了去了!在之前的格斗机器人介绍中,我们顺带提到了很多机器人武器系统。其中气动系统和液压系统过于危险和复杂,小编自己也搞的不是很懂。所以,本片仅介绍电动旋转系武器作为入门参考资料。电动旋转系武器主要有以下部分组成:武器主体、武器传动、武器驱动电机、电机控制、电池。
1、武器主体
无论是水平、竖直还是何种形式的旋转武器,都是利用武器旋转蓄能,再通过打击部位打击对手,完成能量释放,来破坏对手的机身结构。
武器类型主要由
转杆型(案例:Tombstone)、
转盘型(案例:Nightmare)、
转鼓型(案例:Minotaur)。
武器的组成部分主要由武器主体、武器打击牙、武器固定轴组成。
1.1武器蓄能
武器主体的尺寸、质量分布以及转速决定了武器的蓄能多少,其他因素相同,武器蓄能与其外径、质量较外分布、转速成正比。
1.2攻击效率
武器通过其打击部位(牙)将蓄能释放。蓄能释放的效率直接影响了打击效果。蓄能释放效率与武器牙的数量(不小于1)和转速成反比。所有,设计非对称型的单牙旋转武器,可以明显提高打击效果。但是设计非对称性单牙旋转武器,需要处理武器的旋转动平衡问题,设计和制作存在一定难度。
1.3攻击稳定
武器由武器固定轴,将其安装在机身上。武器固定轴存在2种形式:死轴形式、活轴形式。死轴形式为轴不随武器转动,不仅用来固定武器,还起到加固机身的作用。而且在受冲击时不容易卡死。活轴形式为轴随武器一起转动,可以提供更多的动能,但是微乎其微为,且容易在受冲击后变形卡死。本赛事较推崇死轴形式。
1.4武器材料
武器部分是发生冲击最强烈的部位,武器必须选用合适的材料。
武器主体部分,建议根据自身设计情况使用一下材料:S7工具钢、Cr12MoV工具钢、Hardox500耐磨钢、NM500耐磨钢、7075-T651铝合金(需要额外配武器牙)、TC4钛合金(需要额外配武器牙)……
武器打击部分,建议根据自身设计情况使用一下材料:S7工具钢、Cr12MoV工具钢……;且建议淬火硬度于HRC50-60之间,以保证具有足够硬度的同时不会产生过度的脆裂性。
武器轴部分,我们建议根据自身设计情况使用一下材料:4340钢轴(淬火硬度HRC40-43为宜)、TC4钛合金棒……;对于110KG的格斗机器人我们建议武器轴的直径不要小于35mm。
2、武器传动
武器传动部分负责将电机动力传递给旋转武器。一般使用链条、V型带、多楔带,而不使用齿轮。
2.1链条
链条传动具有最高的效率,武器将获得更快的加速度。但是链条传动不会打滑,武器产生的冲击力,会直接影响电机,容易对电机产生损伤。使用链条传动的需要于电机轴上安装限扭器。使用链条传动最好装备一个涨紧限位装置以免链条脱出。
2.2V型带
V型皮带、三角带,是比较理想的传动结构。带齿V型带更容易折弯,从而获得更好的传动效率,以及更大的减速比。
2.3多楔带
多楔带、多沟带,相对于V型带更加容易折弯,具有更好的传动效率,可以做到更大的减速比,但是多楔带本身更宽,需要更大位置布局。多楔带较薄,带沟较浅,很容易脱出,所以需要固定的更紧(不宜使用弹性涨紧结构),带轮需要一个足够大的挡边。
2.4双动力传动
武器需要使用2台电机同时带动的,需要采取特定措施解决2台电机转速不同步的问题,否则出现滞怠现象,其中一个电机系统会严重发热甚至烧毁。有两种思路可以解决该问题,一:使用可以打滑的传动系统,皮带或多楔带,但是传递效率较低。二:使用超越离合器,传动效率不会降低,但是武器系统只能单向旋转(武器双向旋转实际应用意义不大)。
3、武器电机
武器电机为武器提供旋转动力。我们简单列举几个武器电机的主要类型。
3.1大功率有刷电机
具有很大的扭矩,而且峰值功率可达到10KW以上,一般使用接触器控制,而不是电调。具有很高的可靠性,但是体积和重量较大。适合应用于转速较低,外径较大的旋转武器。
案例:ME0708 (用于Tombstone、Cobalt )、
ME0909 (用于Bite Force2016)
Cobalt
Bite Force2016
3.2大功率无刷电机
具有很高的转速,可达20000转/分以上。峰值功率可达10KW,必须使用无刷电调控制。具有很高的功率和重量比。但是由于启动扭矩较小,一般需要一定的减速传动,适合用于武器转速较高外径较小的竖直转盘或转鼓武器。
外转子无刷电机的扭矩较内转子更大,散热也更好。但是一般用于航模领域,如果用于格斗机器人需要在电机安装上注意坚固性。建议将启动轮固定于支架上分担冲击力,而不是完全由电机轴承受。如果电机轴可以是前后出轴的,最好能够使用带轴承的底座来固定保护电机。
案例:天蝎星7050无刷电机 (用于Minotaur )、12080无刷电机 (用于Witch-doctor)、80100无刷电机。
天蝎星7050无刷电机
12080无刷电机
80100无刷电机
4、电机控制
电机的控制主要使用接触器和电调来实现。
4.1接触器
对于大功率的有刷电机我们推荐使用接触器控制,可以经受很大的电流冲击,不易损坏。但是不能够调节电机的转速和方向。
案例:单极直流接触器600A
4.2无刷电调
对于大功率的无刷电机必须使用高压大功率的无刷电调进行控制,注意电调的选择一定要与电机匹配。如果电调可以设置油门曲线,建议将油门曲线设置为前段较急后段较缓。
案例:
大功率无刷电调16s 300A
TMM40063-3 for Cars X2-SERIES
5、武器电池
武器电池提供武器运行所需的电力,与机器人行动电池要求相似,但是需具有更大的放电能力以及反电势吸收能力。所以,请选用质量可靠的电池,并装备足够的容量。(建议容量达到800Wh以上)。国内容易购买到的此类电池为航模使用的高放电倍率聚合物锂电池,以及更加稳定耐过放的A123磷酸铁力电池。
推荐电池:
(1):格氏电池ACE TATTU 6S 10000mAh(某宝有旗舰店)
(2):Maxamps电池 6S 10000mAh
(3):美国A123 26650M1A 磷酸铁锂电池 (需要DIY焊接)
好了,关于武器系统,要介绍的就这么多,余下的我们下期再见!
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