侵权投诉
当前位置:

OFweek电子工程网

MCU/控制技术

正文

PVC-Robot【4号】光能风车·太阳能转动机器人

导读: 本项目介绍的是与之前几个项目的机器人一样,同样是采用太阳能脉动充放电控制电路,晒太阳的蚊子的第二个远房亲戚——太阳能转动机器人。通过这个项目,我们可以再了解一种新的机器人驱动方式。

  本项目介绍的是与之前几个项目的机器人一样,同样是采用太阳能脉动充放电控制电路,晒太阳的蚊子的第二个远房亲戚——太阳能转动机器人。通过这个项目,我们可以再了解一种新的机器人驱动方式。

  本项目机器人可以看成一个“太阳能风车”,风车转动的能量是风能,而“太阳能风车”转动的能量却是太阳能——有太阳的时候会转动,把太阳能转变为动能。本项目采用的同样是与之前几个项目一样的脉动充放电控制电路,运行的效果就是晒一会太阳充会电,然后转动一会,太阳越大转动越快;如果太阳足够火辣则可以几乎连续转动而中间没有停顿,而且这个时候会产生较大的震动,机器人整体也会发生移动,这有点类似2号蚊子的移动方式,看来作为亲戚还是有不少地方的相似的,呵呵。

 

 

 

  以下为效果视频,前一段是在灯光(白炽灯)下进行测试的效果,后面一段为在阳光下的效果。

  

 

  一、基本原理

 

  本项目的机器人采用太阳能电池作为电源,驱动电机带动一个转轴进行转动。

  1、驱动原理

  本项目机器人的驱动原理很简单,就是驱动电机旋转的传动方式,不过和通常的应用有点区别:一般的电机传动结构,电机是固定的,电机的轴是旋转的;而本项目的结构是正好相反,电机的轴是固定的,电机本身却是旋转的——电机的轴是固定在底座的,而电机和太阳能电池板、以及控制电路等都是和电机绑定在一起可以转动的,就是说除了一个固定的底座,其他部分都会跟着一起旋转。

 

  

 

  2、机械结构

  本项目采用的“电机轴固定、而电机本身旋转”的机械结构,其实效率并不如果“电机本身固定,而电机轴旋转”,毕竟这样电机转动时除了负担实际的负载之外,还要负担电机本身的重量。实际应用时一般不会采取这种方式,如果真的是作为太阳能风车,合理的方式应该是尽可能的减少驱动的负载,除了电机和控制电路等应该固定在底座不要跟着转动之外;同时还应该考虑太阳能电池板的安装角度,尽可能对着太阳以充分获得太阳能;实在不行至少应该固定太阳能电池板的安装角度,不至于说获得太阳能会那么不稳定(转到对着太阳的角度则效率高转得快,转到背着太阳的角度则效率低转得慢)。

 

  

 

  本项目机器人之所以采用这样传动方式,主要是为了增加一个趣味性的效果,同时也作为介绍一种新驱动方式来拓宽视野而已。

  此外,对于本项目机器人,让电机本身也一起转动,可以增加转动时整体的动能,让转动时产生的震动更大,而底座相对接触地面的面积尽可能小一点,就可以在转动速度比较快的时候机器人整体也会进行移动,而这个时候本项目也不再仅仅是一个固定的太阳能风车,而可以称得上是一个会移动的机器人(见视频中在灯光下快速转动时的效果),当然这个移动效果也不明显,效率也不高,所以本项目可以说有点不伦不类——低效率的太阳能风车,或低效率的移动机器人,可以说作为一种反面教材普及相关知识而已。

  如果说作为移动机器人,为了让移动的效果更明显,就要增加转动时产生的震动。要产生更大的震动,除了说转动时带动更重的负载外,可以考虑用偏心轮的结构,就是说把除了电机上的其他绑定的负载(太阳能电池板、电路板等)都装在电机的一侧,而不是与电机同轴的位置,这个原理详见PVC-Robot 2号机器人的震动马达的原理

  不过,如果采用偏心轮的效果,会造成电机转动时的负载过大(转不动),在普通强度的太阳光下太阳能风车的效果就不是很好——转动太慢,转动角度太小。本项目机器人早期有一个设计版本就是属于偏心轮的结构,后来为了兼顾太阳能风车的效果(太阳不大的情况下也能转动得比较顺)所以被淘汰了。

 

  

  

  新旧版本对比(左旧--右新)

 

  另外,本项目如果从移动机器人来看,为了增加移动效果,还可以把底座的四只脚都装上一个小轮子,这样转动时产生的震动就可以让机器人移动的幅度更大,可以说这作为本项目机器人的扩展装备。

 

  

 

  3、电路原理

  本项目的电路与PVC-Robot 2号机器人项目的电路是一摸一样的,电路原理也是一摸一样的——典型的脉动充放电控制电路。

 

  

 

  基本原理如下:

  1)太阳能电池板给电解电容充电,电解电容两端的电压不断上升;

  2)当电路电压达到LED二极管的导通电压(2V左右)时,LED二极管导通;

  3)三极管9015的基极从导通的LED二极管获得足够的导通电压,则三极管9015导通;

  4)三极管9015导通后,又使三极管9014的基极获得足够的导通电压,则三极管9014导通;

  5)三极管9014导通后,电机获得电流开始转动;

  6)电机转动,消耗电解电容中存储的电能,电路电压下降;

  7)当电路电压下降到低于LED二极管的导通电压时,LED二极管截止;

  8)虽然三极管9015的基极失去了来自LED的导通电压,但是由于此时三极管9014已经导通,导通后的电流除了提供给电机转动之外,还通过电阻分流了一部分重新回到三极管9015的基极(形成一个循环),即三极管的基极还是有足够的导通电压;

  9)当电机继续转动消耗电解电容的电能时,电路电压进一步下降,则即便三极管9014导通后回流给三极管9015基极的电压也无法保证三极管9015继续导通(循环被破坏),则两个三极管都截止,电机停止转动;

  10)电解电容重新充电,继续重复上面的各环节。

  简单的说,即:太阳能电池对电解电容充电,当充电量达到由LED二极管设置的充电上限后,则电路开始瞬间放电提供给电机转动;虽然电机转动消耗电能使电压下降至低于LED二极管的下限,但是由于电路存在一个导通循环的机制,仍然会继续放电让电机转动,能够尽可能的把电解电容中存储的电能都消耗掉;消耗完电解电容中的电能后,重新由太阳能电池对其进行充电……如此循环往复。

  也可以这样理解:太阳能电池对电解电容进行缓慢充电(太阳能电池的电流比较小),充电达到上限后对电机进行瞬间放电(电机的电流比较大);放电停止的下限比较低,可以比较彻底的把充电的电量消耗完。

  在PVC-Robot 2号机器人的项目中已经对该电路原理进行了更详细的分析,这里不再重复。如果还有不清楚的,或者有兴趣继续了解的,可以点击这里:PVC-Robot 2号 电路原理分析

 

1  2  3  4  5  6  下一页>  
声明: 本文由入驻OFweek公众平台的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

我来说两句

(共0条评论,0人参与)

请输入评论

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号