Колесо 42X19мм на вал D3 Micro Metal Gearmotor

Общие сведения

Колесо 42 × 19 мм на вал D3 — с широкой шиной, для небольших роботов и тележек на мотор-редукторах 12 мм. В ступице — отверстие под вал ⌀3 мм с лыской, то есть со срезом вдоль вала. Колесо садится на вал нажимом и крутится вместе с ним без винтов.

Ступица белая, с одной стороны у неё кольцо выступающих «пальцев». Мотор вставляют с этой стороны — редуктор уходит внутрь колеса, между пальцами, как на фото. Узел «мотор + колесо» получается коротким: от редуктора до середины шины близко, и вал меньше работает на изгиб. Шина чёрная, шириной 19 мм, с крупными грунтозацепами.

Колёса продаются по одному: на двухколёсную тележку нужно два, на четырёхколёсную — четыре. Мотора в комплекте нет.

На какие моторы встаёт. Нужен вал ⌀3 мм со срезом вдоль вала — лыской. Такой вал у:

• наших мотор-редукторов 12 мм — их ещё называют N20 и Micro Metal Gearmotor;
• моторов N20 с платой FLASH-I2C — с энкодером и без.

У наших мотор-редукторов 12 мм вал выходит из редуктора на 8 мм, у мотора 1:50 — на 10 мм, и срез идёт по всей длине вала. У моторов FLASH-I2C длина вала в карточках не указана — измерьте её сами.

Раз редуктор прячется в ступице, широкая шина заходит на мотор почти до корпуса. Скобе для мотора N20 это не мешает — так колёса стоят на нашей робоплатформе Roborace miniQ (фото ниже). А у модуля FLASH-I2C мотор лежит на плате, и шина может упереться в её край. С моторами FLASH-I2C примерьте колесо до сборки или возьмите узкое колесо 34 × 7 — на таких ездят машинки нашего набора ROBORACE.

Робоплатформа Roborace miniQ: мотор-редукторы в белых скобах, колёса стоят в окнах платформы.

Не встанет на ТТ мотор-редуктор (вал толще и другой формы, для него есть своё колесо), мотор-редукторы 25 мм и валы сервоприводов. Не путайте и с мотором 12 мм без редуктора: у него тонкий круглый вал без среза, да и силы без редуктора не хватит. Сторонний мотор проверьте: вал ровно 3 мм и со срезом. У некоторых моторов N20 срез короче вала — если колесо дальше не идёт, не давите сильнее, а посмотрите, где кончается срез.

Характеристики

• Наружный диаметр шины: 42 мм;
• Ширина шины: 19 мм;
• Отверстие в ступице: под вал ⌀3 мм с лыской (тип D);
• Крепление на валу: нажимом, за счёт формы отверстия, стопорных винтов нет;
• Сторона мотора: со стороны «пальцев» ступицы;
• Цвет: ступица белая, шина чёрная;
• Путь за один оборот вала: 131,9 мм (π × 42 мм);
• Высота оси над полом: 21 мм (радиус колеса).

Какая будет скорость

За один оборот вала тележка проезжает длину окружности колеса. Скорость с нашими моторами уже посчитана:

«12 мм» — мотор-редуктор без электроники, к Arduino его подключают через драйвер. «FLASH-I2C» — тот же мотор N20 на плате со своим драйвером, им управляют по шине I2C. «1:150» — передаточное число редуктора: вал крутится в 150 раз медленнее моторчика и во столько же раз сильнее (без учёта потерь в шестернях). Вашего мотора нет в таблице — посчитайте сами: скорость в мм/с = 131,9 × обороты в минуту / 60.

Обороты взяты из названий моторов: у мотор-редукторов 12 мм — на холостом ходу при питании 5–6 В, у моторов FLASH-I2C — номинальные при 6 В. Под весом робота, на ковре, на подсевших батарейках обороты падают, и тележка едет медленнее. Поэтому при питании моторов не выше 6 В считайте таблицу верхней границей. Для первого робота, который ездит по линии, берите мотор помедленнее: у медленного робота больше времени заметить поворот, а у мотора с большим передаточным числом больше сила.

Какое колесо выбрать

Наши колёса на вал ⌀3 мм садятся на одни и те же моторы, а различаются размером:

Есть ещё колесо ⌀70 мм с широкой шиной — по скорости и силе тяги оно такое же, как 70 × 6.

• Больше колесо — быстрее, но слабее. Во сколько раз больше диаметр, во столько же раз быстрее едет тележка и во столько же раз слабее тянет колесо. Колесо 70 мм на том же моторе едет вдвое быстрее колеса 34 мм, но и тянет вдвое слабее. Поэтому большое колесо ставят на медленный мотор, маленькое — на быстрый.
• Большое колесо проходимее. Оно легче переезжает провод, стык плитки, край ковра, и днище тележки идёт выше над полом.
• Но у него длиннее рычаг на шестерни. Когда тележку толкают или катят руками, сила у шины проворачивает редуктор через рычаг длиной в радиус колеса. У колеса 70 мм этот рычаг вдвое длиннее, чем у 34 мм, и шестерням достаётся вдвое больше.
• Колесо 42 × 19 — середина ряда. На том же моторе оно едет почти на четверть быстрее колеса 34 мм и тянет на пятую часть слабее. С медленными и средними моторами (15–200 об/мин) тележка идёт от 3 до 44 см/с — от черепашьего хода до бодрого.

Как надеть колесо на вал

Схема условная: форма ступицы у каждого колеса своя.

1. Совместите лыску вала с лыской отверстия — посмотрите в отверстие на просвет. На вал колесо встаёт только в одном положении. Если давить «как получится», вал срежет пластик, и колесо потом будет проворачиваться.
2. Положите колесо на стол наружной стороной вниз, «пальцами» вверх. Упор должен приходиться на ступицу, а не на шину: если ступица снаружи утоплена и колесо лежит на шине, подложите под её центр монету.
3. Держите мотор за корпус и давите плавно, строго по оси. Стоп — как только вал упёрся в стол (в монету) или ступица подошла к редуктору почти вплотную. Дальше не давите: усилие пойдёт в шестерни. У этого колеса редуктор уходит между «пальцами», и картонку-прокладку, как на схеме, туда не просунуть — за щелью следите на глаз, подсветив сбоку фонариком.
4. Вал не обязан пройти ступицу насквозь. Главное — колесо не снимается рукой без усилия и не касается редуктора.
5. Держа мотор на весу, включите его: колесо не должно бить «восьмёркой».

Снимают колесо так: мотор держат за корпус, колесо — за ступицу или обод (не за шину, её можно стянуть с обода) и тянут ровно вдоль вала. Не раскачивайте и не проворачивайте колесо: раскачка разбивает отверстие, а поворот рукой вредит редуктору (почему — ниже). Посаженное на клей колесо снимается с трудом — не рвите его рывком.

Если колесо проворачивается, слетает или бьёт

• Проворачивается на валу. Посадку сорвали: давили, не совместив лыски, или много раз снимали и надевали. Помогает густой гелевый секундный клей — тонким слоем на бок вала, только на тот участок, что уйдёт в ступицу. У редуктора клея быть не должно: жидкий затечёт по валу внутрь и заклинит шестерни. Снять колесо после этого будет трудно, так что клей — когда сборка окончательная.
• Сползает с вала на поворотах и при ударах о стену — колесо сидит неглубоко или посадка слабая. Досадите его или посадите на клей.
• Не рассверливайте отверстие, если колесо идёт туго. Уйдёт натяг — колесо начнёт проворачиваться и сползать.
• Бьёт «восьмёркой». Надели с перекосом. Снимите и посадите ровно: кривое колесо бьёт на каждом обороте и расшатывает редуктор на латунных шестернях.
• Тормозит, скрипит, мотор греется. Ступица трётся о редуктор или колесо задевает крепление мотора, панель, провода. Сдвиньте колесо по валу чуть наружу и проверьте зазоры.
• Не катайте тележку руками и не крутите колёса пальцами: колесо становится рычагом и проворачивает редуктор с обратной стороны. Особенно этого не любят медленные моторы — 1:298, 1:500, 1:1000.

Колесо на моторах FLASH-I2C: скорость в м/с и путь в метрах

У части моторов N20 с платой FLASH-I2C есть энкодер — датчик, который считает обороты мотора. Моторы с энкодером (N20-750rpm, N20-150rpm, N20-300rpm, N20-500rpm) с библиотекой iarduino_I2C_Motor умеют ехать с заданной скоростью в метрах в секунду, останавливаться через заданное расстояние и считать пройденный путь. Для этого библиотеке нужен размер колеса: один раз в setup() укажите радиус в миллиметрах — для этого колеса 21 (если оно встало на ваш модуль — примерьте, как сказано выше). Не диаметр: с диаметром библиотека решит, что колесо вдвое больше, и робот проедет вдвое меньше заданного.

Адреса. С завода у всех модулей FLASH-I2C — и у моторов, и у бампера с датчиками линии — один адрес на шине I2C: 0x09. А на одной шине у каждого модуля должен быть свой адрес. Поэтому моторам тележки адреса один раз меняют: правому 0x0A, левому 0x0B, как в уроке «Адреса модулей на шине I2C» к набору ROBORACE. Бамперу в этом уроке дают 0x0C, но можно оставить ему и заводской 0x09 — лишь бы адреса на шине не повторялись. Подключите к Arduino только правый модуль, загрузите скетч и откройте монитор порта на 9600 — там будет написано, получилось или нет. Потом подключите вместо него левый, поменяйте в скетче 0x0A на 0x0B и загрузите ещё раз. Подпишите модули, чтобы не перепутать. Новый адрес модуль запомнит и после выключения.

#include <Wire.h>
#include <iarduino_I2C_Motor.h>

uint8_t newAddress = 0x0A;                  // правому мотору 0x0A, левому 0x0B
iarduino_I2C_Motor mot;                     // адрес не указан — модуль найдётся сам

void setup(){
  Serial.begin(9600);
  if( !mot.begin(&Wire) ){
    Serial.println("Модуль не найден, проверьте провода");
    return;
  }
  if( mot.changeAddress(newAddress) ){
    Serial.print("Готово, новый адрес: 0x");
    if( newAddress < 0x10 ) Serial.print(0);
    Serial.println(newAddress, HEX);
  }else{
    Serial.println("Адрес не изменён");
  }
}

void loop(){}

Подключение и питание. Разъём I2C у модуля один, поэтому, если на вашей плате одна колодка I2C, моторы и бампер подключают через I2C Hub. По кабелю I2C питается только контроллер модуля, а мотору нужно своё питание: на колодку V MOT каждого модуля (+ и −) подайте 6 В — номинал наших моторов N20 FLASH-I2C, например с регулируемого выхода источника питания (о нём — ниже). Модули нашлись, а моторы стоят — первым делом проверьте V MOT. Тележка проедет метр со скоростью 0,2 м/с:

#include <Wire.h>
#include <iarduino_I2C_Motor.h>

iarduino_I2C_Motor motL(0x0B);              // левый мотор
iarduino_I2C_Motor motR(0x0A);              // правый мотор

void setup(){
  Serial.begin(9600);
  if( !motL.begin(&Wire) ) Serial.println("Нет модуля 0x0B");
  if( !motR.begin(&Wire) ) Serial.println("Нет модуля 0x0A");
  motL.radius = 21;                         // РАДИУС колеса 42 × 19 мм, в мм
  motR.radius = 21;
  motL.setDirection(false);                 // моторы стоят зеркально,
  motR.setDirection(true);                  // поэтому крутятся в разные стороны
  motL.setSpeed(0.2, MOT_M_S, 1.0, MOT_MET); // 0,2 м/с, стоп через 1 метр
  motR.setSpeed(0.2, MOT_M_S, 1.0, MOT_MET);
}

void loop(){
  Serial.print("Проехали, м: ");
  Serial.print(motL.getSum(MOT_MET), 3);    // путь левого колеса по энкодеру
  Serial.print(" / ");
  Serial.println(motR.getSum(MOT_MET), 3);  // и правого
  delay(500);
}

Моторы стоят зеркально, поэтому направление вращения у них разное. Если тележка поехала назад, поменяйте false и true местами, а если крутится на месте — поставьте обоим одинаковое значение. Шина под весом робота слегка проминается: для точной езды задайте 1 метр, измерьте рулеткой, сколько проехала тележка, и умножьте radius на это число (проехала 0,96 м — умножьте на 0,96).

У моторов FLASH-I2C без энкодера, например N20-75rpm, скорость задаётся только в процентах мощности (ШИМ), а остановка — только по времени, и радиус колеса им не нужен. В скетче замените обе строки setSpeed на такие: motL.setSpeed(50, MOT_PWM, 5, MOT_SEC); и то же для motR — половина мощности, стоп через 5 секунд. Пройденный путь такой мотор не считает, поэтому loop() оставьте пустым. Все функции библиотеки — в описании модуля на нашей вики.

Как собрать тележку

Мотор-редуктор 12 мм ставят на панель скобой — крепежом для мотора N20. Колесо должно стоять за краем панели или в вырезе, иначе будет тереть. Оба мотора ставьте на одной линии и на одной высоте — иначе тележку будет уводить в сторону даже при одинаковых оборотах. Моторы FLASH-I2C крепятся за свою плату, скоба им не нужна.

Под широкую шину вырез нужен с запасом по ширине. На нашей miniQ колёса стоят в прямоугольных окнах платформы, моторы — сверху.

Третья точка опоры — шаровая опора. Чтобы тележка стояла ровно, высота опоры должна совпасть с высотой панели над полом. Ось этого колеса — на высоте 21 мм. У мотора 12 мм сечение 10 × 12 мм и вал посередине, поэтому от плоской грани, которой он лежит в скобе на панели, до оси 5 мм. Отсюда:

• мотор висит под панелью — низ панели на высоте 21 + 5 = 26 мм, ровно столько у шаровой опоры 20 мм (высота в сборе 26 мм);
• мотор стоит на панели сверху — низ панели на 21 − 5 = 16 мм минус толщина панели; при панели 2 мм выходит 14 мм, как у шаровой опоры 12 мм (высота в сборе 14 мм). Так собрана и miniQ: моторы сверху, опоры 12 мм.

Не совпало на пару миллиметров — доберите шайбами или стойкой под опорой. У модуля FLASH-I2C измерьте, на сколько ось вала выше плоскости, которой плата прилегает к панели, и считайте так же: радиус колеса плюс или минус это расстояние.

Что пригодится вместе

• Мотор-редуктор 12 мм — любой из таблицы скоростей (мотор FLASH-I2C — после примерки). Чаще всего с этим колесом берут мотор-редуктор 1:150, 100 об/мин: тележка с ним идёт до 22 см/с;
• Крепёж для мотора N20 — скоба на панель, одна на мотор;
• Шаровая опора 12 мм или 20 мм — третья точка опоры (как подобрать высоту — выше);
• Бампер Roborace с 9 датчиками линии — если робот будет ездить по линии;
• Драйвер, если мотор без платы FLASH-I2C: TC1508 сразу на два мотора (для моторов 12 мм драйвер питают от 5 В), Trema-драйвер на один или Motor Shield на два. Напрямую к выводам Arduino мотор не подключают;
• Источник питания 5 В и 5–12 В на аккумуляторе 14500 (аккумулятор покупается отдельно) — его часто берут вместе с этими колёсами. Выход 5 В — для Arduino. Регулируемый выход — для моторов: выставьте на нём подстроечным резистором не больше 6 В и проверьте мультиметром. Так он подойдёт и мотор-редукторам 12 мм, и колодке V MOT модулей FLASH-I2C.

Комплектация

• 1 × колесо 42 × 19 мм.