Motorcontroller (Nibo)

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Die Fortbewegung des Roboters erfolgt mit zwei Motoren, die die Räder über eine 25:1 Untersetzung antreiben. Die Motoren werden von einer H-Brücke mit einem 31 kHz PWM Signal angesteuert. Das PWM Signal kann mit Hilfe der Odometriesensoren geregelt werden, dadurch ist es möglich, mit konstanter Geschwindigkeit zu fahren.

Mikrocontroller

ATtiny44 als Motorcontroller

Als Controller wird ein vorprogrammierter Atmel ATtiny44 eingesetzt. Der Controller kommuniziert als Slave über den I²C-Bus (ID 44 - siehe iodefs.h) mit dem Hauptprozessor.

Motortreiber

Zur Motoransteuerung wird die L293D H-Brücke verwendet.

Gleichstrommotoren

Nennspannung 12 V
Arbeitsspannung 3-15 V
Leerlaufdrehzahl 12600 U/min
Leerlaufstrom 100 mA
Drehzahl bei Pmax 9400 U/min
Strom bei Pmax 290 mA
Abgabeleistung Pmax 1,5 W
Drehmoment bei Pmax 0,15 Ncm
Eff 40%
Gewicht 40g

Getriebe

1:25 Untersetzungsgetriebe

Die 25:1 Untersetzung besteht aus einem Motorritzel mit 10 Zähnen, dem mittleren Zahnrad mit 50 und 10 Zähnen und dem Antriebszahnrad mit 50 Zähnen. Die Übersetzung errechnet sich somit folgendermaßen: (10/50)*(10/50) = (1/25)

Odometrie

Zur Bestimmung der Drehrichtung und der Drehgeschwindigkeit des mittleren Zahnrades kommen vier Fototransistoren und zwei IR-LEDs zum Einsatz.

Räder

Die Räder des Roboter sind zwei Gummiräder mit einem Durchmesser von 36 mm, die auch für ferngesteuerte Truck-Modelle eingesetzt werden.

H-Brücke mit PWM

Die H-Brücke (Vierquadrantensteller) kann beim Nibo genau 3 Zustände annehmen. In einem Zustand ist die Versorgungsspannung in einer Richtung angeschlossen, im zweiten Zustand in der umgekehrten Richtung. Im dritten Zustand sind die beide Motoranschlüsse kurzgeschlossen. Dies wird Freilauf genannt, da der Strom weiter fliessen kann (was er aufgrund der Induktivität der Motorwicklung auch tut). Manche Quellen sprechen hierbei vom Bremsbetrieb, da der Motor ein Drehmoment an der Achse aufnimmt und die Energie durch seinen Innenwiderstand in Wärme umwandelt.

Freilauf

Der Freilaufbetrieb ist besonders wichtig, wenn bei der PWM mit einem geringen Prozentsatz betreibt: Mit Freilaufdiode ist das Drehmoment proportional zum Prozentsatz, ohne bricht das Drehmoment auf nahezu Null zusammen, da der Strom aufgrund der Induktivität nicht mehr durch den Motor fliessen kann.

Folgende Zustände kann die H-Brücke einnehmen:

DIRA PWMA 1A 2A 1Y 2Y Funktion
L L L L 0V 0V Freilauf (0V)
L H H L 9V 0V Vorwärts (+9V)
o.c. L L L 0V 0V Freilauf (0V)
o.c. H L H 0V 9V Rückwärts (-9V)


Weblinks