如何踏入機器人的學習大門III-機器人動起來

  因應學習機器人的熱潮,開啟了這一系列文章,上一篇:如何踏入機器人的學習大門II-認識不同種類的機器人,學習機器人中最重要有五個科目「機構、動力、控制、互動、智能」,上一篇則是以「機構」為主,這一篇則是要探討「動力」了解讓機器人動起來的神奇魔法。
  要能夠動起來,勢必需要有足夠的電力,那選擇適當的電池也是學習機器人相當重要的一個環節。

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適用於機器人的電池

  電池的種類百百種,要如何選擇適合機器人的電池呢?現今社會人們也許對於電池的了解有許比較有限,因為近幾年許多廠商把電池與電器整合在一起,我們不會看到裸露的電池本身,只需要拿條線幫它們充電就好。
  電池大約分為一次性電池與充電電池,以一次性電池來說「碳鋅電池」與「鹼性電池」是便利商店最常見的電池,它們的電壓皆為1.5V。以充電電池來說「鎳氫電池」、「鋰離子電池」較為常見,外面標榜的充電電池大部分皆是「鎳氫電池」它的電壓為1.2V,而「鋰離子電池」的電壓則為3.7V。
  碳鋅電池:又俗稱手電筒電池,適用於耗電量小且非長時間使用的電器產品,像是手電筒、鬧鐘、遙控器……等等。
  鹼性電池:適用於耗電量大且使用較頻繁的電器產品,像是音響、小型遙控機器人……等等。
  鎳氫電池:由於較低的環境汙染,又被稱為最環保的電池,具有記憶效應,基本上可以取代一次性電池,然而因為電壓僅有1.2V,對於一些舊式的電器可能會有電壓不足的問題,且相同電壓下與鋰離子電池相比,鎳氫電池的體積較大。
  鋰離子電池:已被大量應用於生活中的充電產品,像是行動電源、手機、筆記型電腦……等等。不具有記憶效應且重量較鎳氫電池輕,被大量使用在電動汽車上。

電池種類 平均電壓 可否充電 備註 
碳鋅電池 1.5V 否 提供小功率的電,較不適用於機器人 
鹼性電池 1.5V 否 提供功率較大,但使用在機器人身上可能需要經常性的更換電池。 
鎳氫電池 1.2V 可 一定電量的體積較大,具有記憶效應 
鋰離子電池 3.7V 可 較為輕巧,不具有記憶效應 

  記憶效應:發生在某些充電電池上(如鎳氫電池),多次充電後導致電池容量減少的現象。
  在學習機器人上,建議先以鋰離子電池作為入門電池。雖然電池的價格較為昂貴,但是可充電且不具有記憶效應的優點,以及重量與大小適中,可以減少許多因電池導致機器人發生狀況的情形。

學習機器人時常見的馬達

  有了足夠的電力之後,接著該關心的是什麼東西可以使機器人有動作?馬達就像是機器人的身體肌肉,可以帶動機器人移動、揮手,一般常見的馬達有兩種「直流馬達」與「伺服馬達」。
  直流馬達:一但通電後,就會進行360度的旋轉,由於價格較為親民且控制起來相當容易,在學習機器人的初期,常會使用它作為車型機器人的動力來源。一般的直流馬達只需要控制它順時鐘轉或是逆時鐘轉,在學習上真的相當簡單易懂。

直流馬達 圖片來源:璞學智慧

  伺服馬達:具有電子回饋功能,以控制精準的角度,不同於直流馬達,伺服馬達可以精準地控制目前的轉動角度,適用於一些需要相當精準角度的機器人,像是機械手臂、多足機器人……等等,然而伺服馬達的角度範圍通常在180度左右,當然也有特別規格的伺服馬達,但是價格就相當不討喜。

伺服馬達 圖片來源:璞學智慧

  馬達的規格大致上又分為工作電壓、傳動速度、扭矩……等等,可以根據你所使用的機器人選擇適當的電池與馬達。像是晶片板需擁有6V至10V的電壓,選用兩顆鋰電池(3.7V*2),並且直流馬達的工作電壓盡量不超過6V。

  總結一下,這篇文章為這系列文章的第三篇,我們探討了機器人的動力系統,介紹了四種常見的電池以及兩種馬達。下一篇我們將會探討「控制」的領域,認識機器人的訊號輸入輸出之間的關係。

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2019-03-22T14:46:45+00:00