תנועה
בפרק זה נסקור את אחת הפעולות הבסיסיות שכמעט כל רובוט "יודע" לבצע: תנועה. תנועת רובוט מתבססת על חיבור של מנוע חשמלי לתמסורת, ומהתמסורת לגלגלים כך שהפעלת המנוע תגרום לתנועת הגלגלים.
תוכן עניינים
התמונה הבאה מתארת את מנגנון ההנעה של הרובוט:
המנוע החשמלי מחובר לסוללה המשמשת עבורו כמקור חשמלי. בהפעלת המנוע, ציר המנוע מסתובב ומסובב את גלגל השיניים הקטן (מס. 1). גלגל זה מסובב באמצעות שיניו את גלגל מספר 2, גלגל מספר 2 מסובב את גלגל מספר 3, וזה האחרון מסובב את הגלגל.
תפקידה של התמסורת, הנמצאת בין המנוע ובין הגלגל, הינו להמיר בין כוח לבין מהירות, ולהפך. בתמונה התמסורת ממירה מהירות בכוח: המנוע מסובב את גלגל השיניים הקטן, שמסובב את גלגל השיניים הבינוני, וזה האחרון מסובב את גלגל השיניים הגדול. הגלגל הקטן מסתובב מהר - במהירות המנוע, הגלגל הבינוני מסתובב יותר לאט אך בכוח רב יותר, והגלגל הגדול מסתובב עוד יותר לאט ובכוח רב יותר.
מנוע חשמלי - כיצד להזיז דברים?
המרת אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית
מנוע חשמלי מספק כוח מכני בהינתן לו מתח חשמלי. במילים אחרות, המנוע ממיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית. בתמונה מנוע המחובר לסוללה חשמלית, ובמוצא המנוע ציר המסובב על ידי המנוע. במקרה זה המנוע ממיר את הזרם החשמלי הזורם לתוכו לסיבוב מכני של הציר שבמוצאו.
שאלה : תנו 5 דוגמאות למכשירים הכוללים מנועים חשמליים.
המרת אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית
למעשה, מנוע חשמלי מסוגל גם להמיר אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית: אם נסובב את הציר המכני שלו ונמדוד את המתח על פני כניסות המתח של המנוע, נגלה שישנו מתח חשמלי גדול מ- 0! ניתן, למשל, לחבר נורה לכניסות המתח של המנוע, ולסובב את ציר ההנעה - הנורה תדלוק!
ניסוי מקדים: משחקים באנרגיה
בהתנסות זו נבצע המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית ולהיפך. מטרות ההתנסות:
- להמחיש את המושגים אנרגיה חשמלית ואנרגיה מכנית וכיצד ניתן להמיר ביניהם
- להבין את מבנה המנוע החשמלי
המרת אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית
שלבים:
- ודאו כי מנוע1 מחובר לבקר על ידי כבל מתח בנקודת החיבור "מנוע1" וכי מנוע2 מחובר לבקר בנקודת החיבור "מנוע2"
- צרו תכנית חדשה במאמא-רובוט
- גררו מחלון הבקר את "מנוע1" והשליכו אותו כשורה ראשונה בתכנית. מתוך תפריט המספרים המוצע, בחרו ב"אחר" והקלידו את הערך 50.
- העלו את התכנית לרובוט - האם מנוע1 מסתובב?
הסבר: כאשר אנו מציבים את הערך 50 למנוע1, אנו מורים לבקר להזרים זרם חשמלי למנוע שיזרום דרך הכבל החשמלי המחבר את המנוע לבקר. המנוע החשמלי כולל בתוכו מגנטים וציר מלופף בסלילים:
המנוע הופך את הזרם החשמלי לתנועה מעגלית על ידי העברת הזרם החשמלי דרך סליל, זה בתמורה יוצר שדה מגנטי הגורם לסיבוב של ציר המנוע כתוצאה מכוחות המשיכה והדחייה עם המגנטים.
המרת אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית
לצורך המחשה זו אין צורך כלל בהפעלת הבקר ומאמא-רובוטיקה. שלבים:
- נתקו את הבקר ממקור המתח (סוללות)
- סובבו את גלגל ימין (המחובר למנוע1) באמצעות ידכם והביטו בנוריות הדולקות על הבקר
שאלה: אם מסובבים את הגלגל קדימה אילו נוריות דולקות?
- סובבו כעת את גלגל ימין לאחור והביטו בנוריות הדולקות על הבקר
שאלה: אם מסובבים את הגלגל לאחור אילו נוריות דולקות?
- בצעו ניסוי דומה על גלגל שמאל
שאלה: אילו נוריות דולקות בסיבוב גלגל שמאל קדימה ואחורה?
שימו לב: אין כלל הזנת מתח לבקר והנוריות דולקות!
הסבר: כאשר אנו מסובבים את הגלגל, אנו למעשה מסובבים את ציר המנוע שבתווך המגנטים העוטפים אותו:
תנועת הציר בתוך התווך המגנטי משרה זרם על הסליל, וזה מדליק את הנורות המחוברות לחיבורי המתח של המנוע.
התנסות 2: הנעת הרובוט
בהתנסות זו נבצע תנועה של הרובוט. מטרות ההתנסות:
- לדעת כיצד להפעיל את שני מנועי הרובוט
- לתרגם את הפעלת המנועים לתנועה נדרשת
- למדוד את מהירות הרובוט כתלות בערכים שונים של המנועים
בצעו את ההתנסות על פי המוסבר במערך השיעור.
התנסות 2: פניות
בהתנסות זו נלמד לבצע פניות עם הרובוט. מטרות ההתנסות:
- להבין את מושג הפניה ואת אפשרויות הפניה השונות של הרובוט
- למדוד ערכי פניה כתלות בערכים שונים של המנועים
בצעו את ההתנסות על פי המוסבר במערך השיעור.
התנסות 3: תנועה בריבוע
בהתנסות זו נניע את הרובוט על היקף ריבוע בעל צלע באורך 60 ס"מ במהירות המקסימלית שלו.
מטרות ההתנסות:
- השגת שליטה בתנועת רובוט המשלבת התקדמות ופניות
- שימוש בערכי המדידה של המהירות שנמדדו בהתנסות הקודמת
- שימוש בערכי המדידה של הפניות שנמדדו בהתנסות הקודמת
בצעו את ההתנסות על פי המוסבר במערך השיעור.
