Всем здрасьте)
Итак, долго в моей голове витает одна идея, а именно: каким образом, используя электродвигатель, можно получить на выходе УСИЛИЕ в чистом виде, то есть некую силу, приложенную к рычагу, или просто крутящий МОМЕНТ. Я понимаю, что задача кому-то покажется смешной, но тем не менее.. В самом простом виде смысл приспособы такой: включаем двигло, и в зависимости от скорости его вращения получаем плавно меняющееся на ведомом рычаге усилие (момент). При этом ведомая часть не должна вращаться с какой-либо частотой, только поворачиваться на некий угол в зависимости от скорости вращения двигателя (рычаг удерживается пружиной динамометра). Для чего это нужно? - для создания робототехнических приводов, в которых основным контролируемым параметром является не точность перемещения, а именно создаваемое этим приводом усилие. Другими словами, это попытка симуляции мышечного механизма млекопитающих.
Эту задачу, как мне кажется, можно довольно просто решить путем применения гидравлики, немного необычной правда. Допустим, есть устройство, создающее постоянное давление в системе, и к нему подключен обычный гидропривод. Однако в таком "гидроприводе", помимо трубки, вводящей рабочее тело, есть также небольшое отверстие, создающее "утечку" рабочего тела прямо в процессе работы привода. Таким образом, возникает возможность влияние на привод извне - со стороны внешнего мира. Если противодействие внешних сил достаточно высоко, оно может свести к минимуму перемещение манипулятора, и все рабочее тело будет затрачено впустую. В некоторой степени это можно сравнить с попыткой дрыща поднять тяжелую гантелю - то, что он ее не может поднять, не означает, что он не затратил на это энергию.
Также гидравлическим аналогом устройства можно считать гидротрансформатор (не путать с гидромуфтой).
А есть ли способ реализовать нечто подобное чисто электромагнитным подходом? Есть такое устройство - диск Араго. На ютубе я нашел пару роликов, где один товарищ использует принцип диска Араго для замера скорости вращения здоровенного электродвигателя, при этом получая на ведомом диске тягу 6кг на небольшом рычаге: https://www.youtube.com/watch?v=UXYXhS8zljI
Замер скорости это конечно хорошо, но подойдет ли такое устройство для эффективной передачи момента? Если да, то КАКОЕ У НЕГО КПД? Это основной вопрос. Ну или может кто-то из форумчан предложит свой путь решения проблемы. Жду!

Курите "асинхронный двигатель с короткозамкнутым якорем".
Только чисто энергетически это не выгодно, т.к. при скорости =0 работа не производится, а затраты на наведение токов никто не отменял.

Берёте верёвку с оплёткой, внутренность оплётки викидываете, вставляете внутрь оплётки резиновую трубку подходящего диаметра. Затем трубку поключаете через клапан к компрессору, через другой — к окружающей среде. Получается самая настоящая мышца. Одним клапаном резинка надувается, мышца сокращается, другим — сдувается, мышца расслабляется.

Токи Фуко для создания момента использовать бесполезно, так как масса электронов проводимости ничтожно мала по сравнению с массой всего проводника (основная доля массы сосредоточена в ядрах, если что).

Если же хотите их использовать для создания силы в неоднородном магнитном поле, дейсвующей на тело, то результирующая сила будет приложена перпендикулярно плоскости токов, и это будет уже не крутящий момент, а толкающая сила. Впрочем КПД оставит желать лучшего, если только вам в руки не попадут высокотемпературные сверхпроводники.

PCBWay - всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Онлайн просмотровщик Gerber-файлов от PCBWay + Услуги 3D печати

на таком принципе работают тросиковые спидометры : в алюминевой "кастрюльке" крутится магнит и тянет её за собой, если посмотреть на противодействующую пружину станет ясно - затея пустая.

Добавлено after 4 minutes 43 seconds:
если силу надо небольшую можно посмотреть в сторону двигателя от жесткого диска (который головку поворачивает) у него сила прямо пропорциональна току, протекающему через обмотку.

Организация питания на основе надежных литиевых аккумуляторов EVE и микросхем азиатского производства

Качественное и безопасное устройство, работающее от аккумулятора, должно учитывать его физические и химические свойства, профили заряда и разряда, их изменение во времени и под влиянием различных условий, таких как температура и ток нагрузки. Мы расскажем о литий-ионных аккумуляторных батареях EVE и нескольких решениях от различных китайских компаний, рекомендуемых для разработок приложений с использованием этих АКБ. Представленные в статье китайские аналоги помогут заменить продукцию западных брендов с оптимизацией цены без потери качества.

Подробнее>>

Да у любого коллекторного двигателя постоянного тока, если у него возбуждение независимое или магнитами, момент на валу (в первом приближении) пропорционален току якоря. Ну а скорость вращения так же (тоже в первом приближении) пропорциональна питающему напряжению.

Новый аккумулятор EVE серии PLM для GSM-трекеров, работающих в жёстких условиях (до -40°С)

Компания EVE выпустила новый аккумулятор серии PLM, сочетающий в себе высокую безопасность, длительный срок службы, широкий температурный диапазон и высокую токоотдачу даже при отрицательной температуре. Эти аккумуляторы поддерживают заряд при температуре от -40/-20°С (сниженным значением тока), безопасны (не воспламеняются и не взрываются) при механическом повреждении (протыкание и сдавливание), устойчивы к вибрации. Они могут применяться как для автотранспорта (трекеры, маячки, сигнализация), так и для промышленных устройств мониторинга, IoT-устройств.

Подробнее>>

Читаю про асинхронный двигатель, пока все сложно..
Про диск Араго я вижу идея действительно плохая, существенный момент получить сложно (может только при использовании сверхпроводников - "но это не точно")) КПД там видать совсем плохой.
Собственно идея про обычный коллекторный двигатель была бы вполне жизнеспособной, но вот основной минус как раз в том, что такое устройство (и другие двигатели) при высокой скорости оборотов имеют низкий момент на валу.. а мне как раз хотелось бы при минимуме оборотов (или при их отсутствии) получить максимальный момент. Может асинхронник действительно поможет, посмотрим..
Вообще задачу, как мне кажется, можно решить двумя основными путями:
1. Использовать какие-то приводы, как вариант - пневматика, гидравлика, или что-то электромагнитное, с тем чтобы получать усилие, непрерывно затрачивая энергию. Плюсы - максимальная точность и быстрая реакция (отзывчивость) привода на внешнее усилие. Т.е. результирующее перемещение манипулятора будет обусловлено совместным действием сил привода и внешних сил. Типа робот пытается вместо морковки разрезать вам палец, а вы такой хватаете его за манипулятор и противодействуете, устраняя угрозу)) Минусы - постоянные затраты энергии на создание усилия, даже при отсутствии какого-то полезного действия (работы).
2. Симулировать работу такого привода, используя обычные сервоприводы, создающие усилие, перекрывающее все возможные внешние противодействия. То есть обычный робототехнический привод, но немного доработанный. Доработка будет сводится к добавлению пружины или другого упругого элемента, степень сжатия которой и будет сигнализировать управляющему блоку о создаваемом усилии. Причем привод можно также реализовать в разных базах - чисто механической, гидравлике, и прочее. Плюсы очевидны - затраты энергии только в момент перемещения манипулятора. Самое главное - это минус: реакция такого привода на внешнее противодействующее усилие будет зависеть от настройки пружинного датчика. Более того, в отсутствие внешнего воздействия датчик может выдать ошибочное минимальное значение усилия при плохой настройке, что приведет к постепенному изменению положения манипулятора при постоянно высоком усилии. То есть это тупо симуляция, которая всегда хуже оригинала..
К слову, все живое, имеющее мышцы, неплохо справляется именно с первым вариантом работы. Второй вариант именно машинный, искусственный.

Добавлено after 46 minutes 32 seconds:

То есть если сообразить такой "извращенский" коллекторный недодвигатель, в котором обмотка будет состоять из жирных проводов под высокий ток, и подать на него допустим 200А при напряжении 2-3В, то его момент будет достаточно высоким? А что насчет КПД? Или я рано радуюсь?

КПД двигателя зависит от его размеров, у мелкого может быть и 0.5 и даже меньше, но это - всяко больше, чем у люминевого диска во вращающемся магнитном поле. Что касается момента на больших скоростях: при адекватном питании он не снижается. А вот низкое напряжение коллекторным двигателям противопоказано: на щётках падает некоторое напряжение, лучше тогда делать бесколлекторный двигатель. Или поднимать напряжение питания.

кпд прямого привода с коллекторником (или асинхронником) в удерживающем режиме = 0 ток идёт, а работа не совершается (и ещё он не охлаждается).
для мах кпд я делал бы гидравлику или цилиндр-цилиндр (у главного редукторный привод плюс тензодатчик) или, лучше пуш-пул регулятор с обратной связью

Ну в таком режиме он и у биологической мышцы нулевой, так что - всё честно.

P_мощ=T_момент x RPM , если обороты= 0, то и мощность равна 0, или значеит имеющегося момента просто недостаточно вывести систему из состояния покоя, сдвинуть с места , типа..

ABS , АНТИБЛОКИРОВОЧНАЯ ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА , типа да и сплошь и рядом в гидропневматике индустриальной

В общем изучил насколько мог вопрос про асинхронный двигатель, и в принципе нашел много общего с диском Араго. Может я ошибаюсь, но асинхронник - это по сути тот же диск Араго, в котором вращающиеся постоянные магниты заменены на стационарные катушки (электромагниты), которые изменением своего магнитного поля симулируют вращение магнитов диска Араго. В принципе, это наиболее подходящий привод из электромагнитных - для целей симуляции работы мышечного механизма. У него нет вращающегося статора, как бы странно это ни прозвучало, плюс частоту вращения поля можно в принципе выставить любую, и это без люфтов, сопровождавших бы такой двигатель в случае реального вращения магнитов.
Нашел на ютубе советский ролик, в котором рассказывается про линейные асинхронные двигатели переменного тока https://www.youtube.com/watch?v=7zwsX68lCTM, и чувствую жгучую потребность в реализации того, что показано в нем на моменте 7:46. Просьба к знающим людям - посоветовать литературу или источники, которые смогут помочь мне в освоении метода расчета такого АЛД. Собственно речь идет о конструировании маломощного линейника с тягой примерно полкило, или чуть больше, и сборки драйвера переменного трехфазного тока для его питания от сети или аккумулятора (лучше аккумулятора).

Кстати о птичках. Сегодня возникла идея, а не использовать ли для создания усилия старую добрую силу Ампера и обмотки с постоянным током. Провел небольшое "исследование", если так можно выразиться, используя неодимовые магниты из жесткого диска.. Никогда особо не понимал, как там управляется считывающий актуатор, а сейчас вроде дошло. Началось все с того, что я неправильно оценил магниты, которые там внутри находятся. Я думал, что у них одна сторона - сплошной север (N), а другая - юг (N). Так вот оказалось, что нифига (см картинку 01, 02).
Получается, что при пропускании через катушку постоянного тока она будет стремится занять положение, при котором силы Ампера, действующие на обе части катушки, будут себя уравновешивать. То есть при одном направлении тока это будет одно крайнее положение, а при обратном токе - другое крайнее положение. И вот тут самое интересное - а как добиваются промежуточных значений? Есть мнение, что ток подают переменный, но с разной скважностью, т.е. при постоянной частоте, но изменяющейся скважности катушка будет занимать любые промежуточные значения, находясь при этом в постоянном динамическом равновесии (но частота для этого должна быть довольно приличной). Кто что думает по этому поводу?

Попробуй закоротить катушку и подвигать при этом коромысло.
Так и получается, что фиксация достигается установкой нулевого напряжения на катушке.
При этом полному кайфу мешает активное сопротивление проводников и катушки. В некоторых применениях (например, стабилизаторы оборотов двигателей) это обходят введением в усилитель ПОС, имитирующей отрицательное выходное сопротивление, которое, складываясь с сопротивлением катушки, полностью его компенсирует.
Но я не знаю точно, как это в винчестерах происходит и что там за алгоритмы, могу только догадываться...

Ладно, у меня сейчас просто нет живого диска, чтобы посмотреть на катушку.
Тут возникла другая сложность.. Короче, если кратко, существует на мой взгляд 2 нормальных способа сделать нормальный актуатор усилия (ну то есть механизм, создающий постоянное усилие при любом положении рабочего органа). Это использование линейных или дуговых двигателей постоянного тока, или таких же линейных или дуговых двигателей асинхронных (возможно конденсаторных) переменного тока. Собственно есть мысль собрать простой инвертор (одонофазного переменного тока) для реализации асинхронника. Собрал в Протеусе схему генератора синусоиды на ОУ LM358N по схеме моста Вина - работает (в железе тоже работает). Заменил LM358N на TDA2030A (чтобы высоким током сразу управлять) - НЕ РАБОТАЕТ (в Протеусе). Не понимаю, что не так.. Прилагаю схемы Протеуса для обоих случаев, помогите хтонить!
Да, и еще было бы очень здорово, если бы кто-то показал, как пользоваться анализатором для такой схемы, потому что осциллограф выдает очень искаженную картинку, и как его замедлить, чтобы он считал точнее, я не знаю. Рылся в настройках, но это помогает несильно.