موتور بدون جاروبک برای رباتیک: تراکم گشتاور، گیره و یکپارچه سازی سفارشی

یک مهندس تحقیق و توسعه یک بار به ما گفت که یک موتور بدون جاروبک که عملکرد زیبایی روی میز آزمایش پهپاد داشت، در عرض چند دقیقه روی بازوی ربات متوقف شد. علتش کمبود قدرت نبود. این یک عدم تطابق بین مشخصات گشتاور پیوسته مورد استفاده توسط سازنده هواپیماهای بدون سرنشین و مشخصات با سرعت پایین و گشتاور بالا که توسط یک اتصال روباتی درخواست می‌شد، بود. یک موتور بدون جاروبک برای رباتیک باید موقعیت خود را در برابر گرانش نگه دارد، به آرامی در 20 دور در دقیقه حرکت کند، و در چرخه های استارت-استاپ مکرر بدون آسیب حرارتی زنده بماند. این یک چشم انداز مشخصات کاملاً متفاوت است.

مهندسان تدارکات اغلب اشتباه مشابهی را مرتکب می شوند: آنها موتوری را بر اساس بالاترین RPM بدون بار در کاتالوگ انتخاب می کنند، سپس کشف می کنند که گشتاور پیوسته در سرعت واقعی اتصال کوتاه است. نتیجه یک طراحی مجدد است که ماه ها هزینه دارد.

موتور براشلس برای رباتیک چیست؟

یک موتور بدون جاروبک برای رباتیک یک ماشین سنکرون سه فاز است که برای چگالی گشتاور بالا، گشتاور گیره کم و بازخورد موقعیت حلقه بسته به جای اوج RPM بدون بار طراحی شده است.

تفاوت زمانی آشکار می شود که یک موتور پهپاد پیشران را با یک محرک مشترک مقایسه کنید. یک موتور پهپاد برای رانش به وزن در RPM بالا انتخاب می شود. یک موتور مشترک ربات برای گشتاور پیوسته در سرعت کم انتخاب می شود، اغلب با یک گیربکس هارمونیک که سرعت خروجی را به 20-60 RPM کاهش می دهد در حالی که گشتاور را چند برابر می کند. پارامترهای حیاتی عبارتند از چگالی گشتاور (نیوتن متر به ازای هر کیلوگرم جرم موتور)، گشتاور cogging (دفت مغناطیسی که باعث چرخش ناهموار می‌شود) و انعطاف‌پذیری سیم‌پیچ.

سیم پیچ ها و رمزگذارها نیز در سطح برنامه تصمیم گیری می شوند. موتوری که برای محور مچ 24 VDC کار می کند ممکن است به سیم پیچ 310 VDC برای محور کمر سنگین نیاز داشته باشد و نوع رمزگذار باید با ورودی کنترل مطابقت داشته باشد. اینها انتخاب های کاتالوگ نیستند. آنها انتخاب های مهندسی هستند.

چرا گشتاور پیوسته در سرعت پایین از RPM بدون بار بیشتر است؟

گشتاور پیوسته در RPM پایین تعیین می کند که آیا ربات می تواند محموله را نگه دارد یا خیر. حداکثر سرعت در دیتاشیت وجود ندارد.

گرانش همیشه روی موتور اثر می گذارد، حتی زمانی که بازو ثابت است. یک محور مچ دستی که یک ابزار 2 کیلوگرمی را حمل می‌کند، تقریباً به 0.5 تا 1.5 نیوتن متر گشتاور پیوسته در 50-100 RPM نیاز دارد تا آن ابزار را ثابت نگه دارد. یک محور آرنج به 3-8 نیوتن متر نیاز دارد. یک محور شانه ای که یک محموله کامل را جابجا می کند ممکن است به 15-40 نیوتن متر نیاز داشته باشد. سرعت بدون بار 6000 RPM در اینجا بی ربط است زیرا اتصال هرگز نزدیک به آن سرعت عمل نمی کند.

تطبیق سکوهای موتوری با معماری مشترک رباتیک

معماری مشترک باید چارچوب موتور و گیربکس را تعیین کند، نه برعکس.

مفاصل شانه ای با بار بالا از موتورهای دنده هارمونیک بهره می برند که دارای عکس العمل صفر و چگالی انرژی بالا هستند. Jiangsu Retek Motion Co., Ltd. (Retek Motion) موتور دنده هارمونیک 200 نیوتن متری را ارائه می دهد که متناسب با محورهای سنگین شانه و کمر است. محموله های متوسط ​​روی بازوهای مشترک و دستکاری های متحرک با موتورهای دنده 60 نیوتن متری به خوبی کار می کنند. برای رباتیک پزشکی فشرده و بر روی شانه، یک موتور 42 میلی‌متری براش بدون جاروبرقی با سر دنده، چگالی توان را در یک پاکت کوچک فراهم می‌کند.

موتور دنده هارمونیک 200 نیوتن متر برای اتصالات ربات های سنگین این موتور گشتاور 200 نیوتن متری را با واکنش برگشتی صفر ارائه می دهد که آن را برای محورهای سنگین شانه و کمر در ربات هایی که نیاز به موقعیت دقیق و قابل تکرار دارند، مناسب می کند. مشاهده محصول →

موتور دنده 60 نیوتن متر برای ربات ها و دستکاری های مشارکتی با گشتاور نامی 60 نیوتن متر، این موتور دنده با بازوهای مشترک بار متوسط و دستکاری های متحرک متناسب است و عملکرد قابل اعتمادی را برای کارهای مختلف روباتیک ارائه می دهد. مشاهده محصول →

موتور براش 42 میلی متری Outrunner با سر دنده برای رباتیک پزشکی این موتور فشرده بدون جاروبک 42 میلی متری با سر دنده، گشتاور بالا و کنترل دقیق را ارائه می دهد که برای کاربردهای روباتیک پزشکی روی شانه ایده آل است. مشاهده محصول →

گیربکس های هارمونیک دارای عکس العمل صفر هستند که برای موقعیت دهی قابل تکرار ضروری است. گیربکس‌های سیاره‌ای ارزان‌تر هستند و بارهای ضربه‌ای را بهتر تحمل می‌کنند، بنابراین مناسب چرخ‌های ربات متحرکی هستند که به حاشیه‌ها و رمپ‌ها برخورد می‌کنند. قاب موتور از انتخاب گیربکس پیروی می کند، نه برعکس.

هنگام ارزیابی هر موتور کاندید برای اتصال ربات از این چک لیست استفاده کنید:

• گشتاور پیوسته را در سرعت کار بررسی کنید، نه حداکثر گشتاور را در سرعت صفر.
• گشتاور چرخش را با نسبت گیربکس اعمال شده اندازه گیری کنید.
• تأیید کنید که رتبه IP با شرایط شستشو یا قرار گرفتن در معرض گرد و غبار مطابقت دارد.
• بررسی کنید که بازخورد رمزگذار با کنترلر ربات سازگار است.
• مسیر حرارتی را از طریق محفظه گیربکس ارزیابی کنید.

مقایسه چگالی گشتاور در اندازه‌های فریم BLDC

یک قاب بزرگتر همیشه گشتاور قابل استفاده بیشتری تولید نمی کند، زیرا ضریب پر شدن سیم پیچ و اتلاف گرما با قطر و طول محوری تغییر می کند.

خط DC بدون براش Retek Motion از 28 میلی‌متر تا 130 میلی‌متر است. مقادیر گشتاور پیوسته نماینده در سری 24 VDC تقریباً 0.4 نیوتن متر برای موتور 42 میلی متری، 0.8 نیوتن متر برای 57 میلی متر، 1.6 نیوتن متر برای 76 میلی متر، 2.2 نیوتن متر برای 80 میلی متر، 3.5 نیوتن متر برای 100 میلی متر و 6.5 نیوتن متر برای موتور 113 است. پیشرفت به یک رابطه مکعبی با قطر روتور نزدیکتر است، به همین دلیل است که انتخاب اندازه قاب در درجه اول یک مشکل طراحی حرارتی است.

در تامین کننده موتور رباتیک به دنبال چه چیزی باشید

انعطاف‌پذیری مهندسی و ادغام تولید عمودی بیش از وسعت کاتالوگ اهمیت دارد، زیرا بیشتر اتصالات ربات به یک پروژه موتور سفارشی نیاز دارند.

Retek Motion از سال 2018 موتورهای DC بدون جاروبک را در داخل خود طراحی و ساخته است. این شرکت همچنین محفظه‌های گیربکس با ماشینکاری CNC، قطعات دایکاست و دسته کابل را در زیر یک سقف تولید می‌کند. این ترکیب به سازنده ربات اجازه می‌دهد تا بدون هماهنگی چندین تامین‌کننده، پیکربندی‌های سیم‌پیچ، رمزگذار و رابط را تکرار کند.

برای موارد استفاده خاص، Retek's موتورهای براشلس کم دندانه کاهش امواج موقعیت در خروجی، در حالی که موتورهای DC بدون جاروبک با گشتاور بالا حاشیه مورد نیاز را در زمانی که بارهای محموله پویا هستند فراهم کنید.

سوالات متداول

تفاوت بین موتور براشلس برای رباتیک و موتور BLDC معمولی چیست؟

یک موتور بدون جاروبک رباتیک برای گشتاور پیوسته در سرعت کم، چسبندگی کم و سازگاری با بازخورد مشخص شده است، در حالی که یک موتور BLDC معمولی معمولاً برای حداکثر سرعت و قدرت خروجی بالا رتبه بندی می شود.

چگونه می توانم گشتاور پیوسته مورد نیاز برای اتصال ربات را محاسبه کنم؟

جرم بار را در طول بازوی ممان ضرب کنید، اینرسی منعکس شده و تلفات گیربکس را اضافه کنید، سپس یک ضریب ایمنی حداقل 3 برابر اعمال کنید.

آیا یک گیربکس هارمونیک بهتر از یک گیربکس سیاره ای برای یک ربات موتور بدون جاروبک است؟

گیربکس های هارمونیک عکس العمل صفر و کاهش بالایی را برای مفاصل بازوهای دقیق ایجاد می کنند. گیربکس های سیاره ای بارهای ضربه را برای چرخ های متحرک بهتر تحمل می کنند.

آیا می توانم یک موتور براشلس سفارشی با یک کنترلر یکپارچه برای رباتیک تهیه کنم؟

بله. گزینه های کنترل یکپارچه و سیم پیچ سفارشی استاندارد هستند و یک تامین کننده یکپارچه عمودی نیز می تواند محفظه جعبه دنده و دسته کابل را تولید کند.