Harjaton moottori robotiikkaan: vääntömomenttitiheys, hammastus ja mukautettu integrointi

Eräs T&K-insinööri kertoi meille kerran, että harjaton moottori, joka toimi kauniisti drone-testipenkissä, pysähtyi minuuteissa robottikäteen. Syynä ei ollut tehon puute. Se oli epäsuhta droonien rakentajan käyttämän jatkuvan vääntömomentin ja robottiliitoksen vaatiman hitaiden nopeuksien ja korkean vääntömomentin profiilin välillä. Robotiikkaan tarkoitetun harjattoman moottorin täytyy pysyä asentossaan painovoimaa vastaan, liikkua tasaisesti nopeudella 20 rpm ja kestää usein käynnistys-pysäytysjaksot ilman lämpövaurioita. Se on täysin erilainen spesifikaatiomaisema.

Hankintainsinöörit tekevät usein saman virheen: he valitsevat moottorin luettelon suurimman tyhjäkäynnin kierrosluvun perusteella ja huomaavat sitten jatkuvan vääntömomentin todellisella liitosnopeudella. Tuloksena on kuukausia maksava uudelleensuunnittelu.

Mikä määrittelee harjattoman moottorin robotiikkaan?

Hiiliharjaton robottimoottori on kolmivaiheinen synkroninen kone, joka on suunniteltu korkeaan vääntömomenttitiheyteen, alhaiseen vääntömomenttiin ja suljetun silmukan asennon takaisinkytkentään mieluummin kuin huippukuormittamattomiin kierroksiin.

Ero tulee ilmeiseksi, kun vertaa propulsiodronimoottoria niveltoimilaitteeseen. Drone-moottori valitaan työntövoiman ja painon suhteen korkeilla kierrosluvuilla. Robotin nivelmoottori valitaan jatkuvaa vääntömomenttia varten alhaisella nopeudella, usein harmonisella vaihteistolla, joka vähentää lähtönopeuden 20-60 rpm:iin samalla kun vääntömomentti moninkertaistuu. Kriittisiä parametreja ovat vääntömomenttitiheys (Nm moottorin massakiloa kohti), hammastusmomentti (magneettinen pidätys, joka aiheuttaa epätasaisen pyörimisen) ja käämin joustavuus.

Myös käämit ja anturit päätetään sovellustasolla. Moottori, joka toimii 24 VDC:n ranneakselilla, saattaa tarvita 310 VDC käämin raskaalle vyötäröakselille, ja anturin tyypin on vastattava ohjaimen tuloa. Nämä eivät ole luettelovaihtoehtoja; ne ovat teknisiä valintoja.

Miksi jatkuva vääntömomentti alhaisella nopeudella ylittää kuormittamattoman kierrosluvun?

Jatkuva vääntömomentti alhaisilla kierrosluvuilla määrittää, pystyykö robotti kantamaan hyötykuorman; lomakkeen enimmäisnopeus ei ole.

Painovoima vaikuttaa aina moottoriin, vaikka varsi olisi paikallaan. Ranneakseli, joka kantaa 2 kg:n työkalua, tarvitsee noin 0,5–1,5 Nm jatkuvaa vääntömomenttia nopeudella 50–100 RPM, jotta työkalu pysyy vakaana. Kyynärpääakseli tarvitsee 3-8 Nm. Täyttä hyötykuormaa käsittelevä olkapääakseli saattaa tarvita 15-40 Nm vääntöä. Kuormittamattomalla nopeudella 6000 RPM ei ole tässä merkitystä, koska liitos ei koskaan toimi lähellä tätä nopeutta.

Moottorialustojen yhteensopiminen robottiyhteisarkkitehtuuriin

Yhteisen arkkitehtuurin tulee määrittää moottorin runko ja vaihdelaatikko, ei päinvastoin.

Suuren kuormituksen olkanivelet hyötyvät harmonisista vaihdemoottoreista, jotka tarjoavat nolla välystä ja korkean energiatiheyden. Jiangsu Retek Motion Co., Ltd. (Retek Motion) tarjoaa 200 Nm harmonisen vaihdemoottorin, joka sopii raskaille olka- ja vyötäröakselille. Yhteistyövarsien ja liikkuvien manipulaattorien keskisuuret hyötykuormat toimivat hyvin 60 Nm:n vaihdemoottoreiden kanssa. Kompaktissa, olkapäälle asennettavassa lääketieteellisessä robotiikassa 42 mm:n harjaton moottori, jossa on vaihteisto, tarjoaa tehotiheyden pienessä kirjekuoressa.

200 Nm:n harmoninen vaihdemoottori raskaisiin robottiniveliin Tämä moottori tuottaa 200 Nm vääntömomentin ilman välystä, mikä tekee siitä sopivan raskaalle olka- ja vyötäröakselille roboteissa, jotka vaativat tarkkaa ja toistettavaa paikannusta. Näytä tuote →

60 Nm:n vaihdemoottori yhteistyöroboteille ja manipuloijille 60 Nm:n nimellisvääntömomentilla tämä vaihdemoottori sopii keskisuurille hyötykuormille yhteiskäyttöisiin käsivarsiin ja liikkuviin manipulaattoreihin ja tarjoaa luotettavan suorituskyvyn erilaisiin robottitehtäviin. Näytä tuote →

42 mm Outrunner Harjaton moottori hammaspyörällä lääketieteelliseen robotiikkaan Tämä kompakti 42 mm:n harjaton moottori vaihteistolla tarjoaa suuren vääntömomentin ja tarkan ohjauksen, mikä sopii ihanteellisesti olkapäälle asennettaviin lääketieteellisiin robotiikkasovelluksiin. Näytä tuote →

Harmoniset vaihteistot tarjoavat nollavälystä, mikä on välttämätöntä toistettavan asennon kannalta. Planetaarivaihteistot ovat halvempia ja kestävät paremmin iskukuormitusta, joten ne sopivat liikkuviin robottipyöriin, jotka osuvat reunakiveyksiin ja ramppeihin. Moottorin runko seuraa vaihteiston valintaa, ei päinvastoin.

Käytä tätä tarkistuslistaa arvioidessasi mitä tahansa ehdokasmoottoria robottinivelelle:

• Tarkista jatkuva vääntömomentti käyttönopeudella, älä huippuvääntömomenttia nollanopeudella.
• Mittaa hammastusmomentti vaihteiston välityssuhteella.
• Varmista, että IP-luokitus vastaa pesu- tai pölyaltistusolosuhteita.
• Varmista, että kooderin palaute on yhteensopiva robottiohjaimen kanssa.
• Arvioi lämpötie vaihteistokotelon läpi.

Vääntömomenttitiheyden vertailu BLDC-runkokokojen välillä

Suurempi runko ei aina tuota suhteellisesti enemmän käyttökelpoista momenttia, koska käämin täyttökerroin ja lämmönpoisto muuttuvat halkaisijan ja aksiaalisen pituuden mukaan.

Retek Motionin harjaton DC-linja ulottuu 28 mm:stä 130 mm:iin. 24 VDC -sarjan edustavat jatkuvat vääntömomentit ovat noin 0,4 Nm 42 mm:n moottorilla, 0,8 Nm 57 mm:llä, 1,6 Nm 76 mm:llä, 2,2 Nm 80 mm:llä, 3,5 Nm 100 mm:llä ja 6,5 ​​Nm 13 mm:llä. Eteneminen on lähempänä kuutiosuhdetta roottorin halkaisijan kanssa, minkä vuoksi runkokoon valinta on ensisijaisesti lämpösuunnitteluongelma.

Mitä etsiä robottimoottoritoimittajalta

Suunnittelun joustavuus ja vertikaalinen valmistusintegraatio ovat tärkeämpiä kuin luettelon laajuus, koska useimmat robottiliitokset vaativat mukautetun moottoriprojektin.

Retek Motion on suunnitellut ja valmistanut itse harjattomia tasavirtamoottoreita vuodesta 2018 lähtien. Yritys valmistaa myös CNC-koneistettuja vaihteistokoteloita, painevalukomponentteja ja johdinsarjoja saman katon alla. Tämän yhdistelmän avulla robottivalmistaja voi toistaa käämitys-, enkooderi- ja liitinkonfiguraatioita koordinoimatta useita toimittajia.

Erityisiin käyttötapauksiin Retek's matalahammutusharjattomat moottorit vähentää asennon aaltoilua lähdössä, kun taas suuren vääntömomentin harjattomat tasavirtamoottorit tarjoavat tarvittavan marginaalin, kun hyötykuormat ovat dynaamisia.

Usein kysytyt kysymykset

Mitä eroa on robotiikan harjattomalla moottorilla ja tavallisella BLDC-moottorilla?

Robottiharjaton moottori on määritetty jatkuvaan vääntömomenttiin alhaisella nopeudella, alhainen hammastus ja takaisinkytkentäyhteensopivuus, kun taas tavallisella BLDC-moottorilla on yleensä huippunopeus ja korkea lähtöteho.

Kuinka lasken tarvittavan jatkuvan vääntömomentin robottinivelelle?

Kerro hyötykuorman massa momenttivarren pituudella, lisää heijastunut inertia- ja vaihteistohäviöt ja käytä sitten vähintään 3x turvakerrointa.

Onko harmoninen vaihdelaatikko parempi kuin planeettavaihteisto harjattomalle moottorirobotille?

Harmoniset vaihteistot tarjoavat nolla välyksen ja suuren vähennyksen tarkkoihin varren niveliin; planeettavaihteistot käsittelevät iskukuormitusta paremmin liikkuville vetopyörille.

Voinko saada mukautetun harjattoman moottorin, jossa on integroitu ohjain robotiikkaa varten?

Kyllä. Integroitu ohjain ja mukautetut käämitysvaihtoehdot ovat vakiona, ja vertikaalisesti integroitu toimittaja voi myös valmistaa vaihdelaatikon kotelon ja johdinsarjan.