Kefe nélküli motor robotokhoz: nyomatéksűrűség, fogaskerék és egyedi integráció

Egy kutatás-fejlesztési mérnök egyszer azt mondta nekünk, hogy egy kefe nélküli motor, amely gyönyörűen teljesített egy drón tesztpadon, perceken belül leállt egy robotkaron. Az ok nem az erő hiánya volt. Ez nem egyezik a dróngyártó által alkalmazott folyamatos nyomaték specifikációja és a robotcsukló által megkövetelt alacsony fordulatszámú, nagy nyomatékú profil között. A robotkefe nélküli motornak a gravitációval szemben kell tartania a pozícióját, simán kell mozognia 20 ford./perc sebességgel, és túl kell élnie a gyakori indítási-leállítási ciklusokat hőkárosodás nélkül. Ez egy teljesen más specifikációs környezet.

A beszerzési mérnökök gyakran elkövetik ugyanazt a hibát: a katalógusban szereplő legmagasabb üresjárati fordulatszám alapján választanak ki egy motort, majd felfedezik, hogy a folyamatos forgatónyomaték a tényleges csatlakozási fordulatszámon elmarad. Az eredmény egy újratervezés, amely hónapokba kerül.

Mi határozza meg a kefe nélküli motort a robotika számára?

A robotkefe nélküli motor egy háromfázisú szinkrongép, amelyet nagy nyomatéksűrűségre, alacsony fogaszási nyomatékra és zárt hurkú helyzetvisszacsatolásra terveztek, nem pedig a csúcs terhelés nélküli fordulatszámra.

A különbség nyilvánvalóvá válik, ha összehasonlítunk egy meghajtó drónmotort egy csuklós működtetővel. A drónmotort nagy fordulatszámon a tolóerő-tömeg arányhoz választják ki. A robotcsuklós motort alacsony fordulatszámon történő folyamatos nyomatékra választják, gyakran harmonikus sebességváltóval, amely 20-60 ford./percre csökkenti a kimeneti sebességet, miközben megsokszorozza a nyomatékot. A kritikus paraméterek a nyomatéksűrűség (Nm a motor tömegének kilogrammonként), a fogazási nyomaték (egyenetlen forgást okozó mágneses retesz) és a tekercselés rugalmassága.

A tekercsek és a jeladók szintén az alkalmazás szintjén dőlnek el. A 24 VDC csuklótengelyhez működő motorhoz szükség lehet 310 VDC tekercsre a nehéz deréktengelyhez, és a kódoló típusának meg kell egyeznie a vezérlő bemenetével. Ezek nem katalógusválasztások; ezek mérnöki döntések.

Miért haladja meg a folyamatos nyomaték alacsony fordulatszámon a terhelés nélküli fordulatszámot?

A folyamatos nyomaték alacsony fordulatszámon meghatározza, hogy egy robot képes-e megtartani a hasznos terhet; az adatlapon szereplő maximális sebesség nem.

A gravitáció mindig hat a motorra, még akkor is, ha a kar áll. A 2 kg-os szerszámot hordozó csuklótengelynek nagyjából 0,5-1,5 Nm folyamatos nyomatékra van szüksége 50-100 ford./perc mellett, hogy stabilan tartsa a szerszámot. Egy könyöktengelyhez 3-8 Nm szükséges. A teljes hasznos terhet kezelő válltengelynek 15-40 Nm-re lehet szüksége. A 6000 ford./perc üresjárati fordulatszám itt lényegtelen, mert a csukló soha nem működik ennek a sebességnek a közelében.

A motorplatformok és a robotos közös architektúra illesztése

A csuklós architektúrának kell meghatároznia a motorvázat és a sebességváltót, nem pedig fordítva.

A nagy terhelésű vállízületek harmonikus hajtóműves motorok előnyeit élvezik, amelyek nulla holtjátékot és nagy energiasűrűséget kínálnak. A Jiangsu Retek Motion Co., Ltd. (Retek Motion) 200 Nm-es harmonikus hajtóműves motort kínál, amely illeszkedik a nehéz váll- és deréktengelyekhez. Közepes terhelhetőség az együttműködő karokon és a mobil manipulátorokon jól működik a 60 Nm-es hajtóműves motorokkal. Kompakt, vállra szerelt orvosi robotikához egy 42 mm-es kifutó kefe nélküli motor fogaskerekes fejjel biztosítja a teljesítménysűrűséget kis tokban.

200 Nm-es harmonikus hajtóműves motor nagy teherbírású robotcsuklókhoz Ez a motor 200 Nm forgatónyomatékot ad le nulla holtjáték mellett, így alkalmas nehéz váll- és deréktengelyekre a precíz és ismételhető pozicionálást igénylő robotoknál. Termék megtekintése →

60 Nm-es hajtóműves motor együttműködő robotokhoz és manipulátorokhoz A 60 Nm névleges nyomatékkal rendelkező hajtóműves motor közepes hasznos terhelésű együttműködő karokhoz és mobil manipulátorokhoz illeszkedik, megbízható teljesítményt nyújtva különféle robotfeladatokhoz. Termék megtekintése →

42 mm-es Outrunner kefe nélküli motor fogaskerékfejjel orvosi robotokhoz Ez a kompakt, 42 mm-es kefe nélküli motor nagy nyomatékot és precíz vezérlést kínál, ideális vállra szerelt orvosi robotikai alkalmazásokhoz. Termék megtekintése →

A harmonikus sebességváltók nulla holtjátékot kínálnak, ami az ismételhető pozicionáláshoz szükséges. A bolygóműves sebességváltók olcsóbbak és jobban tolerálják az ütközési terhelést, így megfelelnek a járdaszegélyeknek és rámpáknak ütköző mobil robotkerekeknek. A motor váza a sebességváltót követi, nem pedig fordítva.

Használja ezt az ellenőrző listát a robotcsukló bármely jelölt motorjának értékelésekor:

• Ellenőrizze a folyamatos nyomatékot az üzemi fordulatszámon, ne a csúcsnyomatékot nulla fordulatszámon.
• Mérje meg a fogaskeréknyomatékot a sebességváltó áttételével.
• Győződjön meg arról, hogy az IP-besorolás megfelel a mosási vagy porexpozíciós feltételeknek.
• Ellenőrizze, hogy a kódoló visszacsatolása kompatibilis-e a robotvezérlővel.
• Értékelje a sebességváltó házán áthaladó hőutat.

A nyomatéksűrűség összehasonlítása a BLDC vázméretek között

A nagyobb keret nem mindig produkál arányosan több használható nyomatékot, mert a tekercs kitöltési tényezője és hőleadása az átmérővel és a tengelyhosszsal változik.

A Retek Motion kefe nélküli egyenáramú vonala 28 mm-től 130 mm-ig terjed. A jellemző folyamatos nyomatékértékek a 24 VDC sorozatban nagyjából 0,4 Nm 42 mm-es motornál, 0,8 Nm 57 mm-nél, 1,6 Nm 76 mm-nél, 2,2 Nm 80 mm-nél, 3,5 Nm 100 mm-nél és 6,5 Nm 130 mm-nél. Az előrehaladás közelebb áll a forgórész átmérőjének köbös viszonyához, ezért a keret méretének kiválasztása elsősorban termikus tervezési probléma.

Mit keressen egy robotmotor-szállítónál

A tervezési rugalmasság és a vertikális gyártási integráció többet jelent, mint a katalógus szélessége, mivel a legtöbb robotcsukló egyedi motorprojektet igényel.

A Retek Motion 2018 óta házon belül tervez és gyárt kefe nélküli egyenáramú motorokat. A cég CNC-megmunkálású hajtóműházakat, fröccsöntött alkatrészeket és kábelkötegeket is gyárt egy fedél alatt. Ez a kombináció lehetővé teszi a robotgyártó számára, hogy a tekercselés, a kódoló és a csatlakozó konfigurációit ismételje meg anélkül, hogy több szállítót koordinálna.

Speciális felhasználási esetekben a Retek alacsony fogaskerekű kefe nélküli motorok csökkenti a pozíció hullámzást a kimeneten, míg nagy nyomatékú kefe nélküli egyenáramú motorok biztosítják a szükséges tartalékot, amikor a hasznos terhek dinamikusak.

Gyakran Ismételt Kérdések

Mi a különbség a robotikához való kefe nélküli motor és a hagyományos BLDC motor között?

A robotkefe nélküli motorokat folyamatos nyomatékra alacsony fordulatszámon, alacsony fogazású és visszacsatolási kompatibilitásra tervezték, míg a hagyományos BLDC motorokat általában csúcssebességre és nagy kimeneti teljesítményre tervezték.

Hogyan számíthatom ki a szükséges folyamatos nyomatékot egy robotcsuklóhoz?

Szorozza meg a hasznos teher tömegét a nyomatékkar hosszával, adja hozzá a visszavert tehetetlenségi nyomatékot és a sebességváltó veszteségeket, majd alkalmazzon legalább 3-szoros biztonsági tényezőt.

A harmonikus sebességváltó jobb egy kefe nélküli motoros robothoz, mint a bolygókerekes sebességváltó?

A harmonikus sebességváltók nulla holtjátékot és nagy csökkentést biztosítanak a precíz karcsuklók érdekében; a bolygókerekes hajtóművek jobban kezelik a lökésterhelést a mobil hajtott kerekek esetében.

Kaphatok egyedi kefe nélküli motort integrált vezérlővel a robotikához?

Igen. Az integrált vezérlő és az egyedi tekercselési opciók alapfelszereltség, és egy függőlegesen integrált szállító a sebességváltó házát és a kábelköteget is előállíthatja.