Động cơ không chổi than cho robot: Mật độ mô-men xoắn, khớp nối và tích hợp tùy chỉnh

Một kỹ sư R&D từng nói với chúng tôi rằng một động cơ không chổi than hoạt động rất tốt trên băng ghế thử nghiệm máy bay không người lái đã ngừng hoạt động trong vòng vài phút trên cánh tay robot. Nguyên nhân không phải là do thiếu điện. Đó là sự không phù hợp giữa thông số mô-men xoắn liên tục được người chế tạo máy bay không người lái sử dụng và cấu hình mô-men xoắn tốc độ thấp, giữ cao mà khớp robot yêu cầu. Động cơ không chổi than dành cho robot phải giữ vị trí chống lại trọng lực, di chuyển trơn tru ở tốc độ 20 vòng/phút và tồn tại trong các chu kỳ khởi động-dừng thường xuyên mà không bị hư hại do nhiệt. Đó là một bối cảnh đặc điểm kỹ thuật hoàn toàn khác.

Các kỹ sư mua sắm thường mắc phải sai lầm tương tự: họ chọn một động cơ dựa trên RPM không tải cao nhất trong danh mục, sau đó phát hiện ra mô-men xoắn liên tục ở tốc độ khớp thực tế bị thiếu hụt. Kết quả là phải thiết kế lại và tốn hàng tháng trời.

Điều gì xác định động cơ không chổi than cho robot?

Động cơ không chổi than dành cho robot là máy đồng bộ ba pha được thiết kế để có mật độ mô-men xoắn cao, mô-men xoắn thấp và phản hồi vị trí vòng kín thay vì cho tốc độ RPM không tải cao nhất.

Sự khác biệt trở nên rõ ràng khi bạn so sánh động cơ máy bay không người lái với động cơ truyền động chung. Một động cơ máy bay không người lái được chọn để tạo lực đẩy theo trọng lượng ở tốc độ RPM cao. Động cơ khớp robot được chọn cho mô-men xoắn liên tục ở tốc độ thấp, thường có hộp số điều hòa giảm tốc độ đầu ra xuống 20-60 vòng/phút trong khi nhân mô-men xoắn. Các thông số quan trọng là mật độ mô-men xoắn (Nm trên mỗi kg khối lượng động cơ), mô-men xoắn bánh răng (chặn từ gây ra chuyển động quay không đều) và độ linh hoạt của cuộn dây.

Cuộn dây và bộ mã hóa cũng được quyết định ở cấp độ ứng dụng. Động cơ hoạt động với trục cổ tay 24 VDC có thể cần cuộn dây 310 VDC cho trục thắt lưng nặng và loại bộ mã hóa phải phù hợp với đầu vào bộ điều khiển. Đây không phải là những lựa chọn theo danh mục; chúng là những lựa chọn kỹ thuật.

Tại sao mô-men xoắn liên tục ở tốc độ thấp lại cao hơn RPM không tải

Mô-men xoắn liên tục ở tốc độ RPM thấp xác định liệu rô-bốt có thể giữ được tải trọng hay không; tốc độ tối đa trên biểu dữ liệu thì không.

Trọng lực luôn tác động lên động cơ ngay cả khi cánh tay đứng yên. Trục cổ tay mang dụng cụ nặng 2 kg cần mô-men xoắn liên tục khoảng 0,5 đến 1,5 Nm ở tốc độ 50-100 vòng/phút để giữ ổn định dụng cụ đó. Trục khuỷu cần 3-8 Nm. Trục vai xử lý toàn bộ tải trọng có thể cần 15-40 Nm. Tốc độ không tải 6000 vòng/phút ở đây không liên quan vì khớp nối không bao giờ hoạt động gần tốc độ đó.

Kết hợp nền tảng động cơ với kiến trúc chung của robot

Kiến trúc chung phải quyết định khung động cơ và hộp số chứ không phải ngược lại.

Khớp vai chịu tải cao được hưởng lợi từ động cơ bánh răng hài hòa, không có phản ứng ngược và mật độ năng lượng cao. Jiangsu Retek Motion Co., Ltd. (Retek Motion) cung cấp động cơ bánh răng điều hòa 200 Nm phù hợp với trục vai và thắt lưng nặng. Tải trọng trung bình trên cánh tay cộng tác và bộ điều khiển di động hoạt động tốt với động cơ bánh răng 60 Nm. Đối với robot y tế nhỏ gọn, gắn trên vai, động cơ không chổi than 42 mm có đầu bánh răng cung cấp mật độ năng lượng trong một vỏ bọc nhỏ.

Động cơ bánh răng điều hòa 200 Nm cho các khớp nối robot hạng nặng Động cơ này cung cấp mô-men xoắn 200 Nm mà không có phản ứng ngược, khiến nó phù hợp với trục vai và thắt lưng nặng ở những robot yêu cầu định vị chính xác và lặp lại. Xem sản phẩm →

Động cơ bánh răng 60 Nm dành cho robot cộng tác và bộ điều khiển Với mô-men xoắn định mức 60 Nm, động cơ bánh răng này phù hợp với các cánh tay cộng tác và bộ điều khiển di động có tải trọng trung bình, mang lại hiệu suất đáng tin cậy cho nhiều nhiệm vụ robot khác nhau. Xem sản phẩm →

Động cơ không chổi than 42mm Outrunner có hộp số dành cho robot y tế Động cơ không chổi than nhỏ gọn 42mm có đầu số này cung cấp mô-men xoắn cao và khả năng điều khiển chính xác, lý tưởng cho các ứng dụng robot y tế gắn trên vai. Xem sản phẩm →

Hộp số điều hòa không có phản ứng ngược, điều này cần thiết cho việc định vị lặp lại. Hộp số hành tinh ít tốn kém hơn và chịu tải va đập tốt hơn, vì vậy chúng phù hợp với bánh xe robot di động có thể va vào lề đường và đường dốc. Khung động cơ tuân theo sự lựa chọn hộp số chứ không phải ngược lại.

Sử dụng danh sách kiểm tra này khi đánh giá bất kỳ động cơ ứng cử viên nào cho khớp robot:

• Kiểm tra mô-men xoắn liên tục ở tốc độ vận hành, không phải mô-men xoắn cực đại ở tốc độ 0.
• Đo mô men xoắn với tỷ số hộp số được áp dụng.
• Xác nhận xếp hạng IP phù hợp với điều kiện rửa trôi hoặc tiếp xúc với bụi.
• Xác minh phản hồi của bộ mã hóa có tương thích với bộ điều khiển robot không.
• Đánh giá đường dẫn nhiệt qua vỏ hộp số.

So sánh mật độ mô-men xoắn trên các kích thước khung BLDC

Khung lớn hơn không phải lúc nào cũng tạo ra mô-men xoắn có thể sử dụng nhiều hơn tương ứng, bởi vì hệ số lấp đầy cuộn dây và khả năng tản nhiệt thay đổi theo đường kính và chiều dài trục.

Dòng DC không chổi than của Retek Motion trải dài từ 28 mm đến 130 mm. Các giá trị mô-men xoắn liên tục đại diện trong chuỗi 24 VDC là khoảng 0,4 Nm đối với động cơ 42 mm, 0,8 Nm đối với 57mm, 1,6 Nm đối với 76 mm, 2,2 Nm đối với 80 mm, 3,5 Nm đối với 100 mm và 6,5 Nm đối với 130 mm. Sự tiến triển gần với mối quan hệ lập phương với đường kính rôto, đó là lý do tại sao việc lựa chọn kích thước khung chủ yếu là vấn đề thiết kế nhiệt.

Những điều cần tìm ở nhà cung cấp động cơ robot

Tính linh hoạt về mặt kỹ thuật và sự tích hợp sản xuất theo chiều dọc quan trọng hơn độ rộng của danh mục vì hầu hết các mối nối rô-bốt đều yêu cầu một dự án động cơ tùy chỉnh.

Retek Motion đã thiết kế và chế tạo nội bộ động cơ DC không chổi than kể từ năm 2018. Công ty cũng sản xuất vỏ hộp số được gia công bằng CNC, các bộ phận đúc khuôn và bộ dây cáp dưới một mái nhà. Sự kết hợp đó cho phép nhà sản xuất robot lặp lại các cấu hình cuộn dây, bộ mã hóa và đầu nối mà không cần điều phối nhiều nhà cung cấp.

Đối với các trường hợp sử dụng cụ thể, Retek's động cơ không chổi than có tốc độ thấp giảm độ gợn vị trí ở đầu ra, trong khi Động cơ DC không chổi than mô-men xoắn cao cung cấp mức ký quỹ cần thiết khi tải trọng động.

Câu hỏi thường gặp

Sự khác biệt giữa động cơ không chổi than dành cho robot và động cơ BLDC thông thường là gì?

Động cơ không chổi than rô-bốt được chỉ định cho mô-men xoắn liên tục ở tốc độ thấp, độ bám thấp và khả năng tương thích phản hồi, trong khi động cơ BLDC thông thường thường được đánh giá cho tốc độ tối đa và công suất đầu ra cao.

Làm cách nào để tính toán mô-men xoắn liên tục cần thiết cho khớp robot?

Nhân khối lượng tải trọng với chiều dài của cánh tay đòn, cộng quán tính phản xạ và tổn thất hộp số, sau đó áp dụng hệ số an toàn ít nhất là 3x.

Hộp số điều hòa có tốt hơn hộp số hành tinh cho robot có động cơ không chổi than không?

Hộp số điều hòa không gây phản ứng ngược và giảm thiểu độ chính xác cao cho các khớp tay đòn; hộp số hành tinh xử lý tải va đập tốt hơn cho bánh dẫn động di động.

Tôi có thể mua động cơ không chổi than tùy chỉnh có bộ điều khiển tích hợp cho robot không?

Đúng. Bộ điều khiển tích hợp và các tùy chọn cuộn dây tùy chỉnh là tiêu chuẩn và một nhà cung cấp tích hợp theo chiều dọc cũng có thể sản xuất vỏ hộp số và bộ dây cáp.