มอเตอร์ไร้แปรงถ่านสำหรับหุ่นยนต์: ความหนาแน่นของแรงบิด ฟันเฟือง และบูรณาการแบบกำหนดเอง

วิศวกรฝ่ายวิจัยและพัฒนาเคยบอกเราว่ามอเตอร์ไร้แปรงถ่านซึ่งทำงานอย่างสวยงามบนม้านั่งทดสอบด้วยโดรนหยุดทำงานบนแขนหุ่นยนต์ภายในไม่กี่นาที สาเหตุไม่ใช่การขาดพลัง มันไม่ตรงกันระหว่างข้อกำหนดแรงบิดต่อเนื่องที่ใช้โดยผู้สร้างโดรนกับโปรไฟล์แรงบิดยึดสูงที่ความเร็วต่ำและยึดสูงซึ่งต้องการโดยข้อต่อหุ่นยนต์ มอเตอร์ไร้แปรงถ่านสำหรับหุ่นยนต์จะต้องยึดตำแหน่งต้านแรงโน้มถ่วง เคลื่อนที่ได้อย่างราบรื่นที่ 20 RPM และอยู่รอดได้ในรอบการสตาร์ท-ดับบ่อยครั้งโดยไม่เกิดความเสียหายจากความร้อน นั่นเป็นภาพรวมข้อกำหนดที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

วิศวกรฝ่ายจัดซื้อมักทำผิดพลาดแบบเดียวกัน โดยเลือกมอเตอร์ตาม RPM ที่ไม่มีโหลดสูงสุดในแค็ตตาล็อก จากนั้นค้นพบแรงบิดต่อเนื่องที่ความเร็วข้อต่อจริงนั้นสั้น ผลลัพธ์คือการออกแบบใหม่ซึ่งใช้เวลาหลายเดือน

อะไรเป็นตัวกำหนดมอเตอร์ไร้แปรงสำหรับหุ่นยนต์?

มอเตอร์ไร้แปรงถ่านสำหรับหุ่นยนต์คือเครื่องจักรซิงโครนัสสามเฟสที่ออกแบบมาเพื่อความหนาแน่นของแรงบิดสูง แรงบิดฟันเฟืองต่ำ และการป้อนกลับตำแหน่งแบบลูปปิด แทนที่จะใช้ RPM ที่ไม่มีโหลดสูงสุด

ความแตกต่างจะชัดเจนเมื่อคุณเปรียบเทียบมอเตอร์โดรนขับเคลื่อนกับแอคทูเอเตอร์แบบร่วม มอเตอร์โดรนถูกเลือกสำหรับแรงขับต่อน้ำหนักที่ RPM สูง มอเตอร์ข้อต่อหุ่นยนต์ถูกเลือกสำหรับแรงบิดต่อเนื่องที่ความเร็วต่ำ โดยมักจะมีกระปุกเกียร์ฮาร์มอนิกจะลดความเร็วเอาท์พุตเป็น 20-60 RPM ในขณะที่เพิ่มแรงบิด พารามิเตอร์ที่สำคัญ ได้แก่ ความหนาแน่นของแรงบิด (นิวตันเมตรต่อกิโลกรัมของมวลมอเตอร์) แรงบิดฟันเฟือง (ตัวย้อนแม่เหล็กที่ทำให้การหมุนไม่สม่ำเสมอ) และความยืดหยุ่นของขดลวด

นอกจากนี้ ขดลวดและตัวเข้ารหัสยังได้รับการตัดสินใจในระดับการใช้งานอีกด้วย มอเตอร์ที่ทำงานสำหรับแกนข้อมือ 24 กระแสตรง อาจต้องมีการพัน 310 VDC สำหรับแกนเอวหนัก และประเภทตัวเข้ารหัสจะต้องตรงกับอินพุตของตัวควบคุม สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่ตัวเลือกแค็ตตาล็อก พวกเขาเป็นทางเลือกทางวิศวกรรม

เหตุใดแรงบิดต่อเนื่องที่ความเร็วต่ำจึงเหนือกว่า RPM ขณะไม่มีโหลด

แรงบิดต่อเนื่องที่ RPM ต่ำจะกำหนดว่าหุ่นยนต์จะสามารถรับน้ำหนักบรรทุกได้หรือไม่ ความเร็วสูงสุดบนแผ่นข้อมูลไม่ได้

แรงโน้มถ่วงจะกระทำต่อมอเตอร์เสมอ แม้ว่าแขนจะอยู่กับที่ก็ตาม แกนข้อมือที่บรรทุกเครื่องมือ 2 กก. ต้องใช้แรงบิดต่อเนื่องประมาณ 0.5 ถึง 1.5 นิวตันเมตรที่ 50-100 RPM เพื่อยึดเครื่องมือนั้นให้มั่นคง แกนข้อศอกต้องการแรง 3-8 นิวตันเมตร แกนไหล่ที่รับน้ำหนักบรรทุกเต็มอาจต้องใช้แรง 15-40 นิวตันเมตร ความเร็วรอบเปล่าที่ 6,000 รอบต่อนาทีไม่เกี่ยวข้องที่นี่เนื่องจากข้อต่อไม่เคยทำงานใกล้ความเร็วนั้น

การจับคู่แพลตฟอร์มมอเตอร์กับสถาปัตยกรรมข้อต่อหุ่นยนต์

สถาปัตยกรรมร่วมควรกำหนดโครงมอเตอร์และกระปุกเกียร์ ไม่ใช่อย่างอื่น

ข้อต่อไหล่รับน้ำหนักสูงได้ประโยชน์จากมอเตอร์เกียร์ฮาร์มอนิก ซึ่งให้ระยะฟันเฟืองเป็นศูนย์และมีความหนาแน่นของพลังงานสูง Jiangsu Retek Motion Co., Ltd. (Retek Motion) นำเสนอมอเตอร์เกียร์ฮาร์มอนิก 200 นิวตันเมตรที่เหมาะกับแกนไหล่และเอวที่มีน้ำหนักมาก น้ำหนักบรรทุกปานกลางบนแขนร่วมมือและผู้ควบคุมแบบเคลื่อนที่ทำงานได้ดีกับมอเตอร์เกียร์ 60 นิวตันเมตร สำหรับหุ่นยนต์ทางการแพทย์ขนาดกะทัดรัดแบบติดไหล่ มอเตอร์แบบเอาท์รันเนอร์ไร้แปรงถ่านขนาด 42 มม. พร้อมหัวเกียร์ให้ความหนาแน่นของกำลังในซองขนาดเล็ก

มอเตอร์เกียร์ฮาร์มอนิก 200 นิวตันเมตรสำหรับข้อต่อหุ่นยนต์งานหนัก มอเตอร์นี้ให้แรงบิด 200 นิวตันเมตรโดยไม่มีระยะฟันเฟือง ทำให้เหมาะสำหรับแกนไหล่และเอวที่หนักในหุ่นยนต์ที่ต้องการตำแหน่งที่แม่นยำและทำซ้ำได้ ดูผลิตภัณฑ์ →

มอเตอร์เกียร์ 60 นิวตันเมตรสำหรับหุ่นยนต์ร่วมปฏิบัติงานและหุ่นยนต์ควบคุม ด้วยแรงบิดพิกัด 60 Nm มอเตอร์เกียร์นี้จึงเหมาะกับแขนร่วมมือที่มีน้ำหนักบรรทุกปานกลางและอุปกรณ์ควบคุมแบบเคลื่อนที่ได้ ให้ประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้สำหรับงานหุ่นยนต์ต่างๆ ดูผลิตภัณฑ์ →

มอเตอร์ไร้แปรงถ่าน Outrunner ขนาด 42 มม. พร้อมหัวเกียร์สำหรับหุ่นยนต์ทางการแพทย์ มอเตอร์ไร้แปรงถ่านเอาท์รันเนอร์ขนาดกะทัดรัด 42 มม. พร้อมหัวเกียร์ให้แรงบิดสูงและการควบคุมที่แม่นยำ เหมาะสำหรับการใช้งานหุ่นยนต์ทางการแพทย์แบบติดไหล่ ดูผลิตภัณฑ์ →

กล่องเกียร์ฮาร์มอนิกไม่มีฟันเฟืองซึ่งจำเป็นสำหรับการวางตำแหน่งซ้ำ กล่องเกียร์ดาวเคราะห์มีราคาถูกกว่าและทนต่อแรงกระแทกได้ดีกว่า ดังนั้นจึงเหมาะกับล้อหุ่นยนต์เคลื่อนที่ที่ชนขอบถนนและทางลาด โครงมอเตอร์เป็นไปตามตัวเลือกกระปุกเกียร์ ไม่ใช่อย่างอื่น

ใช้รายการตรวจสอบนี้เมื่อประเมินมอเตอร์ตัวเลือกใดๆ สำหรับข้อต่อหุ่นยนต์:

• ตรวจสอบแรงบิดต่อเนื่องที่ความเร็วใช้งาน ไม่ใช่ตรวจสอบแรงบิดสูงสุดที่ความเร็วเป็นศูนย์
• วัดแรงบิดฟันเฟืองโดยใช้อัตราส่วนกระปุกเกียร์
• ยืนยันว่าระดับ IP ตรงกับสภาวะการชะล้างหรือการสัมผัสฝุ่น
• ตรวจสอบการตอบสนองของตัวเข้ารหัสที่เข้ากันได้กับตัวควบคุมหุ่นยนต์
• ประเมินเส้นทางระบายความร้อนผ่านตัวเรือนกระปุกเกียร์

การเปรียบเทียบความหนาแน่นของแรงบิดในขนาดเฟรม BLDC

เฟรมที่ใหญ่ขึ้นไม่ได้ให้แรงบิดที่ใช้งานได้มากกว่าตามสัดส่วนเสมอไป เนื่องจากแฟคเตอร์การเติมของขดลวดและการกระจายความร้อนจะเปลี่ยนไปตามเส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวแกน

เส้น DC แบบไร้แปรงถ่านของ Retek Motion ครอบคลุมตั้งแต่ 28 มม. ถึง 130 มม. ค่าแรงบิดต่อเนื่องตัวแทนในซีรีส์ 24 VDC คือประมาณ 0.4 นิวตันเมตรสำหรับมอเตอร์ 42 มม., 0.8 นิวตันเมตรสำหรับ 57 มม., 1.6 นิวตันเมตรสำหรับ 76 มม., 2.2 นิวตันเมตรสำหรับ 80 มม., 3.5 นิวตันเมตรสำหรับ 100 มม. และ 6.5 นิวตันเมตรสำหรับ 130 มม. ความก้าวหน้าจะใกล้เคียงกับความสัมพันธ์แบบลูกบาศก์กับเส้นผ่านศูนย์กลางของโรเตอร์ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการเลือกขนาดเฟรมจึงเป็นปัญหาในการออกแบบการระบายความร้อนเป็นหลัก

สิ่งที่ต้องมองหาในซัพพลายเออร์มอเตอร์หุ่นยนต์

ความยืดหยุ่นทางวิศวกรรมและการบูรณาการการผลิตในแนวดิ่งมีความสำคัญมากกว่าความกว้างของแค็ตตาล็อก เนื่องจากข้อต่อหุ่นยนต์ส่วนใหญ่ต้องการโครงการมอเตอร์แบบกำหนดเอง

Retek Motion ได้ออกแบบและสร้างมอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่านภายในบริษัทมาตั้งแต่ปี 2018 นอกจากนี้ บริษัทยังผลิตตัวเรือนกระปุกเกียร์ที่กลึงด้วย CNC ส่วนประกอบแบบหล่อ และชุดสายไฟภายใต้หลังคาเดียวกัน การผสมผสานดังกล่าวช่วยให้ผู้ผลิตหุ่นยนต์วนซ้ำการกำหนดค่าการพัน ตัวเข้ารหัส และตัวเชื่อมต่อโดยไม่ต้องประสานงานกับซัพพลายเออร์หลายราย

สำหรับกรณีการใช้งานเฉพาะ Retek's มอเตอร์ไร้แปรงถ่านที่มีฟันเฟืองต่ำ ลดระลอกตำแหน่งที่เอาต์พุตในขณะที่ มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านแรงบิดสูง ระบุระยะขอบที่จำเป็นเมื่อเพย์โหลดเป็นไดนามิก

คำถามที่พบบ่อย

อะไรคือความแตกต่างระหว่างมอเตอร์ไร้แปรงถ่านสำหรับหุ่นยนต์และมอเตอร์ BLDC ทั่วไป?

มอเตอร์ไร้แปรงถ่านสำหรับหุ่นยนต์ได้รับการกำหนดไว้สำหรับแรงบิดต่อเนื่องที่ความเร็วต่ำ ฟันเฟืองต่ำ และความเข้ากันได้ของฟีดแบ็ค ในขณะที่มอเตอร์ BLDC ทั่วไปมักจะได้รับการจัดอันดับสำหรับความเร็วสูงสุดและกำลังเอาท์พุตสูง

ฉันจะคำนวณแรงบิดต่อเนื่องที่จำเป็นสำหรับข้อต่อหุ่นยนต์ได้อย่างไร

คูณมวลน้ำหนักบรรทุกด้วยความยาวของแขนโมเมนต์ บวกกับแรงเฉื่อยที่สะท้อนและความสูญเสียของกระปุกเกียร์ จากนั้นใช้ปัจจัยด้านความปลอดภัยอย่างน้อย 3 เท่า

กล่องเกียร์ฮาร์มอนิกดีกว่ากล่องเกียร์ดาวเคราะห์สำหรับหุ่นยนต์มอเตอร์ไร้แปรงถ่านหรือไม่?

กล่องเกียร์ฮาร์มอนิกให้ระยะฟันเฟืองเป็นศูนย์และการลดข้อต่อแขนที่แม่นยำ กล่องเกียร์ดาวเคราะห์รองรับแรงกระแทกได้ดีกว่าสำหรับล้อขับเคลื่อนแบบเคลื่อนที่

ฉันสามารถซื้อมอเตอร์ไร้แปรงถ่านแบบกำหนดเองพร้อมตัวควบคุมในตัวสำหรับหุ่นยนต์ได้หรือไม่

ใช่. ตัวควบคุมในตัวและตัวเลือกการขึ้นลานแบบกำหนดเองเป็นมาตรฐาน และซัพพลายเออร์ที่บูรณาการในแนวตั้งยังสามารถผลิตตัวเรือนกระปุกเกียร์และชุดสายไฟได้