¿Por qué algunos robots se mueven con una suavidad y precisión impresionantes, mientras que otros luchan con el volumen, el juego o el rendimiento limitado de las articulaciones? En muchos casos, la respuesta comienza con el diseño del motor. A medida que los robots se vuelven más compactos, dinámicos y orientados a la integración, los ingenieros prestan más atención al motor de torsión sin marco y su papel en los sistemas de movimiento de accionamiento directo.
A El motor de torsión sin marco brinda a los diseñadores de robots más libertad que un motor con carcasa tradicional. Puede ayudar a reducir el tamaño, mejorar la densidad de torsión, admitir un control más fluido y adaptarse a diseños exigentes en brazos robóticos, sistemas humanoides y otros equipos de automatización avanzados. Es por eso que continúa creciendo el interés en los motores torque sin marco para robots, los motores torque sin marco para articulaciones de robots y los motores de accionamiento directo sin marco para robótica.
En este artículo, analizaremos los principales beneficios de un motor de torsión sin marco, dónde se utiliza en robótica y cómo elegir el adecuado para su aplicación. También aprenderá qué comparar antes de seleccionar un motor de articulación robótica, cómo estos motores admiten diseños compactos de alto rendimiento y qué errores evitar durante la evaluación.
Por qué un motor de torsión sin marco tiene sentido en robótica
Un motor de accionamiento directo sin marco para robótica resulta atractivo por una razón principal.
Le da al diseñador más control sobre todo el sistema.
En lugar de aceptar un paquete de motor fijo, se integra el motor en el propio robot.
Eso puede mejorar el tamaño, el peso, la eficiencia y el diseño.
El mayor beneficio es la transmisión directa.
En muchas articulaciones de robots, menos piezas de transmisión significan menos juego.
También significa menos puntos de desgaste.
Eso permite un movimiento más suave y un posicionamiento más preciso.
Ésta es una de las razones por las que los motores sin marco se utilizan ampliamente en brazos robóticos y sistemas mecatrónicos de precisión.
Otro beneficio importante es la densidad de par.
Un motor de alta densidad de par puede ofrecer una gran potencia en un espacio reducido.
Esto es valioso en codos, muñecas, efectores finales y plataformas giratorias compactas.
Los motores sin marco están fuertemente asociados con un diseño compacto, una dinámica mejorada y un alto par en espacios reducidos.
El mantenimiento también puede bajar.
Un motor sin marco a menudo reduce la necesidad de elementos mecánicos adicionales.
Menos piezas pueden significar menos desgaste, menos ruido y menos servicio con el tiempo.
Esto no significa que todos los diseños estén exentos de mantenimiento.
Pero a menudo simplifica la pila mecánica en comparación con alternativas más voluminosas.
Cómo un motor de torsión sin marco mejora el rendimiento de la articulación del robot
En robótica, la calidad del movimiento es tan importante como el resultado bruto.
Un motor puede parecer potente sobre el papel.
Aún así, es posible que funcione mal en la articulación.
Es por eso que los ingenieros se centran en la suavidad del control, la estabilidad térmica y el ajuste del embalaje.
El una articulación de robot motor de necesita un par estable durante todo su ciclo de trabajo real.
También debe reaccionar rápidamente a las órdenes.
El par nominal, la velocidad, la constante de tiempo eléctrica y la constante de tiempo térmica son indicadores prácticos durante la selección.
Juntos, determinan la rapidez y la suavidad con la que responderá la articulación.
La baja cogging es otra ventaja clave.
En el brazo de un robot, el engranaje añade una onda no deseada.
Eso puede perjudicar el movimiento suave a baja velocidad.
También puede reducir la precisión en movimientos delicados.
A menudo se recomiendan diseños de bajo engranaje para robótica de alta precisión.
El comportamiento térmico también importa más de lo que muchos compradores esperan.
Un motor puede alcanzar brevemente un fuerte par máximo.
Pero las articulaciones robóticas a menudo necesitan un rendimiento continuo y repetible.
Si el calor no puede salir de la estructura de manera eficiente, el motor puede perder estabilidad, eficiencia o vida útil.
Es por eso que cuentan la resistencia térmica, las opciones de enfriamiento y la detección térmica integrada.
Finalmente, los diseños sin marco ayudan a todo el conjunto.
Dejan espacio para rodamientos, cableado, anillos colectores u otros componentes internos.
Esa libertad de empaquetado es especialmente útil en uniones de robots compactos y diseños de orificio hueco.
Las mejores aplicaciones de robots para motores de torsión sin marco
No todos los sistemas robóticos necesitan un motor sin marco .
Pero varios tipos de aplicaciones se benefician enormemente de él.
1. Articulaciones de robots industriales
Los brazos industriales necesitan movimientos repetibles, alto par y embalaje compacto.
Un motor de torsión sin marco para articulaciones de robots puede admitir accionamiento directo o módulos de articulación altamente integrados.
Eso ayuda a reducir el juego y mejorar la precisión del movimiento.
2. Robots colaborativos
Los cobots suelen operar cerca de personas.
Esto aumenta el valor de un movimiento suave, un ruido reducido y un embalaje limpio.
Un motor actuador robótico compacto puede ayudar a los ingenieros a reducir el tamaño de las articulaciones y mejorar la respuesta.
Un funcionamiento más silencioso y una menor vibración también son ventajas significativas de estos sistemas.
3. Robótica médica y quirúrgica
Los robots médicos tienen límites estrictos de espacio y precisión.
También se benefician de un bajo nivel de ruido y un control refinado.
Los dispositivos médicos a menudo se consideran una buena opción para la tecnología de motores sin marco.
4. Robots humanoides y de servicio.
El motor de una articulación de robot humanoide a menudo debe ser compacto, liviano y consciente de la energía.
Eso hace que la densidad de par y la libertad de integración sean especialmente valiosas.
Los sistemas alimentados por baterías también se benefician de un embalaje eficiente y una menor masa.
Las variantes sin marco de bajo voltaje también pueden resultar atractivas para la robótica móvil.
5. Subsistemas de automatización de precisión.
Los cardanes, las platinas giratorias, las herramientas semiconductoras y los ejes mecatrónicos también se benefician de los conceptos de accionamiento directo sin marco.
Estos no son robots completos, pero comparten las mismas prioridades de movimiento: compacidad, suavidad y control preciso.
Solicitud |
¿Por qué se adapta sin marco? |
Qué mirar |
brazo robótico industrial |
Diseño compacto de junta de accionamiento directo |
Objetivos de par continuo, calor y reacción |
Cobot |
Movimiento suave, menos ruido, articulaciones más pequeñas |
Márgenes de seguridad, ajuste del controlador |
robot quirúrgico |
Precisión, bajo nivel de ruido y embalaje hermético |
Límites térmicos, calidad de integración. |
robot humanoide |
Ahorro de peso, actuadores compactos |
Eficiencia, voltaje, ciclo de trabajo. |
Automatización de precisión |
Bajo engranaje, alta precisión de control |
Ondulación, enfriamiento, alineación. |
Motor sin marco frente a motor BLDC o servo alojado
Muchos compradores comparan un motor sin marco con un motor BLDC como si fueran categorías totalmente diferentes.
Eso puede resultar engañoso.
Un motor sin marco puede tener en sí mismo un diseño sin escobillas.
La comparación más útil suele ser el motor sin marco versus el motor alojado o el servo preempaquetado.
Un motor alojado llega listo para montar.
Ya incluye una carcasa, un eje y un sistema de rodamientos.
Eso hace que la integración sea más fácil y rápida.
A menudo es la elección correcta cuando el tiempo de diseño es corto o el embalaje es menos exigente.
Un motor de torsión sin marco requiere más trabajo de ingeniería.
Debe definir el eje, la disposición de los rodamientos, la ruta de enfriamiento y la interfaz mecánica.
Pero a cambio, obtienes mucha más libertad de optimización.
Esto puede producir una articulación final del robot más pequeña, más ligera y más integrada.
Entonces ¿cuál es mejor?
Ninguno de los dos gana siempre.
Un motor alojado es más fácil.
Un motor sin marco es más flexible. Para un
de alto rendimiento brazo robótico con motor sin marco , esa flexibilidad puede valer el esfuerzo de diseño adicional.
Consejo: Elija motores con carcasa para acelerar su comercialización. Elija motores sin marco para una optimización de las juntas basada en el rendimiento.
Cómo elegir el motor de torsión sin marco adecuado
Aquí es donde muchos proyectos de robótica tienen éxito o fracasan.
Un buen proceso de selección parte de la aplicación, no del catálogo.
Comience con par, velocidad y ciclo de trabajo.
Primero defina el par continuo requerido.
Luego defina el par máximo, el rango de velocidad y el perfil de movimiento.
No ajuste el tamaño sólo para ráfagas cortas.
Una articulación de robot suele vivir en ciclos térmicos repetidos, no en un punto de prueba ideal.
Verifique el tamaño físico y la apertura.
El diámetro de la junta, la trayectoria del eje, el enrutamiento de los cables y la envoltura estructural son importantes.
Un motor puede alcanzar el objetivo de par pero aun así no alcanzar el objetivo de embalaje.
El tamaño del motor y las limitaciones de espacio son filtros de selección principales en muchos proyectos de robótica.
Revisar la constante del motor y la constante de par.
El trabajo de selección a menudo pone gran énfasis en Km y Kt. .
Una constante de motor más alta generalmente respalda una mejor generación de par en relación con la pérdida.
La constante de par también debe alinearse con sus objetivos de velocidad, voltaje y eficiencia.
Estos no son sólo extras del catálogo.
Afectan el margen térmico y el rendimiento del control en el mundo real.
Verifique el bajo engranaje y el equilibrio de fases.
Para la robótica de precisión, la baja coging es importante.
También lo hace el comportamiento suave del par sinusoidal.
El desequilibrio de fases puede crear un par desigual y un desgaste adicional.
Eso hace que estos detalles sean especialmente relevantes para brazos avanzados y sistemas de movimiento fino.
Haga coincidir el controlador y la fuente de alimentación
La tensión de alimentación y la corriente máxima deben adaptarse al motor y a la electrónica conjunta.
Un buen motor aún puede decepcionar si el conductor no está bien adaptado.
También es importante emparejar el motor con un controlador adaptado a la aplicación.
Mira el precio en contexto
El precio nunca debe juzgarse solo.
Pregunte qué reduce el motor en otros lugares.
Puede reducir las necesidades de la caja de cambios, reducir el mantenimiento o mejorar la compacidad de las juntas.
Aún así, los compradores deben verificar la garantía, el soporte y lo que se incluye en el paquete de suministros.
Factores de integración que pueden mejorar o deshacer el rendimiento
A El motor sin marco vive dentro de su diseño.
Por tanto, la calidad de la integración es tan importante como la calidad del motor.
La alineación mecánica es lo primero.
La ubicación del rotor y el estator debe ser precisa.
Una mala alineación puede aumentar el ruido, reducir la eficiencia y perjudicar la vida útil del rodamiento.
La unión, la sujeción axial y el ajuste a presión son caminos de integración comunes, cada uno con sus propias compensaciones.
El camino de enfriamiento viene a continuación.
Si la estructura no puede mover bien el calor, es posible que la unión nunca alcance el par continuo esperado.
Por eso la gestión térmica aparece en casi todas las referencias de selección.
Algunos sistemas utilizan refrigeración por aire libre.
Otros necesitan interfaces térmicas más fuertes o refrigeración líquida.
La compatibilidad de comentarios también importa.
El motor debe funcionar sin problemas con los codificadores, los bucles de control y el resto de la pila de juntas.
Se debe comprobar la compatibilidad con el sistema de control del robot antes de la selección final.
Inrunner o Outrunner: ¿Qué diseño sin marco se adapta mejor?
No todos los motores sin marco se comportan igual.
El tipo de diseño cambia la velocidad, el enfriamiento, el perfil de torsión y las opciones de empaque.
Un motor de torsión sin marco Inrunner coloca el rotor dentro del estator.
Los diseños de Inrunner a menudo se asocian con RPM más altas, una sólida gestión térmica, un tamaño compacto y una buena adaptación para aplicaciones de alto rendimiento.
Un motor sin marco outrunner utiliza un radio de rotor más grande.
Esto a menudo admite un par más alto a RPM más bajas.
Los diseños Outrunner a menudo están relacionados con más torque, mayor área de superficie magnética y eficiencia a menor velocidad.
Eso puede hacerlos atractivos para las articulaciones de robots de accionamiento directo.
También existen variantes especializadas.
Los servomotores sin marco de bajo engranaje se centran en un movimiento suave y una mínima fluctuación del par.
Los motores de torsión sin marco de accionamiento directo enfatizan la compacidad, la baja inercia y la flexibilidad de diseño.
Esos rasgos son muy relevantes para la robótica de motores de torsión sin marco y las juntas de precisión.
tipo de motor |
Mejor ajuste |
Ventaja principal |
corredor |
Subsistemas robóticos de mayor velocidad. |
Mejor enfriamiento y potencial de RPM |
superador |
Juntas de menor velocidad y mayor torque |
Fuerte par gracias a un mayor radio del rotor |
Servo de bajo engranaje |
Robótica de precisión |
Movimiento más suave a baja velocidad |
Accionamiento directo sin marco |
Juntas integradas compactas |
Baja inercia y embalaje hermético. |
Errores comunes al seleccionar un motor torque sin marco para robots
El primer error es elegir únicamente por el par máximo.
Las cifras máximas parecen impresionantes.
Pero las articulaciones de los robots se basan en requisitos continuos, límites térmicos y ciclos de trabajo.
El segundo error es ignorar el calor.
Un motor puede pasar la verificación de torque y aun así fallar en operación real porque el calor no puede salir de la unión lo suficientemente rápido.
La gestión térmica debe tratarse como una cuestión central de diseño, no como una ocurrencia tardía.
El tercer error es pasar por alto la calidad del movimiento.
El bajo engranaje, la ondulación del par y el equilibrio de fases afectan el movimiento robótico suave.
Esto se vuelve aún más importante en los robots médicos, los cobots y los brazos de precisión.
El cuarto error es el sobredimensionamiento.
Un motor más grande puede parecer más seguro.
Pero la sobreespecificación puede agregar masa, volumen y costo.
También puede reducir la eficiencia si el motor ya no coincide con el punto de funcionamiento real.
Un ajuste preciso suele ser mejor que un volumen innecesario.
Consejo: En robótica, el sobredimensionamiento puede perjudicar el rendimiento casi tanto como el subdimensionamiento.
Conclusión
Un motor de torsión sin marco no es la opción de motor más sencilla.
Pero en el caso de la robótica, suele ser una de las más inteligentes.
Ayuda a los ingenieros a construir juntas más pequeñas.
Soporta accionamiento directo.
Mejora la libertad de embalaje.
Y puede ofrecer la precisión, la densidad de torsión y la calidad de movimiento que necesitan los robots avanzados.
La elección correcta parte de la exigencia conjunta.
Primero defina el par, la velocidad, el ciclo de trabajo y la ruta térmica.
Luego verifique el tamaño, la apertura, el engranaje, las constantes, el ajuste del controlador y el método de integración.
Ese proceso le brinda muchas más posibilidades de elegir el motor bldc sin marco o el motor de articulación robótica de accionamiento directo adecuado para el trabajo.
Para los compradores B2B, la lección clave es sencilla.
No compre sólo según las especificaciones del motor.
Compra por ajuste del sistema. Ahí es donde
el valor real de un motor torqueless . aparece
En conclusión, elegir el motor sin marco adecuado depende del sistema de movimiento completo, no sólo de los números de catálogo. Una solución bien adaptada puede mejorar la eficiencia, la precisión y la confiabilidad a largo plazo. SDM MAGNETICS agrega valor al admitir soluciones avanzadas de motores y componentes magnéticos para aplicaciones robóticas exigentes, ayudando a los clientes a crear productos compactos, eficientes y centrados en el rendimiento.
Preguntas frecuentes
P: ¿Qué es un motor de torsión sin marco en robótica?
R: Es un kit de motor con rotor y estator únicamente, integrado en la articulación del robot para un movimiento compacto de accionamiento directo.
P: ¿Por qué utilizar un motor de torsión sin marco para articulaciones de robots?
R: Ayuda a reducir el juego, ahorrar espacio, mejorar la densidad de torsión y permitir un control más suave y preciso.
P: ¿Cómo elijo un motor de torsión sin marco?
R: Verifique el par continuo, la velocidad, el ciclo de trabajo, los límites térmicos, el tamaño, la apertura y la compatibilidad del controlador.
P: ¿Es mejor un motor de torsión sin marco que un motor BLDC con carcasa?
R: Ofrece más libertad de integración, pero los motores alojados son más fáciles de instalar y más rápidos de implementar.
P: ¿Son caros los motores torque sin marco?
R: El costo unitario puede ser mayor, pero puede reducir las necesidades de la caja de cambios, el mantenimiento y el tamaño de las juntas en todo el sistema.
