Humanoidrobotitest on tehisintellekti valdkonnas muutunud säravaks pärliks.
Viimastel aastatel on humanoidrobotitest saanud tehisintellekti valdkonnas särav pärliks, oma laia rakendusega paljudes valdkondades nagu arstiabi ja teenindus. Tööstuse arengu edasiseks edendamiseks on kohalikud omavalitsused kasutusele võtnud poliitika, et suurendada humanoidrobotite ja nende põhikomponentide toetust. Humanoidrobotitööstuse ahelas mängib Hollow Cupi mootor olulist rolli humanoidroboti liikumisjuhtimissüsteemis, näiteks tesla humanoidroboti põhikomponent Dexterous Käe on õõnestassi mootor, üks robotikomplekt 12 (6 iga paremat käsi). Selle artikli eesmärk on uurida uurimistöö kaudu õõnes karikamootori tehnilisi omadusi, turustaatust ja tulevikuväljavaateid.
Mis on õõnes tassi mootor
1. Mootori kontseptsioon ja klassifikatsioon
Elektrimootor on seade, mis muundab elektrienergia mehaaniliseks energiaks. See kasutab pöörleva magnetvälja genereerimiseks pingestatud mähist (see tähendab staatori mähist) ja seda kasutatakse rootori jaoks (näiteks oravapuur suletud alumiiniumraam), et moodustada magnetoelektrilise pöördemomendi moodustamine, mis on konverteerimiseks magnetvälja praeguse voolu abil genereeritud jõud pöörlevaks toiminguks. Põhimõte on kasutada magnetvälja, et sundida voolu mootori pöörlemiseks.
Mootori pöörlemise aluspõhimõte: Pöörleva teljega püsiv magneti ümber 1 pöörake magneti (nii et pöörlev magnetväli genereeritakse), 2 vastavalt N -pooluse põhimõttele ja S pooluse heteropooli atraktsioonile, sama poolaka tõlge, 3 pöörleva teljega magnet pöörleb.
Mootoris on tegelikult vool, mis voolab läbi traadi, mis loob selle ümber pöörleva magnetvälja (magnetjõud), mis põhjustab magneti pöörlemist. Kui traat on mähisesse haavatud, sünteesitakse magnetjõud, moodustades suure magnetvälja voo (magnetvoog), mille tulemuseks on N- ja S -poolused. Raua südamiku traadi mähisesse sisestades on magnetvälja jooned hõlpsamini läbivad ja need võivad tekitada tugevamat magnetjõudu.
Mootori struktuur koosneb peamiselt kahest osast: staatori ja rootoriga.
Staktor: mootori statsionaarne osa, mille põhikonstruktsioon hõlmab magnetpoolust, mähist ja sulgu. Magnetpoolus on mootori osa, mis genereerib magnetvälja, mis koosneb tavaliselt raudsüdamikust ja mähistest. Mingid on staatori mähis, mis koosneb tavaliselt juhtmetest ja isolatsioonist, mille roll on genereerida magnetvälja, kui elektrivool sellest läbi saab. Slamber on staatori tugistruktuur, mis on tavaliselt valmistatud alumiiniumsulamist ja muudest materjalidest, millel on hea korrosioonikindlus ja tugevus.
Rootor: mootori pöörlev osa, mille põhikonstruktsioon hõlmab armatuuri, laagreid ja otsakorke. Armatuur on rootoris olev mähis, mis koosneb tavaliselt juhtmetest ja isolatsioonist, mille roll on genereerida magnetvälja, kui elektrivool sellest läbi saab. Laagrid on rootori tugistruktuur, tavaliselt terasest või keraamikast, hea kulumise ja korrosioonikindlusega. Lõppkate on mootori lõppkonstruktsioon, mis on tavaliselt valmistatud alumiiniumsulamist ja muudest materjalidest, hea tihendamise ja tugevusega.
2, Hollow Cupi mootori määratlus ja klassifikatsioon
1958. aastal töötas Dr.FF Aulhaber välja kalduv mähkimismähise tehnoloogia ja hankis 1965. aastal õõnes karikamootorile vastava patendi, märkides Hollow Cupi mootori tulekut ja selle loominguline konstruktsioonikujundus võimaldab mootoril olla nii väiksem kui ka suurem tõhusus. Hollow Cupi mootor kuulub alalisvoolu püsiva magneti servomootorisse, mootori struktuur on näidatud järgmisel joonisel, mis koosneb peamiselt staatorist ja rootorist. Staatoriga koosneb räni terasest lehest ja mähise mähisest ning hambasoone struktuurita räni terasest leht võib vältida hamba soone efekti ning vähendada rauakao ja pöörisvoolu kadu. Rootor koosneb püsimagnetist, pöörlevast võllist ja selle fikseeritud osadest ning mootor kasutab rõnga püsivat magneti, mida on lihtne töödelda ja paigaldada.
Võrreldes tavaliste mootoritega, on rootori suurim omadus see, et see puruneb läbi traditsioonilise mootori struktuuri struktuuri ja kasutab sisetuuma rootori, mida tuntakse ka kui õõnes tassi rootori. Rootor on mähiste ja magnetitega ümbritsetud õõnes tassikujuline konstruktsioon. Tavalistes mootorites on peamiselt raua südamiku roll: 1) kontsentraat ja juhendage magnetvälja: raua südamik on valmistatud kõrge magnetilise läbilaskvusega materjalist (näiteks räni terasest lehed), mis suudab kontsentreerida ja suunata magnetilist voogu, parandades sellega mootori magnetvälja tugevust ja efektiivsust; 2) Tugi mähis: rauasüdamik tagab tugeva tugistruktuuri mähisele, tagades, et mähis säilitaks mootori töö ajal stabiilse kuju ja asendi. Õõnes tassi mootoris kasutatakse rootorina õhukese seinaga õõnessilindrit ja õõnessilindrit haavatakse otse mähise sees ilma täiendava südamiku toeta. Südamike kujunduse eelised: 1) pöörisvoolu ja hüstereesi kadude kaotamine: tavalise mootori rauasüdamik tekitab pöörisvoolu ja hüstereesi kadusid vahelduva magnetväljaga, mis vähendab mootori tõhusust. Hollow Cup mootor kasutab südamikuvaba rootori, mis kõrvaldab need kaotused täielikult, parandades seeläbi mootori energia muundamise efektiivsust. 2) Vähendage inertsi kaalu ja hetke: südamikuvaba disain vähendab märkimisväärselt rootori kaalu, muutes kogu mootori kergemaks. Samal ajal võimaldab inertsimomendi vähendamine mootoril kiiremat reageerimiskiirust ja suuremat kiirendust, mis on väga kasulik rakenduse stsenaariumide jaoks, mis nõuavad kiiret käivitamist ja peatamist.
Samal ajal võib õõnes silindri struktuuri ja mähise paigutuse täpne kujundus optimeerida õõnes tassi mootoris asuvat magnetvälja jaotust, vähendada magnetilise lekke ja energiakadu ning veelgi parandada mootori tõhusust ja jõudlust.
Hollow Cupi mootorit saab vastavalt kommutatsioonirežiimile jagada kahte tüüpi: üks on õõnes tassi pintslimootor, mis võtab kasutusele mehaanilise süsinikuharja kommuteerimise režiimi; Teine on õõnes tassi harjadeta mootor, mis asendab pintsli kommutatsiooni elektroonilise kommutatsiooniga, vältides pintslimootori töö ajal tekkivaid elektrilisi säde- ja toonerite osakesi, vähendades müra ja suurendades mootori kasutusaega. Mingzhi elektriseadmete erinevate toodete võrdlemisel järgmisel joonisel on näha, et harjadeta õõnestassi mootoris pole vaja pintslit, kuid saali andur tuvastab rootori magnetvälja signaali, muudab mehaanilise ümberpööramise elektroonilise signaali ümberpööramise ja lihtsustab veelgi õõnsa tassi mootori füüsilist struktuuri.
3, Hollow Cupi mootori eelised
Õõnes tassi mootor murdub läbi traditsioonilise mootori struktuuri, vähendab rauasüdamikus kerisvoolu moodustumise põhjustatud võimsuse kadu ning selle mass ja inertsmoment on oluliselt vähenenud, vähendades sellega rootori enda mehaanilist energiakadu. Kokkuvõtlikult võib öelda, et Hollow Cupi mootoril on eelised suure võimsusega, pika tööiga, kiire reageerimine, kõrge pöördemoment, hea soojuse hajumine ja nii edasi.
Suur võimsustihedus: õõnes tassimootori võimsustihedus on väljundvõimsuse ja kaalu või mahu suhe. Kaalu osas on tuumikrootor tavalisest südamiku rootorist kergem; Tõhususe osas välistab südamikuvaba rootor keeriva voolu ja hüstereesi kadu, mis on loodud südamikuta rootoriga, parandab mikromotoorse tõhusust ning tagab suure väljundi pöördemomendi ja väljundvõimsuse. Enamiku õõneste tassimootorite maksimaalne efektiivsus on üle 80%, samas kui enamiku pintsli DC mootorite maksimaalne efektiivsus on tavaliselt umbes 50%. Madalam kaal ja suurem efektiivsus võimaldavad õõnes tassimootoritel saavutada suurema võimsustiheduse. Seetõttu sobib Hollow Cupi mootor eriti akutoitega rakenduste jaoks, mis nõuavad pikka tööperioodi, näiteks kaasaskantavaid õhuproovide pumbad, humanoidrobotid, bioonilised käed, käeshoitavad elektrilised tööriistad ja muud rakendused.
Kõrge pöördemomendi tihedus: südamikuvaba disain vähendab rootori ja inertsimomendi kaalu ning inertsi madal hetk tähendab, et mootor suudab kiiremini kiirendada ja aeglustada, suudab seega lühikese aja jooksul rohkem pöördemomenti tekitada; Samal ajal muudab raua südamiku puudumine õõnes tassi mootori kompaktsemaks, väiksemaks ja suudab pakkuda piiratud ruumis suuremat pöördemomenti.
Pikk kasutusaega: Hollow Cupi mootori ümberpööramise tükkide arv muudab tagasipööramisel praeguse kõikumise ja mootori induktiivsuse väiksemaks, vähendades tagurpidise protsessi ajal ümberpööramissüsteemi elektrilist korrosiooni, et pikemat eluiga saada. Vastavalt Hollow Cup Motorsi kohandatud haldamise rakendusuuringute andmetele on harjatud alalisvoolumootorite eluiga tavaliselt vaid paarsada tundi ja Hollow Cupi mootorite eeldatav eluiga on tavaliselt vahemikus 1000 kuni 3000 tundi, mis võib pakkuda pikemat usaldusväärset toimimist.
Kiire reageerimiskiirus: traditsioonilisel mootoril on rauasüdamiku olemasolu tõttu suhteliselt suur inertsmoment, samal ajal kui õõnes tassimootor on kompaktne ja rootor on tassikujuline isemajandav mähis, nii et kaal on kergem ja selle väiksem inertsimoment muudab ka õõnes-karikamootoril tundlikud stardikohad. Hollow Cupi mikromootori ja mähise 'uuringute progresseerumise kohaselt on üldsüdamiku mehaaniline ajakonstant umbes 100 ms, samas kui õõnes tassimootori mehaaniline ajakonstant on alla 28 ms ja mõned tooted on isegi alla 10 ms.
Kõrge maksimaalne pöördemoment: õõnestopsi mootori tippmomendi ja pideva pöördemomendi suhe on väga suur, kuna voolu protsess, mis tõuseb maksimaalse pöördemomendi konstantini, on muutumatu ning voolu ja pöördemomendi vaheline lineaarne suhe võib põhjustada mikromotoorse suure pöördemomendi. Pärast seda, kui tavaline tuuma alalisvoolu mootor jõuab küllastumiseni, ei suurene DC mootori pöördemoment sõltumata voolu suurenemisest.
Hea soojuse hajumine: õõnsa tassi rootori pinnal on õhuvool, parem kui südamiku rootori soojuse hajumise jõudlus, südamiku rootori emailitud traadil on manustatud räni terasest lehe soon, mähise pinna õhuvool on väiksem, temperatuur on suurem, samade võimsusega tingimustes, mis on õmblemismootori temperatuuri tõus väiksem.
4, Hollow Cupi mootori tehniline tee
Hollow Cupi mootori tootmise peamine samm on mähise tootmine, nii et mähise kujundamine ja mähise protsess muutuvad selle põhitõketeks. Traadi läbimõõt, pöördete arv ja lineaarsus mõjutavad otseselt mootori põhiparameetreid. Mähise mähise põhitõke kajastub otseselt mähise kujunduses, kuna erinevatel mähkimistüüpidel on erinevused automatiseerimiskiiruses ja vase tarbimises. Teisest küljest peegeldub see ka mähiseseadmetes ja mähise meetodis ning erinevate mähiste masinate abil on õõnestopsi soonehaava täitmiskiirus erinev, mis viib erineva hõredani, mõjutades otseselt mootori kadu, soojuse hajumist, võimsust ja nii edasi.
Mähise kujundusnurk: õõnes tassimootori mähise disaini saab jagada sirgeks mähiseks, kaldus mähiseks ja sadulatüübiks.
Sirge mähis: mähise traadi on paralleelne mootori teljega, moodustades kontsentreeritud mähise. Sirge haavamähise kujundussidee on kõigepealt mähise tavalise ümmarguse emailitud traadi kerimiseks vastavalt pöörete arvule ja seejärel ühendada mähise traadi südamiku võllil ja seejärel kasutada kiinduda mõlemas otsas raviks ja vormiks. Suhteliselt öeldes ei tekita sirge mähise lõpp pöördemomenti ning suurendab armatuuri kaalu ja armatuuri takistust.
Kaldus mähis: tuntud ka kui kärgstruktuuri mähis, kasutatakse kärgstruktuuri mähise meetodit, jättes keskel kraanid, et pidevalt tuuleta, on vaja teha elemendi ja armatuurtelg efektiivne külg ja armatuurtelg teatud kaldenurka. Selle mähise meetodi lõpp -suurus on väike, kuid kuna kaldus mähis pidev mähise nõuab teatud joonenurka, emailitud traadi kattub ja pesa täitmiskiirus on madal. Võrreldes sirge haavatüübiga, pole kalduv mähisel armatuuril otsamähist, vähendades armatuuri raskust ja sellel on väikeste inertsimomendi eelised, väikese ajakonstant, heade tõmbeomadused ja suur väljundmoment. Saksamaal asuv Faulhaber ja Šveitsis Portescap kasutavad enamasti kallutatud mähist.
Sadulatüüp: tuntud ka kui kontsentriline või romboidne mähis, kasutatakse kujuga mähise ja seejärel juhtmestiku kerimise meetodit, see tähendab, et isekleepuv emailitud traadil on haavatud spetsiaalsel moodustaval mähisel ja armatuur tass on valmistatud mitmest vormimiskorraldusest. Mööda ajal on kaks mähise kihti korralikult ja kujundatud, mis on mugav kontrollida armatuuritupsi suurust pärast ümberkujundamist ja pesa täitmiskiirust. Samal ajal on sellel meetodil kõrge tootmise efektiivsus ja see sobib masstootmiseks. Sadula mähisel armatuuri otsas on vähem kattuvaid kihte, väikest õhupilet ja püsiv magneti kõrge kasutuskiirust, mis parandab mootori võimsustihedust. Mõned Maxoni tooted Šveitsis kasutavad sadula tüüpi mähist.
Mühise protsessi vaatepunkt: tootmistehnoloogia seisukohast jaguneb vastavalt mähise moodustamismeetodile peamiselt kolme kategooriasse: käsitsi mähkimine, mähis ja ühekordne moodustav tootmine.
1) Käsitsi mähis. Läbi keerukate protsesside, sealhulgas PIN -koodi sisestamise, käsitsi mähise, käsitsi juhtmestiku ja muud tootmissammud. See sobib toodete jaoks, mis nõuavad kõrget kohandamist, kuid tootmise tõhusus ja toote stabiilsus on piiratud.
2) Möödane tootmistehnoloogia. Möödane tootmistehnoloogia on poolautomaatne tootmine, emailitud traat on kõigepealt haavatud järjestikuselt peavõllile teemandikujulise ristlõikega ja see eemaldatakse pärast vajaliku pikkuse saavutamist ja lamendatakse seejärel traadiplaadiks ning lõpuks on traadiplaat haavatud tassikujuliseks mähiseks. 'Möödava õõnsa tassi armatuuri tootmisprotsessi ja seadmete' kohaselt saab järgmise mähkimisprotsessi konfigureerida 4 töötajaga, et saavutada aastas 30 000 ühikut, kuid mähise piirang on see, et see sobib paremini 20–30 mm õõnes tassi läbimõõduga, on keeruline väiksemaid mähiseid tuulega tuulega vähem kui 12mm. Üldiselt on mähkimisprotsessi tootmise efektiivsus suhteliselt kõrge ja see võib vastata keskmise ulatusega tootmise nõuetele. Selle kõrge käsitsi osalemise määr põhjustab aga valmistoote järjepidevust nii hea kui automatiseeritud tootmine ja õõnes tassi mähise väiksema suurusega on keeruline täita.
3) Üks vormimise tootmistehnoloogia. Möödusmasin automaatikaseadmete kaudu on emailitud traat vastavalt spindli reeglile, mähise keerdumine tassi pärast eemaldamist, ühte vormimist, pole vaja mitut mitut protsessi rullida ja tasandada, kõrge automatiseerimisaste, seega on tootmise efektiivsus ja valmistoodete järjepidevus parem; Kuid vastav ettevalmistatud seadmete investeering on suurem.
Ülemeremaade mähiste protsess arenes varakult, automatiseerimise aste on kõrgem kui kodumaine. Kodune kodumaine kasutab peamiselt mähise tootmist, protsess on keerulisem, töötajate tööhõive intensiivsus on suur, ei saa mähist paksema traadi läbimõõduga lõpule viia ja vanarauakiirus on kõrge. Välisriigid kasutavad peamiselt ühekordset haavatootmistehnoloogiat, suurt automatiseerimise astet, kõrge tootmise efektiivsust, mähise läbimõõdu vahemikku, hea mähise kvaliteeti, tihedat paigutust, mootoritüüpe, head jõudlust.
Tööstuslike ahelate lingid ja allavoolu rakendused
Õõnestopsi mootorist ülesvoolu on tooraine ja osad, toorainete hulka kuuluvad vask, teras, magnetteras, plastik jne., Osade hulka kuuluvad laagrid, pintslid, kommutaatorid jne. Tööstusahela keskmised ulatused on mootoritootjad. Tööstusahelast allavoolu on rakenduse lõpp ja õõnes tassimootoril on kõrge tundlikkuse, stabiilse töö ja tugeva juhtimise omadused, mis vastab elektrivedu tipptasemel väljale rangetele nõuetele, seega kasutatakse seda peamiselt kosmose, meditsiiniseadmete, tööstusautomaatika ja robootika ning muude tipptasemel valdkondades. Samal ajal rakendatakse järk -järgult ka Hollow Cupi mootorit, näiteks kontoriautomaatikat, elektrilisi tööriistu ja nii edasi.
Paljutõotav õõnestassi mootor
Hollow Cupi mootor, millel on ainulaadne kujundus ilma rauasüdameta, millel on kiire, kõrge efektiivsus, kõrge dünaamiline reageerimine ja muud olulised eelised, mida kasutatakse laialdaselt kosmoses, meditsiiniseadmetes ja muudes põldudes, on ka humanoidrobotite käte painduvuses märkimisväärne mõju. Ehkki praegu on sellistel ülemeremaade ettevõtetel nagu Maxon ja Faulhaber, on praegu esmakordne eelis, kuna kodumaiste tootjate tehnilise taseme pidev täiustamine ja Humanoid robotite turu kiire areng, käivitavad kodumaised Hollow Cupi mootorid uusi arenguvõimalusi.
