Гуманоид роботтар жасанды интеллект саласындағы жарқыраған інжу-маржанға айналды.
Соңғы жылдары гуманоид роботтар медициналық көмек пен қызмет көрсету сияқты көптеген салаларда кеңінен қолданылуымен жасанды интеллект саласындағы жарқыраған інжу-маржанға айналды. Саланың дамуын одан әрі ілгерілету мақсатында жергілікті үкіметтер гуманоид роботтар мен олардың негізгі құрамдас бөліктеріне қолдау көрсетуді арттыру саясатын енгізді. Гуманоидты робот өнеркәсібінің тізбегінде қуыс шыныаяқ моторы гуманоидты роботтың қозғалысын басқару жүйесінде маңызды рөл атқарады, мысалы, Tesla гуманоидты роботының епті қолының негізгі құрамдас бөлігі қуыс шыныаяқ моторы, жалғыз робот жинағы 12 (әрбір оң жақта 6). Бұл жұмыс зерттеу арқылы қуыс шыныаяқ моторының техникалық сипаттамаларын, нарық жағдайын және болашақ перспективаларын талқылауға бағытталған.
Бұл не қуыс шыныаяқ моторы
1. Қозғалтқыштың түсінігі және классификациясы
Электр қозғалтқышы - бұл электр энергиясын механикалық энергияға айналдыратын құрылғы. Ол айналмалы магнит өрісін генерациялау үшін қуаттандырылған катушканы (яғни статор орамасын) пайдаланады және ротор үшін (мысалы, тиін торлы жабық алюминий жақтауы) магнит өрісіндегі ток ағыны тудыратын күшті айналмалы әрекетке түрлендіру үшін магнитоэлектрлік айналу моментін қалыптастыру үшін қолданылады. Қозғалтқышты айналдыру үшін токты күштеу үшін магнит өрісін пайдалану принципі.
Қозғалтқыштың айналуының негізгі принципі: айналмалы осі бар тұрақты магниттің айналасында, 1 магнитті айналдырыңыз (айналмалы магнит өрісі пайда болатындай), 2 N полюсінің және S полюстің гетеропольдің тартылу принципі бойынша, бірдей полюстің тебілуі, 3 айналмалы осі бар магнит айналады.
Қозғалтқышта шын мәнінде магниттің айналуына әкелетін айналатын магнит өрісін (магниттік күш) жасайтын сым арқылы өтетін ток. Сым катушкаға оралған кезде магниттік күш үлкен магнит өрісі ағынын (магниттік ағын) түзу үшін синтезделеді, нәтижесінде N және S полюстері пайда болады. Темір өзекті сымның катушкасына салу арқылы магнит өрісінің сызықтары арқылы өту оңайырақ болады және күшті магниттік күш тудыруы мүмкін.
Қозғалтқыштың құрылымы негізінен екі бөліктен тұрады: статор және ротор.
Статор: қозғалтқыштың қозғалмайтын бөлігі, оның негізгі құрылымы магниттік полюсті, ораманы және кронштейнді қамтиды. Магниттік полюс - әдетте темір өзек пен катушкалардан тұратын магнит өрісін тудыратын қозғалтқыштың бөлігі. Орам - бұл әдетте өткізгіштер мен оқшаулаудан тұратын статордағы катушкалар, оның рөлі электр тогы арқылы өткен кезде магнит өрісін тудыру болып табылады. Кронштейн статордың тірек құрылымы болып табылады, әдетте алюминий қорытпасынан және басқа материалдардан жасалған, коррозияға төзімділігі мен беріктігі жақсы.
Ротор: қозғалтқыштың айналмалы бөлігі, оның негізгі құрылымы арматура, мойынтіректерді және соңғы қақпақтарды қамтиды. Арматура ротордағы катушка болып табылады, әдетте өткізгіштер мен оқшаулаудан тұрады, оның рөлі электр тогы арқылы өткен кезде магнит өрісін құру болып табылады. Мойынтіректер ротордың тірек құрылымы болып табылады, әдетте болаттан немесе керамикадан жасалған, жақсы тозуға және коррозияға төзімділікке ие. Соңғы қақпақ мотордың соңғы құрылымы, әдетте алюминий қорытпасынан және басқа материалдардан жасалған, жақсы тығыздалған және беріктігі бар.
2, қуыс шыныаяқ моторының анықтамасы және классификациясы
1958 жылы Dr.FF aulhaber көлбеу орама катушкасының технологиясын әзірледі және 1965 жылы қуыс шыныаяқ моторының тиісті патентін алды, бұл қуыс шыныаяқ қозғалтқышының пайда болуын белгіледі және оның шығармашылық құрылымдық дизайны қозғалтқыштың кішірек өлшеміне де, тиімділігіне де мүмкіндік береді. Қуыс шыныаяқ қозғалтқышы тұрақты магнитті сервомоторға жатады, қозғалтқыш құрылымы негізінен статор мен ротордан тұратын келесі суретте көрсетілген. Статор кремний болат парақтан және катушка орамасынан тұрады, ал тіс ойық құрылымы жоқ кремний болат парақ тіс ойығы әсерін болдырмайды және темірдің жоғалуын және құйынды ток жоғалуын азайтады. Ротор тұрақты магниттен, айналмалы біліктен және оның бекітілген бөліктерінен тұрады, ал қозғалтқыш өңдеуге және орнатуға оңай сақиналы тұрақты магнитті пайдаланады.
Кәдімгі қозғалтқыштармен салыстырғанда, ротордың ең үлкен ерекшелігі құрылымдағы дәстүрлі қозғалтқыштың ротор құрылымын бұзады және қуыс шыныаяқ роторы деп те аталатын ядросыз роторды пайдаланады. Ротор - орамалармен және магниттермен қоршалған қуыс тостаған тәрізді құрылым. Қарапайым қозғалтқыштарда темір өзек рөлі негізінен мыналар: 1) магнит өрісін шоғырландыру және бағыттау: темір өзек магниттік ағынды шоғырландыру және бағыттай алатын жоғары магниттік өткізгіштігі бар материалдан жасалған (мысалы, кремний болат парақ), сол арқылы қозғалтқыштың магнит өрісінің күші мен тиімділігін арттырады; 2) Тірек орамасы: Темір өзек орамның күшті тірек құрылымын қамтамасыз етеді, қозғалтқыштың жұмысы кезінде орамның тұрақты пішіні мен орнын сақтауын қамтамасыз етеді. Қуыс шыныаяқты қозғалтқышта ротор ретінде жұқа қабырғалы қуыс цилиндр қолданылады, ал қуыс цилиндр қосымша өзек тірегісіз тікелей орамның ішіне оралады. Өзексіз конструкцияның артықшылықтары: 1) Құйынды ток пен гистерезис шығындарын жою: Жалпы қозғалтқыштағы темір өзек айнымалы магнит өрісінде құйынды ток пен гистерезис шығындарын тудырады, бұл қозғалтқыштың тиімділігін төмендетеді. Қуыс шыныаяқ қозғалтқышы өзегі жоқ роторды пайдаланады, ол бұл шығындарды толығымен жояды, осылайша қозғалтқыштың энергияны түрлендіру тиімділігін арттырады. 2) Салмақ пен инерция моментін азайтыңыз: өзегі жоқ конструкция ротордың салмағын айтарлықтай азайтып, бүкіл қозғалтқышты жеңілдетеді. Сонымен қатар, инерция моментін азайту қозғалтқышқа жылдамырақ жауап беру жылдамдығына және жоғары үдетуге мүмкіндік береді, бұл жылдам іске қосу мен тоқтатуды қажет ететін қолданбалы сценарийлер үшін өте тиімді.
Сонымен қатар, қуыс цилиндр құрылымы мен орамасының орналасуының дәл дизайны қуыс шыныаяқ қозғалтқышының ішіндегі магнит өрісінің таралуын оңтайландыруға, магниттік ағып кетуді және энергияның жоғалуын азайтуға және қозғалтқыштың тиімділігі мен өнімділігін одан әрі жақсартуға мүмкіндік береді.
Қуыс шыныаяқ қозғалтқышын коммутация режиміне сәйкес екі түрге бөлуге болады: біреуі механикалық көміртекті щетка коммутация режимін қабылдайтын қуыс шыныаяқ щетка қозғалтқышы; Екіншісі - қуыс шыныаяқ щеткасыз қозғалтқыш, ол щетканың коммутациясын электронды коммутациямен ауыстырады, щетка қозғалтқышының жұмысы кезінде пайда болатын электр ұшқыны мен тонер бөлшектерін болдырмайды, шуды азайтады және қозғалтқыштың қызмет ету мерзімін арттырады. Төмендегі суреттегі Минчжи электр құрылғыларының әртүрлі өнімдерін салыстырудан, щеткасыз қуыс шыныаяқ қозғалтқышында щетканың қажеті жоқ екенін көруге болады, бірақ Холл сенсоры ротордың магнит өрісінің сигналын анықтайды, механикалық реверсті электронды сигналдың кері айналуына айналдырады және қуыс шыныаяқ қозғалтқышының физикалық құрылымын одан әрі жеңілдетеді.
3, қуыс шыныаяқ моторының артықшылықтары
Қуыс шыныаяқ қозғалтқышы құрылымдағы дәстүрлі қозғалтқыштың ротор құрылымын бұзады, темір өзегінде құйынды токтың пайда болуынан туындаған қуат жоғалуын азайтады және оның массасы мен инерция моменті айтарлықтай төмендейді, осылайша ротордың механикалық энергиясының жоғалуын азайтады. Қорытындылай келе, қуыс шыныаяқ қозғалтқышы жоғары қуат тығыздығы, ұзақ қызмет ету мерзімі, жылдам әрекет ету, жоғары шың моменті, жақсы жылу диссипациясы және т.б. артықшылықтарына ие.
Жоғары қуат тығыздығы: Қуыс шыныаяқ қозғалтқышының қуат тығыздығы шығыс қуатының салмаққа немесе көлемге қатынасы болып табылады. Салмағы бойынша өзексіз ротор кәдімгі өзек роторына қарағанда жеңіл; Тиімділік тұрғысынан ядросыз ротор құйынды ток пен ядросыз ротор тудыратын гистерезис жоғалуын болдырмайды, микромотордың тиімділігін жақсартады және жоғары шығыс моменті мен шығыс қуатын қамтамасыз етеді. Көптеген қуыс шыныаяқ қозғалтқыштарының максималды тиімділігі 80% -дан асады, ал щеткалы тұрақты ток қозғалтқыштарының максималды тиімділігі әдетте шамамен 50% құрайды. Төмен салмақ және жоғары тиімділік қуыс шыныаяқ қозғалтқыштарына жоғары қуат тығыздығына қол жеткізуге мүмкіндік береді. Сондықтан, қуыс шыныаяқ моторы әсіресе ұзақ уақыт жұмыс істеуді қажет ететін аккумулятормен жұмыс істейтін қолданбалар үшін қолайлы, мысалы, портативті ауа сынамаларын алу сорғылары, гуманоид роботтар, бионикалық қолдар, қолмен ұсталатын электр құралдары және басқа қолданбалар.
Жоғары айналу моментінің тығыздығы: өзексіз конструкция ротордың салмағын және инерция моментін азайтады, ал инерцияның төмен моменті қозғалтқыштың жылдамырақ жылдамдауы және баяулауы мүмкін екенін білдіреді, осылайша қысқа уақыт ішінде көбірек момент жасай алады; Сонымен қатар, темір өзегінің болмауы қуыс шыныаяқ қозғалтқышын ықшам, кішірек етеді және шектеулі кеңістікте жоғары айналу моментін қамтамасыз ете алады.
Ұзақ қызмет ету мерзімі: қуыс шыныаяқ қозғалтқышының кері бөліктерінің саны кері қозғалыс кезінде ток ауытқуын және қозғалтқыштың индуктивтілігін азайтады, кері айналдыру процесі кезінде кері жүйенің электр тоттануын айтарлықтай төмендетеді, осылайша қызмет мерзімі ұзағырақ болады. «Шұңқырлы шыныаяқ қозғалтқыштарын басқарудың қолданбалы зерттеулері» деректеріне сәйкес, щеткалы тұрақты ток қозғалтқыштарының қызмет ету мерзімі әдетте бірнеше жүз сағатты құрайды, ал қуыс шыныаяқ қозғалтқыштарының қызмет ету ұзақтығы әдетте 1000 мен 3000 сағатты құрайды, бұл ұзақ сенімді жұмысты қамтамасыз ете алады.
Жылдам жауап беру жылдамдығы: дәстүрлі қозғалтқыштың темір өзегінің болуына байланысты салыстырмалы түрде үлкен инерция моменті бар, ал қуыс шыныаяқ қозғалтқышы ықшам, ал ротор шыныаяқ тәрізді өздігінен жүретін катушка болып табылады, сондықтан салмағы жеңілірек және оның кіші инерция моменті де қуыс шыныаяқ моторын іске қосу-тоқтатуды реттеудің сезімтал сипаттамаларына ие етеді. «Шұңқырлы шыныаяқ микромоторы мен катушкасын зерттеу барысына» сәйкес, жалпы негізгі қозғалтқыштың механикалық уақыт тұрақтысы шамамен 100 мс құрайды, ал қуыс шыныаяқ қозғалтқышының механикалық уақыт тұрақтысы 28 мс-ден аз, ал кейбір өнімдер 10 мс-ден аз.
Жоғары шың моменті: Қуыс шыныаяқ қозғалтқышының максималды моменті мен үздіксіз моментінің арақатынасы өте үлкен, өйткені токтың ең жоғары момент тұрақтысына дейін көтерілу процесі өзгермейді, ал ток пен момент арасындағы сызықтық байланыс микромоторды үлкен шың моментін жасауға әкелуі мүмкін. Кәдімгі өзектегі тұрақты ток қозғалтқышы қанықтылыққа жеткеннен кейін, ток күшейгеніне қарамастан, тұрақты ток қозғалтқышының моменті артпайды.
Жақсы жылу диссипациясы: қуыс шыныаяқ роторының бетінде ауа ағыны бар, өзек роторының жылуды тарату өнімділігінен жақсы, өзек роторының эмальданған сымы кремний болат парақ ойығына салынған, катушка бетіндегі ауа ағыны аз, температураның жоғарылауы үлкен, бірдей қуат шығысы жағдайында, қуыс шыныаяқтың температурасының жоғарылауы аз тұрақты ток қозғалтқышы.
4, қуыс шыныаяқ моторының техникалық жолы
Қуыс шыныаяқ моторын өндірудегі негізгі қадам катушка өндірісі болып табылады, сондықтан катушкалар дизайны мен орау процесі оның негізгі кедергілеріне айналады. Сымның диаметрі, бұрылыстар саны және сызықтылығы қозғалтқыштың негізгі параметрлеріне тікелей әсер етеді. Катушка орамасының негізгі кедергісі катушкалардың конструкциясында тікелей көрінеді, өйткені әртүрлі орам түрлері автоматтандыру жылдамдығы мен мыс тұтынуында айырмашылықтарға ие. Екінші жағынан, ол сондай-ақ орау жабдығы мен орау әдісінде көрінеді, ал әртүрлі орауыш машиналармен оралған қуыс шыныаяқ ойығын толтыру жылдамдығы әртүрлі, бұл әртүрлі сирекке әкеледі, қозғалтқыштың жоғалуына, жылуды бөлуге, қуатқа және т.б.
Катушкалар дизайнының бұрышы: қуыс шыныаяқ қозғалтқышының орама дизайнын түзу орам түріне, қиғаш орама түріне және седла түріне бөлуге болады.
Тікелей орау: катушканың сымы қозғалтқыштың осіне параллель болып, шоғырланған орама құрылымын құрайды. Тікелей оралған катушканың конструктивтік идеясы алдымен қарапайым дөңгелек эмальданған сымды бұрылыстар санының талабына сәйкес орауыш қалыпқа орау, содан кейін ораманы сымның өзек білігіне жалғау, содан кейін екі шетіндегі байланыстырғышты емдеу және қалыптау үшін пайдалану болып табылады. Салыстырмалы түрде айтатын болсақ, түзу орамның соңы момент шығармайды және якорь салмағы мен якорь кедергісін арттырады.
Қиғаш орама: ұяшықты орау деп те белгілі, ұяшықты орау әдісі қолданылады, ортасында шүмектерді қалдырады, үздіксіз жел болу үшін элементтің тиімді жағын және арматура осін белгілі бір еңкейту бұрышына айналдыру керек. Бұл орау әдісінің соңы өлшемі кішкентай, бірақ көлбеу орамасының үздіксіз орамасының белгілі бір сызық Бұрыш қажет болғандықтан, эмальданған сым қабаттасады, ал ұяшықты толтыру жылдамдығы төмен. Тікелей орама түрімен салыстырғанда, көлбеу орама арматурасының соңы орамасы жоқ, якорь салмағын азайтады және аз инерция моменті, аз уақыт тұрақтысы, жақсы кедергі сипаттамалары және үлкен шығыс моментінің артықшылықтары бар. Германиядағы Faulhaber және Швейцариядағы Portescap көбінесе көлбеу орамды пайдаланады.
Седла түрі: концентрлі немесе ромб тәрізді орама деп те белгілі, пішінді орамды орау әдісі, содан кейін сым қолданылады, яғни өздігінен жабысатын эмальданған сым арнайы қалыптау орамасының штампына оралады, ал арматура тостағаншасы бірнеше пішіндеу қондырғыларынан жасалған. Орау кезінде катушкалардың екі қабаты ұқыпты және пішінді түрде орналастырылған, бұл пішінді өзгерткеннен кейін арматура шыныаяқының өлшемін бақылауға және ұяшықтарды толтыру жылдамдығын жақсартуға ыңғайлы. Сонымен қатар, бұл әдіс жоғары өндірістік тиімділікке ие және жаппай өндіріске жарамды. Седла орамасының арматура ұшында қабаттасатын қабаттар аз, ауа саңылаулары аз және тұрақты магнитті пайдалану жылдамдығы жоғары, бұл қозғалтқыштың қуат тығыздығын жақсартады. Швейцариядағы Максонның кейбір өнімдерінде седла түріндегі орама қолданылады.
Орамдық процестің көзқарасы: Өндіріс технологиясы тұрғысынан, катушкалар қалыптау әдісіне сәйкес негізінен үш санатқа бөлінеді: қолмен орау, орау және бір реттік қалыптау өндірісі.
1) Қолмен орау. Бірқатар күрделі процестер, соның ішінде түйреуіштерді кірістіру, қолмен орау, қолмен жалғау және өндірудің басқа қадамдары арқылы. Ол теңшеудің жоғары дәрежесін қажет ететін өнімдер үшін жарамды, бірақ өндіріс тиімділігі мен өнімнің тұрақтылығы шектеулі.
2) Орамды өндіру технологиясы. Орамды өндіру технологиясы жартылай автоматты өндіріс болып табылады, эмальданған сым алдымен алмас тәрізді көлденең қимасы бар негізгі білікке дәйекті түрде оралады және ол қажетті ұзындыққа жеткеннен кейін алынады, содан кейін сым пластинаға тегістеледі, ең соңында сым пластина шыныаяқ тәрізді орамға оралады. «Орама қуыс шыныаяқ арматурасын өндіру процесі мен жабдықтары» орау процесіне сәйкес, келесі орау машинасын жылына 30 000 бірлік өнім шығаруға қол жеткізу үшін 4 жұмысшымен конфигурациялауға болады, бірақ ораманың шектеуі оның диаметрі 20-30 мм қуыс шыныаяқ үшін қолайлы болып табылады, кран аралығы 7 мм-ден аз өнімдерден кішірек катушкаларды орау қиын. 10~12мм. Тұтастай алғанда, орау процесінің өндірістік тиімділігі салыстырмалы түрде жоғары және ол орташа өндірістің талаптарына жауап бере алады. Дегенмен, оның жоғары қолмен қатысу жылдамдығы дайын өнімнің консистенциясы автоматтандырылған өндіріс сияқты жақсы болмауы мүмкін және қуыс шыныаяқ катушкасының орамының кішірек мөлшерін қанағаттандыру қиынға соғады.
3) Бір қалыптау өндірісінің технологиясы. Автоматтандыру жабдығы арқылы орау машинасы шпиндель ережесіне сәйкес эмальданған сым болады, алып тастағаннан кейін шыныаяққа орамды орау, бір қалыптау, бірнеше процестерді домалау және тегістеу қажет емес, автоматтандырудың жоғары дәрежесі, сондықтан өндіріс тиімділігі мен дайын өнімнің консистенциясы жақсырақ болады; Бірақ тиісті жабдықты инвестициялау жоғары болады.
Шетелде орау процесі ерте дамыды, автоматтандыру дәрежесі отандық қарағанда жоғары. Отандық негізінен орама өндірісін қабылдайды, процесс күрделірек, жұмысшылардың еңбек сыйымдылығы үлкен, сым диаметрі қалың орамды аяқтай алмайды және сынықтары жоғары. Шет елдер негізінен бір реттік жара өндірісінің технологиясын, автоматтандырудың жоғары дәрежесін, өндірістің жоғары тиімділігін, катушкалардың диаметрінің диапазонын, жақсы катушкалардың сапасы, тығыз орналасуы, мотор түрлері, жақсы өнімділікті пайдаланады.
Өнеркәсіптік тізбек буындары және төменгі ағынды қолданбалар
Қуыс шыныаяқ моторының жоғары ағыны шикізат пен бөлшектер, шикізатқа мыс, болат, магнитті болат, пластмасса және т.б., бөлшектерге мойынтіректер, щеткалар, коммутаторлар және т.б. жатады. Өнеркәсіптік тізбектің орта ағыны мотор өндірушілері болып табылады. Өнеркәсіптік тізбектің төменгі ағыны қолданбаның соңы болып табылады, ал қуыс шыныаяқ моторы жоғары сезімталдық, тұрақты жұмыс және күшті басқару сипаттамаларына ие, ол электр жетегінің жоғары өрісінің қатаң талаптарына жауап береді, сондықтан ол негізінен аэроғарыштық, медициналық жабдықта, өнеркәсіптік автоматтандыруда және робототехникада және басқа да жоғары деңгейлі салаларда қолданылады. Сонымен қатар, қуыс шыныаяқ моторы кеңсе автоматикасы, электр құралдары және т.б. сияқты азаматтық салада да біртіндеп қолданылады.
Перспективалы қуыс шыныаяқ моторы
Темір өзегі жоқ ерекше дизайны бар қуыс шыныаяқ моторы жоғары жылдамдықты, жоғары тиімділікті, жоғары динамикалық реакцияны және басқа да маңызды артықшылықтарды көрсетеді, аэроғарышта, медициналық жабдықта және басқа салаларда кеңінен қолданылады, гуманоидты роботтың қол икемділігі де айтарлықтай әсер етеді. Maxon және Faulhaber сияқты шетелдік кәсіпорындар қазіргі уақытта отандық өндірушілердің техникалық деңгейінің үздіксіз жақсаруымен және гуманоидты робот нарығының қарқынды дамуымен бірінші кезектегі артықшылыққа ие болғанымен, отандық қуыс шыныаяқ моторлары дамудың жаңа мүмкіндіктерін ашады.
