De ce unii roboți se mișcă cu finețe și precizie impresionante, în timp ce alții se luptă cu volumul, reacția sau performanța limitată a articulațiilor? În multe cazuri, răspunsul începe cu proiectarea motorului. Pe măsură ce roboții devin mai compacti, dinamici și bazați pe integrare, inginerii acordă o atenție mai mare motorului cuplu fără cadru și rolului acestuia în sistemele de mișcare cu antrenare directă.
O Motorul Torque fără cadru oferă designerilor de roboți mai multă libertate decât un motor tradițional. Poate ajuta la reducerea dimensiunii, la îmbunătățirea densității cuplului, la sprijinirea unui control mai ușor și la potrivirea unor dispoziții solicitante în brațele robotizate, sistemele umanoide și alte echipamente avansate de automatizare. De aceea, interesul pentru motoarele de cuplu fără cadru pentru roboți, motorul de cuplu fără cadru pentru articulațiile robotului și motorul cu acționare directă fără cadru pentru robotică continuă să crească.
În acest articol, vom discuta despre principalele beneficii ale unui motor cuplu fără cadru, unde este utilizat în robotică și cum să-l alegeți pe cel potrivit pentru aplicația dvs. Veți învăța, de asemenea, ce să comparați înainte de a selecta un motor de articulație robot, cum aceste motoare acceptă modele compacte de înaltă performanță și ce greșeli trebuie evitate în timpul evaluării.
De ce un motor de cuplu fără cadru are sens în robotică
Un motor cu acționare directă fără cadru pentru robotică este atractiv dintr-un motiv principal.
Oferă proiectantului mai mult control asupra întregului sistem.
În loc să acceptați un pachet de motor fix, integrați motorul în robotul însuși.
Acest lucru poate îmbunătăți dimensiunea, greutatea, eficiența și aspectul.
Cel mai mare beneficiu este conducerea directă.
În multe articulații robot, mai puține piese de transmisie înseamnă mai puțină reacție.
De asemenea, înseamnă mai puține puncte de uzură.
Aceasta permite o mișcare mai lină și o poziționare mai precisă.
Acesta este unul dintre motivele pentru care motoarele fără cadru sunt utilizate pe scară largă în brațele robotizate și sistemele mecatronice de precizie.
Un alt beneficiu major este densitatea cuplului.
Un motor cu densitate mare de cuplu poate oferi o putere puternică într-un spațiu îngust.
Acest lucru este valoros în coate, încheieturi, efecte terminale și trepte rotative compacte.
Motoarele fără cadru sunt strâns asociate cu ambalaj compact, dinamică îmbunătățită și cuplu ridicat în amprente mici.
De asemenea, întreținerea poate scădea.
Un motor fără cadru reduce adesea nevoia de elemente mecanice suplimentare.
Mai puține piese pot însemna mai puțină uzură, mai puțin zgomot și mai puține servicii în timp.
Acest lucru nu face ca fiecare design să nu fie nevoie de întreținere.
Dar de multe ori simplifică stiva mecanică în comparație cu alternative mai voluminoase.
Cum un motor de cuplu fără cadru îmbunătățește performanța articulației robotului
În robotică, calitatea mișcării contează la fel de mult ca rezultatul brut.
Un motor poate arăta puternic pe hârtie.
Totuși, poate funcționa slab în articulație.
De aceea, inginerii se concentrează pe netezimea controlului, stabilitatea termică și potrivirea ambalajului.
Un motor de articulație robot are nevoie de un cuplu stabil pe parcursul ciclului său de funcționare real.
De asemenea, trebuie să reacționeze rapid la comenzi.
Cuplul nominal, viteza, constanta de timp electrică și constanta de timp termică sunt toți indicatori practici în timpul selecției.
Împreună, ele modelează cât de repede și cât de lin va răspunde articulația.
Cogging scăzut este un alt avantaj cheie.
Într-un braț robot, cogging adaugă undă nedorită.
Acest lucru poate afecta mișcarea lină la viteză mică.
De asemenea, poate reduce precizia în mișcările delicate.
Designurile cu cogging scăzut sunt adesea recomandate pentru robotica de înaltă precizie.
Comportamentul termic contează, de asemenea, mai mult decât se așteaptă mulți cumpărători.
Un motor poate atinge un cuplu de vârf puternic pentru scurt timp.
Dar articulațiile robotizate au adesea nevoie de performanță continuă repetabilă.
Dacă căldura nu poate părăsi structura eficient, motorul poate pierde stabilitatea, eficiența sau durata de viață.
De aceea, rezistența termică, opțiunile de răcire și numărul de senzori termici integrate.
În cele din urmă, modelele fără cadru ajută întregul pachet comun.
Ele lasă loc pentru rulmenți, cabluri, inele colectoare sau alte componente interne.
Această libertate de ambalare este utilă în special în îmbinările robotilor compacte și configurațiile cu găuri goale.
Cele mai bune aplicații de robot pentru motoarele de cuplu fără cadru
Nu orice sistem robotizat are nevoie de un motor fără cadru .
Dar mai multe tipuri de aplicații beneficiază puternic de pe urma acestuia.
1. Articulații robot industriale
Brațele industriale au nevoie de mișcare repetabilă, cuplu mare și ambalaj compact.
Un motor cuplu fără cadru pentru articulațiile robotului poate suporta module de articulație cu acționare directă sau foarte integrate.
Acest lucru ajută la reducerea reacției și la îmbunătățirea preciziei mișcării.
2. Roboti colaborativi
Coboții operează adesea în apropierea oamenilor.
Acest lucru crește valoarea mișcării lină, zgomot redus și ambalaj curat. Un
compact motor robotizat poate ajuta inginerii să reducă dimensiunea articulațiilor și să îmbunătățească răspunsul.
Funcționarea mai silențioasă și vibrațiile mai mici sunt, de asemenea, avantaje semnificative în aceste sisteme.
3. Robotica medicala si chirurgicala
Roboții medicali au limite stricte de spațiu și precizie.
De asemenea, beneficiază de zgomot redus și control rafinat.
Dispozitivele medicale sunt adesea considerate o potrivire puternică pentru tehnologia motorului fără cadru.
4. Roboti umanoizi și de serviciu
Motorul articulației unui robot umanoid trebuie să fie adesea compact, ușor și conștient de energie.
Acest lucru face ca densitatea cuplului și libertatea de integrare să fie deosebit de valoroase.
Sistemele alimentate cu baterii beneficiază, de asemenea, de ambalare eficientă și de masă mai mică.
Variantele fără cadru de joasă tensiune pot fi, de asemenea, atractive pentru robotica mobilă.
5. Subsisteme de automatizare de precizie
Cardanele, etapele rotative, uneltele semiconductoare și axele mecatronice beneficiază, de asemenea, de conceptele de acționare directă fără cadru.
Aceștia nu sunt roboți completi, dar au aceleași priorități de mișcare: compactitate, netezime și control precis.
Aplicație |
De ce se potrivește fără cadru |
Ce să urmărești |
Braț robot industrial |
Design compact cu articulație cu antrenare directă |
Cuplu continuu, căldură, ținte de reacție |
Cobot |
Mișcare lină, zgomot mai mic, articulații mai mici |
Marje de siguranță, reglaj controler |
Robot chirurgical |
Precizie, zgomot redus, ambalaj strâns |
Limite termice, calitatea integrării |
Robot humanoid |
Economie de greutate, actuatoare compacte |
Eficiență, tensiune, ciclu de lucru |
Automatizare de precizie |
Cogging scăzut, precizie ridicată de control |
Ondulare, răcire, aliniere |
Motor fără cadru vs motor BLDC sau servo adăpostit
Mulți cumpărători compară un motor fără cadru cu un motor BLDC ca și cum ar fi categorii total diferite.
Asta poate induce în eroare.
Un motor fără cadru poate fi în sine un design fără perii.
Comparația mai utilă este, de obicei, motorul fără cadru față de motorul adăpostit sau servo pre-ambalat.
Un motor adăpostit vine gata de montat.
Include deja o carcasă, un arbore și un sistem de rulmenți.
Asta face integrarea mai ușoară și mai rapidă.
Este adesea alegerea potrivită atunci când timpul de proiectare este scurt sau ambalajul este mai puțin solicitant.
Un motor cu cuplu fără cadru necesită mai multă muncă de inginerie.
Trebuie să definiți arborele, aranjamentul lagărelor, calea de răcire și interfața mecanică.
Dar, în schimb, obțineți mult mai multă libertate de optimizare.
Acest lucru poate produce o articulație finală a robotului mai mică, mai ușoară și mai integrată.
Deci care este mai bun?
Nici unul nu câștigă de fiecare dată.
Un motor adăpostit este mai ușor.
Un motor fără cadru este mai flexibil. Pentru un
de înaltă performanță braț robot cu motor fără cadru , această flexibilitate poate merita efortul de proiectare suplimentar.
Sfat: Alegeți motoare găzduite pentru viteza de intrare pe piață. Alegeți motoare fără cadru pentru optimizarea articulațiilor bazată pe performanță.
Cum să alegi motorul de cuplu fără cadru potrivit
Aici multe proiecte de robotică reușesc sau eșuează.
Un bun proces de selecție începe de la aplicație, nu de la catalog.
Începeți cu cuplul, viteza și ciclul de funcționare
Definiți mai întâi cuplul continuu necesar.
Apoi definiți cuplul de vârf, intervalul de viteză și profilul de mișcare.
Nu măriți doar pentru rafale scurte.
O articulație de robot trăiește de obicei în cicluri termice repetate, nu într-un singur punct de testare ideal.
Verificați dimensiunea fizică și deschiderea
Diametrul îmbinării, traseul arborelui, traseul cablurilor și anvelopa structurală contează.
Un motor poate atinge ținta de cuplu, dar totuși eșuează ținta de ambalare.
Dimensiunea motorului și constrângerile de spațiu sunt filtre de selecție primare în multe proiecte de robotică.
Verificați constanta motorului și constanta cuplului
Lucrările de selecție pun adesea un accent puternic pe Km și Kt .
O constantă mai mare a motorului sprijină, în general, o generare mai bună a cuplului în raport cu pierderea.
De asemenea, constanta de cuplu trebuie să se alinieze cu obiectivele de viteză, tensiune și eficiență.
Acestea nu sunt doar extrauri de catalog.
Acestea afectează marja termică și performanța de control în lumea reală.
Verificați cogging scăzut și echilibrul de fază
Pentru robotica de precizie, cogging scăzut contează.
La fel și comportamentul neted al cuplului sinusoidal.
Dezechilibrul de fază poate crea un cuplu neuniform și o uzură suplimentară.
Acest lucru face ca aceste detalii să fie deosebit de relevante pentru brațele avansate și sistemele de mișcare fină.
Potriviți controlerul și sursa de alimentare
Tensiunea de alimentare și curentul maxim trebuie să se potrivească motorului și electronicii de îmbinare.
Un motor bun poate dezamăgi în continuare dacă șoferul este prost potrivit.
Contează, de asemenea, împerecherea motorului cu un controler reglat la aplicație.
Privește prețul în context
Prețul nu ar trebui niciodată judecat singur.
Întrebați ce reduce motorul în altă parte.
Poate reduce nevoile cutiei de viteze, poate reduce întreținerea sau poate îmbunătăți compactitatea articulațiilor.
Totuși, cumpărătorii ar trebui să verifice garanția, suportul și ceea ce este inclus în pachetul de aprovizionare.
Factori de integrare care pot face sau distruge performanța
O motorul fără cadru trăiește în designul tău.
Deci calitatea integrării contează la fel de mult ca și calitatea motorului.
Alinierea mecanică este pe primul loc.
Amplasarea rotorului și a statorului trebuie să rămână precisă.
Alinierea slabă poate crește zgomotul, reduce eficiența și poate afecta durata de viață a rulmentului.
Lipirea, strângerea axială și fixarea prin presare sunt căi comune de integrare, fiecare cu propriile sale compromisuri.
Urmează calea de răcire.
Dacă structura nu poate mișca bine căldura, articulația nu poate atinge niciodată cuplul continuu așteptat.
De aceea, managementul termic apare în aproape fiecare referință de selecție.
Unele sisteme folosesc răcirea cu aer liber.
Alții au nevoie de interfețe termice mai puternice sau de răcire cu lichid.
Compatibilitatea feedback-ului contează și ea.
Motorul trebuie să funcționeze fără probleme cu encodere, bucle de control și restul stivei de îmbinare.
Compatibilitatea cu sistemul de control al robotului trebuie verificată înainte de selecția finală.
Inrunner sau Outrunner: care design fără cadru se potrivește mai bine?
Nu toate motoarele fără cadru se comportă la fel.
Tipul de design modifică viteza, răcirea, profilul cuplului și opțiunile de ambalare.
Un motor de cuplu fără cadru de rulare plasează rotorul în interiorul statorului.
Designurile Inrunner sunt adesea asociate cu RPM mai mare, management termic puternic, dimensiuni compacte și potrivire bună pentru aplicații de înaltă performanță.
Un motor outrunner fără cadru folosește o rază mai mare a rotorului.
Acest lucru acceptă adesea un cuplu mai mare la turații mai mici.
Designurile Outrunner sunt adesea legate de un cuplu mai mare, o suprafață magnetică mai mare și eficiență la viteză mai mică.
Acest lucru le poate face atractive pentru articulațiile robotului cu acționare directă.
Există și variante specializate.
Servomotoarele fără cadru cu dentare redusă se concentrează pe o mișcare lină și pe o ondulație minimă a cuplului.
Motoarele cu acționare directă fără cadru accentuează compactitatea, inerția redusă și flexibilitatea designului.
Aceste trăsături sunt foarte relevante pentru robotica cu motor cu cuplu fără cadru și articulațiile de precizie.
Tip motor |
Cel mai potrivit |
Avantajul principal |
Inrunner |
Subsisteme robotizate de viteză mai mare |
Potenţial mai bun de răcire şi RPM |
Câineghid |
Îmbinări cu viteză mai mică și cuplu mai mare |
Cuplu puternic din raza mai mare a rotorului |
Servo cu dentare scăzută |
Robotică de precizie |
Mișcare mai lină la viteză mică |
Acționare directă fără cadru |
Imbinari compacte integrate |
Inerție redusă și ambalaj etanș |
Greșeli frecvente la selectarea unui motor de cuplu fără cadru pentru roboți
Prima greșeală este alegerea numai după cuplul maxim.
Numerele de vârf arată impresionant.
Dar articulațiile robotului trăiesc pe cerințe continue, limite termice și ciclu de lucru.
A doua greșeală este ignorarea căldurii.
Un motor poate trece de verificarea cuplului și totuși eșuează în funcționare reală, deoarece căldura nu poate părăsi articulația suficient de repede.
Managementul termic ar trebui tratat ca o problemă de bază de proiectare, nu o idee ulterioară.
A treia greșeală este trecerea cu vederea la calitatea mișcării.
Cogging scăzut, ondularea cuplului și echilibrul de fază afectează toate mișcarea lină a robotului.
Acest lucru devine și mai important în roboții medicali, coboți și brațele de precizie.
A patra greșeală este supradimensionarea.
Un motor mai mare poate părea mai sigur.
Dar supraspecificarea poate adăuga masă, vrac și cost.
De asemenea, poate reduce eficiența dacă motorul nu mai corespunde punctului real de funcționare.
O potrivire precisă este de obicei mai bună decât un volum inutil.
Sfat: În robotică, supradimensionarea poate afecta performanța aproape la fel de mult ca și subdimensionarea.
Concluzie
Un motor de cuplu fără cadru nu este cea mai ușoară alegere a motorului.
Dar pentru robotică, este adesea una dintre cele mai inteligente.
Ajută inginerii să construiască îmbinări mai mici.
Suportă drive direct.
Îmbunătățește libertatea de ambalare.
Și poate oferi precizia, densitatea cuplului și calitatea mișcării de care au nevoie roboții avansați.
Alegerea corectă pleacă de la cerința comună.
Definiți mai întâi cuplul, viteza, ciclul de funcționare și calea termică.
Apoi verificați dimensiunea, deschiderea, cogging-ul, constantele, potrivirea controlerului și metoda de integrare. Acest proces vă oferă o șansă mult mai bună de a alege
potrivit motorul bldc fără cadru sau motorul de îmbinare a robotului cu acționare directă pentru lucrare.
Pentru cumpărătorii B2B, lecția cheie este simplă.
Nu cumpărați numai după specificațiile motorului.
Cumpărați în funcție de potrivirea sistemului.
Acolo apare valoarea reală a unui motor de cuplu fără cadru .
În concluzie, alegerea motorului fără cadru potrivit depinde de sistemul complet de mișcare, nu doar de numerele de catalog. O soluție bine adaptată poate îmbunătăți eficiența, precizia și fiabilitatea pe termen lung. SDM MAGNETICS adaugă valoare prin susținerea soluțiilor avansate de motor și componente magnetice pentru aplicații de robotică solicitante, ajutând clienții să construiască produse compacte, eficiente și axate pe performanță.
FAQ
Î: Ce este un motor de cuplu fără cadru în robotică?
R: Este un kit de motor doar cu rotor și stator, încorporat în articulația robotului pentru mișcare compactă cu antrenare directă.
Î: De ce să folosiți un motor cuplu fără cadru pentru articulațiile robotului?
R: Ajută la reducerea reacției, economisește spațiu, îmbunătățește densitatea cuplului și susține un control mai fin și mai precis.
Î: Cum aleg un motor de cuplu fără cadru?
R: Verificați cuplul continuu, viteza, ciclul de funcționare, limitele termice, dimensiunea, deschiderea și compatibilitatea cu controlerul.
Î: Este un motor de cuplu fără cadru mai bun decât un motor BLDC adăpostit?
R: Oferă mai multă libertate de integrare, dar motoarele găzduite sunt mai ușor de instalat și mai rapid de implementat.
Î: Sunt scumpe motoarele cu cuplu fără cadru?
R: Costul unitar poate fi mai mare, dar pot reduce nevoile cutiei de viteze, întreținerea și dimensiunea îmbinării în întregul sistem.
