Børsteløs motor til robotteknologi: Momenttæthed, tandhjul og tilpasset integration

En R&D-ingeniør fortalte os engang, at en børsteløs motor, som fungerede smukt på en dronetestbænk, gik i stå i løbet af få minutter på en robotarm. Årsagen var ikke mangel på magt. Det var et misforhold mellem den kontinuerlige drejningsmomentspecifikation, der blev brugt af dronebyggeren, og den lavhastighedsprofil med høj drejningsmoment, som kræves af et robotled. En børsteløs motor til robotteknologi skal holde position mod tyngdekraften, bevæge sig jævnt ved 20 RPM og overleve hyppige start-stop-cyklusser uden termisk skade. Det er et helt andet specifikationslandskab.

Indkøbsingeniører begår ofte den samme fejl: de vælger en motor baseret på det højeste ubelastede omdrejningstal i et katalog, og opdager derefter, at det kontinuerlige drejningsmoment ved den faktiske ledhastighed kommer til kort. Resultatet er et redesign, der koster måneder.

Hvad definerer en børsteløs motor til robotteknologi?

En børsteløs motor til robotteknologi er en trefaset synkron maskine konstrueret til høj drejningsmomenttæthed, lavt tandhjulsmoment og lukket-sløjfe-positionsfeedback i stedet for spidsbelastnings-omdrejninger.

Forskellen bliver tydelig, når man sammenligner en fremdriftsdronemotor med en ledaktuator. En dronemotor er valgt til tryk-til-vægt ved høje omdrejninger. En robotledmotor er valgt til kontinuerligt drejningsmoment ved lav hastighed, ofte med en harmonisk gearkasse, der reducerer udgangshastigheden til 20-60 RPM, mens drejningsmomentet multipliceres. De kritiske parametre er drejningsmomenttæthed (Nm pr. kilogram motormasse), tanddrejningsmoment (magnetisk spærring, der forårsager ujævn rotation) og viklingsfleksibilitet.

Vindinger og indkodere bestemmes også på applikationsniveau. En motor, der fungerer til en 24 VDC håndledsakse, kan have brug for en 310 VDC vikling til en tung taljeakse, og encodertypen skal matche controllerens input. Disse er ikke katalogvalg; de er ingeniørmæssige valg.

Hvorfor kontinuerligt drejningsmoment ved lav hastighed overgår ubelastede omdrejninger

Kontinuerligt drejningsmoment ved lave RPM bestemmer, om en robot kan holde en nyttelast; den maksimale hastighed på dataarket gør det ikke.

Tyngdekraften virker altid på motoren, selv når armen er stationær. En håndledsakse, der bærer et værktøj på 2 kg, har brug for ca. 0,5 til 1,5 Nm kontinuerligt drejningsmoment ved 50-100 RPM for at holde værktøjet stabilt. En albueakse skal bruge 3-8 Nm. En skulderakse, der håndterer en fuld nyttelast, kan have brug for 15-40 Nm. Den ubelastede hastighed på 6000 RPM er irrelevant her, fordi samlingen aldrig fungerer i nærheden af ​​denne hastighed.

Matcher motorplatforme til robotledsarkitektur

Fælles arkitektur bør bestemme motorrammen og gearkassen, ikke omvendt.

Skulderled med høj belastning drager fordel af harmoniske gearmotorer, som tilbyder nul slør og høj energitæthed. Jiangsu Retek Motion Co., Ltd. (Retek Motion) tilbyder en 200 Nm harmonisk gearmotor, der passer til tunge skulder- og taljeakser. Medium nyttelast på kollaborative arme og mobile manipulatorer fungerer godt med 60 Nm gearmotorer. Til kompakt, skuldermonteret medicinsk robotteknologi giver en 42 mm outrunner børsteløs motor med gearhoved effekttæthed i en lille konvolut.

200 Nm harmonisk gearmotor til kraftige robotled Denne motor leverer 200 Nm drejningsmoment uden slør, hvilket gør den velegnet til tunge skulder- og taljeakser i robotter, der kræver præcis og gentagelig positionering. Se produkt →

60 Nm gearmotor til kollaborative robotter og manipulatorer Med et nominelt drejningsmoment på 60 Nm passer denne gearmotor til samarbejdsarme med middel nyttelast og mobile manipulatorer, hvilket giver pålidelig ydeevne til forskellige robotopgaver. Se produkt →

42 mm Outrunner børsteløs motor med gearhoved til medicinsk robotik Denne kompakte 42 mm outrunner børsteløse motor med gearhoved tilbyder højt drejningsmoment og præcis kontrol, ideel til skuldermonterede medicinske robotapplikationer. Se produkt →

Harmoniske gearkasser tilbyder nul slør, hvilket er nødvendigt for gentagelig positionering. Planetgearkasser er billigere og tolererer stødbelastninger bedre, så de passer til mobile robothjul, der rammer kantsten og ramper. Motorrammen følger gearkassevalget, ikke omvendt.

Brug denne tjekliste, når du vurderer en kandidatmotor til et robotled:

• Kontroller kontinuerligt drejningsmoment ved driftshastigheden, ikke spidsmoment ved nulhastighed.
• Mål tandhjulsmomentet med gearkasseforholdet anvendt.
• Bekræft, at IP-klassificeringen svarer til betingelserne for udvaskning eller støveksponering.
• Bekræft encoderfeedback er kompatibel med robotcontrolleren.
• Evaluer den termiske vej gennem gearkassehuset.

Sammenligning af momenttæthed på tværs af BLDC-rammestørrelser

En større ramme giver ikke altid et mere anvendeligt drejningsmoment, fordi viklingsfyldningsfaktor og varmeafgivelse ændres med diameter og aksial længde.

Retek Motions børsteløse DC-linje spænder fra 28 mm til 130 mm. Repræsentative kontinuerlige drejningsmomentværdier i 24 VDC-serien er ca. 0,4 Nm for en 42 mm motor, 0,8 Nm for 57 mm, 1,6 Nm for 76 mm, 2,2 Nm for 80 mm, 3,5 Nm for 100 mm og 6,5 Nm for 130 mm. Progressionen er tættere på et kubisk forhold til rotordiameteren, hvorfor valg af rammestørrelse primært er et termisk designproblem.

Hvad skal man kigge efter hos en robotleverandør

Teknisk fleksibilitet og vertikal fremstillingsintegration betyder mere end katalogbredden, fordi de fleste robotled kræver et tilpasset motorprojekt.

Retek Motion har designet og bygget børsteløse DC-motorer in-house siden 2018. Virksomheden producerer også CNC-bearbejdede gearkassehuse, trykstøbte komponenter og ledningsnet under ét tag. Denne kombination lader en robotproducent iterere på viklings-, koder- og konnektorkonfigurationer uden at koordinere flere leverandører.

Til specifikke brugstilfælde, Retek's lavtandrende børsteløse motorer reducere position ripple ved udgangen, mens børsteløse DC-motorer med højt drejningsmoment give den nødvendige margin, når nyttelast er dynamisk.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er forskellen mellem en børsteløs motor til robotteknologi og en almindelig BLDC-motor?

En børsteløs robotmotor er specificeret til kontinuerligt drejningsmoment ved lav hastighed, lav tandhjulsdrift og feedbackkompatibilitet, mens en almindelig BLDC-motor normalt er vurderet til tophastighed og høj udgangseffekt.

Hvordan beregner jeg det nødvendige kontinuerlige drejningsmoment for et robotled?

Multiplicer nyttelastmassen med længden af ​​momentarmen, tilføj den reflekterede inerti og gearkassetab, og anvend derefter en sikkerhedsfaktor på mindst 3x.

Er en harmonisk gearkasse bedre end en planetgearkasse til en børsteløs motorrobot?

Harmoniske gearkasser giver nul slør og høj reduktion for præcise armled; planetgearkasser håndterer stødbelastninger bedre til mobile drivhjul.

Kan jeg få en tilpasset børsteløs motor med en integreret controller til robotteknologi?

Ja. Integreret controller og brugerdefinerede viklingsmuligheder er standard, og en vertikalt integreret leverandør kan også producere gearkassehuset og ledningsnettet.