Как выбрать лучший двигатель для робота с шарнирной рукой

Со множеством деталей и необходимостью плавно вращать все оси роботам с шарнирными руками требуется идеальный привод для приведения в действие их специализированных движений с правильным типом и величиной силы. Роботы с шарнирными руками часто выполняют не только рутинные задачи, но и выполняют действия, подобные человеческим, в опасных или опасных условиях, поэтому двигатель должен идеально соответствовать этим требованиям. На рынке существует, казалось бы, бесконечный выбор двигателей постоянного тока, шаговых двигателей и серводвигателей, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Если вы ответите на несколько ключевых вопросов, процесс отбора значительно упростится.

Есть несколько факторов, которые следует учитывать при выборе двигателя для питания робота с роботизированным шарниром.

1. Какие типы роботизированных суставов используются? Существует пять типов роботизированных соединений: линейные, ортогональные, вращательные, скручивающие и вращающиеся. Использует ли ваше приложение более простые линейные и ортогональные соединения, более динамичные вращательные, скручивающие или вращающиеся соединения или их комбинацию? Это определит типы движений и связанные с ними нюансы их требований.

2. Насколько допустим шум в приложении? Если ваше приложение будет использоваться на заводе вдали от людей, шум не будет проблемой. Но если он будет использоваться вместе с людьми в течение более короткого периода времени, вы можете предпочесть более тихий двигатель.

3. Какая точность требуется? Когда робот используется для перемещения полок на складе, особой точности не требуется, тогда как при заполнении рецептов права на ошибку нет. Различные двигатели обеспечивают точность по-разному, некоторые из них имеют определенные недостатки; важно знать, какие из них могут быть допустимы для вашего продукта.

4. Какой крутящий момент необходим? Крутящий момент может достигаться при различных скоростях и с разной степенью постоянства. Если вам нужен высокий крутящий момент только на определенной скорости, вы можете пожертвовать ненужным крутящим моментом для других функций двигателя.

Теперь давайте рассмотрим три типа электродвигателей, наиболее часто используемых для запуска приложений на типичном роботе с шарнирной рукой — постоянного тока, шагового двигателя и сервопривода — с учетом этих соображений.

Двигатели постоянного тока бывают щеточными и бесщеточными. Принято считать, что бесщеточные двигатели постоянного тока вытеснили щеточные, но щеточные двигатели постоянного тока все еще довольно популярны для некоторых приложений. Коллекторный двигатель постоянного тока имеет КПД около 75–80%, обеспечивает высокий крутящий момент на низких скоростях и прост в управлении, но создает довольно много шума из-за щеток, используемых для вращения оборудования. С другой стороны, бесщеточный двигатель постоянного тока тише, даже более эффективен и может поддерживать постоянный максимальный крутящий момент, но его сложнее контролировать, и иногда для него может потребоваться специальный регулятор. Хотя двигатели постоянного тока обычно обеспечивают низкий крутящий момент, они могут развивать высокие скорости и хорошо подходят для стиральных машин, вентиляторов, дрелей и других машин, требующих постоянного кругового движения.

Всегда есть возможность добавить в систему редуктор для создания большего крутящего момента для роботизированных приложений с использованием роботизированного шарнирного механизма. Имейте в виду, что двигатель и редуктор должны быть рассчитаны на совместную работу, поэтому в этом случае хорошей идеей будет покупка двигателя со встроенным редуктором.

Шаговые двигатели могут управлять точным движением, имеют максимальный крутящий момент на низких скоростях и просты в управлении, что делает их популярными в автоматизации процессов и некоторых других робототехнических устройствах. Однако у них есть несколько недостатков: они шумные и относительно неэффективные, они сильно нагреваются, поскольку постоянно потребляют максимальный ток. Наконец, поскольку они имеют низкие максимальные скорости, они, как известно, пропускают шаги при высоких нагрузках, что может быть критическим недостатком в некоторых приложениях с шарнирным рычагом. Несмотря на эти ограничения, они доказали свою эффективность в машинах для обработки медицинских изображений, 3D-принтерах и камерах видеонаблюдения.

Серводвигатели обеспечивают чрезвычайно точное движение благодаря контуру обратной связи, который улавливает и корректирует несоответствия между фактической и заданной скоростью. Они могут обеспечивать высокий крутящий момент на высоких скоростях и даже выдерживать динамические изменения нагрузки. Кроме того, серводвигатели легкие и эффективные. Недостатки использования серводвигателей включают возможность джиттера, поскольку они реагируют на обратную связь, и их требования к сложной логике управления. Несмотря на эти недостатки, точность, обеспечиваемая серводвигателями, часто делает их хорошим вариантом для робота с шарнирной рукой, сложное движение которого разработано так, чтобы соответствовать человеческому!

Ваш робот с шарнирной рукой может выполнять деликатные задачи и возлагать на него большие надежды, поэтому вам нужен двигатель, который не только приводит в действие вашу систему, но и делает вашего робота максимально подходящим для среды, в которой он работает. При выборе двигателя убедитесь, что вы точно знаете, чего вы пытаетесь достичь, и ранжируете свои приоритеты, что поможет вам сделать разумный компромисс между функциональностью и оптимальной производительностью и пригодностью.