Cómo elegir un actuador robótico de par elevado

Un actuador robótico de par elevado es un módulo integrado —un motor sin escobillas, una etapa de reducción, realimentación y un accionamiento en una sola carcasa— elegido por el par que una articulación robótica tiene que sostener y no por la cifra más grande de un panel de especificaciones. El término lleva consigo una frontera que una especificación de motor por sí sola no tiene: un conjunto sin carcasa vendido para la misma clase de máquina puede publicar un par máximo de unos pocos newton metro y dejar el rodamiento, el codificador y el accionamiento a quien integra, mientras que un actuador robótico de par elevado integrado para una cadera, una rodilla o un hombro se publica por encima de 100 Nm. Los dos registros comparados aquí —el CubeMars AK80-64 KV80 y el AKH70-48 V1.0 KV41— se sitúan en 120 y 222 Nm de par máximo en carcasas de 850 g y 1396 g, y la diferencia entre ellos se deriva de tres decisiones y no de dos niveles de calidad. La frontera entre un conjunto sin carcasa y un módulo integrado se desglosa en Motor de par sin carcasa de par elevado: de dónde viene el par, y el mismo servicio se describe en la categoría Actuadores robóticos.

Respuesta rápida

La primera decisión es la retención, no el pico. Un actuador de articulación robótica pasa la mayor parte de su vida cerca de una carga estática —un brazo que sostiene una herramienta, una rodilla que soporta una parte de la masa corporal, una pierna en apoyo— y la cifra que describe esa condición es el par continuo, o nominal. El par máximo describe una excursión corta que el módulo puede realizar sin daño inmediato, y es una reserva y no un punto de trabajo. Un actuador robótico de par elevado se preselecciona, por tanto, frente a la carga estática primero, y la cifra máxima se lee como margen para la aceleración, el contacto y la recuperación del equilibrio.

La segunda decisión es la etapa de reducción, porque la relación es lo que convierte un motor pequeño en una articulación. Los dos módulos de aquí usan etapas de 64:1 y 48:1, y la relación mueve la velocidad de salida y el par de salida en direcciones opuestas al mismo tiempo que cambia cuánto de la carga puede sentir la articulación a través del engranaje. Una relación de reducción alta multiplica el par de salida y reduce la velocidad de salida. También puede hacer que la articulación sea más difícil de retroaccionar, porque la inercia del lado del motor y las pérdidas de transmisión afectan al movimiento que se percibe en la salida. La capacidad real de retroaccionamiento depende del diseño de la caja de engranajes, la fricción, la eficiencia de transmisión, las características del motor y el estado de control, de modo que la relación de reducción por sí sola no determina con qué facilidad una fuerza externa puede mover la articulación. Una relación se elige, por tanto, frente a un servicio y no frente a una cifra objetivo. Leer un actuador robótico de par elevado significa leer la relación y el bobinado juntos, porque cualquiera de los dos por separado deja la articulación indefinida. Un actuador de articulación robótica construido sobre la relación equivocada no puede corregirse después cambiando el bobinado.

La tercera decisión es la térmica, y es la que se omite con más facilidad. El par nominal es una afirmación térmica, y es el par de salida especificado por el fabricante bajo condiciones de funcionamiento y térmicas declaradas. Que pueda mantenerse de forma continua en un robot concreto depende de factores como la temperatura ambiente, el montaje, la disipación de calor, los ajustes del accionamiento y el ciclo de servicio, de modo que las condiciones que hay detrás de la especificación publicada tienen que confirmarse con el fabricante antes de dimensionar una articulación para carga sostenida. La tensión de bus fija cuánta corriente se necesita para una potencia de salida dada, la resistencia del bobinado convierte esa corriente en pérdida en el cobre y el módulo disipa después el calor a través de su carcasa. En los dos registros de aquí el par nominal es 48 Nm y 74 Nm, y cada una de esas cifras está ligada a una corriente nominal publicada junto a ella: 7 A y 6 A. Seleccionar un actuador robótico de par elevado es elegir la pareja de par y corriente dentro de la cual puede vivir un servicio, y en un actuador de articulación robótica esa pareja es lo que publica el registro, no la cifra de par por sí sola.

Qué hace que un actuador robótico sea de par elevado

El par elevado es una relación entre una cifra de salida y las condiciones en las que se obtuvo, y no es una calificación que un módulo tenga o no tenga. En un actuador robótico de par elevado esa relación se declara en las condiciones impresas junto a las cifras de par y no en las cifras solas. Tres magnitudes la soportan en su mayor parte: el par que el módulo sostiene de forma continua, el par que puede alcanzar brevemente y el punto de la cadena cinemática donde se produce la multiplicación. Las tres secciones siguientes los toman en ese orden.

El par nominal es la cifra que una articulación sostiene de forma continua

El par nominal se publica para una tensión de bus declarada y una condición térmica declarada, y es el par de salida que el registro especifica para las condiciones nombradas junto a él. Mantenerse en esa cifra durante todo el tiempo que exija el servicio es una cuestión relativa a la máquina a la que se monta el módulo —temperatura ambiente, montaje, disipación de calor, ajustes del accionamiento y ciclo de servicio— y no una propiedad que la cifra posea por sí sola. Está acotado por arriba por el bobinado y no por los imanes: la corriente que un bobinado puede transportar indefinidamente la fija la rapidez con que el calor que genera puede salir del módulo, y el módulo no tiene refrigeración activa propia. En los registros de aquí el par nominal es 48 Nm en el AK80-64 KV80 a 7 A y 74 Nm en el AKH70-48 V1.0 KV41 a 6 A. Las relaciones entre esas parejas difieren más de lo que difieren las cifras de par, que es la primera señal de que un actuador robótico de par elevado se selecciona por la pareja y no por el par solo.

Hay además una condición que el par nominal no cubre por sí solo: una articulación que mantiene una postura a velocidad cero sigue consumiendo corriente y, por tanto, sigue produciendo calor en el bobinado. La potencia mecánica de salida es cero en parada, así que una cifra dada como potencia nominal no acota el caso de retención. Un actuador de articulación robótica que mantiene una postura todo el día se dimensiona, por tanto, por la corriente nominal tanto como por el par nominal. La corriente que el bobinado puede transportar en ese estado la siguen fijando las mismas condiciones térmicas que la propia especificación —temperatura ambiente, montaje, disipación de calor y ciclo de servicio—, y está además acotada por lo que puede suministrar el accionamiento y por lo que requiere la carga. Para un actuador robótico de par elevado el caso de retención es, por tanto, una cuestión de corriente, pero la respuesta es una cifra para un conjunto de condiciones declarado y no un nivel que se mantenga en toda instalación, y la corriente es lo que dimensiona el accionamiento.

El par máximo es una excursión corta, no un punto de trabajo

El par máximo se publica con una corriente máxima y una ventana temporal que el registro suele declarar por separado, y es el par que una articulación puede alcanzar durante una aceleración, un contacto o una corrección. Los dos registros de aquí publican 120 Nm a 19 A y 222 Nm a 18 A. El par máximo debe evaluarse junto con la corriente máxima, la duración permitida de la excursión y las condiciones de funcionamiento del fabricante. Un actuador de articulación robótica que alcanza un par máximo alto a través de una corriente muy grande está imponiendo una carga térmica correspondientemente grande al bobinado y absorbiendo una corriente correspondientemente grande del accionamiento y del paquete, pero una corriente máxima publicada más baja no demuestra por sí sola mayor eficiencia ni menor consumo de energía, en particular cuando los módulos comparados difieren en diseño del motor, relación de reducción y punto de funcionamiento nominal. Un actuador robótico de par elevado cuyo registro no declara ni una corriente máxima ni una ventana temporal deja la excursión indefinida. Un actuador robótico de par elevado para una articulación que alcanza su pico a menudo se elige, por tanto, por la corriente máxima y por cuánto dura la excursión, y no por la cifra de par máximo sola.

Dónde la etapa de reducción toma el relevo del bobinado

El par en la articulación no es el par en el rotor. Una etapa de reducción multiplica el par del rotor por su relación y divide la velocidad del rotor por la misma relación, de modo que un motor modesto puede producir un par articular grande mediante una relación grande, a costa de la velocidad de salida. Esa es la división entre las dos rutas que puede tomar quien construye una máquina. Aumentar el par propio de un motor significa aumentar su diámetro, su longitud de apilamiento y, por tanto, su masa; añadir reducción significa conservar el motor y pagar en velocidad, juego y capacidad de retroaccionamiento. Un actuador de articulación robótica que tiene que ser retroaccionado por una persona y otro que tiene que sostener una carga pesada se sitúan en lados opuestos de esa elección. Un actuador robótico de par elevado es la segunda de esas rutas empaquetada como una unidad, y la relación publicada con él —64:1 y 48:1 en los registros de aquí— declara hasta qué punto se ha llevado el módulo por esa ruta. Eso es una afirmación sobre el principio y no sobre los dos registros comparados entre sí, porque el par de salida y la corriente que cada uno publica también dependen de su propia capacidad de par del motor y del punto de funcionamiento nominal que su fabricante eligió declarar.

Especificaciones que deciden un actuador robótico de par elevado

El panel publicado de un módulo integrado lleva más filas de las que necesita una selección. Cinco de ellas, tomadas en conjunto, describen la articulación a la que puede servir el módulo: las dos cifras de par, la relación, el bus y su corriente, la envolvente mecánica y la afirmación térmica que hay detrás de la especificación continua. Para un actuador de articulación robótica la disciplina útil es leer esas cinco como un solo conjunto, porque un actuador robótico de par elevado que satisface cuatro de ellas y falla la quinta sigue siendo el módulo equivocado. Las secciones siguientes toman cada una por turno.

Par nominal y par máximo

El par nominal y el par máximo responden a preguntas distintas, y la relación entre ellos no es una puntuación de calidad para un actuador de articulación robótica. El AK80-64 KV80 publica 48 Nm nominales frente a 120 Nm de máximo, un factor de 2.5, y el AKH70-48 V1.0 KV41 publica 74 Nm frente a 222 Nm, un factor de 3.0. Lo que esos factores describen es el tamaño de la reserva publicada por encima de la carga estática, y es una relación entre dos cifras de especificación y no una medida de margen de control utilizable ni de rendimiento dinámico permitido. Una articulación cuyo servicio es sobre todo de retención quiere la cifra nominal alta en relación con la carga; una articulación que acelera repetidamente una masa distal quiere la reserva y, con ella, la corriente máxima con la que se compra la reserva. Un actuador robótico de par elevado se preselecciona preguntando en cuál de las dos gasta el tiempo el servicio.

Relación de reducción y velocidad de salida

La relación fija la velocidad de la articulación de forma tan directa como fija su par. La velocidad de salida es la velocidad del motor dividida por la relación, de modo que los módulos de 48:1 y 64:1 alcanzan 28 rpm y 23/48 rpm en sus puntos nominales y 35 rpm y 37/75 rpm en vacío. Las dos cifras del AK80-64 KV80 son el mismo módulo descrito en las dos tensiones de bus que cubre su registro. Esas velocidades de salida son velocidades de la articulación, no velocidades del rotor, y un actuador de articulación robótica que necesita un eje distal rápido y otro que necesita una retención pesada querrán extremos opuestos de esa columna. La relación es también la única columna que mueve el par nominal y el par máximo a la vez, porque multiplica ambos a la salida.

Tensión de bus y corriente continua

La tensión de bus se elige fuera del módulo, y decide la corriente que el módulo absorbe para una potencia de salida dada más de lo que decide el par. Un bus más alto para un mismo nivel de potencia en el eje generalmente significa una corriente de alimentación más baja y, por tanto, menor pérdida en el cobre, a costa de un paquete más pesado y un accionamiento de mayor especificación. Uno de los dos registros de aquí se publica solo para 48 V, y el otro lleva un registro de 24/48 V con dos velocidades y dos velocidades en vacío declaradas frente a él. La corriente continua publicada con el par nominal es la cifra que conecta las dos, y para un actuador de articulación robótica es también la cifra que dimensiona la etapa de accionamiento y el mazo. Un actuador robótico de par elevado se publica con su bus, y los dos se leen juntos. El tema más amplio de hacer funcionar estos módulos en un bus de 48 V se desglosa en Actuadores robóticos de 48 V: modelos, ventajas y restricciones de sistema.

Masa, envolvente y eje hueco

La masa en una articulación se paga dos veces en una máquina con patas, porque el segmento en el que se asienta tiene que ser soportado y acelerado por las articulaciones que están por encima. Los dos registros de aquí abarcan 850 g y 1396 g, en envolventes de 98 × 61.9 mm y 90 × 81.5 mm, y las diferencias de forma importan tanto como las diferencias de masa: una longitud axial de 61.9 mm y una longitud axial de 81.5 mm son envolventes mecánicas distintas, y cuál de ellas encaja en una articulación dada depende del patrón de montaje, del espacio disponible y de la ruta de carga, y no solo de la longitud axial. Un actuador de articulación robótica que se monta en un miembro existente está condicionado por la forma en que tiene que encajar tanto como por su masa. El eje hueco es una tercera decisión dentro de la misma columna —uno de los registros de aquí publica un eje hueco de 7 mm para cables encaminados a través de la articulación, lo que elimina un bucle de mazo de un miembro móvil. Un actuador robótico de par elevado no puede compararse solo por el diámetro.

Servicio térmico y qué cubre la especificación continua

La especificación continua es una afirmación sobre una temperatura, y conviene saber sobre cuál. El par nominal y el par máximo son ambos afirmaciones sobre una temperatura del bobinado, y ninguna es una cifra que un módulo pueda sostener durante un tiempo arbitrario. La clase de aislamiento fija la temperatura que puede alcanzar el bobinado, y el rango ambiente publicado con el módulo fija el otro extremo de la diferencia. Los dos registros de aquí publican clase de aislamiento H y rangos de ambiente de funcionamiento de -20 a 50 grados. Lo que un registro de este tipo normalmente no publica es la elevación de temperatura que se supuso, la condición de montaje en la que se midió y cómo cambia la cifra cuando el módulo se atornilla a una estructura metálica que conduce el calor hacia fuera en lugar de estar en aire en reposo. Esas son preguntas para la documentación del fabricante, y un actuador robótico de par elevado cuyo servicio funciona cerca de su cifra continua merece confirmarse ahí antes de fijar la articulación.

Módulos de actuador robótico de par elevado por encima de 100 Nm de pico, comparados

Los dos registros comparados aquí son módulos CubeMars integrados cuyo par máximo publicado se sitúa por encima de 100 Nm, expuestos como un solo conjunto de especificaciones y ordenados por par máximo publicado, de modo que el paso de la articulación más ligera a la más pesada resulte visible en la propia columna. Cada valor es la cifra que el fabricante publica para ese módulo, y ninguna celda está estimada ni convertida. Donde un registro no lleva un campo, la tabla lo dice en lugar de rellenar el hueco. Ambos son candidatos para la misma familia de articulaciones, y cada uno es un actuador robótico de par elevado para un punto distinto del servicio.

Modelo, relación de reducción, par nominal, par máximo, tensión nominal, corriente nominal, corriente máxima, velocidad nominal, velocidad en vacío, peso y envolvente según lo publicado por el fabricante para los dos módulos integrados comparados aquí, ordenados por par máximo publicado. El par nominal y la corriente nominal son la pareja publicada conjuntamente para un servicio continuo; el par máximo y la corriente máxima son la pareja publicada para una excursión corta, y la duración de esa excursión es una condición aparte que esta tabla no recoge. La velocidad y la envolvente son cifras del lado de salida de la articulación, no cifras del lado del rotor. Donde se muestran dos velocidades frente a un modelo, el registro cubre dos tensiones nominales y publica una velocidad para cada una, en el orden 24 V y luego 48 V. El peso se publica como una sola cifra para el módulo, incluidos sus cables. Ninguna columna aparte repite la cifra de KV porque cada nombre de modelo de la tabla lleva la suya.

Dos lecturas destacan una vez que ambas están en una misma página, y ninguna de ellas es la columna de par. La primera es que un par máximo mayor no cuesta una corriente mayor. El AKH70-48 V1.0 KV41 publica 222 Nm de par máximo a 18 A, mientras que el AK80-64 KV80 publica 120 Nm a 19 A, de modo que el módulo con casi el doble de par máximo pide una corriente fraccionalmente menor. Eso es una observación de especificación y no una clasificación de eficiencia: los dos registros difieren en diseño del motor, KV, encapsulado y control además de en la relación, y cada cifra de pico es un punto de especificación que su fabricante publica y no el resultado de un ensayo controlado al mismo par y velocidad de articulación. Una etapa de 48:1 o de 64:1 sí multiplica el par del rotor por la relación, así que la corriente que se pide al bobinado la fija el par del rotor y no el par de la articulación, pero la relación es solo una de las razones por las que los dos registros se separan. En una articulación cuyo servicio es una retención pesada y no un giro rápido, esa es la diferencia que decide el módulo, y no es visible solo en la columna de par máximo. Para un actuador robótico de par elevado la columna de corriente se lee, por tanto, frente a la columna de par y no después de ella.

La segunda lectura es que los dos registros se separan por la relación y no por la masa. El AK80-64 KV80 y el AKH70-48 V1.0 KV41 publican 850 g y 1396 g en envolventes de 98 × 61.9 mm y 90 × 81.5 mm, uno sobre una etapa de 64:1 y el otro sobre una de 48:1. Con masas distintas, los dos ocupan clases de envolvente distintas, ofrecen velocidades de salida distintas y absorben corrientes distintas. Ese es el recordatorio más claro de la tabla de que la masa es un resultado del empaquetado y no una descripción del servicio, y de que elegir entre dos registros de actuador robótico de par elevado depende de la aritmética de la articulación y no del peso.

Una tercera lectura se refiere a la pareja continua. La corriente nominal publicada junto al par nominal es 7 A en el módulo más ligero y 6 A en el más pesado, y el módulo con la relación mayor es el que pide la corriente menor. El AKH70-48 V1.0 KV41 publica un par de salida nominal más alto y una corriente nominal más baja que el AK80-64 KV80 en este conjunto de datos de dos modelos, y estas cifras describen los puntos de especificación respectivos de los fabricantes y no una comparación controlada al mismo par y velocidad de articulación. Una comparación justa del consumo de corriente, la pérdida en el cobre o la eficiencia global requeriría datos de funcionamiento bajo condiciones comparables de carga, velocidad y temperatura. La pareja publicada sigue siendo útil para dimensionar un accionamiento y un paquete, y es también el punto en el que el servicio térmico de una articulación tiene que estimarse en lugar de leerse, porque la corriente nominal es una cifra para una condición declarada y la condición que crea una máquina concreta es una pregunta para la documentación del fabricante. Un actuador robótico de par elevado para un servicio de ese tipo se elige por la pareja que publica el registro, y no por la cifra de par sola.

CubeMars AK80-64 KV80: 48 Nm nominales con 64:1

El Actuador robótico CubeMars AK80-64 KV80 abre el grupo con 850 g y 98 × 61.9 mm, sobre una etapa de 64:1 con 48 Nm nominales y 120 Nm de máximo a partir de un registro de 24/48 V. Su corriente nominal es 7 A frente a una corriente máxima de 19 A, y sus velocidades se publican para cada una de sus dos tensiones nominales. Su registro también lleva una cifra de juego de 0.18 grados, una relación máxima de par por unidad de masa de 141.2 Nm/kg, un par de retroaccionamiento de 4.7 Nm y un único codificador magnético con una resolución interna de 14 bits. La mitad de 24 V de su ventana de tensión es inusual en este grupo, y hace del registro un candidato donde el bus no está fijado. El par nominal, la velocidad nominal y la velocidad en vacío cambian entre las dos tensiones, de modo que las cifras de 24 V y de 48 V tienen que leerse frente al accionamiento y al paquete que la articulación usará realmente antes de elegir el módulo. Su masa y su envolvente publicadas son un punto de partida para una articulación cuya envolvente es ajustada, y sitúan el módulo donde tiene que encajar dentro de una articulación pequeña y no junto a ella.

CubeMars AKH70-48 V1.0 KV41: 74 Nm nominales con 48:1

El Actuador planetario de eje hueco CubeMars AKH70-48 V1.0 KV41 es lo más alto de la gama mostrada aquí con 222 Nm de par máximo y 74 Nm nominales, a partir de una etapa de 48:1 sobre un registro de 48 V. Su corriente nominal es 6 A y su corriente máxima 18 A, que es la corriente máxima más pequeña del grupo para el par máximo más grande. Para un actuador robótico de par elevado la pareja de 74 Nm a 6 A es la cifra que describe una articulación que sostiene un miembro en su sitio durante horas y no por momentos. Es también el único registro de aquí con un eje hueco, publicado en 7 mm, y el único con dos codificadores —un codificador magnético en el lado del motor y un segundo en el lado de la salida, ambos con resolución de 21 bits. Su densidad de par se publica en 159 Nm/kg, su juego en 12 arcmin y su par de retroaccionamiento en 2.22 Nm. Un par de retroaccionamiento bajo es una característica de especificación publicada, y es útil para una articulación destinada a resistir el movimiento externo, pero por sí solo no establece la intención de diseño del módulo ni su capacidad de sostener una carga con seguridad. La relación de 48:1 y el par nominal de 74 Nm son las cifras que describen ese lado del registro, y tienen que leerse junto con las condiciones térmicas que hay detrás de la especificación continua. El eje hueco es lo que lo separa del otro registro para un actuador de articulación robótica dentro de un miembro móvil, y pone el módulo por delante como candidato para una máquina con patas o un eje de manipulador pesado, más que zanjar la elección.

Etapa de accionamiento cuasi directo o etapa planetaria para una articulación de 100 Nm

Una articulación que tiene que producir alrededor de 100 Nm puede construirse con más de una disposición, y la elección entre ellas no es una cuestión de cuál es mejor. Los dos registros comparados aquí pertenecen a la categoría Actuadores robóticos, y ambos usan una etapa planetaria. La ruta de relación baja es una familia aparte: la categoría Actuadores QDD reúne módulos construidos sobre una única etapa de reducción baja, y el compromiso que hace esa ruta se desglosa en Actuadores QDD: qué aporta una relación 8:1. Lo que separa las dos rutas es dónde ocurre la multiplicación, cuánto cuesta en corriente y cuánto de la carga se le permite sentir a un actuador de articulación robótica.

Dónde gana una etapa planetaria de relación alta

La etapa de relación alta gana cuando la articulación tiene que sostener una carga pesada durante mucho tiempo y cuando la corriente absorbida en esa retención tiene que mantenerse pequeña. El registro de 48:1 de aquí publica 74 Nm nominales a 6 A y 222 Nm de máximo a 18 A; el registro de 64:1 publica 48 Nm nominales a 7 A y 120 Nm de máximo a 19 A. Leer el par nominal y el par máximo frente a las corrientes publicadas con ellos es como los dos registros se separan por sus cifras publicadas, y las dos mitades de esa pareja importan: la cifra nominal es la retención, la cifra máxima es la reserva, y la corriente junto a cada una es lo que paga el bobinado en ese punto de especificación. Para un par de articulación dado, una relación de reducción más alta puede reducir el par de motor requerido, pero la corriente resultante depende de la constante de par del motor, la eficiencia de transmisión y las condiciones de funcionamiento. Las especificaciones de corriente de estos dos módulos distintos no deben tratarse como una comparación controlada de la corriente requerida para el mismo par de articulación. Una corriente menor en el bobinado significaría menos pérdida en el cobre y menos calor que evacuar de una carcasa que no tiene ventilador, y por eso la relación importa en un servicio de retención, pero el tamaño del efecto no puede leerse a partir de los dos puntos de especificación comparados aquí. Lo que cede es velocidad de salida, y cede la capacidad de la articulación de ser movida por una fuerza externa: el registro de 48:1 publica un par de retroaccionamiento de 2.22 Nm frente a 4.7 Nm del registro de 64:1, ambas cifras pequeñas que describen cuánto de la carga puede seguir sintiendo el motor.

Qué hace la relación con la velocidad de salida y el calor

La relación mueve la velocidad y el par en direcciones opuestas, y mueve el calor indirectamente a través de la corriente. Como la velocidad de salida es la velocidad del motor dividida por la relación, una articulación de relación alta alcanza la misma velocidad de articulación a una velocidad de motor mucho mayor, lo que para una fuerza contraelectromotriz y una tensión de bus dadas limita la rapidez con que puede ir la articulación. Como el par de salida es el par del motor multiplicado por la relación, una articulación de relación alta alcanza el mismo par de articulación con un par de motor mucho menor y, por tanto, con una corriente de motor mucho menor. Las cifras de velocidad publicadas ilustran las diferencias de velocidad de salida entre estos módulos: el AKH70-48 V1.0 KV41 indica una velocidad nominal de 28 rpm y una velocidad en vacío de 35 rpm, mientras que el AK80-64 KV80 indica 23/48 rpm nominales y 37/75 rpm en vacío para sus especificaciones de 24/48 V. Estas cifras de velocidad deben leerse por separado de las especificaciones de corriente máxima publicadas, a menos que el fabricante aporte datos de ensayo que las vinculen a un punto de funcionamiento concreto. Describen servicios distintos de actuador de articulación robótica y no grados distintos del mismo. Un actuador robótico de par elevado no se selecciona preguntando qué disposición es superior, sino preguntando en cuál de esas dos combinaciones pasa realmente el tiempo el servicio de la articulación.

Ajustar un actuador robótico de par elevado al servicio de una articulación

Los tres pasos siguientes aplican las columnas en el orden que convierte un servicio de articulación en una preselección. Son las mismas columnas por las que se juzga un actuador robótico de par elevado, tomadas en el orden en que un servicio las restringe. En los registros de aquí también conducen a la página de aplicación Módulo articular, donde el mismo servicio se describe con sus propios atributos de filtro.

Partir de la retención del peor caso, no del crucero

La retención del peor caso es la carga estática que la articulación tiene que mantener en su sitio durante el periodo continuo más largo, y fija el requisito continuo. Para una rodilla es la parte de la masa corporal que la articulación soporta durante el apoyo monopodal; para un hombro es la herramienta sostenida al final de un brazo completamente extendido; para una cadera es la más pesada de las dos. Esos son valores de partida y no requisitos fijos, porque el centro de masas, el brazo de momento, la postura en la que trabaja la articulación y las cargas dinámicas que soporta el segmento cambian todos el par que la articulación tiene que producir. Esa cifra se compara con el par nominal publicado, no con el máximo, y la corriente publicada junto a él se compara con lo que el accionamiento y el paquete pueden suministrar durante la misma duración. La pareja publicada de par nominal y par máximo se lee aquí por el extremo nominal, y un actuador de articulación robótica ajustado por su cifra máxima se calentará en una retención de este tipo. En los registros de aquí las cifras nominales son 48 Nm y 74 Nm, y una articulación cuya retención del peor caso se sitúa por encima de aquella con la que se ajustó no puede rescatarse con un paso posterior.

Después, la velocidad a ese par

La velocidad y el par se publican en lados opuestos del mismo compromiso, así que el segundo paso fija la velocidad de articulación que necesita el servicio y lee la relación que la produce. El par de salida, la velocidad de salida, la capacidad de retroaccionamiento y el servicio térmico se leen juntos y no en un orden estrictamente unidireccional, de modo que la relación que el primer paso parece haber fijado se revisa aquí frente a la velocidad que necesita el servicio. Un eje distal que tiene que seguir una trayectoria rápida quiere una relación baja y la velocidad de salida que la acompaña; un eje proximal que tiene que soportar una carga lentamente quiere una relación alta y acepta una velocidad de salida baja. Los dos registros de aquí alcanzan 35 rpm y 37/75 rpm en vacío, un rango lo bastante estrecho como para que una articulación que necesite un eje distal rápido quede fuera de él. Un actuador robótico de par elevado cuya relación se eligió antes de fijar el requisito de velocidad normalmente tendrá que sustituirse en lugar de reajustarse.

Después, el ciclo de servicio térmico

El tercer paso es el que decide entre dos módulos que superan los dos primeros. Un servicio que sostiene una carga de forma continua gasta la corriente nominal durante la mayor parte del ciclo; un servicio que acelera repetidamente una masa distal gasta la corriente máxima con más frecuencia de lo que sugiere el promedio. Los dos registros de aquí publican corrientes nominales de 7 A y 6 A y corrientes máximas de 19 A y 18 A, y la brecha entre las dos cifras es donde un ciclo de servicio encaja o no. El ciclo de servicio es la última columna, y para un actuador robótico de par elevado suele ser el que decide entre dos módulos que superan los dos primeros pasos. Lo que los registros no publican es la elevación de temperatura que hay detrás de la cifra continua, la condición de montaje bajo la que se midió y el ambiente que la articulación verá realmente. Esas son preguntas para la documentación del fabricante, y el movimiento honesto es ponerlas ahí en lugar de inferir una respuesta a partir de un registro vecino.

Los tres pasos aplicados a este grupo dan una preselección y no una respuesta:

1. Una articulación con una envolvente ajustada y un bus que no está fijado. El AK80-64 KV80 es el registro de 850 g con 64:1, con una ventana de 24/48 V y 48 Nm nominales frente a 120 Nm de máximo. Es un candidato donde esas condiciones coinciden, y el punto de funcionamiento y el servicio térmico todavía tienen que comprobarse para la articulación concreta.
2. Una articulación que tiene que sostener una carga pesada durante periodos largos. El AKH70-48 V1.0 KV41 es el registro de 48:1 con 1396 g, con 74 Nm nominales a 6 A, 222 Nm de máximo a 18 A y un eje hueco de 7 mm para el encaminamiento de cables. Es un candidato para ese servicio, y la condición térmica que hay detrás de la especificación continua es el punto que hay que confirmar con el fabricante antes de fijar la articulación.

Preguntas frecuentes

Recursos oficiales

CubeMars publica una página de producto oficial para cada módulo con su panel de especificaciones, y esas páginas siguen siendo la fuente de verdad para cada cifra citada en esta guía; por ejemplo, la página de producto del AK80-64 KV80 y la página de producto del AKH70-48 V1.0 KV41. Las cifras de par, corriente, velocidad, relación, peso y envolvente de la tabla anterior son los valores que esas páginas publican para cada módulo. Una elevación de temperatura que hay detrás de una especificación continua, la condición de montaje bajo la que se midió una cifra, un campo que un registro no lleva o la duración de una excursión máxima es una pregunta para la documentación del fabricante y no un valor que pueda derivarse del panel de especificaciones.

A dónde ir después

Para preseleccionar en lugar de leer, tres herramientas de la plataforma hacen el trabajo en secuencia. Explorar la categoría completa de Actuadores robóticos para ver estos módulos junto a las articulaciones más ligeras de la misma gama, usar Selección para acotar por relación, par nominal y envolvente publicada, y después confrontar los candidatos entre sí en Comparar productos. La página de aplicación Módulo articular contiene el mismo servicio con sus propios atributos de filtro, y la categoría Actuadores QDD cubre la disposición de relación baja.

Dos artículos más recogen las partes de una selección de articulación que una comparación de módulos no resuelve. Actuadores robóticos: elección del actuador integrado para articulaciones descompone el módulo integrado desde dentro —motor, etapa de reducción, realimentación y accionamiento— y es la referencia de lo que llega dentro de la carcasa. Actuadores robóticos de 48 V: modelos, ventajas y restricciones de sistema sigue la decisión de bus a través del accionamiento, el paquete y los conectores, que es el paso que se sitúa entre elegir un actuador robótico de par elevado y hacerlo funcionar en una máquina.

La versión corta: fijar primero la carga estática del peor caso, porque es la única cifra que la articulación sostiene durante mucho tiempo; fijar la relación en segundo lugar, porque la relación fija el par de salida y la velocidad de salida a la vez y no puede ajustarse después; leer la tensión de bus y la corriente nominal juntas en tercer lugar, porque el bus cambia la corriente y la corriente es lo que el bobinado tiene que soportar; y confirmar por último, con el fabricante, la condición térmica que hay detrás de la cifra continua, porque esa es la columna que un panel de especificaciones rara vez lleva. Dentro de este grupo esa secuencia separa el registro de 850 g y 64:1 del módulo de eje hueco de 48:1 antes de sopesar ninguna articulación individual frente a otra.