Aktuator Robotik 48 V: Model, Manfaat Kinerja, dan Kendala Sistem

Bus 48 V tidak membuat aktuator robotik menjadi lebih kuat. Di antara modul CubeMars yang dihimpun di platform ini, setiap catatan yang mempublikasikan rating 24 V sekaligus 48 V mencantumkan torsi nominal dan arus nominal yang sama untuk keduanya, dan hanya terbelah pada kolom kecepatan, tempat angka 48 V kira-kira dua kali angka 24 V. Pola tunggal itu menata ulang seluruh pokok bahasan. Bus 48 V adalah keputusan kelistrikan tingkat mesin, yang dibelinya adalah kecepatan dan cadangan arus bus dan bukan torsi, dan kendala yang menentukan apakah bus itu dapat dipakai sama sekali berada di luar aktuator, yaitu pada driver, pak baterai, dan harness. Enam belas dari dua puluh satu aktuator terintegrasi yang saat ini tercantum di kategori Aktuator Robotik dan Aktuator QDD menerima bus 48 V, dan lima catatan yang tidak menerimanya terbatas pada 24 V. Panduan ini membahas model mana yang kompatibel, apa yang diubah oleh bus yang lebih tinggi pada sebuah sendi, di mana manfaatnya berhenti, dan bagaimana sistem di sekitarnya harus dirancang mengelilinginya.

Jawaban Singkat

Enam belas dari dua puluh satu aktuator terintegrasi yang saat ini tercantum di platform ini menerima bus 48 V, tersebar di dua kategori produk. Pada catatan CubeMars, menjalankan modul berating ganda pada 48 V menaikkan batas kecepatan menjadi kira-kira dua kali angka 24 V serta membiarkan torsi nominal, torsi puncak, dan arus nominal tidak berubah, karena torsi ditetapkan oleh arus kumparan dan kumparan mengalirkan arus yang sama untuk torsi yang sama pada kedua cara. Yang juga dibeli oleh bus yang lebih tinggi adalah cadangan di bagian atas rentang kecepatan, tempat back-EMF jika tidak akan membatasi berapa besar arus yang dapat disalurkan driver. Yang tidak dibelinya adalah torsi kontinu, karena angka itu dibatasi oleh jalur termal kumparan dan oleh siklus kerja. Kendalanya bersifat tingkat sistem dan bukan tingkat modul: jendela masukan driver itu sendiri, cara energi yang dikembalikan diserap selama perlambatan, praktik isolasi dan konektor, serta susunan pak, pengisi daya, dan manajemen baterai yang memasok bus. Bagian-bagian di bawah mengikuti urutan itu: apa yang berubah di dalam aktuator, berapa nilai perubahan itu, berapa biaya untuk mengakomodasinya, model mana yang terpengaruh, dan bagaimana mencocokkan satu modul dengan sebuah sendi.

Apa yang Sebenarnya Diubah 48 V di Dalam Aktuator Robotik

Bus bukan properti aktuator. Bus adalah properti mesin, dan modul adalah salah satu bebannya. Membaca catatan aktuator robotik 48 V dengan benar berarti memisahkan dua kolom yang dipublikasikan produsen ketika sebuah model mendukung lebih dari satu bus, dan bersikap tepat mengenai angka mana yang bergerak ketika bus bergerak. Untuk modul terintegrasi yang menggabungkan motor, tahap reduksi, driver, dan umpan balik, pembelahannya lebih sempit daripada yang tampak pada awalnya.

Bus dipilih di luar modul

Aktuator robotik melihat bus DC dan antarmuka kendali. Tidak ada yang bergantung pada rasio reduksi, susunan bantalan, selubung, atau pola pemasangan pada apakah bus itu berada di 48 V atau di tingkat yang lebih rendah. Yang ditetapkan bus adalah tegangan yang tersedia untuk driver, dan melalui driver itu ia menetapkan kecepatan di mana arus tertentu masih dapat dialirkan ke dalam kumparan. Pilihan itu karena itu menjadi milik arsitek mesin, bersama topologi pak, pemilihan pengisi daya, dan anggaran termal selubung tempat modul akan berada. Lembar data aktuator yang mempublikasikan dua rating bus tidak menawarkan dua produk; ia melaporkan satu produk pada dua titik operasi.

Satu bus, dua rating terbitan: apa arti catatan 24/48 V

Lima dari aktuator terintegrasi yang saat ini tercantum di sini membawa rating bus ganda dan bukan tunggal: AK10-9 V2.0 KV60, AK60-6 V3.0 KV80, AK70-10 KV100, AK80-64 KV80 dan AKA60-6 KV80. Catatannya mempublikasikan dua kecepatan nominal dan dua kecepatan tanpa beban, dipisahkan oleh garis miring, dan pada setiap kasus pasangannya adalah angka 24 V diikuti angka 48 V. Catatan yang sama mempublikasikan satu torsi nominal, satu arus nominal, dan satu torsi puncak. Asimetri itulah keseluruhan ceritanya dalam satu baris tabel spesifikasi: kerja kelistrikan yang dilakukan modul adalah fungsi dari arus, dan arus yang dibutuhkan untuk torsi tertentu tidak berubah dengan bus.

Rating ganda bukan semata soal usia atau versi. AK10-9 V3.0 KV60, revisi yang lebih baru, mempublikasikan rating 48 V tunggal, sedangkan AK10-9 V2.0 KV60 yang lebih awal membawa keduanya. Revisi yang lebih baru juga mempublikasikan torsi puncak yang lebih tinggi, 53 Nm melawan 48 Nm, pada massa yang sedikit lebih rendah. Dukungan bus dan revisi mekanis harus dibaca dari catatannya dan bukan disimpulkan dari nomor model.

Torsi dan arus tidak bergerak sementara kolom kecepatan terbelah

Pasangan yang diterbitkan cukup konsisten untuk menyatakan efeknya sebagai aturan dan bukan kesan. AK10-9 V2.0 KV60 diberi rating 109 rpm pada 24 V dan 228 rpm pada 48 V, dengan kecepatan tanpa beban 160 rpm dan 320 rpm. AK70-10 KV100 bergerak dari 148 rpm ke 310 rpm nominal, dan dari 240 rpm ke 480 rpm tanpa beban. AK80-64 KV80, unit 64:1, bergerak dari 23 rpm ke 48 rpm nominal dan 37 rpm ke 75 rpm tanpa beban. AKA60-6 KV80 berlipat ganda dari 200 rpm ke 400 rpm nominal dan dari 320 rpm ke 640 rpm tanpa beban, dan AK60-6 V3.0 KV80 dari 233 rpm ke 490 rpm serta dari 320 rpm ke 640 rpm. Di kelima unit itu, angka 48 V berada antara sekitar dua hingga sekitar dua koma satu kali angka 24 V pada titik nominal maupun titik tanpa beban.

Sebaliknya, tidak satu pun dari kelimanya mengubah torsi nominal, torsi puncak, atau arus nominalnya di antara kedua kolom. AK60-6 V3.0 KV80 diberi rating 3 Nm dan 3.8 A pada kedua bus serta memuncak pada 9 Nm pada keduanya; pasangan arus puncaknya adalah 10.3 A dan 11.2 A, cukup dekat sehingga selisih kecil itu lebih mungkin merupakan konvensi pengukuran atau pembulatan daripada batas kumparan yang berbeda. Konsekuensi praktisnya adalah kumparan kehilangan panas yang sama pada torsi tertentu di bus mana pun, rugi tembaga per newton metre tidak berubah, dan batas termal pada torsi kontinu karena itu identik. Siapa pun yang mengharapkan bus 48 V membuka lebih banyak torsi kontinu dari modul yang sama sedang membaca kolom yang salah.

Apa yang tidak bergerak: rasio reduksi dan selubung

Tegangan bus juga membiarkan catatan mekanis tidak tersentuh. Aktuator robotik 48 V memiliki rasio reduksi yang sama, kelas backlash yang sama, diameter luar yang sama, panjang tumpukan yang sama, dan massa yang sama dengan modul yang sama yang dijalankan pada bus lebih rendah, karena tidak satu pun dari besaran itu diacu secara elektris. AK80-8 KV60 tetap pada 8:1 dan 98 mm kali 43.9 mm di kedua sisi keputusan bus. AKH70-48 V1.0 KV41 tetap pada 48:1 di dalam bodi berdiameter 90 mm dengan panjang 81.5 mm. Hal ini penting untuk urutan perancangan: selubung dan rasio dapat ditetapkan sebelum topologi pak diselesaikan, dan peralihan di kemudian hari dari 24 V ke 48 V tidak membuka kembali rancangan mekanis.

Manfaat Kinerja Menjalankan Aktuator Robotik pada Bus 48 V

Manfaat bus yang lebih tinggi sering digambarkan sebagai efisiensi, dan kerangka itu mengaburkan di mana keuntungannya sebenarnya muncul. Pada modul terintegrasi, arus kumparan ditetapkan oleh torsi yang diminta dihasilkan sendi, dan tahap reduksi serta driver berada di antara kumparan itu dan bus. Yang dikendalikan bus adalah kecepatan di mana arus yang diperlukan masih dapat didorong, serta berapa besar arus yang harus mengalir melalui perkabelan mesin itu sendiri untuk menyalurkan daya mekanis tertentu.

Batas kecepatan berskala dengan bus pada KV yang sama

Kecepatan di motor ditetapkan oleh konstanta kecepatan kumparan dan tegangan yang tersedia untuk mendorong arus ke dalamnya. Menggandakan bus sambil mempertahankan kumparan menaikkan batas tanpa beban, dan tahap reduksi membagi batas itu turun ke sendi. Hal ini terlihat langsung pada pasangan yang diterbitkan dan bukan melalui perhitungan apa pun: AK10-9 V2.0 KV60 bergerak dari 160 rpm ke 320 rpm tanpa beban, AK70-10 KV100 dari 240 rpm ke 480 rpm, AKA60-6 KV80 dari 320 rpm ke 640 rpm. Pada sendi, modul dengan rasio tetap karena itu melihat kecepatan tersedianya berlipat ganda. Untuk sendi yang tugasnya didominasi oleh kecepatan pelacakan dan bukan oleh torsi penahan, itu adalah perbedaan antara modul yang sesuai dengan kebutuhan dan modul yang tidak. Itu juga alasan modul berating ganda dapat ditetapkan untuk platform yang diharapkan berpindah dari pak prototipe bertegangan lebih rendah ke pak produksi 48 V tanpa mengubah penggeraknya.

Arus yang sama membawa lebih banyak daya

Daya mekanis adalah hasil kali torsi dan kecepatan. Jika sebuah modul mempertahankan arus tertentu, dan karena itu torsi tertentu, hingga kecepatan yang lebih tinggi, daya mekanis yang tersedia dari arus yang sama itu naik secara proporsional. Itulah bentuk jujur dari argumen efisiensi: bukan bahwa kumparan menjadi lebih efisien pada 48 V, melainkan bahwa anggaran termal yang sama, yang dinyatakan sebagai arus di kumparan, diubah menjadi lebih banyak daya keluaran karena titik operasinya dapat didorong lebih jauh ke atas sumbu kecepatan sebelum driver kehabisan tegangan. Ketika sebuah sendi membutuhkan torsi sekaligus kecepatan dan bukan salah satunya, bus yang lebih tinggi menaikkan batas pada hasil kali keduanya.

Di mana penghematan arus muncul: harness dan pak

Penghematan itu nyata, tetapi muncul di tingkat mesin dan bukan di dalam modul. Untuk daya mekanis tertentu, bus pada dua kali tegangan menarik sekitar setengah arus, dan arus bus itulah yang menentukan ukuran kabel, konektor, dan proteksi di sekitarnya. Pada mesin dengan beberapa aktuator yang dipasok dari bus bersama, pengurangan itu menjalar melalui harness bersama, papan distribusi, dan jalur pelepasan pak itu sendiri. Hal ini paling penting ketika penghubungnya panjang atau ketika banyak sendi dipasok dari satu bus, dan paling sedikit pada rakitan bangku yang pendek dengan satu sendi. Hal ini juga mengubah bentuk pak: energi yang sama disalurkan dengan arus lebih kecil per grup sel, sehingga menyebarkan beban di sepanjang untai seri alih-alih memusatkannya.

Cadangan untuk jendela puncak di bagian atas rentang kecepatan

Torsi puncak adalah angka berjendela pendek, dan mencapainya pada kecepatan menuntut driver mengatasi back-EMF yang dihasilkan motor yang berputar sebelum arus apa pun dapat mengalir. Bus yang lebih tinggi menyisakan lebih banyak tegangan untuk itu, sehingga jendela torsi puncak tetap terjangkau lebih jauh ke atas rentang kecepatan. Ini adalah manfaat yang berbeda dari batas kecepatan tanpa beban dan sering kali merupakan alasan praktis sebuah mesin berpindah ke bus yang lebih tinggi: sendi tidak perlu berputar lebih cepat dalam kondisi tunak, tetapi perlu menyalurkan ledakan torsi yang singkat sementara sudah bergerak cepat. Modul berating ganda melaporkan torsi puncak yang sama pada kedua bus, dan bus yang lebih tinggi itulah yang menjadikan angka itu dapat dicapai di ujung atas rentang kecepatan dan bukan hanya di dekat kondisi macet.

Apa yang tidak dibeli oleh bus yang lebih tinggi

Bus 48 V tidak menaikkan torsi nominal, tidak mengubah rasio reduksi, tidak mengurangi panas yang dihasilkan pada torsi keluaran tertentu, dan tidak mengubah kelas backlash atau rating bantalan. Bus itu juga tidak mengubah rentang suhu ambien operasi yang dipublikasikan modul, yang merupakan pernyataan yang sama di seluruh keluarga ini. Pada tugas yang didominasi oleh torsi penahan melawan gravitasi pada kecepatan rendah, modul tidak melihat manfaat sama sekali dari bus yang lebih tinggi, dan kerja regulasi tegangan, proteksi, serta isolasi tambahan merupakan biaya tanpa imbalan. Keputusan bus harus dibuat berdasarkan bentuk tugas torsi-kecepatan, bukan atas asumsi bahwa lebih banyak volt adalah perbaikan umum.

Kendala Sistem yang Menentukan Apakah 48 V Dapat Dipakai

Karena bus menjadi milik mesin, kendala dalam memakainya sebagian besar adalah kendala mesin. Sebagiannya dipublikasikan pada catatan produk dan dapat dibaca langsung; yang lain bergantung pada dokumentasi driver itu sendiri dan pada rancangan pak, serta harus dikonfirmasi di tingkat sistem. Daftar di bawah memisahkan keduanya.

Jendela tegangan masukan driver

Driver modul adalah komponen yang melihat bus, sehingga jendela masukan yang diizinkan dari driver itu adalah gerbang pertama. Catatan produk menyatakan bahwa modul membawa proteksi bawaan terhadap arus lebih, tegangan lebih, dan tegangan kurang, serta terhadap suhu lebih, yang berarti driver memantau bus tempatnya berada dan bukan menerima tegangan apa pun dalam rentang yang lebar. Angka tegangan nominal pada spesifikasi adalah titik operasi, bukan maksimum yang diizinkan. Ketika maksud rancangan adalah menjalankan modul di puncak siklus pengisian, atau ketika pak dapat diisi daya sementara mesin menyala, jendela masukan yang diizinkan dan ambang proteksi untuk modul serta firmware tertentu itu harus dikonfirmasi terhadap dokumentasi produsen yang berlaku sebelum pak ditetapkan.

Regenerasi, transien bus, dan ke mana energi yang dikembalikan pergi

Setiap sendi yang memperlambat beban menggerakkan balik motornya, dan motor yang digerakkan balik menjadi generator yang mengembalikan energi ke bus alih-alih menarik darinya. Pada bus yang hanya dipasok baterai, energi itu memiliki tempat untuk pergi. Pada catu daya bangku, atau pada bus dengan jalur kabel panjang dan kapasitansi terbatas, energi yang dikembalikan dapat mendorong bus di atas tingkat tunaknya selama perlambatan, dan transien itu menjadi masalah rancangan sistem dan bukan masalah modul: penentuan ukuran kapasitansi, susunan pengereman, dan respons catu daya semuanya masuk ke perhitungan. Angka yang relevan bukan tegangan bus nominal melainkan energi yang dikembalikan oleh profil perlambatan tertentu, yang bergantung pada inersia beban, kecepatan sendi, dan siklus kerja. Profil itu harus diturunkan dari mesin, bukan dibaca dari catatan aktuator.

Isolasi, konektor, dan batas 60 V DC

Kerangka keselamatan kelistrikan biasanya memperlakukan bus DC nominal 48 V sebagai termasuk dalam rentang yang ditangani sebagai tegangan ekstra-rendah pengaman (safety extra-low voltage), di bawah ambang 60 V DC yang muncul pada sejumlah standar nasional dan internasional, yang merupakan salah satu alasan tegangan ini populer untuk mesin bergerak. Standar yang berlaku beserta penerapan lokalnya tetap menjadi dokumen yang mengatur, dan ambang itu berlaku untuk tegangan bus maksimum yang sebenarnya dan bukan untuk angka nominalnya. Rating termal dan arus pada antarmuka modul itu sendiri merupakan pertanyaan yang terpisah, dan praktik konektor serta pengkabelan yang ditetapkan untuk sebuah mesin harus mengikuti apa yang dipublikasikan produsen modul untuk antarmuka itu dan bukan asumsi umum tentang kelas tegangan.

Konsekuensi pak, pengisi daya, dan BMS

Bus DC nominal 48 V biasanya dibangun dari untai seri sel lithium-ion, dan tegangan penuh untai itu berada di atas angka nominal, yang merupakan sifat kimia sel dan bukan spesifikasi aktuator mana pun. Dua konsekuensi menyusul. Pertama, segala sesuatu di hilir harus menoleransi bagian atas rentang pengisian dan bukan hanya tingkat nominalnya. Kedua, sistem manajemen baterai (battery management system) pak, profil pengisiannya, dan pemutus pelepasannya semuanya menetapkan apa yang sebenarnya dilihat aktuator, termasuk selama ekskursi singkat yang dihasilkan sendi yang memperlambat. Ketika jendela yang diizinkan sebuah aktuator dan rentang operasi sebuah pak dipublikasikan dalam dokumen yang berbeda, irisan keduanya adalah jendela rancangan, dan irisan itu layak dicatat alih-alih mengasumsikan angka nominalnya sejalan.

Perilaku termal dan siklus kerja

Batas termal pada torsi kontinu menjadi milik kumparan dan jalur yang dilalui panas keluar darinya, dan batas itu tidak bergerak dengan bus. Sendi yang secara termal berada di batas pada bus lebih rendah tetap berada di batas secara termal pada 48 V, karena arus dan karenanya rugi tembaga pada torsi tertentu tidak berubah. Yang diubah bus yang lebih tinggi adalah pembagian antara rugi tembaga dan daya keluaran mekanis yang tersedia darinya. Pada tugas dengan fase penahanan yang panjang pada kecepatan rendah, atau dengan proporsi waktu yang tinggi di dekat torsi nominal, rancangan termal adalah kendala yang mengikat dan keputusan bus bersifat sekunder. Pada tugas yang didominasi oleh gerakan cepat berbeban ringan, batas kecepatan yang mengikat, dan keputusan bus menjadi primer.

Pertanyaan yang dibiarkan terbuka oleh dokumentasi terbitan

Tidak setiap angka yang dibutuhkan untuk menutup rancangan sistem muncul di halaman produk. Jendela masukan yang diizinkan dan ambang proteksi driver, perilaku modul pada profil perlambatan tertentu, penurunan rating torsi yang berlaku ketika modul berjalan di bagian atas rentang kecepatannya untuk periode yang lama, dan torsi kontinu khusus tugas semuanya adalah pertanyaan sistem dan bukan nilai yang dipublikasikan di halaman produk. Semuanya dapat dijawab, dan dokumentasi kendali serta dukungan aplikasi produsen adalah sumber yang tepat, tetapi semua itu harus dikonfirmasi sebelum pak dan harness dibekukan. Memperlakukan angka tegangan nominal sebagai bus yang diizinkan dan angka torsi puncak sebagai torsi yang tersedia adalah cara paling umum sebuah rancangan 48 V salah ukur.

Aktuator Robotik 48 V: Matriks Perbandingan Spesifikasi

Tabel di bawah membaca setiap aktuator robotik 48 V yang saat ini tercantum di kategori Aktuator Robotik sebagai satu himpunan spesifikasi, diurutkan menurut torsi nominal yang diterbitkan sehingga peralihan dari sendi ringan ke sendi penahan beban terlihat pada kolom itu sendiri. Setiap angka adalah nilai yang dipublikasikan produsen untuk model tersebut dan yang dipegang platform ini dalam catatan produknya. Tegangan nominal ditampilkan sebagaimana diterbitkan, sehingga catatan berating ganda muncul dengan kedua tingkatnya.

Tegangan nominal, torsi nominal, torsi puncak, rasio reduksi, massa, dan dimensi amplop sesuai yang dipublikasikan produsen, untuk model yang saat ini tercantum di kategori Aktuator Robotik yang menerima bus 48 V, diurutkan menurut torsi nominal. Torsi nominal adalah angka kontinu di dalam batas termal kumparan; torsi puncak adalah angka berjendela pendek. Satu angka tegangan berarti modul bus tunggal; angka ganda berarti modul dipublikasikan pada kedua tingkat, dengan angka kecepatan dan daya yang bersesuaian juga dipublikasikan terpisah untuk masing-masing. Dimensi amplop diberikan sebagai diameter luar kali panjang bodi dan tidak mencakup poros, kabel, dan tonjolan konektor.

Dua hal menonjol ketika matriks dibaca menuruni kolom torsi dan bukan melintasi kolom tegangan. Yang pertama adalah bahwa modul yang mencapai 48 V bukan keluarga produk yang berbeda: modul itu berkisar dari unit 3 Nm dalam bodi 79 mm hingga unit 74 Nm pada 1396 g, dan dua modul 6:1 berada di dasar tabel sementara lompatan torsi 24:1 muncul antara catatan 24 Nm dan catatan 48 Nm. Yang kedua adalah bahwa dukungan bus hampir universal di kategori ini. Dari delapan belas catatan yang saat ini tercantum, empat belas menerima 48 V; empat yang tidak semuanya berada di ujung ringan rentang, dan masing-masing dipublikasikan pada rating 24 V tunggal. Mesin yang dibangun di sekitar 48 V karena itu memiliki pilihan ukuran sendi yang lebar dari satu produsen dan bukan daftar pendek yang sempit.

Membaca tabel sebagai daftar pendek juga menunjukkan mengapa tegangan saja adalah penyaring yang buruk. AK60-6 V3.0 KV80 dan AKA60-6 KV80 mempublikasikan torsi nominal dan puncak yang sama, rasio yang sama, dan dukungan bus yang sama, serta berbeda terutama pada pengemasan: unit AKA 80 g lebih berat dan 8.2 mm lebih panjang, dalam diameter yang sedikit lebih kecil. AK10-9 V3.0 KV60 dan AKA10-9 KV60 juga mempublikasikan angka torsi dan rasio yang identik, serta berbeda 120 g massa. Pilihan-pilihan itu menyangkut struktur dan integrasi, bukan bus, dan harus dibuat berdasarkan kebutuhan mekanis.

Membaca Keenam Belas Menurut Tugas, Bukan Menurut Tegangan

Karena dukungan bus hampir universal di kategori ini, cara yang berguna untuk mempersempit daftar adalah menurut tugas yang cocok untuk setiap modul. Pengelompokan di bawah mengikuti torsi dan rasio yang diterbitkan dan bukan tegangan, karena kedua angka itulah yang menjadi acuan penulisan persyaratan sendi.

Pasangan 6:1: AKA60-6 KV80 dan AK60-6 V3.0 KV80

Kedua modul mempublikasikan 3 Nm nominal dan 9 Nm puncak pada rasio 6:1, dan keduanya menerima 48 V. Rasio yang rendah menjadikannya sendi tercepat dalam kelompok 48 V relatif terhadap torsi keluarannya: AK60-6 V3.0 KV80 mempublikasikan 320 rpm tanpa beban pada 24 V dan 640 rpm pada 48 V, dan AKA60-6 KV80 mempublikasikan pasangan yang sama. Pada bus 48 V, unit mana pun mencapai kecepatan sisi sendi yang tidak didekati modul berasio lebih tinggi mana pun di tabel. Perbedaan di antara keduanya adalah pengemasan dan massa: AK60-6 V3.0 KV80 lebih ringan dari keduanya pada 380 g dalam bodi berdiameter 79 mm dengan panjang 43 mm, sedangkan AKA60-6 KV80 berbobot 460 g dalam bodi berdiameter 80 mm dengan panjang 51.2 mm. Keduanya cocok untuk sumbu distal yang harus bergerak cepat di bawah beban ringan, dan tidak satupun cocok untuk sumbu yang harus menahan torsi statis yang besar.

Pertengahan rentang 8:1, 9:1, dan 10:1

Empat modul menempati pita ini pada 48 V, dan sebarannya lebih lebar daripada yang disiratkan angka rasionya. AK80-9 V3.0 KV100 mempublikasikan 9 Nm nominal dan 22 Nm puncak pada 9:1 dalam bodi 490 g berdiameter 98 mm dengan panjang 38.5 mm. AK80-8 KV60 mempublikasikan 10 Nm dan 25 Nm pada 8:1 dalam 570 g pada bodi berdiameter 98 mm dengan panjang 43.9 mm. AK70-10 KV100 mempublikasikan 8.3 Nm dan 24.8 Nm pada 10:1 dalam bodi 621 g berdiameter 89 mm dengan panjang 50.25 mm, dan AK70-9 V3.0 KV60 mempublikasikan 8.5 Nm dan 29.2 Nm pada 9:1 dalam 540 g. Rasio yang sedekat ini adalah rentang penyetelan halus dan bukan sekumpulan rezim operasi yang berbeda, dan pilihan di dalam pita itu biasanya bergantung pada selubung, pada massa, dan pada berapa banyak kecepatan yang dibutuhkan sendi di bagian atas rentangnya. AK70-9 V3.0 KV60 adalah yang perlu diperhatikan ketika torsi puncak lebih penting daripada torsi kontinu, karena puncak 29.2 Nm-nya adalah yang tertinggi di pita itu pada massa terendah dari keempatnya.

Sendi berat: AK60-39 V3.0 KV80, AK80-64 KV80, AKA10-9 KV60, dan AK10-9 V3.0 KV60

Di atas 18 Nm nominal, tabel terbelah menjadi dua pendekatan. AK10-9 V3.0 KV60 dan AKA10-9 KV60 keduanya menempuh jalur rasio tinggi pada 9:1 dan mempublikasikan 18 Nm nominal dengan puncak 53 Nm, masing-masing dalam 940 g dan 1060 g; bus yang lebih tinggi itulah yang menjadikan rasio 9:1 dapat dipakai pada kecepatan sisi sendi, karena angka tanpa beban 320 rpm pada 48 V adalah yang dapat ditawarkan modul 9:1. AK60-39 V3.0 KV80 dan AK80-64 KV80 menempuh jalur lain, menukar kecepatan dengan torsi melalui tahap reduksi: 39:1 memberi 24 Nm nominal dan 72 Nm puncak dalam 750 g, dan 64:1 memberi 48 Nm nominal dan 120 Nm puncak dalam 850 g pada kecepatan tanpa beban 37 rpm pada 24 V dan 75 rpm pada 48 V. Ketika sebuah sendi harus menahan beban melawan gravitasi untuk waktu yang lama, torsi per satuan arus itu, yang dibeli dengan rasio dan bukan dengan bus, adalah mekanisme yang bekerja.

Poros berongga: AKH70-16 V1.0 KV41 dan AKH70-48 V1.0 KV41

Kedua modul poros berongga dibedakan oleh rasio reduksinya dan bukan oleh busnya, dan nomor modelnya mengundang salah baca yang layak dijelaskan. Angka "48" pada AKH70-48 V1.0 KV41 adalah rasio reduksi 48:1, bukan rating 48 V; modul yang sama dipublikasikan pada 48 V, demikian pula AKH70-16 V1.0 KV41 pada 16:1. Keduanya berjalan pada kumparan 41 KV yang sama. AKH70-16 V1.0 KV41 mempublikasikan 26 Nm nominal dan 78 Nm puncak dalam 879 g, dan AKH70-48 V1.0 KV41 mempublikasikan 74 Nm dan 222 Nm dalam 1396 g pada panjang bodi 81.5 mm. Yang menjadikan pasangan ini khas adalah bore-nya: poros berongga membawa kabel melalui sendi, yang mengubah arsitektur harness sebuah anggota gerak bermultisendi dan bukan torsi sendinya. Unit 48:1 adalah modul 48 V bertorsi tertinggi yang saat ini tercantum di sini, dan unit 16:1 adalah langkah tengah untuk sendi yang membutuhkan bore tanpa kecepatan keluaran sangat rendah yang menyertai rasio 48:1.

Dua modul quasi direct drive: AKE80-8 KV30 dan AKE90-8 KV35

Kategori lain yang menyumbang modul 48 V ke perbandingan ini adalah Aktuator QDD, dan dua anggota 48 V-nya berperilaku berbeda dari seri AK dengan cara yang penting bagi rancangan sistem. AKE80-8 KV30 mempublikasikan 12 Nm nominal dan 30 Nm puncak pada 8:1 dalam 570 g pada bodi berdiameter 87 mm dengan panjang 32 mm, dan AKE90-8 KV35 mempublikasikan 55 Nm nominal dan 170 Nm puncak pada 8:1 dalam 1400 g pada bodi berdiameter 107.5 mm dengan panjang 43.5 mm. Keduanya dibangun di sekitar rasio 8:1, yang merupakan ciri khas keluarga ini dan alasan kelompok ini diperlakukan terpisah: rasio yang rendah menjaga sendi tetap responsif dan dapat digerakkan balik, dan torsinya berasal dari motor dan bukan dari tahap reduksi yang dalam. Anggota ketiga keluarga ini, AKE60-8 KV80, dipublikasikan hanya pada 24 V, itulah sebabnya modul itu tidak muncul dalam perbandingan 48 V meskipun berada di kategori yang sama.

Poin rancangan sistemnya adalah bahwa tabel perbandingan produsen mencantumkan modul AKE tanpa papan driver, sedangkan modul AK dan AKH dicantumkan dengan papan driver, dan pak aksesori untuk AKE80-8 KV30 berisi magnet sensor terpisah dan bukan elektronika penggerak. Itu adalah perbedaan tingkat sistem dan bukan perbedaan kemampuan: modul tetap mempublikasikan metode penggerak FOC dan integrasi baut yang sama, tetapi penggerak beserta jendela tegangannya berada di luar modul, pada elektronika mesin itu sendiri, sehingga jendela masukan, susunan proteksi, dan harness semuanya harus ditetapkan oleh integrator. Ketika seri AK datang dengan drivernya di dalam selubung, seri AKE memindahkan keputusan itu ke dalam mesin. Susunan untuk modul tertentu, termasuk elektronika umpan balik yang diharapkannya, harus dikonfirmasi terhadap dokumentasi produsen yang berlaku sebelum arsitektur kelistrikan dibekukan.

Merancang satu sendi untuk 24 V dan 48 V sekaligus

Kelima modul berating ganda membuka opsi rekayasa yang spesifik, dan hal itu layak dinyatakan dengan tepat. Sebuah mesin dapat ditetapkan di sekitar modul yang kumparannya dipublikasikan pada kedua tingkat, lalu dijalankan pada bus yang lebih rendah selama pembuatan prototipe dan pada bus yang lebih tinggi saat produksi, dengan rasio reduksi yang sama, selubung yang sama, massa yang sama, dan torsi nominal yang sama di sepanjang waktu. Hanya batas kecepatan dan daya yang tersedia pada arus tertentu yang berubah. Tabel di bawah menyajikan pasangan kecepatan yang diterbitkan untuk kelima modul itu, yang merupakan keseluruhan perubahannya.

Kecepatan nominal, kecepatan tanpa beban, dan rasio reduksi sesuai yang dipublikasikan produsen untuk modul berating ganda yang saat ini tercantum di kategori Aktuator Robotik, dengan angka 24 V dan 48 V ditampilkan pada kolom terpisah. Kecepatan nominal adalah angka sisi keluaran pada torsi nominal; kecepatan tanpa beban adalah batas sisi keluaran. Pada setiap catatan, kedua kolom berbagi satu torsi nominal, satu torsi puncak, dan satu arus nominal, yang menjadikan pasangan itu dapat dipakai sebagai satu spesifikasi mekanis dengan dua titik operasi kelistrikan.

Mencocokkan Aktuator Robotik 48 V dengan Sendi

Urutan yang menghindari pengerjaan ulang itu singkat, dan dimulai sebelum nomor model apa pun muncul. Bus adalah salah satu keputusan terakhir dan bukan yang pertama, karena bus hanya mengubah titik operasi kelistrikan sebuah modul yang peran mekanisnya sudah ditetapkan.

Tetapkan tugas sebelum bus

Persyaratan sendi adalah kecepatan dan torsi, masing-masing dengan durasi yang menyertainya. Torsi kontinu melawan gravitasi, jendela singkat untuk menangkap atau mendarat, dan kecepatan sendi yang dibutuhkan profil gerak di bagian atas rentangnya adalah tiga angka yang terpisah, dan modul dipilih berdasarkan ketiganya. Baru setelah ketiganya dicatat, keputusan bus menjadi dapat dijawab: jika angka torsi kontinu yang mendorong pilihan, rasio dan jalur termal yang bekerja dan bus bersifat sekunder; jika kecepatan di bagian atas rentang yang menjadi titik sempit kebutuhan, bus adalah tuasnya dan modul berating ganda menjaga opsi tetap terbuka. Mencatat angka torsi puncak tanpa durasinya adalah cara paling umum untuk menetapkan sendi secara berlebihan, karena torsi puncak adalah rating berjendela pendek dan bukan torsi yang tersedia.

Tetapkan bore dan selubung pemasangan berikutnya

Setelah tugasnya ditetapkan, kebutuhan mekanis yang menentukan di antara kandidat yang mempublikasikan torsi serupa. Dua modul dengan angka torsi nominal dan puncak yang identik dapat berbeda lebih dari seratus gram dan beberapa milimeter panjang bodi, dan pada anggota gerak bermultisendi selisih itu dibayar lagi pada setiap sendi yang lebih dekat ke pangkal. Ketika kabel harus melewati sendi dan bukan mengelilinginya, opsi poros berongga mengubah arsitektur harness seluruh anggota gerak, dan bore 7 mm pada modul AKH adalah dimensi yang relevan dan bukan torsinya. Massa, selubung, dan bore ditetapkan dari kebutuhan mekanis dan tidak terpengaruh oleh bus, itulah sebabnya menyelesaikannya lebih dulu membiarkan keputusan tegangan tetap bebas.

Konfirmasi nilai yang tidak dibawa oleh dokumentasi terbitan

Satu rangkaian pertanyaan yang singkat tetap tersisa setelah daftar pendek menyusut menjadi satu atau dua kandidat, dan pertanyaan itu menjadi milik produsen dan bukan tabel spesifikasi. Jendela tegangan masukan yang diizinkan dari driver beserta ambang proteksinya, torsi yang dapat ditahan di bagian atas rentang kecepatan selama durasi yang benar-benar dibutuhkan tugas, perilaku modul pada profil perlambatan yang akan dihasilkan mesin, dan susunan umpan balik yang diharapkan modul tanpa driver terintegrasi. Catatan di platform ini membawa nilai-nilai yang diterbitkan, dan produsen tetap menjadi sumber kebenaran untuk segala hal di luar itu.

Di Mana Aktuator Robotik 48 V Digunakan

Bus 48 V cenderung muncul di mana pun mesin bertenaga baterai dan di mana lebih dari satu sendi dipasok dari catu bersama. Pola itu layak dibaca sebagai arsitektur kelistrikan dan bukan sebagai kategori produk, karena modul yang sama muncul di beberapa jenis mesin.

Platform berkaki dan beroda bertenaga baterai

Platform berkaki dan alas bergerak beroda membawa energinya sendiri dan menyalurkannya ke beberapa sendi. Baik penghematan arus di seluruh harness bersama maupun kecepatan yang disediakan bus yang lebih tinggi pada sendi sama-sama layak dimiliki, dan tungkai yang memperlambat mengembalikan energi ke bus yang sama yang memasok sendi lainnya, itulah sebabnya pak dan susunan proteksi di sekitarnya menjadi bagian dari rancangan dan bukan tambahan setelahnya. Modul 48 V di pita tengah dan berat pada matriks adalah yang biasanya masuk daftar pendek untuk sumbu pinggul dan lutut, dengan pasangan 6:1 melayani sendi yang lebih cepat dan lebih ringan.

Lengan kolaboratif dan manipulator

Lengan kolaboratif memusatkan beberapa modul ke dalam rantai kinematik yang pendek, tempat massa di ujung distal dibebankan lagi pada setiap sendi di atasnya. Penghematan arus di sini kurang penting dibanding batas kecepatan, karena tugas sebuah lengan didominasi oleh pelacakan dan penjangkauan dan bukan oleh fase penahanan yang panjang pada torsi tinggi. Modul poros berongga mengubah arsitektur harness rantai itu dengan membawa kabel melalui sendi dan bukan mengelilinginya. Perbandingan yang relevan untuk kelas mesin ini adalah Apa yang Perlu Dicari pada Motor BLDC untuk Lengan Cobot.

Eksoskeleton dan perangkat rehabilitasi

Perangkat yang dapat dikenakan menambah persyaratan yang tidak muncul di catatan aktuator: sendi harus berperilaku secara memadai ketika digerakkan balik oleh seseorang dan bukan diperintah. Hal itu menjadikan rasio dan perilaku penggerakan balik modul sebagai hal sentral, itulah sebabnya keluarga quasi direct drive 8:1 masuk daftar pendek untuk kelas ini bersama ujung rasio rendah dari jajaran AK, dan mengapa keputusan bus mengikuti perilaku yang dihadapi pemakai dan bukan memimpinnya. Pilihan yang lebih luas dipaparkan dalam Motor BLDC untuk Eksoskeleton: Motor Torsi Tanpa Rangka vs Aktuator Terintegrasi.

Manipulasi bergerak dan perangkat lapangan

Ketika sebuah mesin menggabungkan alas bergerak dengan sebuah lengan, bus harus melayani sendi dengan ukuran dan tugas yang sangat berbeda dari satu catu, dan arus yang ditarik sendi terbesar menetapkan ukuran jalur bersama. Itulah situasi tempat penghematan arus dari bus yang lebih tinggi paling bernilai, dan tempat himpunan kendala dari bagian sebelumnya, dari jendela masukan driver melalui pak dan pengisi daya hingga susunan proteksi, harus diselesaikan di seluruh mesin dan bukan di dalam satu modul.

Pertanyaan yang sering diajukan

Sumber daya resmi

CubeMars mempublikasikan halaman produk resmi untuk setiap aktuator beserta spesifikasi lengkapnya, gambar teknik, dan dokumentasi kendalinya, dan halaman-halaman itu tetap menjadi sumber kebenaran untuk setiap angka yang dikutip di sini - misalnya halaman produk AK70-10 KV100, halaman produk AK80-64 KV80, dan halaman produk AKH70-48 V1.0 KV41. Detail yang tidak dibawa halaman produk, termasuk jendela masukan yang diizinkan driver, ambang proteksinya, dan penurunan rating torsi yang berlaku pada tugas tertentu, harus dikonfirmasi dengan dokumentasi produsen yang berlaku sebelum pak ditetapkan. Platform ini menyimpan nilai-nilai yang diterbitkan dalam catatan produknya dan menjaganya tetap dapat ditemukan dan dibandingkan; produsen tetap menjadi sumber kebenaran untuk rancangannya.

Langkah selanjutnya

Untuk menyusun daftar pendek alih-alih membaca, tiga alat di platform ini bekerja secara berurutan. Telusuri seluruh kategori Aktuator Robotik untuk melihat setiap model dan spesifikasinya secara berdampingan, gunakan Seleksi untuk menyaring berdasarkan torsi, tegangan, dan massa, lalu tempatkan kandidat di Perbandingan Produk. Ketika sendi harus tetap patuh secara desain dan bukan kaku, kategori Aktuator QDD adalah tujuan berikutnya yang wajar, dan argumen rasio di balik keluarga itu dipaparkan dalam Aktuator Quasi Direct Drive: Yang Ditawarkan Rasio 8:1.

Dua artikel lain memuat bagian-bagian dari pokok bahasan ini yang tidak diselesaikan oleh keputusan bus. Aktuator Robotik: Cara Memilih Aktuator Terpadu untuk Sendi Robot menelusuri struktur internal sebuah modul terintegrasi dan sumbu-sumbu spesifikasi yang menentukan sebuah pilihan. Cara memilih modul sendi: lima aktuator CubeMars dari 190 g hingga 1.4 kg mengikuti modul yang sama menurut posisi sendi, dari pergelangan tangan hingga pinggul yang berat, dan merupakan pendamping yang tepat ketika kebutuhan mekanis sudah ditetapkan tetapi ukuran sendi belum.

Versi singkatnya: tetapkan tugas sendi lebih dulu, tetapkan bore dan selubung kedua, lalu putuskan bus dari angka yang benar-benar menjadi kekurangan tugas itu. Bus 48 V membeli kecepatan dan cadangan arus serta membiarkan torsi seperti semula, dan segala hal di luar itu, dari jendela driver hingga pak, adalah keputusan sistem yang harus dicatat sebelum perangkat kerasnya dipesan.