Che cosa valutare in un motore BLDC per un braccio robotico collaborativo

Un braccio robotico collaborativo condivide il proprio volume di lavoro con le persone, e questo singolo vincolo cambia ciò che il motore dentro ogni giunto deve fare. Un braccio industriale può essere dimensionato attorno al proprio carico utile e al proprio tempo di ciclo e poi recintato; un braccio collaborativo va dimensionato attorno a un carico utile, a un tempo di ciclo e a una persona, il che aggiunge limitazione della forza, guida manuale e servizio continuo a una specifica che doveva già soddisfare coppia, velocità e ingombro. I motori adatti a questi giunti sono i kit frameless — uno statore e un rotore senza involucro, senza cuscinetti e senza stadio di riduzione — perché in un braccio collaborativo la geometria del giunto, il percorso dei cavi e il riduttore sono tutte decisioni dell'integratore anziché proprietà del motore. Scegliere motori BLDC per un braccio robotico collaborativo procede quindi dal giunto all'indietro: si nominano prima l'impiego e lo stadio di riduzione, e il codice del modello si fissa per ultimo.

Risposta rapida

Un giunto collaborativo chiede al proprio motore tre cose che un giunto industriale non chiede. Il giunto deve poter essere spinto a mano, il che dà particolare valore a una coppia di dentellatura bassa e a un'inerzia del rotore ridotta. Deve funzionare per un turno anziché per un ciclo, il che rende la coppia continua e la corrente continua i valori di lavoro anziché i valori di picco. E la sua massa si trova su un collegamento accanto al quale può esserci una persona, quindi la massa all'estremità distale si paga in ogni giunto a monte. Dove il fascio di cavi deve attraversare il giunto, un foro passante lungo l'asse elimina del tutto l'anello di servizio dall'ingombro. Un attuatore per braccio robotico collaborativo viene quindi giudicato per come si comporta a coppie piccole e su impieghi lunghi, e solo dopo per il valore di picco che riesce a raggiungere.

Su ToBMS l'applicazione Braccio cobot raccoglie i kit e le unità integrate CubeMars che servono questi giunti. Questa guida legge sette dei kit frameless — le famiglie RI e RO, da un'unità da 20 g a un'unità da 710 g — come un unico insieme di specifiche, e presenta lo stadio di riduzione, che nessuna di quelle schede riporta, come la scelta che trasforma un motore piccolo in un giunto collaborativo.

Che cosa un giunto collaborativo chiede al proprio motore

I requisiti che distinguono un braccio collaborativo da uno industriale non sono funzioni aggiuntive avvitate sulla stessa specifica. Cambiano l'ordine in cui la specifica viene scritta, perché spostano il vincolo vincolante dal tempo di ciclo al comportamento a coppia bassa, al comportamento su impieghi lunghi e al comportamento della struttura in cui il motore è montato. Letti insieme, sono ciò che distingue i motori BLDC per un braccio robotico collaborativo dalla stessa classe di motore specificata per una cella industriale recintata.

Il percorso del carico corre accanto a una persona, non dietro una recinzione

Un braccio che lavora accanto a una persona deve poter operare in una modalità a forza limitata in cui la coppia applicabile è contenuta e la coppia ottenibile va comandata con precisione a valori piccoli. Per il motore questo significa due proprietà: la coppia prodotta per una data corrente deve essere prevedibile fino a correnti piccole, e la coppia prodotta quando non viene applicata alcuna corrente — la dentellatura — deve essere abbastanza piccola che un giunto azionato attraverso un riduttore non proceda a scatti né si blocchi quando viene mosso lentamente a mano. Un kit frameless senza involucro e senza cuscinetti non può nascondere queste proprietà dietro un treno di ingranaggi, quindi si leggono direttamente dalla scheda del motore e dall'avvolgimento e dal numero di poli.

La guida manuale richiede un motore onesto

La programmazione per dimostrazione, in cui una persona muove il braccio lungo un percorso e il controllore lo registra, è una delle ragioni per cui si acquistano i bracci collaborativi. Se un giunto possa essere backdrivabile lo decide soprattutto il riduttore — un rapporto alto resiste a una spinta esterna — ma il motore contribuisce con l'inerzia del rotore che il riduttore riflette sull'uscita, divisa per il quadrato del rapporto, e con la dentellatura che una persona avverte attraverso lo stadio. Un'inerzia del rotore bassa e un avvolgimento fluido rendono l'attrito leggero e uniforme; un rotore grande lo rende pesante e impreciso. In questo insieme le masse del rotore vanno da 20 g a 710 g, e le unità all'estremità piccola sono quelle che un giunto a guida manuale può portare come contributo diretto alla sensazione.

L'impiego è continuo, non episodico

Una cella di saldatura esegue un ciclo breve e veloce e poi attende. Un braccio collaborativo si guadagna il proprio posto lavorando accanto a una persona per un turno intero, e gran parte di quel tempo serve a tenere un utensile in una posizione o a muoversi lentamente contro un carico. È un impiego termico anziché dinamico, e rende la coppia continua il valore con cui si dimensiona il giunto, con il valore di picco riservato al transitorio all'inizio di un movimento. Rende anche la corrente continua un valore di sistema, perché un giunto che mantiene una posa contro la gravità continua ad assorbire corrente e a convertirla in calore nell'avvolgimento. Un motore per giunto robotico scelto solo in base al tempo di ciclo è dimensionato per l'impiego sbagliato, e la carenza si manifesta come un avvolgimento che esce dalla propria classe di isolamento durante un mantenimento prolungato.

La massa del braccio stesso fa parte del carico utile

Un braccio collaborativo è di norma nominale per pochi chilogrammi di carico utile, e la massa del braccio stesso è parecchie volte superiore. Ogni grammo di motore e di struttura viene quindi accelerato a ogni movimento e va a discapito del carico utile, e un motore collocato al polso viene accelerato a sua volta dal polso, dal gomito e dalla spalla. La coppia per unità di massa è il valore che collega questo vincolo alla scheda del motore, e va letto tenendo presente lo stadio di riduzione, perché un motore leggero dietro uno stadio grande produce più coppia al giunto per grammo di un motore pesante dietro uno stadio piccolo. È la ragione per cui il confronto seguente è fatto per unità di massa anziché per unità di coppia.

Come un riduttore trasforma un motore piccolo in un giunto cobot

Lo stadio di riduzione è l'interfaccia tra la scheda del motore e il requisito del giunto, e mappa ogni grandezza lato motore sul lato giunto in modo fisso. Leggere la scheda del motore senza quella mappa è il modo in cui una specifica finisce per coincidere sulla carta e comportarsi male al giunto.

Il rapporto appartiene all'integratore, e nessuna di queste schede ne riporta uno

Le sette schede usate in questa guida riportano tensione nominale, potenza nominale, coppia nominale e di picco, corrente nominale e di picco, velocità nominale e a vuoto, massa, diametro esterno, lunghezza assiale, coppie polari e KV; alcune riportano anche un valore di Ke e un metodo di azionamento. Nessuna riporta un rapporto di riduzione, un valore di gioco o un diametro d'albero. Non è una lacuna delle schede della piattaforma — quelle grandezze appartengono al giunto in cui il kit viene montato, e le sceglie l'integratore. È anche la ragione per cui un progetto di braccio collaborativo parte dal giunto anziché dal codice del modello: lo stesso motore può servire un asse di polso veloce e a coppia bassa e un asse di spalla lento e ad alta coppia, e l'unica differenza è lo stadio tra esso e il carico.

La coppia si moltiplica per il rapporto, la velocità si divide per esso

Sul lato giunto dello stadio, la coppia è la coppia del motore moltiplicata per il rapporto e per il rendimento dello stadio, e la velocità è la velocità del motore divisa per il rapporto. Dal rapporto discendono altri due effetti. L'inerzia riflessa dal rotore all'uscita diminuisce con il quadrato del rapporto, ed è per questo che un rapporto alto produce un giunto facile da comandare e difficile da avvertire. E ogni stadio di riduzione aggiunto costa qualche punto percentuale della potenza che lo attraversa mentre aggiunge il proprio contributo al gioco, quindi la moltiplicazione è reale ma non gratuita. Una specifica di giunto deve quindi dichiarare il rapporto che presuppone, perché un requisito di coppia e un requisito di velocità non si possono leggere da una scheda del motore indipendentemente da esso.

Un solo motore registrato dietro due stadi diversi

L'aritmetica si vede più facilmente su una singola unità registrata. L'RI80 V2.0 KV75 pesa 411 g e pubblica 1.45 Nm di coppia nominale e 4.1 Nm di coppia di picco, con 1135 rpm nominali e 1480 rpm a vuoto in uscita su un'alimentazione a 24 V — che sono 6810 e 8880 gradi al secondo prima di montare qualsiasi stadio. Dietro uno stadio 10:1, e trattando l'aritmetica come approssimata, quei valori diventano circa 41 Nm di picco e 14.5 Nm di coppia nominale con una velocità di uscita a vuoto fino a 888 gradi al secondo al giunto; dietro uno stadio 50:1 diventano circa 205 Nm di picco e 72.5 Nm di coppia nominale con una velocità di uscita a vuoto fino a 178 gradi al secondo. La seconda configurazione corrisponde a una coppia di picco lato giunto di circa 205 Nm, ricavata dalla coppia di picco pubblicata e da un rapporto di riduzione ipotizzato, che si colloca nello stesso ordine dei 222 Nm pubblicati per un attuatore integrato da 1396 g — i due non sono misurati sulla stessa base, dato che il primo è un valore lato motore portato attraverso un rapporto e il secondo è un valore pubblicato per un giunto assemblato, quindi non vanno confrontati direttamente. Il motore ha una massa inferiore a un terzo di quella, perché la coppia è venuta dal rapporto e non dal motore. Ciò che il confronto non porta con sé è il gioco, la rigidità e il lavoro di assemblaggio che un riduttore introduce, e sono proprio le ragioni per cui si acquista un'unità integrata.

Sette specifiche che decidono il motore di un giunto cobot

Sette valori della scheda di un motore per giunto robotico portano la decisione, e si leggono in questo ordine, perché ciascuno restringe ciò che il successivo deve fornire. Nessuno dei sette è un massimo; ognuno è un'affermazione sul comportamento, che è ciò che un'applicazione collaborativa acquista.

La coppia continua, che è un'affermazione termica

La coppia nominale è la coppia che il motore può mantenere indefinitamente con l'avvolgimento che resta dentro la propria classe di isolamento, quindi dipende da come il calore lascia lo statore — verso la struttura in cui è pressato o incollato, e via dal giunto. Su questi sette kit la coppia nominale pubblicata va da 0.024 Nm sull'unità da 20 g a 4 Nm sull'unità da 710 g, un intervallo di più di due ordini di grandezza, ed è il valore da confrontare con il carico medio del giunto su un turno anziché con il caso peggiore in un movimento. Per un attuatore per braccio robotico collaborativo è il vincolo vincolante per gran parte della giornata lavorativa, ed è il valore della scheda che la struttura circostante può cambiare.

La coppia di picco, che è una finestra

La coppia di picco descrive ciò che il motore può produrre per un intervallo breve senza superare il limite di corrente dell'azionamento né smagnetizzare i magneti. Letto dalle due colonne pubblicate, in questo insieme il multiplo picco/nominale è vicino a tre per ogni unità, tra circa 2.8 e circa 3.0, che è una banda più stretta di quella mostrata dalla famiglia degli attuatori integrati elencati su ToBMS e significa che due kit con la stessa coppia nominale forniranno più o meno lo stesso transitorio. La finestra deve comunque essere definita dal produttore — per quanto tempo, con quale frequenza e con quale raffreddamento — prima di poter essere usata per dimensionare qualsiasi cosa.

La corrente continua, che è quanto costa una posa mantenuta

Un giunto fermo sotto carico non è inattivo dal punto di vista dell'avvolgimento: l'azionamento mantiene la posizione con corrente nelle fasi, e la perdita nel rame è la stessa che si avrebbe muovendosi lentamente. La corrente continua pubblicata in questo insieme va da 1.47 A sull'unità più piccola a 20 A sulla più grande, e su un braccio collaborativo quell'assorbimento si paga con il budget termico del controllore e, su una piattaforma mobile, con l'autonomia. Su una base alimentata a batteria lo stesso assorbimento è un valore di autonomia oltre che termico, perché la postura che il braccio mantiene più spesso è quella che il pacco batteria paga.

Il KV e la tensione di alimentazione dietro la velocità lato motore

Il KV è la costante lato motore: la velocità a cui gira il rotore per volt di tensione di bus applicata, prima di qualsiasi riduzione. Moltiplicato per la tensione di alimentazione nominale dà la velocità lato motore — 600 moltiplicato per 16 V dà 9600 rpm per l'RI20 KV600, 260 moltiplicato per 24 V dà 6240 rpm per l'RI30 KV260, e 115 moltiplicato per 48 V dà 5520 rpm per l'RO60 KV115 Standard. Anche il rapporto tra il KV e la velocità a vuoto dipende dalla definizione dell’avvolgimento e dalle condizioni di prova, quindi le velocità di uscita a vuoto e nominale pubblicate dal produttore sono i valori su cui progettare, e la tensione di alimentazione è una decisione di sistema che va fissata prima di definire la preselezione, dato che l'unità da 20 g funziona a 16 V e le unità più grandi a 48 V.

Il diametro esterno e l'alesaggio che ne deriva

Il diametro esterno stabilisce quanto materiale di statore e di magneti entra nel giunto, e su questi sette va da 25 mm a 113.5 mm. Su un braccio collaborativo il diametro è di solito la più difficile delle due dimensioni d'ingombro, perché la sezione di un collegamento è fissata dalla struttura che deve portare il carico, mentre la lunghezza assiale può spesso essere assorbita nel collegamento stesso. Il diametro è anche il luogo in cui vive l'alesaggio. Il testo delle caratteristiche del produttore nomina un albero cavo con un'apertura da Ø17 mm per l'RI30 KV260 e un grande albero cavo per l'RO50 KV108 Lite, l'RO60 KV115 Standard e l'RO100 KV55 Standard; gli altri tre kit di questo insieme non riportano quella caratteristica nella descrizione pubblicata. Dove un giunto deve far passare alimentazione e cablaggio dei sensori attraverso il proprio asse, l'alesaggio è ciò che toglie il cavo dalle parti che possono guastarsi, e sui motori BLDC per un braccio robotico collaborativo il diametro e l'alesaggio si leggono insieme proprio per questo.

La lunghezza del pacco e il budget assiale

La lunghezza assiale di questi kit va da 14 mm a 36.2 mm, e compete per lo spazio con lo stadio di riduzione che verrà imbullonato sullo stesso asse. Un pacchetto lungo e sottile entra dentro un collegamento; un pacchetto corto e largo si colloca meglio all'esterno di una staffa. Poiché il riduttore, la disposizione dei cuscinetti e l'encoder devono stare tutti sulla stessa linea assiale, il budget assiale si esaurisce di solito più in fretta di quanto suggerisca il primo schizzo, e un kit lungo 14 mm ne lascia più di uno lungo 36 mm.

La massa sul collegamento distale

La massa è l'ultimo valore che si legge ed è quello che va letto in posizione. Un motore al polso viene portato lungo ogni movimento del braccio, quindi il suo costo si paga in ogni giunto tra esso e la base, mentre la stessa massa alla spalla si paga una volta sola. La coppia di picco pubblicata per unità di massa su questi sette kit sale da circa 3.6 Nm/kg sull'unità da 20 g a circa 16.9 Nm/kg sull'unità da 710 g, e la coppia nominale per unità di massa da circa 1.2 Nm/kg a circa 5.6 Nm/kg — entrambe aritmetica ricavata dalle colonne registrate, ed entrambe parecchio inferiori a quelle della famiglia degli attuatori integrati elencati su ToBMS, perché non è ancora stato contato alcuno stadio di riduzione.

Sette motori CubeMars RI e RO come un unico insieme di specifiche

La tabella seguente legge sette kit frameless CubeMars come un unico insieme di specifiche, ordinati per massa, perché la massa è l'asse lungo cui un braccio collaborativo viene progettato: la scala va da un'unità da 20 g per un asse di mano o di polso a un'unità da 710 g per un asse di spalla o adiacente alla base. Ogni valore è quello pubblicato dal produttore, e ogni valore derivato nel testo circostante è etichettato come aritmetica.

Coppia nominale e di picco, tensione di alimentazione, massa e ingombro come pubblicati dal produttore. La coppia nominale è il valore continuo entro i limiti termici del motore; la coppia di picco è un valore a finestra breve. Le schede di questi kit non riportano un rapporto di riduzione, un valore di gioco o un diametro d'albero, perché appartengono al giunto in cui il kit viene montato.

Letti come un unico insieme, i sette kit descrivono una scala di coppia da 0.072 Nm a 12 Nm di coppia di picco pubblicata su un intervallo di massa da 20 g a 710 g, e — a differenza della famiglia degli attuatori integrati elencati su ToBMS, dove l’ordinamento per massa smette di seguire la coppia oltre la fascia media — l'ordinamento qui tiene fino in cima. La coppia di picco per unità di massa sale con regolarità da circa 3.6 Nm/kg sull'unità da 20 g a circa 16.9 Nm/kg sull'unità da 710 g. La forma monotona è una conseguenza del riduttore mancante: senza alcuno stadio nei valori, ciò che distingue questi motori è quanto materiale di statore e di magneti porta ciascuno, e questo scala con l'ingombro.

La seconda cosa che la tabella mostra è quanto la densità di coppia di un kit nudo stia sotto ciò che un giunto richiede. Ogni valore in essa è un valore lato motore, e ogni requisito di giunto è un requisito lato uscita, quindi il rapporto tra i due è lo stadio che l'integratore non ha ancora scelto. È la ragione per cui un'unità da 20 g può azionare un asse di polso e una da 710 g un asse di spalla: non perché il motore più grande sia fondamentalmente migliore, ma perché lo stadio dietro ciascuno è dimensionato sul giunto. Una preselezione tratta da questa tabella è quindi una preselezione di motori che possono sopravvivere al requisito di coppia, velocità e comportamento termico di un giunto una volta assunto uno stadio, e lo stadio va assunto prima di definire la preselezione. Un confronto tra motori BLDC per un braccio robotico collaborativo che salta quel passaggio confronta valori lato motore con un requisito lato giunto.

La terza cosa che la tabella mostra è come la tensione di alimentazione cambi con la taglia. L'unità più piccola funziona a 16 V e la più grande a 48 V, e l'RI50 KV100 e l'RI80 V2.0 KV75 pubblicano una velocità nominale e una velocità a vuoto per ciascuna delle tensioni 24 V, 36 V e 48 V — 1090, 1860 e 2600 rpm nominali per l'RI50, e 2004, 3006 e 4008 rpm a vuoto per la stessa unità. Quelle schede a tre punti rendono visibile l'effetto del bus in una sola riga, e sono la ragione per cui una decisione sulla tensione di sistema va presa prima del confronto tra motori anziché dopo. Un'architettura a 48 V e una a 24 V selezionano in modo diverso dalla stessa tabella.

Leggere i sette dal polso alla base

Un braccio collaborativo è una catena che va dagli assi distali alla mano e al polso fino alla spalla e alla base, e il requisito si sposta lungo di essa: la coppia sale, il budget di massa sale e la velocità necessaria al giunto scende. I sette kit seguenti dividono quella catena in tre gruppi, e la divisione segue la massa pubblicata.

L'estremità da 20 g e 40 g: assi di mano e di polso

I due kit più piccoli portano gli impieghi a coppia bassa e velocità alta. L'RI20 KV600 pesa 20 g in un ingombro da 25 mm di diametro e 14.5 mm di lunghezza, funziona a 16 V con 0.024 Nm di coppia nominale e 0.072 Nm di coppia di picco, e pubblica 1.47 A di corrente continua con 7452 rpm nominali e 9600 rpm a vuoto su 7 coppie polari. Il suo KV alto e l'ingombro ridotto si adattano a un asse che deve muoversi rapidamente e portare pochissimo, il che in un braccio collaborativo significa una mano o un rollio di polso azionati attraverso uno stadio grande. L'RI30 KV260 è la stessa idea con più materiale e un avvolgimento più lento: 40 g in un ingombro da 38 mm di diametro e 14 mm di lunghezza, 0.076 Nm di coppia nominale e 0.23 Nm di coppia di picco a 24 V, 1.98 A di corrente continua, 4110 rpm nominali e 6240 rpm a vuoto, e la descrizione del produttore nomina un albero cavo da Ø17 mm per l'instradamento dei cavi. Quell'alesaggio è ciò che lo rende utilizzabile a un polso, dove il fascio di cavi deve attraversare l'asse, ed è la caratteristica che lo separa dall'RI20.

La fascia media da 105 g a 248 g: assi di avambraccio e di gomito

Il centro dell'insieme è dove si collocano i giunti di avambraccio e di gomito, ed è la parte di un braccio collaborativo in cui il carico utile e la massa del braccio stesso sono più vicini in grandezza. Il RO50 KV108 Lite è l'opzione utile più leggera con 105 g in un ingombro da 61.7 mm di diametro e 14.5 mm di lunghezza, e produce 0.3 Nm di coppia nominale e 0.9 Nm di coppia di picco a 24 V con 2100 rpm nominali e 2600 rpm a vuoto in uscita, 3.4 A di corrente continua e 14 coppie polari; il suo testo delle caratteristiche nomina un grande albero cavo e la sua scheda nomina il FOC come metodo di azionamento. L'RI50 KV100 pesa 180.8 g in un ingombro da 54 mm di diametro e 27 mm di lunghezza e accetta 24 V, 36 V o 48 V, producendo 0.58 Nm di coppia nominale e 1.67 Nm di coppia di picco con 4.8 A di corrente continua; la sua scheda di velocità a tre punti è la singola riga più utile della tabella per pianificare una tensione di bus. Il RO60 KV115 Standard passa a 248 g in un ingombro da 73.8 mm di diametro e 23 mm di lunghezza per 0.8 Nm di coppia nominale e 2.4 Nm di coppia di picco a 48 V, con 4200 rpm nominali, 5520 rpm a vuoto, 8.5 A di corrente continua, 14 coppie polari e un grande albero cavo dichiarato nel suo testo delle caratteristiche. Ciò che questi tre condividono è un alesaggio attraverso l'asse e abbastanza coppia continua per sostenere un avambraccio più un carico utile contro la gravità senza consumare la riserva transitoria — l'impiego che un gomito collaborativo svolge per gran parte di un turno.

L'estremità da 411 g e 710 g: assi di spalla e adiacenti alla base

La parte alta della tabella è per i giunti che portano il braccio. L'RI80 V2.0 KV75 pesa 411 g in un ingombro da 85 mm di diametro e 27 mm di lunghezza e accetta 24 V, 36 V o 48 V, producendo 1.45 Nm di coppia nominale e 4.1 Nm di coppia di picco con 9.4 A di corrente continua, 1135, 1785 e 2430 rpm nominali e 1480, 2220 e 2960 rpm a vuoto sulle tre tensioni, su 8 coppie polari, con il FOC dichiarato nella scheda. L'RO100 KV55 Standard è il kit più grande qui con 710 g in un ingombro da 113.5 mm di diametro e 36.2 mm di lunghezza, e produce 4 Nm di coppia nominale e 12 Nm di coppia di picco a 48 V con 2000 rpm nominali e 2550 rpm a vuoto in uscita, 20 A di corrente continua, 21 coppie polari e un grande albero cavo dichiarato nel suo testo delle caratteristiche. Il suo KV basso di 55 è ciò che vuole un giunto di spalla: a una data tensione di bus il rotore gira lentamente con più coppia per ampere, che è la disposizione che mantiene bassa la corrente continua, e quindi la perdita nel rame, su un asse che passa la propria vita a sostenere il braccio. L’RI80 V2.0 KV75 ha una coppia di picco circa 2.8 volte la sua coppia nominale, e la sua corrente di picco di 27.6 A è circa 2.9 volte la sua corrente nominale di 9.4 A; l’RI20 KV600 riporta la propria voce Ke accanto al proprio KV e alla propria tensione di alimentazione nella stessa scheda. Le condizioni di prova dietro questi valori non sono indicate nella scheda, quindi le loro definizioni e le finestre di impiego vanno confermate con il produttore durante la revisione della specifica.

Bracci realizzati su misura, manipolatori mobili e celle di laboratorio

Ogni kit di questa tabella è associato su ToBMS alla stessa applicazione, il che riflette quanto l'impiego sia specifico: l'applicazione Braccio cobot copre macchine i cui giunti sono costruiti attorno a un volume di lavoro condiviso anziché attorno a una cella recintata. I tre contesti seguenti sono quelli in cui questo insieme viene attinto più spesso, e in cui un attuatore per braccio robotico collaborativo deve giustificare la propria massa.

Bracci collaborativi realizzati e assemblati

Dove il braccio è costruito con collegamenti, cuscinetti e un riduttore anziché acquistato come modulo articolare, il motore viene scelto per ultimo e lo stadio per primo, e le sette schede sopra sono l'input di quella scelta. Lo schema che compare più spesso è un kit piccolo al polso per la velocità e la massa ridotta, un kit di fascia media al gomito per la coppia di mantenimento e l'instradamento dei cavi, e un kit a KV basso alla spalla per la coppia continua a corrente bassa. Un Braccio cobot costruito in questo modo ha il proprio gioco, la propria rigidità e il proprio lavoro di assemblaggio distribuiti su tre o più riduttori, che è il compromesso che chi costruisce accetta in cambio del controllo sulla geometria del giunto.

Manipolatori mobili e piattaforme di ispezione

Mettere un braccio su una base mobile cambia il budget di massa più di qualsiasi altra decisione. La base deve portare il braccio, il braccio deve portare il carico utile, e l'intera catena funziona a batteria, quindi la corrente continua diventa un valore di autonomia oltre che termico. Un kit a KV basso alla spalla assorbe meno corrente per unità di coppia di mantenimento di un kit a KV alto chiamato a fare lo stesso lavoro attraverso uno stadio diverso, e un kit con un alesaggio tiene il fascio di cavi fuori dalle parti in movimento. Lo stesso ragionamento vale per un Braccio cobot montato su una piattaforma di ispezione, dove il braccio è un accessorio di una macchina che ha già un proprio problema di massa.

Celle di laboratorio, banchi didattici e hardware di ricerca

L'hardware di ricerca e didattico è costruito per essere strumentato e ricostruito, quindi privilegia i kit il cui comportamento si può prevedere dalla scheda senza una campagna di prove: un avvolgimento fluido, una corrente continua pubblicata e una massa abbastanza piccola che il braccio possa essere mosso a mano per verificare un controllore. I sistemi programmati per dimostrazione hanno anche bisogno che l'attrito del giunto sia basso e uniforme, che è il vincolo che rende la dentellatura e l'inerzia del rotore i valori da leggere per primi quando un braccio viene assemblato per un laboratorio anziché per una cella di produzione.

Una sequenza di dimensionamento per un giunto cobot

Tre passaggi, in questo ordine, e l'ordine conta più del dettaglio dentro ciascuno di essi, perché ogni passaggio restringe ciò che il successivo deve considerare.

Fissare prima la coppia continua e l'impiego

Stabilire la coppia che il giunto mantiene nella postura in cui il braccio passa la maggior parte del tempo, aggiungere la coppia necessaria ad accelerare il collegamento e il carico utile durante un movimento, e stimare quale frazione di un turno viene spesa in ciascuna. Il primo valore dimensiona il caso termico e quindi la coppia nominale; il secondo dimensiona la dichiarazione di picco; e il rapporto tra i due decide quanta parte della riserva di picco si spende contro la gravità e quanta ne resta per il transitorio. Nulla del modello può essere deciso prima di questo, perché la stessa coppia al giunto può essere ottenuta da un kit piccolo dietro uno stadio grande o da un kit grande dietro uno stadio piccolo, e le due configurazioni si comportano diversamente quando una persona spinge il braccio.

Fissare per secondi alimentazione, alesaggio e ingombro di montaggio

La tensione di bus segue l'architettura di potenza della macchina anziché il motore, quindi va trattata come un vincolo fisso: in questo insieme l'alimentazione va da 16 V sul kit più piccolo a 48 V sul più grande, e un kit nominale per 48 V non può essere usato su una piattaforma a 16 V per quanto bene coincida la sua coppia. L'ingombro segue il collegamento — prima il diametro esterno, poi la lunghezza assiale — e dove il fascio di cavi deve attraversare il giunto, l'alesaggio fa parte della stessa decisione. Una preselezione che supera questi due filtri è di solito abbastanza corta da poter essere confrontata come si deve.

Chiedere al produttore i valori che la scheda omette

Le schede pubblicate per questa classe di kit sono solide su coppia, velocità, massa e ingombro, e più povere sui valori che decidono come si comporta un giunto anziché come si comporta un motore. L'insieme di domande da portare al produttore è breve e specifico.

• Il rapporto di riduzione e il gioco che il giunto porterà davvero, e a chi appartiene quella specifica — è una decisione di integrazione anziché un valore del motore.
• La finestra di impiego associata al valore di coppia di picco: per quanto tempo, con quale frequenza e con quale raffreddamento.
• Se la corrente continua è dichiarata per la disposizione di montaggio che il giunto adotta, dato che il percorso termico è la struttura.
• Per l’RI80 V2.0 KV75, le condizioni di prova e la finestra di impiego dietro il valore di corrente di picco — la scheda riporta una corrente di picco di 27.6 A, circa 2.9 volte la corrente nominale di 9.4 A.
• Per l’RI20 KV600, le condizioni di misura dietro la voce Ke — la scheda riporta una potenza nominale di 18 W, e Ke, KV e tensione di alimentazione compaiono tutti nella tabella delle specifiche.
• Un metodo di azionamento dichiarato e un diametro d'albero per le unità le cui schede non ne indicano alcuno.

Dove un valore manca dalla scheda, appartiene al margine di progetto anziché a un'ipotesi, e la valutazione va messa per iscritto prima di ordinare il giunto.

Domande frequenti

Risorse ufficiali

CubeMars pubblica la documentazione di prodotto per i kit frameless raccolti nella sezione Risorse della piattaforma, e ogni modello ha una pagina ufficiale che porta la specifica completa, la curva di prestazione e il disegno di montaggio — la gamma di prodotto del produttore è il punto di ingresso, e i sette kit di questa guida sono documentati singolarmente, compresi l'RI80 V2.0 KV75 e l'RO100 KV55 Standard. Il produttore resta la fonte autorevole per curve di coppia, valori termici, base del gioco e configurazione dell'azionamento; ToBMS mantiene ricercabile e confrontabile il livello di scoperta, e i valori usati in questa guida sono quelli pubblicati e registrati nelle schede prodotto della piattaforma.

Dove andare dopo

La controparte a livello di categoria di questa guida è Motori coppia frameless: scegliere il kit statore-rotore per giunti robotici, che legge le famiglie RI e RO come componenti e ne confronta dodici, e Come scegliere un modulo articolare: cinque attuatori CubeMars da 190 g a 1.4 kg, che assume il giunto assemblato come unità di progetto. Questa guida parte invece dal volume di lavoro condiviso: arriva alla stessa classe di motore passando per limitazione della forza, guida manuale e servizio continuo, che è la strada da seguire quando la domanda è di che cosa ha bisogno un Braccio cobot anziché quale kit sia più grande. Restringere la scelta dei motori BLDC per un braccio robotico collaborativo su un nuovo progetto segue lo stesso ordine.

Vale la pena seguire due strade adiacenti dove l'architettura cambia. Dove la scelta è tra un kit nudo e un modulo sigillato, Motori BLDC per esoscheletro: motore coppia frameless o attuatore integrato espone direttamente quel confronto rispetto alla gamma Attuatori robotici. Dove il giunto appartiene a una piattaforma con zampe o umanoide anziché a un braccio, Motori BLDC per robot umanoide: come abbinare coppia, velocità e dimensioni affronta lo stesso compromesso lungo una catena di giunti che deve anche equilibrarsi.

Per il contesto più ampio di come si rapportano le classi di motore, Motori BLDC: guida completa a tipi, specifiche e scelta dei motori brushless DC colloca il kit frameless tra le altre categorie. Per preselezionare anziché fare ricerca, filtrare i candidati per coppia, tensione, massa e ingombro in Selezione e poi metterli l'uno contro l'altro in Confronto prodotti; le classi di giunto correlate sono raggruppate nelle applicazioni Modulo articolare, Robot umanoide, Esoscheletro, Robot quadrupede e Robot riabilitativo della piattaforma. La categoria Motori frameless contiene i sette kit confrontati qui, e la pagina CubeMars raccoglie il resto della gamma.