Jak wybrać siłownik robotyczny o wysokim momencie

Siłownik robotyczny o wysokim momencie to zintegrowany moduł — silnik bezszczotkowy, stopień redukcyjny, sprzężenie zwrotne i napęd w jednej obudowie — dobierany ze względu na moment, jaki musi utrzymywać przegub robota, a nie ze względu na największą wartość na panelu specyfikacji. Pojęcie to niesie ze sobą granicę, której sama specyfikacja silnika nie wyznacza: zestaw bezramowy sprzedawany do tej samej klasy maszyn może publikować moment szczytowy rzędu kilku niutonometrów i pozostawiać łożysko, enkoder oraz napęd integratorowi, podczas gdy zintegrowany siłownik robotyczny o wysokim momencie dla biodra, kolana lub ramienia jest publikowany powyżej 100 Nm. Dwa porównywane tu rekordy — CubeMars AK80-64 KV80 oraz AKH70-48 V1.0 KV41 — mają 120 i 222 Nm momentu szczytowego w obudowach o masie 850 g i 1396 g, a różnica między nimi wynika z trzech decyzji, a nie z dwóch poziomów jakości. Granica między zestawem bezramowym a modułem zintegrowanym jest rozłożona na części w Bezramowy silnik momentowy o wysokim momencie: skąd bierze się moment, a to samo zadanie opisano w kategorii Siłowniki robotyczne.

Szybka odpowiedź

Pierwszą decyzją jest utrzymanie, a nie szczyt. Siłownik przegubu robota spędza większość życia przy obciążeniu statycznym — ramię trzymające narzędzie, kolano przejmujące część masy ciała, noga w fazie podparcia — a wartością opisującą ten stan jest moment ciągły, czyli znamionowy. Moment szczytowy opisuje krótki wypad, jaki moduł może wykonać bez natychmiastowego uszkodzenia, i jest zapasem, a nie punktem pracy. Siłownik robotyczny o wysokim momencie jest więc najpierw zawężany względem obciążenia statycznego, a wartość szczytowa jest czytana jako rezerwa na przyspieszenie, pochwycenie i odzyskanie równowagi.

Drugą decyzją jest stopień redukcyjny, bo to przełożenie zamienia mały silnik w przegub. Dwa moduły opisane tutaj wykorzystują stopnie 64:1 i 48:1, a przełożenie przesuwa prędkość wyjściową i moment wyjściowy w przeciwnych kierunkach, jednocześnie zmieniając to, ile obciążenia przegub odczuwa przez przekładnię. Wysokie przełożenie zwielokrotnia moment wyjściowy i zmniejsza prędkość wyjściową. Może też utrudnić pracę wsteczną przegubu, ponieważ bezwładność po stronie silnika i straty w przekładni wpływają na ruch odczuwany na wyjściu. Rzeczywista podatność na pracę wsteczną zależy od konstrukcji przekładni, tarcia, sprawności przekładni, charakterystyki silnika i stanu sterowania, więc samo przełożenie nie przesądza o tym, jak łatwo siła zewnętrzna może poruszyć przegub. Przełożenie dobiera się zatem względem zadania, a nie względem docelowej liczby. Odczyt siłownika robotycznego o wysokim momencie oznacza czytanie przełożenia i uzwojenia razem, bo każde z osobna pozostawia przegub niezdefiniowany. Siłownika przegubu robota zbudowanego na niewłaściwym przełożeniu nie da się później naprawić zmianą uzwojenia.

Trzecią decyzją jest termika i to ją najłatwiej pominąć. Moment znamionowy to stwierdzenie termiczne — jest to określony przez producenta moment wyjściowy w podanych warunkach pracy i warunkach termicznych. To, czy da się go utrzymywać w sposób ciągły w konkretnym robocie, zależy od takich czynników, jak temperatura otoczenia, sposób montażu, odprowadzanie ciepła, ustawienia napędu i cykl pracy, więc warunki stojące za publikowaną wartością znamionową trzeba potwierdzić u producenta, zanim przegub zostanie zwymiarowany pod obciążenie ciągłe. Napięcie szyny ustala, ile prądu potrzeba dla danej mocy wyjściowej, rezystancja uzwojenia zamienia ten prąd w straty w miedzi, a moduł odprowadza następnie ciepło przez swoją obudowę. W dwóch rekordach opisanych tutaj moment znamionowy wynosi 48 Nm i 74 Nm, a każda z tych wartości jest powiązana z publikowanym obok prądem znamionowym — 7 A i 6 A. Dobór siłownika robotycznego o wysokim momencie to wybór pary momentu i prądu, w której mieści się zadanie, a w przypadku siłownika przegubu robota to właśnie ta para jest publikowana w rekordzie, a nie sam moment.

Co sprawia, że siłownik robotyczny ma wysoki moment

Wysoki moment to relacja między wartością wyjściową a warunkami, w których ją uzyskano, a nie stopień, który moduł albo ma, albo nie. W przypadku siłownika robotycznego o wysokim momencie ta relacja jest wyrażona w warunkach wydrukowanych obok wartości momentu, a nie w samych wartościach. Trzy wielkości niosą jej większość: moment utrzymywany w sposób ciągły, moment osiągany krótkotrwale oraz miejsce w torze napędowym, w którym następuje zwielokrotnienie. Trzy poniższe sekcje omawiają je w tej kolejności.

Moment znamionowy to wartość, którą przegub utrzymuje w sposób ciągły

Moment znamionowy jest publikowany dla podanego napięcia szyny i podanego warunku termicznego — jest to moment wyjściowy, jaki rekord określa dla warunków wymienionych obok. Utrzymywanie tej wartości tak długo, jak wymaga tego zadanie, jest kwestią dotyczącą maszyny, do której moduł został zamontowany — temperatura otoczenia, sposób montażu, odprowadzanie ciepła, ustawienia napędu i cykl pracy — a nie właściwością, którą ta wartość niesie sama w sobie. Jej górną granicę wyznacza uzwojenie, a nie magnesy: prąd, jaki uzwojenie może przewodzić bez ograniczenia czasowego, zależy od tego, jak szybko wytwarzane ciepło opuszcza moduł, a sam moduł nie ma aktywnego chłodzenia. W rekordach opisanych tutaj moment znamionowy wynosi 48 Nm w AK80-64 KV80 przy 7 A i 74 Nm w AKH70-48 V1.0 KV41 przy 6 A. Stosunki między tymi parami różnią się bardziej niż same wartości momentu, co jest pierwszą oznaką, że siłownik robotyczny o wysokim momencie dobiera się na podstawie pary, a nie samego momentu.

Istnieje też warunek, którego moment znamionowy nie obejmuje sam w sobie: przegub utrzymujący pozycję przy zerowej prędkości nadal pobiera prąd, a więc nadal wytwarza ciepło w uzwojeniu. Mechaniczna moc wyjściowa jest przy bezruchu równa zeru, więc wartość podana jako moc znamionowa nie ogranicza przypadku utrzymania. Siłownik przegubu robota, który utrzymuje pozycję przez cały dzień, jest więc wymiarowany na prąd znamionowy w takim samym stopniu jak na moment znamionowy. Prąd, jaki uzwojenie może przewodzić w tym stanie, wyznaczają wciąż te same warunki termiczne co sama wartość znamionowa — temperatura otoczenia, sposób montażu, odprowadzanie ciepła i cykl pracy — a dodatkowo ogranicza go to, co może dostarczyć napęd i czego wymaga obciążenie. W przypadku siłownika robotycznego o wysokim momencie przypadek utrzymania jest więc kwestią prądu, ale odpowiedzią jest wartość dla podanego zestawu warunków, a nie poziom utrzymujący się w każdym układzie, i to prąd wymiaruje napęd.

Moment szczytowy to krótki wypad, a nie punkt pracy

Moment szczytowy jest publikowany wraz z prądem szczytowym i oknem czasowym, które rekord zwykle podaje osobno — jest to moment, jaki przegub może osiągnąć podczas przyspieszenia, pochwycenia lub korekty. Dwa opisane tu rekordy publikują 120 Nm przy 19 A oraz 222 Nm przy 18 A. Moment szczytowy należy oceniać łącznie z prądem szczytowym, dopuszczalnym czasem trwania wypadu i warunkami pracy podanymi przez producenta. Siłownik przegubu robota, który osiąga wysoki moment szczytowy przez bardzo duży prąd, nakłada odpowiednio duże obciążenie termiczne na uzwojenie i pobiera odpowiednio duży prąd z napędu oraz z pakietu, ale niższy publikowany prąd szczytowy sam w sobie nie dowodzi wyższej sprawności ani niższego zużycia energii, zwłaszcza gdy porównywane moduły różnią się konstrukcją silnika, przełożeniem i znamionowym punktem pracy. Siłownik robotyczny o wysokim momencie, którego rekord nie podaje ani prądu szczytowego, ani okna czasowego, pozostawia wypad niezdefiniowany. Siłownik robotyczny o wysokim momencie dla przegubu, który często sięga szczytu, jest więc dobierany na podstawie prądu szczytowego i czasu trwania wypadu, a nie samej wartości momentu szczytowego.

Gdzie stopień redukcyjny przejmuje rolę od uzwojenia

Moment na przegubie to nie moment na wirniku. Stopień redukcyjny zwielokrotnia moment wirnika przez swoje przełożenie i dzieli prędkość wirnika przez to samo przełożenie, więc umiarkowany silnik może wytworzyć duży moment na przegubie przez duże przełożenie, kosztem prędkości wyjściowej. Na tym polega rozdzielenie dwóch dróg, którymi może pójść konstruktor maszyny. Zwiększenie własnego momentu silnika oznacza zwiększenie jego średnicy, długości pakietu, a więc i masy; dodanie redukcji oznacza zachowanie silnika i zapłatę prędkością, luzem i podatnością na pracę wsteczną. Siłownik przegubu robota, który ma być poruszany wstecz przez człowieka, oraz taki, który ma utrzymywać ciężkie obciążenie, leżą po przeciwnych stronach tego wyboru. Siłownik robotyczny o wysokim momencie jest drugą z tych dróg zapakowaną jako jednostka, a publikowane wraz z nim przełożenie — 64:1 i 48:1 w tutejszych rekordach — mówi, jak daleko na tej drodze posunięto moduł. To stwierdzenie o samej zasadzie, a nie o dwóch rekordach zestawionych ze sobą, ponieważ publikowany moment wyjściowy i prąd każdego z nich zależą także od jego własnej zdolności momentowej silnika oraz od znamionowego punktu pracy, który producent zdecydował się podać.

Specyfikacje, które rozstrzygają o siłowniku robotycznym o wysokim momencie

Publikowany panel zintegrowanego modułu zawiera więcej wierszy, niż wymaga dobór. Pięć z nich, wziętych razem, opisuje przegub, któremu moduł może służyć: dwie wartości momentu, przełożenie, szynę i jej prąd, gabaryt mechaniczny oraz stwierdzenie termiczne stojące za wartością ciągłą. W przypadku siłownika przegubu robota użyteczną dyscypliną jest czytanie tych pięciu jako jednego zestawu, bo siłownik robotyczny o wysokim momencie, który spełnia cztery z nich, a zawodzi na piątym, wciąż jest niewłaściwym modułem. Poniższe sekcje omawiają je kolejno.

Moment znamionowy i moment szczytowy

Moment znamionowy i moment szczytowy odpowiadają na różne pytania, a stosunek między nimi nie jest oceną jakości siłownika przegubu robota. AK80-64 KV80 publikuje 48 Nm znamionowo wobec 120 Nm szczytowo, czyli współczynnik 2.5, a AKH70-48 V1.0 KV41 publikuje 74 Nm wobec 222 Nm, czyli współczynnik 3.0. Te współczynniki opisują wielkość publikowanego zapasu ponad obciążeniem statycznym i są stosunkiem dwóch wartości specyfikacji, a nie miarą użytecznego marginesu sterowania ani dopuszczalnej dynamiki. Przegub, którego zadaniem jest głównie utrzymanie, chce wartości znamionowej wysokiej względem obciążenia; przegub, który wielokrotnie przyspiesza masę dystalną, chce zapasu, a wraz z nim prądu szczytowego, za który ten zapas się kupuje. Siłownik robotyczny o wysokim momencie zawęża się, pytając, na które z tych dwóch zadań wydatkuje się czas.

Przełożenie i prędkość wyjściowa

Przełożenie ustala prędkość przegubu tak samo bezpośrednio, jak ustala jego moment. Prędkość wyjściowa to prędkość silnika podzielona przez przełożenie, więc moduły 48:1 i 64:1 osiągają 28 rpm i 23/48 rpm w swoich punktach znamionowych oraz 35 rpm i 37/75 rpm bez obciążenia. Dwie wartości dla AK80-64 KV80 to ten sam moduł opisany przy dwóch napięciach szyny objętych jego rekordem. Te prędkości wyjściowe to prędkości przegubu, a nie prędkości wirnika, i siłownik przegubu robota, który potrzebuje szybkiej osi dystalnej, oraz taki, który potrzebuje ciężkiego utrzymania, będą chciały przeciwnych końców tej kolumny. Przełożenie to także jedyna kolumna, która przesuwa moment znamionowy i moment szczytowy razem, bo zwielokrotnia oba na wyjściu.

Napięcie szyny i prąd ciągły

Napięcie szyny wybiera się poza modułem i rozstrzyga ono o prądzie, jaki moduł pobiera dla danej mocy wyjściowej, bardziej niż o samym momencie. Wyższa szyna przy danym poziomie mocy na wale oznacza na ogół niższy prąd zasilania, a więc niższe straty w miedzi, kosztem cięższego pakietu i napędu o wyższych parametrach znamionowych. Jeden z dwóch tutejszych rekordów jest publikowany wyłącznie dla 48 V, a drugi zawiera rekord 24/48 V z dwiema prędkościami i dwiema prędkościami bez obciążenia wymienionymi obok. Prąd ciągły publikowany wraz z momentem znamionowym to wartość, która łączy oba, a w przypadku siłownika przegubu robota jest to także wartość wymiarująca stopień napędowy i wiązkę przewodów. Siłownik robotyczny o wysokim momencie jest publikowany wraz ze swoją szyną i oba czyta się razem. Szersze zagadnienie pracy tych modułów na szynie 48 V jest rozłożone na części w Siłowniki robotyczne 48 V: modele, korzyści i ograniczenia systemu.

Masa, gabaryt i otwór

Masa na przegubie liczy się podwójnie w maszynie kroczącej, ponieważ człon, w którym się znajduje, musi być dźwigany i przyspieszany przez przeguby powyżej. Dwa tutejsze rekordy obejmują 850 g i 1396 g, w gabarytach 98 × 61.9 mm i 90 × 81.5 mm, a różnice kształtu mają znaczenie tak samo jak różnice masy: długość osiowa 61.9 mm i długość osiowa 81.5 mm to różne gabaryty mechaniczne, a to, który z nich pasuje do danego przegubu, zależy od układu mocowania, dostępnej przestrzeni i drogi obciążenia, a nie od samej długości osiowej. Siłownik przegubu robota montowany w istniejącej kończynie jest ograniczony kształtem, w który ma się wpasować, tak samo jak swoją masą. Otwór to trzecia decyzja w tej samej kolumnie — jeden z tutejszych rekordów publikuje otwór drążony 7 mm do prowadzenia przewodów przez przegub, co usuwa pętlę wiązki z ruchomej kończyny. Siłownika robotycznego o wysokim momencie nie można porównywać na podstawie samej średnicy.

Obciążenie termiczne i to, co obejmuje wartość ciągła

Wartość ciągła to stwierdzenie o temperaturze i warto wiedzieć, o której. Moment znamionowy i moment szczytowy to stwierdzenia o temperaturze uzwojenia i żaden z nich nie jest wartością, którą moduł może utrzymywać dowolnie długo. Klasa izolacji wyznacza temperaturę, jaką może osiągnąć uzwojenie, a publikowany wraz z modułem zakres otoczenia wyznacza drugi koniec różnicy. Oba tutejsze rekordy publikują klasę izolacji H i zakresy temperatury otoczenia pracy od -20 do 50 stopni. Czego rekord tego rodzaju zwykle nie publikuje, to przyjęty przyrost temperatury, warunek montażu, w którym go zmierzono, oraz to, jak wartość się zmienia, gdy moduł zostanie przykręcony do metalowej konstrukcji odprowadzającej ciepło, a nie pozostawiony w nieruchomym powietrzu. To pytania do dokumentacji producenta, a siłownik robotyczny o wysokim momencie, którego zadanie przebiega blisko wartości ciągłej, warto tam potwierdzić, zanim przegub zostanie zatwierdzony.

Porównanie modułów siłowników robotycznych o wysokim momencie powyżej 100 Nm szczytowo

Dwa porównywane tu rekordy to zintegrowane moduły CubeMars, których publikowany moment szczytowy przekracza 100 Nm, zestawione jako jeden zbiór specyfikacji i uporządkowane według publikowanego momentu szczytowego, tak by krok od lżejszego przegubu do cięższego był widoczny w samej kolumnie. Każda wartość to liczba, jaką producent publikuje dla danego modułu, i żadna komórka nie jest szacowana ani przeliczana. Tam, gdzie rekord nie zawiera pola, tabela mówi o tym, zamiast wypełniać lukę. Oba są kandydatami dla tej samej rodziny przegubów, a każdy jest siłownikiem robotycznym o wysokim momencie dla innego punktu zadania.

Model, przełożenie, moment znamionowy, moment szczytowy, napięcie znamionowe, prąd znamionowy, prąd szczytowy, prędkość znamionowa, prędkość bez obciążenia, masa i gabaryt według publikacji producenta dla dwóch porównywanych tu modułów zintegrowanych, uporządkowane według publikowanego momentu szczytowego. Moment znamionowy i prąd znamionowy to para publikowana razem dla pracy ciągłej; moment szczytowy i prąd szczytowy to para publikowana dla krótkiego wypadu, a czas trwania tego wypadu jest osobnym warunkiem, którego ta tabela nie zawiera. Prędkość i gabaryt to wartości po stronie wyjściowej przegubu, a nie po stronie wirnika. Tam, gdzie przy jednym modelu podano dwie prędkości, rekord obejmuje dwa napięcia znamionowe i publikuje po jednej prędkości dla każdego, w kolejności najpierw 24 V, potem 48 V. Masa jest publikowana jako jedna wartość dla modułu wraz z jego przewodami. Żadna osobna kolumna nie powtarza wartości KV, bo każda nazwa modelu w tabeli niesie własną.

Dwa odczyty wyróżniają się, gdy oba znajdą się na jednej stronie, i żaden z nich nie dotyczy kolumny momentu. Pierwszy to fakt, że większy moment szczytowy nie kosztuje większego prądu. AKH70-48 V1.0 KV41 publikuje 222 Nm momentu szczytowego przy 18 A, podczas gdy AK80-64 KV80 publikuje 120 Nm przy 19 A, więc moduł o niemal dwukrotnie większym momencie szczytowym prosi o nieco mniejszy prąd. To obserwacja specyfikacyjna, a nie ranking sprawności: oba rekordy różnią się konstrukcją silnika, KV, pakietem i sterowaniem, a także przełożeniem, i każda wartość szczytowa jest punktem znamionowym publikowanym przez producenta, a nie wynikiem kontrolowanego testu przy tym samym momencie i prędkości przegubu. Stopień 48:1 lub 64:1 faktycznie zwielokrotnia moment wirnika przez przełożenie, więc prąd wymagany od uzwojenia wyznacza moment wirnika, a nie moment przegubu, ale przełożenie jest tylko jednym z powodów, dla których oba rekordy się rozdzielają. W przegubie, którego zadaniem jest ciężkie utrzymanie, a nie szybki obrót, to właśnie ta różnica rozstrzyga o module i nie jest widoczna w samej kolumnie momentu szczytowego. W przypadku siłownika robotycznego o wysokim momencie kolumnę prądu czyta się więc względem kolumny momentu, a nie po niej.

Drugi odczyt to fakt, że oba rekordy rozdzielają się na przełożeniu, a nie na masie. AK80-64 KV80 i AKH70-48 V1.0 KV41 publikują 850 g i 1396 g w gabarytach 98 × 61.9 mm i 90 × 81.5 mm, jeden na stopniu 64:1, a drugi na stopniu 48:1. Przy różnych masach oba zajmują różne klasy gabarytowe, oferują różne prędkości wyjściowe i pobierają różne prądy. To najwyraźniejsze w tabeli przypomnienie, że masa jest wynikiem upakowania, a nie opisem zadania, oraz że wybór między dwoma rekordami siłowników robotycznych o wysokim momencie zależy od arytmetyki przegubu, a nie od ciężaru.

Trzeci odczyt dotyczy pary ciągłej. Prąd znamionowy publikowany obok momentu znamionowego wynosi 7 A w lżejszym module i 6 A w cięższym, a to moduł o większym przełożeniu prosi o mniejszy prąd. AKH70-48 V1.0 KV41 publikuje wyższy znamionowy moment wyjściowy i niższy prąd znamionowy niż AK80-64 KV80 w tym dwumodelowym zbiorze danych, a te wartości opisują odnośne punkty znamionowe producentów, a nie kontrolowane porównanie przy tym samym momencie i prędkości przegubu. Rzetelne porównanie poboru prądu, strat w miedzi lub sprawności ogólnej wymagałoby danych eksploatacyjnych przy porównywalnym obciążeniu, prędkości i warunkach termicznych. Publikowana para jest wciąż użyteczna do wymiarowania napędu i pakietu, a jest to także punkt, w którym obciążenie termiczne przegubu trzeba oszacować, a nie odczytać, ponieważ prąd znamionowy jest wartością dla podanego warunku, a warunek, jaki tworzy konkretna maszyna, jest pytaniem do dokumentacji producenta. Siłownik robotyczny o wysokim momencie dla takiego zadania dobiera się na podstawie pary publikowanej w rekordzie, a nie samej wartości momentu.

CubeMars AK80-64 KV80: 48 Nm znamionowo przy 64:1

CubeMars AK80-64 KV80 siłownik robotyczny otwiera grupę przy 850 g i 98 × 61.9 mm, na stopniu 64:1 z 48 Nm znamionowo i 120 Nm szczytowo z rekordu 24/48 V. Jego prąd znamionowy wynosi 7 A wobec prądu szczytowego 19 A, a jego prędkości są publikowane dla każdego z dwóch napięć znamionowych. Jego rekord zawiera także wartość luzu 0.18 stopnia, maksymalny stosunek momentu do masy 141.2 Nm/kg, moment pracy wstecznej 4.7 Nm oraz pojedynczy enkoder magnetyczny o rozdzielczości wewnętrznej 14-bit. Połowa 24 V w jego oknie napięciowym jest nietypowa w tej grupie i czyni ten rekord kandydatem tam, gdzie szyna nie jest ustalona. Moment znamionowy, prędkość znamionowa i prędkość bez obciążenia zmieniają się między oboma napięciami, więc wartości 24 V i 48 V trzeba odczytać względem napędu i pakietu, których przegub faktycznie użyje, zanim moduł zostanie wybrany. Jego publikowana masa i gabaryt są punktem wyjścia dla przegubu o ciasnym gabarycie i umieszczają moduł tam, gdzie musi zmieścić się wewnątrz małego przegubu, a nie obok niego.

CubeMars AKH70-48 V1.0 KV41: 74 Nm znamionowo przy 48:1

CubeMars AKH70-48 V1.0 KV41 siłownik planetarny z wałem drążonym jest szczytem pokazanego tu zakresu przy 222 Nm momentu szczytowego i 74 Nm znamionowo, ze stopnia 48:1 w rekordzie 48 V. Jego prąd znamionowy wynosi 6 A, a prąd szczytowy 18 A, co jest najmniejszym prądem szczytowym w grupie przy największym momencie szczytowym. W przypadku siłownika robotycznego o wysokim momencie para 74 Nm przy 6 A to wartość opisująca przegub utrzymujący kończynę w miejscu przez godziny, a nie przez chwile. Jest to także jedyny tutejszy rekord z otworem drążonym, publikowanym jako 7 mm, i jedyny z dwoma enkoderami — enkoderem magnetycznym po stronie silnika i drugim po stronie wyjściowej, oba o rozdzielczości 21-bit. Jego gęstość momentu jest publikowana jako 159 Nm/kg, luz jako 12 arcmin, a moment pracy wstecznej jako 2.22 Nm. Niski moment pracy wstecznej jest publikowaną cechą specyfikacji i jest użyteczny dla przegubu, który ma przeciwstawiać się ruchowi zewnętrznemu, ale sam w sobie nie określa zamierzonego zastosowania modułu ani jego zdolności do bezpiecznego utrzymania obciążenia. Przełożenie 48:1 i moment znamionowy 74 Nm to wartości opisujące tę stronę rekordu i trzeba je czytać razem z warunkami termicznymi stojącymi za wartością ciągłą. Otwór jest tym, co odróżnia go od drugiego rekordu dla siłownika przegubu robota wewnątrz ruchomej kończyny, i wysuwa moduł jako kandydata dla maszyny kroczącej lub ciężkiej osi manipulatora, a nie rozstrzyga wyboru.

Stopień QDD czy stopień planetarny dla przegubu 100 Nm

Przegub, który ma wytwarzać około 100 Nm, można zbudować z więcej niż jednego układu, a wybór między nimi nie jest kwestią tego, który jest lepszy. Dwa porównywane tu rekordy należą do kategorii Siłowniki robotyczne i oba wykorzystują stopień planetarny. Droga o niskim przełożeniu to odrębna rodzina: kategoria Siłowniki QDD obejmuje moduły zbudowane na pojedynczym niskim stopniu redukcyjnym, a kompromis, na jaki idzie ta droga, jest rozłożony na części w Siłowniki QDD: co daje przełożenie 8:1. To, co rozdziela obie drogi, to miejsce, w którym następuje zwielokrotnienie, ile kosztuje ono prądu i jak dużą część obciążenia siłownik przegubu robota może odczuwać.

Gdzie wygrywa planetarny stopień o wysokim przełożeniu

Stopień o wysokim przełożeniu wygrywa wtedy, gdy przegub musi utrzymywać ciężkie obciążenie przez długi czas i gdy prąd pobierany przy tym utrzymaniu musi pozostać mały. Rekord 48:1 publikuje tu 74 Nm znamionowo przy 6 A i 222 Nm szczytowo przy 18 A; rekord 64:1 publikuje 48 Nm znamionowo przy 7 A i 120 Nm szczytowo przy 19 A. Odczyt momentu znamionowego i szczytowego względem publikowanych wraz z nimi prądów to sposób, w jaki oba rekordy rozdzielają się na swoich publikowanych wartościach, i obie połowy tej pary mają znaczenie: wartość znamionowa to utrzymanie, wartość szczytowa to zapas, a prąd obok każdej z nich jest tym, co uzwojenie płaci w tym punkcie znamionowym. Dla danego momentu przegubu wyższe przełożenie może zmniejszyć wymagany moment silnika, ale wynikający z tego prąd zależy od stałej momentu silnika, sprawności przekładni i warunków pracy. Znamionowych prądów tych dwóch różnych modułów nie należy traktować jako kontrolowanego porównania prądu wymaganego dla tego samego momentu przegubu. Niższy prąd w uzwojeniu oznaczałby mniejsze straty w miedzi i mniej ciepła do odprowadzenia z obudowy, która nie ma wentylatora, i dlatego przełożenie ma znaczenie przy zadaniu utrzymania, ale wielkości tego efektu nie można odczytać z dwóch porównywanych tu punktów znamionowych. To, co się oddaje, to prędkość wyjściowa oraz zdolność przegubu do poruszania siłą zewnętrzną — rekord 48:1 publikuje moment pracy wstecznej 2.22 Nm wobec 4.7 Nm dla rekordu 64:1, oba małe liczby opisujące, jak dużą część obciążenia silnik wciąż odczuwa.

Co przełożenie robi z prędkością wyjściową i ciepłem

Przełożenie przesuwa prędkość i moment w przeciwnych kierunkach, a ciepło przesuwa pośrednio przez prąd. Ponieważ prędkość wyjściowa to prędkość silnika podzielona przez przełożenie, przegub o wysokim przełożeniu osiąga tę samą prędkość przegubu przy znacznie wyższej prędkości silnika, co przy danej sile przeciwelektromotorycznej i napięciu szyny ogranicza, jak szybko przegub może się poruszać. Ponieważ moment wyjściowy to moment silnika pomnożony przez przełożenie, przegub o wysokim przełożeniu osiąga ten sam moment przegubu przy znacznie niższym momencie silnika, a więc przy znacznie niższym prądzie silnika. Publikowane wartości prędkości ilustrują różnice prędkości wyjściowej między tymi modułami: AKH70-48 V1.0 KV41 podaje prędkość znamionową 28 rpm i prędkość bez obciążenia 35 rpm, podczas gdy AK80-64 KV80 podaje 23/48 rpm znamionowo i 37/75 rpm bez obciążenia dla swoich wartości 24/48 V. Te wartości prędkości należy czytać osobno od publikowanych prądów szczytowych, chyba że producent dostarczy dane z badań wiążące je z konkretnym punktem pracy. Opisują one różne zadania siłownika przegubu robota, a nie różne klasy tego samego. Siłownika robotycznego o wysokim momencie nie dobiera się, pytając, który układ jest lepszy, ale pytając, w którym z tych dwóch połączeń zadanie przegubu faktycznie spędza czas.

Dopasowanie siłownika robotycznego o wysokim momencie do zadania przegubu

Trzy poniższe kroki stosują kolumny w kolejności, która zamienia zadanie przegubu w listę kandydatów. To te same kolumny, według których ocenia się siłownik robotyczny o wysokim momencie, wzięte w kolejności, w jakiej ogranicza je zadanie. W tutejszych rekordach prowadzą one także do strony aplikacji Moduł stawu, gdzie to samo zadanie opisano z jej własnymi atrybutami filtrowania.

Zacznij od najgorszego przypadku utrzymania, a nie od ruchu ustalonego

Najgorszy przypadek utrzymania to obciążenie statyczne, które przegub musi utrzymywać w miejscu przez najdłuższy nieprzerwany czas, i to on ustala wymaganie ciągłe. Dla kolana jest to udział masy ciała, jaki przegub przenosi w fazie podparcia na jednej nodze; dla ramienia jest to narzędzie trzymane na końcu w pełni wyciągniętego ramienia; dla biodra jest to większa z tych dwóch wartości. To wartości startowe, a nie stałe wymagania, ponieważ środek masy, ramię dźwigni, postawa, w której pracuje przegub, oraz obciążenia dynamiczne przenoszone przez człon zmieniają moment, jaki przegub musi wytworzyć. Tę wartość porównuje się z publikowanym momentem znamionowym, a nie ze szczytowym, a publikowany obok prąd porównuje się z tym, co napęd i pakiet mogą dostarczyć przez ten sam czas. Publikowaną parę momentu znamionowego i szczytowego czyta się tutaj na końcu znamionowym, a siłownik przegubu robota dopasowany na swojej wartości szczytowej będzie się nagrzewał przy takim utrzymaniu. W tutejszych rekordach wartości znamionowe wynoszą 48 Nm i 74 Nm, a przegubu, którego najgorszy przypadek utrzymania leży powyżej tego, do którego go dopasowano, nie uratuje późniejszy krok.

Potem prędkość przy tym momencie

Prędkość i moment są publikowane po przeciwnych stronach tego samego kompromisu, więc drugi krok ustala prędkość przegubu, jakiej wymaga zadanie, i odczytuje przełożenie, które ją daje. Moment wyjściowy, prędkość wyjściowa, podatność na pracę wsteczną i obciążenie termiczne są czytane razem, a nie w ścisłej jednokierunkowej kolejności, więc przełożenie, które pierwszy krok zdawał się ustalać, jest tu ponownie rozważane względem prędkości wymaganej przez zadanie. Oś dystalna, która musi podążać za szybką trajektorią, chce niskiego przełożenia i towarzyszącej mu prędkości wyjściowej; oś proksymalna, która musi przenosić obciążenie powoli, chce wysokiego przełożenia i akceptuje niską prędkość wyjściową. Oba tutejsze rekordy osiągają 35 rpm i 37/75 rpm bez obciążenia — zakres dość wąski, by przegub potrzebujący szybkiej osi dystalnej znalazł się poza nim. Siłownik robotyczny o wysokim momencie, którego przełożenie wybrano, zanim ustalono wymaganie prędkości, zwykle trzeba wymienić, a nie przestroić.

Potem termiczny cykl pracy

Trzeci krok to ten, który rozstrzyga między dwoma modułami przechodzącymi dwa pierwsze. Zadanie polegające na ciągłym utrzymywaniu obciążenia zużywa prąd znamionowy przez większość cyklu; zadanie wielokrotnie przyspieszające masę dystalną zużywa prąd szczytowy częściej, niż sugeruje średnia. Oba tutejsze rekordy publikują prądy znamionowe 7 A i 6 A oraz prądy szczytowe 19 A i 18 A, a luka między tymi dwiema wartościami jest miejscem, w którym cykl pracy albo się mieści, albo nie. Cykl pracy to ostatnia kolumna i w przypadku siłownika robotycznego o wysokim momencie często rozstrzyga między dwoma modułami przechodzącymi dwa pierwsze kroki. Czego rekordy nie publikują, to przyrost temperatury stojący za wartością ciągłą, warunek montażu, w którym ją zmierzono, oraz temperatura otoczenia, jaką przegub faktycznie zobaczy. To pytania do dokumentacji producenta, a uczciwym posunięciem jest umieszczenie ich tam, a nie wywnioskowanie odpowiedzi z sąsiedniego rekordu.

Te trzy kroki zastosowane do tej grupy dają listę kandydatów, a nie odpowiedź:

1. Przegub o ciasnym gabarycie i szynie, która nie jest ustalona. AK80-64 KV80 to rekord 850 g przy 64:1, z oknem 24/48 V i 48 Nm znamionowo wobec 120 Nm szczytowo. Jest kandydatem tam, gdzie te warunki się zgadzają, a punkt pracy i obciążenie termiczne trzeba jeszcze sprawdzić dla konkretnego przegubu.
2. Przegub, który musi utrzymywać ciężkie obciążenie przez długie okresy. AKH70-48 V1.0 KV41 to rekord 48:1 przy 1396 g, z 74 Nm znamionowo przy 6 A, 222 Nm szczytowo przy 18 A i otworem 7 mm do prowadzenia przewodów. Jest kandydatem przy takim zadaniu, a warunek termiczny stojący za wartością ciągłą to punkt do potwierdzenia u producenta, zanim przegub zostanie zatwierdzony.

Najczęściej zadawane pytania

Zasoby oficjalne

CubeMars publikuje dla każdego modułu oficjalną stronę produktu z jego panelem specyfikacji, a strony te pozostają źródłem prawdy dla każdej wartości cytowanej w tym przewodniku — na przykład strona produktu AK80-64 KV80 oraz strona produktu AKH70-48 V1.0 KV41. Wartości momentu, prądu, prędkości, przełożenia, masy i gabarytu w powyższej tabeli to wartości, jakie te strony publikują dla każdego modułu. Przyrost temperatury stojący za wartością ciągłą, warunek montażu, w którym zmierzono daną wartość, pole, którego rekord nie zawiera, albo długość wypadu szczytowego to pytanie do dokumentacji producenta, a nie wartość, którą można wyprowadzić z panelu specyfikacji.

Co dalej

Aby tworzyć listę kandydatów, a nie prowadzić lekturę, trzy narzędzia platformy wykonują tę pracę po kolei. Pełna kategoria Siłowniki robotyczne pozwala zobaczyć te moduły obok lżejszych przegubów w tym samym zakresie, narzędzie Dobór służy do zawężania według przełożenia, momentu znamionowego i publikowanego gabarytu, a Porównanie produktów pozwala zestawić kandydatów ze sobą. Strona aplikacji Moduł stawu zawiera to samo zadanie z własnymi atrybutami filtrowania, a kategoria Siłowniki QDD obejmuje układ o niskim przełożeniu.

Dwa dalsze artykuły zawierają te części doboru przegubu, których nie rozstrzyga porównanie modułów. Siłowniki robotyczne: jak dobrać zintegrowany siłownik do stawów robota rozkłada zintegrowany moduł od środka — silnik, stopień redukcyjny, sprzężenie zwrotne i napęd — i jest odniesieniem dla tego, co przychodzi wewnątrz obudowy. Siłowniki robotyczne 48 V: modele, korzyści i ograniczenia systemu prowadzi decyzję o szynie przez napęd, pakiet i złącza, czyli krok, który leży między wyborem siłownika robotycznego o wysokim momencie a uruchomieniem go w maszynie.

Krótka wersja: najpierw ustal najgorsze obciążenie statyczne, bo jest to jedyna wartość, którą przegub utrzymuje długo; po drugie ustal przełożenie, bo przełożenie wyznacza jednocześnie moment wyjściowy i prędkość wyjściową i nie da się go zmienić później; po trzecie czytaj szynę i prąd znamionowy razem, bo szyna zmienia prąd, a prąd jest tym, z czym uzwojenie musi żyć; a na końcu potwierdź u producenta warunek termiczny stojący za wartością ciągłą, bo to jedyna kolumna, którą panel specyfikacji rzadko zawiera. W obrębie tej grupy ta kolejność rozdziela rekord 850 g 64:1 od modułu 48:1 z wałem drążonym, zanim jakikolwiek pojedynczy przegub zostanie zważony przeciw innemu.