O que procurar num motor BLDC para um braço de robô colaborativo

Um braço de robô colaborativo partilha o volume de trabalho com pessoas, e essa restrição altera o que o motor dentro de cada junta tem de fazer. Um braço industrial pode ser dimensionado em torno da carga útil e do tempo de ciclo e depois vedado por uma cerca; um braço colaborativo tem de ser dimensionado em torno de uma carga útil, de um tempo de ciclo e de uma pessoa, o que acrescenta limitação de força, condução manual e regime contínuo a uma especificação que já tinha de satisfazer torque, velocidade e tamanho. Os motores que servem estas juntas são kits sem carcaça - um estator e um rotor sem invólucro, sem rolamentos e sem estágio de redução - porque num braço colaborativo a geometria da junta, o encaminhamento dos cabos e o redutor são todos decisões do integrador em vez de propriedades do motor. Escolher motores BLDC para um braço de robô colaborativo parte por isso da junta para trás: o regime e o estágio de redução são nomeados primeiro, e a referência do modelo é fixada por último.

Resposta rápida

Uma junta colaborativa exige do motor três coisas que uma junta industrial não exige. A junta tem de poder ser empurrada com a mão, o que dá peso a um torque de cogging baixo e a uma inércia do rotor baixa. Tem de funcionar durante um turno em vez de durante um ciclo, o que faz do torque contínuo e da corrente contínua os números de trabalho em vez do pico. E a massa assenta num elo junto ao qual uma pessoa pode estar, pelo que a massa na extremidade distal é paga em todas as juntas acima dela. Onde o chicote tem de atravessar a junta, um furo ao longo do eixo retira o laço de serviço do envelope. Um atuador de braço de robô colaborativo é por isso avaliado pelo comportamento a torques pequenos e em regime longo, e só depois pelo valor de pico que consegue alcançar.

Na ToBMS, a aplicação Braço de robô colaborativo reúne os kits e as unidades integradas CubeMars que servem estas juntas. Este guia lê sete dos kits sem carcaça - as famílias RI e RO, de uma unidade de 20 g a uma unidade de 710 g - como um conjunto de especificações, e apresenta o estágio de redução, que nenhum desses registros inclui, como a escolha que converte um motor pequeno numa junta colaborativa.

O que uma junta colaborativa exige do motor

Os requisitos que distinguem um braço colaborativo de um braço industrial não são funcionalidades extra aparafusadas à mesma especificação. Alteram a ordem em que a especificação é escrita, porque deslocam a restrição determinante do tempo de ciclo para o comportamento a torque baixo, o comportamento em regime longo e o comportamento da estrutura em que o motor é montado. Lidos em conjunto, são o que distingue os motores BLDC para um braço de robô colaborativo da mesma classe de motor especificada para uma célula industrial vedada.

O caminho de carga corre ao lado de uma pessoa, não atrás de uma cerca

Um braço que trabalha ao lado de uma pessoa tem de poder funcionar num modo com limitação de força, no qual o torque que consegue aplicar é limitado e o torque alcançável tem de ser comandado com precisão em valores pequenos. Para o motor isso significa duas propriedades: o torque que produz para uma dada corrente deve ser previsível até correntes pequenas, e o torque que produz quando não é aplicada corrente alguma - o cogging - deve ser suficientemente pequeno para que uma junta acionada através de um redutor não dê passos nem cole quando é movida lentamente à mão. Um kit sem carcaça, sem invólucro e sem rolamentos não pode esconder essas propriedades atrás de um trem de engrenagens, pelo que são lidas diretamente do registro do motor e do enrolamento e do número de polos.

A condução manual exige um motor honesto

O ensino por demonstração, em que uma pessoa move o braço ao longo de um percurso e o controlador registra-o, é uma das razões pelas quais os braços colaborativos são adquiridos. Se uma junta pode ser retroacionada é decidido sobretudo pelo redutor - uma relação alta resiste a um empurrão externo - mas o motor contribui com a inércia do rotor que o redutor reflete para a saída, dividida pelo quadrado da relação, e com o cogging que uma pessoa sente através do estágio. Uma inércia do rotor baixa e um enrolamento suave tornam o arrasto leve e uniforme; um rotor grande fá-lo parecer pesado e vago. Neste conjunto, as massas dos rotores vão de 20 g a 710 g, e as unidades da extremidade menor são as que uma junta de condução manual consegue suportar como contribuição direta para a sensação.

O regime é contínuo, não episódico

Uma célula de soldadura executa um ciclo curto e rápido e depois espera. Um braço colaborativo justifica o lugar que ocupa ao trabalhar lado a lado com uma pessoa ao longo de um turno, e grande parte desse tempo é passada a segurar uma ferramenta numa posição ou a mover-se lentamente contra uma carga. Isso é um regime térmico e não dinâmico, e faz do torque contínuo o número que dimensiona a junta, ficando o valor de pico reservado para o transitório no início de um movimento. Também faz da corrente contínua um número de sistema, porque uma junta que sustenta uma postura contra a gravidade continua a consumir corrente e continua a convertê-la em calor no enrolamento. Um motor de junta robótica escolhido só pelo tempo de ciclo é dimensionado para o regime errado, e a insuficiência aparece como um enrolamento que sai da classe de isolamento durante uma sustentação prolongada.

A própria massa do braço faz parte da carga útil

Um braço colaborativo é habitualmente classificado para alguns quilogramas de carga útil, e a massa do próprio braço é várias vezes superior. Cada grama de motor e de estrutura é por isso acelerado em cada movimento e é debitado à carga útil, e um motor colocado no pulso é acelerado pelo pulso, pelo cotovelo e pelo ombro, sucessivamente. O torque por unidade de massa é o valor que liga esta restrição ao registro do motor, e tem de ser lido com o estágio de redução em mente, porque um motor leve atrás de um estágio grande produz mais torque na junta por grama do que um motor pesado atrás de um estágio pequeno. É essa a razão pela qual a comparação abaixo é feita por unidade de massa e não por unidade de torque.

Como um redutor transforma um motor pequeno numa junta de cobot

O estágio de redução é a interface entre o registro do motor e o requisito da junta, e mapeia cada grandeza do lado do motor para o lado da junta de forma fixa. Ler o registro do motor sem esse mapa é a forma de uma especificação acabar por coincidir no papel e comportar-se mal na junta.

A relação pertence ao integrador, e nenhum destes registros inclui uma

Os sete registros usados neste guia incluem tensão nominal, potência nominal, torque nominal e de pico, corrente nominal e de pico, velocidade nominal e sem carga, massa, diâmetro externo, comprimento axial, pares de polos e KV; alguns incluem também um valor de Ke e um método de acionamento. Nenhum deles inclui uma relação de redução, um valor de folga ou um diâmetro de eixo. Isso não é uma lacuna nos registros da plataforma - essas grandezas pertencem à junta em que o kit é montado, e é o integrador que as escolhe. É também a razão pela qual um projeto de braço colaborativo começa pela junta e não pela referência do modelo: o mesmo motor pode servir um eixo de pulso rápido e de torque baixo e um eixo de ombro lento e de torque alto, e só o estágio entre ele e a carga difere.

O torque multiplica-se pela relação, e a velocidade divide-se por ela

No lado da junta do estágio, o torque é o torque do motor multiplicado pela relação e pelo rendimento do estágio, e a velocidade é a velocidade do motor dividida pela relação. Dois efeitos adicionais seguem a relação. A inércia refletida do rotor para a saída cai com o quadrado da relação, que é por isso que uma relação alta produz uma junta fácil de comandar e difícil de sentir. E cada estágio de redução acrescentado custa alguns por cento da potência que o atravessa, ao mesmo tempo que acrescenta a própria contribuição para a folga, pelo que a multiplicação é real mas não é gratuita. Uma especificação de junta tem por isso de indicar a relação que assume, porque um requisito de torque e um requisito de velocidade não podem ser lidos de um registro de motor independentemente dela.

Um motor registado atrás de dois estágios diferentes

A aritmética vê-se mais facilmente numa unidade registada isolada. O RI80 V2.0 KV75 pesa 411 g e publica 1.45 Nm de torque nominal e 4.1 Nm de torque de pico, com 1135 rpm nominais e 1480 rpm sem carga numa alimentação de 24 V - o que corresponde a 6810 e 8880 graus por segundo antes de ser montado qualquer estágio. Atrás de um estágio de 10:1, e tratando a aritmética como aproximada, esses valores passam a cerca de 41 Nm de pico e 14.5 Nm de torque nominal, com até 888 graus por segundo de saída sem carga na junta; atrás de um estágio de 50:1 passam a cerca de 205 Nm de pico e 72.5 Nm de torque nominal, com até 178 graus por segundo de saída sem carga. A segunda configuração resulta num torque de pico do lado da junta de cerca de 205 Nm, derivado do torque de pico publicado e de uma relação de redução assumida, o que se situa na mesma ordem dos 222 Nm publicados para um atuador integrado de 1396 g - os dois não são medidos na mesma base, uma vez que o primeiro é um valor do lado do motor transportado através de uma relação e o segundo é um valor publicado para uma junta montada, pelo que não devem ser comparados diretamente. O motor tem menos de um terço dessa massa, porque o torque veio da relação e não do motor. O que a comparação não inclui é a folga, a rigidez e o trabalho de montagem que um redutor traz consigo, e são essas as razões pelas quais uma unidade integrada é adquirida.

Sete especificações que decidem o motor de uma junta de cobot

Sete números do registro do motor de junta robótica transportam a decisão, e leem-se nesta ordem, porque cada um estreita o que o seguinte tem de entregar. Nenhum dos sete é um máximo; cada um é uma afirmação sobre o comportamento, que é o que uma aplicação colaborativa compra.

Torque contínuo, que é uma afirmação térmica

O torque nominal é o torque que o motor consegue manter indefinidamente com o enrolamento dentro da classe de isolamento, pelo que depende de como o calor sai do estator - para a estrutura em que é prensado ou colado, e para fora da junta. Nestes sete kits, o torque nominal publicado vai de 0.024 Nm na unidade de 20 g a 4 Nm na unidade de 710 g, um intervalo de mais de duas ordens de magnitude, e é o valor que deve ser comparado com a carga média da junta ao longo de um turno e não com o pior caso de um movimento. Para um atuador de braço de robô colaborativo, é a restrição determinante durante a maior parte do dia de trabalho, e é o valor do registro que a estrutura envolvente consegue alterar.

Torque de pico, que é uma janela

O torque de pico descreve o que o motor consegue produzir durante um intervalo curto sem exceder o limite de corrente do drive nem desmagnetizar os ímãs. Lido a partir das duas colunas publicadas, neste conjunto o múltiplo entre pico e nominal é próximo de três para cada unidade, entre cerca de 2.8 e cerca de 3.0, o que é uma banda mais estreita do que a da família de atuadores integrados listada na ToBMS e significa que dois kits com o mesmo torque nominal entregam praticamente o mesmo transitório. A janela continua a ter de ser definida pelo fabricante - durante quanto tempo, com que frequência e com que arrefecimento - antes de poder ser usada para dimensionar seja o que for.

Corrente contínua, que é o que custa uma postura sustentada

Uma junta parada sob carga não está inativa do ponto de vista do enrolamento: o drive mantém a posição com corrente nas fases, e a perda no cobre é a mesma que teria ao mover-se lentamente. A corrente contínua publicada neste conjunto vai de 1.47 A na unidade mais pequena a 20 A na maior, e num braço colaborativo esse consumo é pago com o orçamento térmico do controlador e, numa plataforma móvel, com a autonomia. Numa base alimentada por bateria, o mesmo consumo é um valor de autonomia e também térmico, porque a postura que o braço sustenta com mais frequência é aquela que a bateria paga.

KV e a tensão de alimentação por trás da velocidade do lado do motor

O KV é a constante do lado do motor: a velocidade a que o rotor gira por volt de tensão de barramento aplicada, antes de qualquer redução. Multiplicado pela tensão de alimentação nominal, dá a velocidade do lado do motor - 600 multiplicado por 16 V dá 9600 rpm para o RI20 KV600, 260 multiplicado por 24 V dá 6240 rpm para o RI30 KV260, e 115 multiplicado por 48 V dá 5520 rpm para o RO60 KV115 Standard. A relação entre o KV e a velocidade sem carga depende também da definição do enrolamento e das condições de ensaio, pelo que as velocidades de saída sem carga e nominal publicadas pelo fabricante são os valores com que se deve projetar, e a tensão de alimentação é uma decisão de sistema que tem de ser fixada antes de se elaborar a lista restrita, uma vez que a unidade de 20 g funciona a 16 V e as maiores funcionam a 48 V.

Diâmetro externo, e o furo que o acompanha

O diâmetro externo determina quanto material de estator e de ímã cabe dentro da junta, e nestes sete vai de 25 mm a 113.5 mm. Num braço colaborativo, o diâmetro é habitualmente a mais difícil das duas dimensões do envelope, porque a secção transversal de um elo é fixada pela estrutura que tem de suportar a carga, enquanto o comprimento axial pode muitas vezes ser absorvido pelo elo. É também no diâmetro que reside o furo. O texto de características do fabricante nomeia um eixo vazado com uma abertura de Ø17 mm para o RI30 KV260 e um eixo vazado amplo para o RO50 KV108 Lite, o RO60 KV115 Standard e o RO100 KV55 Standard; os outros três kits deste conjunto não incluem essa característica na descrição publicada. Onde uma junta tem de passar cabos de alimentação e de sensores pelo próprio eixo, o furo é o que retira o cabo das peças que podem falhar, e em motores BLDC para um braço de robô colaborativo o diâmetro e o furo são lidos em conjunto por essa razão.

Comprimento do empilhamento e o orçamento axial

O comprimento axial destes kits vai de 14 mm a 36.2 mm, e compete por espaço com o estágio de redução que será aparafusado ao mesmo eixo. Um conjunto longo e estreito encaixa dentro de um elo; um conjunto curto e largo encaixa preferencialmente no exterior de um suporte. Como o redutor, o conjunto de rolamentos e o encoder têm todos de caber na mesma linha central, o orçamento axial é habitualmente gasto mais depressa do que o primeiro esboço sugere, e um kit com 14 mm de comprimento deixa mais margem do que um com 36 mm de comprimento.

Massa no elo distal

A massa é o último número a ser lido e aquele que tem de ser lido em posição. Um motor no pulso é transportado em cada movimento do braço, pelo que o custo é pago em todas as juntas entre ele e a base, enquanto a mesma massa no ombro é paga uma só vez. O torque de pico publicado por unidade de massa nestes sete kits sobe de cerca de 3.6 Nm/kg na unidade de 20 g para cerca de 16.9 Nm/kg na unidade de 710 g, e o torque nominal por unidade de massa de cerca de 1.2 Nm/kg para cerca de 5.6 Nm/kg - ambos aritmética a partir das colunas registadas, e ambos bastante inferiores aos da família de atuadores integrados listada na ToBMS, porque ainda não foi contado qualquer estágio de redução.

Sete motores CubeMars RI e RO como um conjunto de especificações

A tabela abaixo lê sete kits CubeMars sem carcaça como um conjunto de especificações, ordenados por massa, porque a massa é o eixo ao longo do qual um braço colaborativo é projetado: a escada vai de uma unidade de 20 g para um eixo de mão ou de pulso a uma unidade de 710 g para um eixo de ombro ou adjacente à base. Cada valor é o publicado pelo fabricante, e cada valor derivado no texto envolvente é assinalado como aritmética.

Torque nominal e de pico, tensão de alimentação, massa e envelope conforme publicado pelo fabricante. O torque nominal é o valor contínuo dentro dos limites térmicos do motor; o torque de pico é um valor de janela curta. Os registros destes kits não incluem uma relação de redução, um valor de folga ou um diâmetro de eixo, porque esses pertencem à junta em que o kit é montado.

Lidos como um conjunto, os sete kits descrevem uma escada de torque de 0.072 Nm a 12 Nm de torque de pico publicado ao longo de um intervalo de massa de 20 g a 710 g e - ao contrário da família de atuadores integrados listada na ToBMS, em que a ordenação por massa deixa de acompanhar o torque acima da gama média - a ordenação aqui mantém-se até ao topo. O torque de pico por unidade de massa sobe de forma constante de cerca de 3.6 Nm/kg na unidade de 20 g para cerca de 16.9 Nm/kg na unidade de 710 g. A forma monótona é consequência do redutor ausente: sem estágio nos valores, o que distingue estes motores é a quantidade de material de estator e de ímã que cada um transporta, e isso escala com o envelope.

A segunda coisa que a tabela mostra é quão abaixo do que uma junta precisa fica a densidade de torque de um kit nu. Cada valor nela é um valor do lado do motor, e cada requisito de junta é um requisito do lado da saída, pelo que a razão entre os dois é o estágio que o integrador ainda não escolheu. É a razão pela qual uma unidade de 20 g consegue acionar um eixo de pulso e uma unidade de 710 g consegue acionar um ombro: não porque o motor maior seja fundamentalmente superior, mas porque o estágio atrás de cada um é dimensionado para a junta. Uma lista restrita retirada desta tabela é por isso uma lista de motores que conseguem suportar o requisito de torque, velocidade e térmico de uma junta depois de assumido um estágio, e o estágio tem de ser assumido antes de a lista restrita ser elaborada. Uma comparação de motores BLDC para um braço de robô colaborativo que salta esse passo está a comparar valores do lado do motor com um requisito do lado da junta.

A terceira coisa que a tabela mostra é como a tensão de alimentação acompanha o tamanho. A unidade mais pequena funciona a 16 V e a maior a 48 V, e o RI50 KV100 e o RI80 V2.0 KV75 publicam uma velocidade nominal e uma velocidade sem carga para cada uma de 24 V, 36 V e 48 V - 1090, 1860 e 2600 rpm nominais para o RI50, e 2004, 3006 e 4008 rpm sem carga para a mesma unidade. Esses registros de três pontos tornam o efeito do barramento visível numa linha, e são a razão pela qual uma decisão de tensão de sistema pertence ao momento anterior à comparação de motores e não ao posterior. Uma arquitetura de 48 V e uma arquitetura de 24 V selecionam de forma diferente a partir da mesma tabela.

Ler os sete do pulso à base

Um braço colaborativo é uma cadeia que vai dos eixos distais na mão e no pulso até ao ombro e à base, e o requisito desloca-se ao longo dela: o torque sobe, o orçamento de massa sobe e a velocidade necessária na junta desce. Os sete kits abaixo dividem essa cadeia em três grupos, e a divisão segue a massa publicada.

A extremidade de 20 g e 40 g: eixos de mão e de pulso

Os dois kits mais pequenos assumem as tarefas de torque baixo e velocidade alta. O RI20 KV600 pesa 20 g num envelope de 25 mm de diâmetro e 14.5 mm de comprimento, funciona numa alimentação de 16 V com 0.024 Nm nominais e 0.072 Nm de torque de pico, e publica 1.47 A de corrente contínua com 7452 rpm nominais e 9600 rpm sem carga em 7 pares de polos. O KV alto e o envelope pequeno servem um eixo que tem de se mover depressa e transportar muito pouco, o que num braço colaborativo significa uma mão ou uma rotação de pulso acionada através de um estágio grande. O RI30 KV260 é a mesma ideia com mais material e um enrolamento mais lento: 40 g num envelope de 38 mm de diâmetro e 14 mm de comprimento, 0.076 Nm nominais e 0.23 Nm de torque de pico a 24 V, 1.98 A de corrente contínua, 4110 rpm nominais e 6240 rpm sem carga, e a descrição do fabricante nomeia um eixo vazado de Ø17 mm para o encaminhamento de cabos. Esse furo é o que o torna utilizável num pulso, onde o chicote tem de atravessar o eixo, e é a característica que o separa do RI20.

O meio de 105 g a 248 g: eixos de antebraço e de cotovelo

O meio do conjunto é onde ficam as juntas do antebraço e do cotovelo, e é a parte de um braço colaborativo em que a carga útil e a massa do próprio braço estão mais próximas em magnitude. O RO50 KV108 Lite é a opção útil mais leve, com 105 g num envelope de 61.7 mm de diâmetro e 14.5 mm de comprimento, e produz 0.3 Nm nominais e 0.9 Nm de torque de pico a 24 V, com 2100 rpm nominais e 2600 rpm de saída sem carga, 3.4 A de corrente contínua e 14 pares de polos; o texto de características nomeia um eixo vazado amplo e o registro nomeia FOC como método de acionamento. O RI50 KV100 pesa 180.8 g num envelope de 54 mm de diâmetro e 27 mm de comprimento e aceita 24 V, 36 V ou 48 V, produzindo 0.58 Nm nominais e 1.67 Nm de torque de pico a 4.8 A de corrente contínua; o registro de velocidade de três pontos é a linha mais útil da tabela para planear uma tensão de barramento. O RO60 KV115 Standard passa para 248 g num envelope de 73.8 mm de diâmetro e 23 mm de comprimento, para 0.8 Nm nominais e 2.4 Nm de torque de pico a 48 V, com 4200 rpm nominais, 5520 rpm sem carga, 8.5 A de corrente contínua, 14 pares de polos e um eixo vazado amplo nomeado no texto de características. O que estes três partilham é um furo ao longo do eixo e torque contínuo suficiente para sustentar um antebraço mais uma carga útil contra a gravidade sem gastar a reserva de transitório - o regime que um cotovelo colaborativo cumpre durante a maior parte de um turno.

A extremidade de 411 g e 710 g: eixos de ombro e adjacentes à base

O topo da tabela é para as juntas que transportam o braço. O RI80 V2.0 KV75 pesa 411 g num envelope de 85 mm de diâmetro e 27 mm de comprimento e aceita 24 V, 36 V ou 48 V, produzindo 1.45 Nm nominais e 4.1 Nm de torque de pico com 9.4 A de corrente contínua, 1135, 1785 e 2430 rpm nominais e 1480, 2220 e 2960 rpm sem carga nas três tensões, em 8 pares de polos, com FOC nomeado no registro. O RO100 KV55 Standard é o kit maior aqui, com 710 g num envelope de 113.5 mm de diâmetro e 36.2 mm de comprimento, e produz 4 Nm nominais e 12 Nm de torque de pico a 48 V, com 2000 rpm nominais e 2550 rpm de saída sem carga, 20 A de corrente contínua, 21 pares de polos e um eixo vazado amplo nomeado no texto de características. O KV baixo de 55 é o que uma junta de ombro pretende: a uma dada tensão de barramento, o rotor gira devagar com mais torque por ampere, que é o arranjo que mantém baixas a corrente contínua e, por conseguinte, a perda no cobre, num eixo que passa a vida a sustentar o braço. O RI80 V2.0 KV75 tem um torque de pico cerca de 2.8 vezes o seu torque nominal, e a sua corrente de pico de 27.6 A é cerca de 2.9 vezes a sua corrente nominal de 9.4 A; o RI20 KV600 apresenta o seu valor de Ke a par do seu KV e da sua tensão de alimentação na mesma ficha. As condições de ensaio por trás destes valores não estão indicadas na ficha, pelo que as suas definições e as janelas de regime merecem ser confirmadas com o fabricante durante a revisão de especificação.

Braços fabricados, manipuladores móveis e células de laboratório

Cada kit desta tabela está associado na ToBMS à mesma aplicação, o que reflete quão estreito é o regime: a aplicação Braço de robô colaborativo cobre máquinas cujas juntas são construídas em torno de um volume de trabalho partilhado e não de uma célula vedada. Os três contextos abaixo são aqueles em que este conjunto é mais frequentemente utilizado, e em que um atuador de braço de robô colaborativo tem de justificar a massa.

Braços colaborativos fabricados e montados

Quando o braço é construído a partir de elos, rolamentos e um redutor em vez de ser comprado como módulo de junta, o motor é escolhido por último e o estágio primeiro, e os sete registros acima são o contributo para essa escolha. O padrão que aparece com mais frequência é um kit pequeno no pulso para velocidade e massa leve, um kit de gama média no cotovelo para torque de sustentação e encaminhamento de cabos, e um kit de KV baixo no ombro para torque contínuo a corrente baixa. Um braço de robô colaborativo construído desta forma tem a folga, a rigidez e o trabalho de montagem distribuídos por três ou mais redutores, que é o compromisso que um fabricante aceita em troca do controlo sobre a geometria da junta.

Manipuladores móveis e plataformas de inspeção

Colocar um braço numa base móvel altera o orçamento de massa mais do que qualquer outra decisão. A base tem de transportar o braço, o braço tem de transportar a carga útil, e toda a cadeia funciona a bateria, pelo que a corrente contínua se torna um valor de autonomia e também térmico. Um kit de KV baixo no ombro consome menos corrente por unidade de torque de sustentação do que um kit de KV alto ao qual se pede o mesmo trabalho através de um estágio diferente, e um kit com furo mantém o chicote fora das peças que se movem. O mesmo raciocínio aplica-se a um braço de robô colaborativo montado numa plataforma de inspeção, onde o braço é um acessório de uma máquina que já tem um problema de massa próprio.

Células de laboratório, bancadas de ensino e hardware de investigação

O hardware de investigação e de ensino é construído para ser instrumentado e reconstruído, pelo que favorece kits cujo comportamento pode ser previsto a partir do registro sem uma campanha de ensaios: um enrolamento suave, uma corrente contínua publicada e uma massa suficientemente pequena para que o braço possa ser movido à mão a fim de verificar um controlador. Os sistemas ensinados por demonstração também precisam de um arrasto baixo e uniforme na junta, que é a restrição que faz do cogging e da inércia do rotor os números a ler primeiro quando um braço é montado para um laboratório e não para uma célula de produção.

Uma sequência de dimensionamento para uma junta de cobot

Três passos, nesta ordem, e a ordem importa mais do que o detalhe dentro de qualquer um deles, porque cada passo estreita o que o seguinte tem de considerar.

Fixar primeiro o torque contínuo e o regime

Estabelecer o torque que a junta sustenta na postura em que o braço passa a maior parte do tempo, somar o torque necessário para acelerar o elo e a carga útil durante um movimento, e estimar que fração de um turno é passada em cada um. O primeiro número dimensiona o caso térmico e portanto o torque nominal; o segundo dimensiona a reivindicação de pico; e a razão entre eles decide quanto da reserva de pico é gasto na gravidade e quanto sobra para o transitório. Nada quanto ao modelo pode ser decidido antes disto, porque o mesmo torque de junta pode ser satisfeito por um kit pequeno atrás de um estágio grande ou por um kit grande atrás de um estágio pequeno, e os dois arranjos comportam-se de forma diferente quando uma pessoa empurra o braço.

Fixar em segundo lugar a alimentação, o furo e o envelope de montagem

A tensão de barramento segue a arquitetura de potência da máquina e não o motor, pelo que deve ser tratada como uma restrição fixa: neste conjunto, a alimentação vai de 16 V no kit mais pequeno a 48 V no maior, e um kit classificado para 48 V não pode ser usado numa plataforma de 16 V por muito bem que o torque corresponda. O envelope segue o elo - diâmetro externo primeiro, depois o comprimento axial - e onde o chicote tem de atravessar a junta, o furo faz parte da mesma decisão. Uma lista restrita que sobrevive a estes dois filtros é habitualmente curta o suficiente para ser comparada como deve ser.

Pedir ao fabricante os valores que o registro omite

Os registros publicados para esta classe de kit são fortes em torque, velocidade, massa e envelope, e mais fracos nos números que decidem como uma junta se comporta e não como um motor atua. O conjunto de perguntas a levar ao fabricante é curto e específico.

• A relação de redução e a folga que a junta vai efetivamente suportar, e a quem pertence essa especificação - é uma decisão de integração e não um valor do motor.
• A janela de regime associada ao valor de torque de pico: durante quanto tempo, com que frequência e com que arrefecimento.
• Se a corrente contínua é indicada para o arranjo de montagem que a junta utiliza, uma vez que o caminho térmico é a estrutura.
• Para o RI80 V2.0 KV75, as condições de ensaio e a janela de regime por trás do valor de corrente de pico - a ficha indica uma corrente de pico de 27.6 A, cerca de 2.9 vezes a corrente nominal de 9.4 A.
• Para o RI20 KV600, as condições de medição por trás do valor de Ke - a ficha indica uma potência nominal de 18 W, e o Ke, o KV e a tensão de alimentação constam todos da tabela de especificações.
• Um método de acionamento nomeado e um diâmetro de eixo para as unidades cujos registros não o indicam.

Quando um valor está ausente do registro, pertence à margem de projeto e não a um pressuposto, e a avaliação pertence ao documento escrito antes de a junta ser encomendada.

Perguntas frequentes

Recursos oficiais

A CubeMars publica documentação de produto para os kits sem carcaça reunidos na secção Recursos da plataforma, e cada modelo tem uma página oficial com a especificação completa, a curva de desempenho e o desenho de montagem - a linha de produtos do fabricante é o ponto de entrada, e os sete kits deste guia estão documentados individualmente, incluindo o RI80 V2.0 KV75 e o RO100 KV55 Standard. O fabricante continua a ser a fonte de referência para curvas de torque, classificações térmicas, critério de folga e configuração do drive; a ToBMS mantém a camada de descoberta pesquisável e comparável, e os valores usados neste guia são os publicados, contidos nos registros de produto da plataforma.

Para onde ir a seguir

O equivalente ao nível da categoria deste guia é Motores de torque sem carcaça: escolha do kit estator-rotor para juntas, que lê as famílias RI e RO como componentes e compara doze delas, e Como escolher um módulo de junta: cinco atuadores CubeMars de 190 g a 1.4 kg, que toma a junta montada como unidade de projeto. Este guia parte antes do volume de trabalho partilhado: chega à mesma classe de motor por via da limitação de força, da condução manual e do regime contínuo, que é a rota a seguir quando a questão é o que um braço de robô colaborativo precisa e não qual o kit maior. Restringir a escolha de motores BLDC para um braço de robô colaborativo num projeto novo segue a mesma ordem.

Vale a pena seguir duas rotas adjacentes quando a arquitetura muda. Quando a escolha é entre um kit nu e um módulo vedado, Motores BLDC para exoesqueleto: motor de torque sem carcaça vs atuador integrado apresenta essa comparação diretamente contra a gama de Atuadores robóticos. Quando a junta pertence a uma plataforma com pernas ou humanoide e não a um braço, Motores BLDC para robô humanoide: como compatibilizar torque, velocidade e tamanho percorre a mesma troca ao longo de uma cadeia de juntas que também tem de equilibrar.

Para o contexto mais amplo de como as classes de motores se relacionam, Motores BLDC: guia de tipos, especificações e seleção de motores CC sem escovas coloca o kit sem carcaça entre as outras categorias. Para fazer uma lista restrita em vez de investigar, filtrar os candidatos por torque, tensão, massa e envelope em Seleção e depois colocá-los uns contra os outros em Comparar produtos; as classes de juntas relacionadas estão agrupadas nas aplicações da plataforma Módulo de junta, Robô humanoide, Exoesqueleto, Robô quadrúpede e Robô de reabilitação. A categoria Motores de torque sem carcaça contém os sete kits aqui comparados, e a página CubeMars reúne o resto da gama.