Роботизированные актуаторы на 48 V: модели, выгоды и ограничения

Шина 48 V не делает роботизированный актуатор сильнее. Среди модулей CubeMars, хранящихся на этой платформе, каждая запись, где опубликованы и номинал 24 V, и номинал 48 V, приводит одинаковый номинальный момент и одинаковый номинальный ток для обоих и различается лишь в столбце скорости, где значение для 48 V примерно вдвое больше значения для 24 V. Одна эта закономерность перестраивает всю тему. Шина 48 V — это электрическое решение уровня машины; она даёт скорость и запас по току шины, а не момент, а ограничения, которые определяют, применима ли она вообще, лежат вне актуатора — в драйвере, батарейном блоке и жгуте. Шестнадцать из двадцати одного интегрированного актуатора, представленных сейчас в категориях Роботизированные актуаторы и Актуаторы квазипрямого привода, принимают шину 48 V, а пять записей, которые её не принимают, ограничены 24 V. Это руководство описывает, какие модели совместимы, что меняет более высокая шина в суставе, где выгода заканчивается и как окружающая система должна быть спроектирована вокруг неё.

Краткий ответ

Шестнадцать из двадцати одного интегрированного актуатора, представленных сейчас на этой платформе, принимают шину 48 V и распределены по двум товарным категориям. В записях CubeMars работа модуля с двойным номиналом при 48 V поднимает потолок скорости примерно до двойного значения для 24 V и оставляет номинальный момент, пиковый момент и номинальный ток без изменений, потому что момент задаётся током обмотки, а обмотка несёт один и тот же ток для одного и того же момента в любом случае. Более высокая шина также даёт запас в верхней части диапазона скоростей, где противо-ЭДС иначе ограничивала бы ток, который способен выдать драйвер. Чего она не даёт — так это длительного момента, поскольку эта величина ограничена тепловым путём обмотки и рабочим циклом. Ограничения относятся к уровню системы, а не к уровню модуля: собственное окно входного напряжения драйвера, способ поглощения возвращаемой энергии при торможении, практика по изоляции и разъёмам, а также батарейный блок, зарядное устройство и система управления батареей, питающие шину. Разделы ниже следуют этому порядку: что меняется внутри актуатора, чего стоит это изменение, чего стоит его обеспечить, какие модели затронуты и как согласовать модель с суставом.

Что 48 V действительно меняет внутри роботизированного актуатора

Шина — не свойство актуатора. Это свойство машины, и модуль — одна из её нагрузок. Правильно читать запись о роботизированном актуаторе на 48 V означает разделять два столбца, которые производитель публикует, когда модель поддерживает более одной шины, и точно понимать, какие величины меняются при смене шины. Для интегрированного модуля, объединяющего двигатель, ступень редукции, драйвер и обратную связь, это разделение более узкое, чем кажется на первый взгляд.

Шина выбирается вне модуля

Роботизированный актуатор видит шину постоянного тока и интерфейс управления. Ничто в передаточном отношении, конструкции подшипников, габарите или схеме крепления не зависит от того, находится ли эта шина на уровне 48 V или ниже. Шина задаёт напряжение, доступное драйверу, а через драйвер — скорость, при которой заданный ток ещё можно подать в обмотку. Поэтому выбор относится к архитектору машины наряду с топологией батарейного блока, выбором зарядного устройства и тепловым бюджетом корпуса, в котором будет размещён модуль. Техническое описание актуатора, публикующее два номинала шины, предлагает не два изделия: оно сообщает об одном изделии в двух рабочих точках.

Одна шина, два опубликованных номинала: что означает запись 24/48 V

Пять из интегрированных актуаторов, представленных здесь сейчас, несут двойной номинал шины, а не одинарный: AK10-9 V2.0 KV60, AK60-6 V3.0 KV80, AK70-10 KV100, AK80-64 KV80 и AKA60-6 KV80. Их записи публикуют две номинальные скорости и две скорости без нагрузки, разделённые косой чертой, и в каждом случае пара — это значение для 24 V, за которым следует значение для 48 V. Те же записи публикуют один номинальный момент, один номинальный ток и один пиковый момент. Эта асимметрия — вся суть в одной строке таблицы характеристик: электрическая работа, которую совершает модуль, есть функция тока, а ток, необходимый для заданного момента, не меняется вместе с шиной.

Двойной номинал — это не просто вопрос возраста или версии. AK10-9 V3.0 KV60, более поздняя ревизия, публикует один номинал 48 V, тогда как более ранняя AK10-9 V2.0 KV60 несёт оба. Более поздняя ревизия также публикует более высокий пиковый момент, 53 Nm против 48 Nm, при чуть меньшей массе. Поддержку шины и механическую ревизию следует читать из записи, а не выводить из обозначения модели.

Момент и ток остаются на месте, тогда как столбец скорости разделяется

Опубликованные пары достаточно согласованы, чтобы сформулировать эффект как правило, а не как впечатление. AK10-9 V2.0 KV60 рассчитан на 109 rpm при 24 V и 228 rpm при 48 V, со скоростями без нагрузки 160 rpm и 320 rpm. AK70-10 KV100 переходит с 148 rpm на 310 rpm номинально и с 240 rpm на 480 rpm без нагрузки. AK80-64 KV80, изделие со ступенью 64:1, переходит с 23 rpm на 48 rpm номинально и с 37 rpm на 75 rpm без нагрузки. AKA60-6 KV80 удваивается с 200 rpm до 400 rpm номинально и с 320 rpm до 640 rpm без нагрузки, а AK60-6 V3.0 KV80 — с 233 rpm до 490 rpm и с 320 rpm до 640 rpm. По всем пяти значение для 48 V составляет примерно от двух до двух с одной десятой раза значение для 24 V как в номинальной точке, так и в точке без нагрузки.

В противовес этому ни одно из пяти не меняет свой номинальный момент, пиковый момент или номинальный ток между двумя столбцами. AK60-6 V3.0 KV80 рассчитан на 3 Nm и 3.8 A на обеих шинах и даёт пик 9 Nm на обеих; пара пиковых токов — 10.3 A и 11.2 A, достаточно близкие, чтобы небольшое различие объяснялось скорее способом измерения или округления, чем иным пределом обмотки. Практическое следствие: обмотка теряет одинаковое количество тепла при заданном моменте на любой из шин, потери в меди на ньютон-метр не меняются, и тепловой предел длительного момента поэтому одинаков. Тот, кто ожидает, что шина 48 V откроет больше длительного момента у того же модуля, читает не тот столбец.

Что не меняется: передаточное отношение и габарит

Напряжение шины также оставляет механическую запись нетронутой. Роботизированный актуатор на 48 V имеет то же передаточное отношение, тот же класс люфта, тот же наружный диаметр, ту же длину пакета и ту же массу, что и тот же модуль, работающий при более низкой шине, потому что ни одна из этих величин не имеет электрической привязки. AK80-8 KV60 остаётся на 8:1 и 98 mm на 43.9 mm по обе стороны от решения о шине. AKH70-48 V1.0 KV41 остаётся на 48:1 внутри корпуса диаметром 90 mm и длиной 81.5 mm. Это важно для последовательности проектирования: габарит и отношение можно зафиксировать до того, как определена топология батарейного блока, и последующий переход с 24 V на 48 V не открывает механический проект заново.

Преимущества работы роботизированных актуаторов от шины 48 V

Выгоду более высокой шины часто описывают как эффективность, и такая формулировка затемняет то, где выигрыш действительно появляется. В интегрированном модуле ток обмотки задаётся моментом, который требуется получить от сустава, а редукторная ступень и драйвер находятся между этой обмоткой и шиной. Шина управляет скоростью, при которой требуемый ток ещё можно подать, и тем, сколько тока должно пройти по собственной проводке машины, чтобы отдать заданную механическую мощность.

Потолок скорости масштабируется вместе с шиной при том же KV

Скорость на двигателе задаётся константой скорости обмотки и напряжением, доступным для подачи тока в неё. Удвоение шины при сохранении обмотки поднимает потолок без нагрузки, а редукторная ступень делит этот потолок до уровня сустава. Это видно напрямую в опубликованных парах, а не через какой-либо расчёт: AK10-9 V2.0 KV60 переходит с 160 rpm на 320 rpm без нагрузки, AK70-10 KV100 — с 240 rpm на 480 rpm, AKA60-6 KV80 — с 320 rpm на 640 rpm. На суставе модуль с фиксированным отношением поэтому получает вдвое большую доступную скорость. Для сустава, режим которого определяется преимущественно скоростью отслеживания, а не удерживающим моментом, это разница между модулем, который соответствует заданию, и тем, который не соответствует. Это также причина, по которой модуль с двойным номиналом можно заложить в платформу, которая, как ожидается, перейдёт с прототипного блока более низкого напряжения на серийный блок 48 V без изменения привода.

Тот же ток передаёт больше мощности

Механическая мощность — это произведение момента и скорости. Если модуль удерживает заданный ток, а значит, и заданный момент, до более высокой скорости, механическая мощность, доступная от этого же тока, растёт пропорционально. Это честная форма аргумента об эффективности: дело не в том, что обмотка становится эффективнее при 48 V, а в том, что тот же тепловой бюджет, выраженный как ток в обмотке, преобразуется в большую выходную мощность, потому что рабочую точку можно продвинуть дальше по оси скорости, прежде чем у драйвера закончится напряжение. Там, где суставу нужны и момент, и скорость, а не одно из двух, более высокая шина поднимает потолок их произведения.

Где появляется экономия тока: жгут и батарейный блок

Экономия реальна, но она появляется на уровне машины, а не внутри модуля. При заданной механической мощности шина с вдвое большим напряжением потребляет примерно вдвое меньший ток, а именно ток шины определяет сечение кабелей, разъёмы и защиту вокруг них. На машине с несколькими актуаторами, питаемыми от общей шины, это снижение распространяется через общий жгут, распределительную плату и собственную цепь разряда батарейного блока. Это важнее всего там, где связи длинные или где от одной шины питается много суставов, и меньше всего — в короткой стендовой сборке с одним суставом. Это также меняет форму батарейного блока: та же энергия отдаётся при меньшем токе на группу элементов, что распределяет нагрузку по последовательной сборке, а не концентрирует её.

Запас для пикового окна в верхней части диапазона скоростей

Пиковый момент — величина для короткого окна, и достичь его на скорости можно только тогда, когда драйвер преодолеет противо-ЭДС, которую создаёт вращающийся двигатель, прежде чем потечёт какой-либо ток. Более высокая шина оставляет для этого больше напряжения, поэтому пиковое окно момента остаётся достижимым дальше вверх по диапазону скоростей. Это отдельная выгода по сравнению с потолком скорости без нагрузки, и часто именно она служит практической причиной перехода машины на более высокую шину: суставу не нужно вращаться быстрее в установившемся режиме, но ему нужно отдать короткий всплеск момента, уже двигаясь быстро. Модуль с двойным номиналом сообщает одинаковый пиковый момент на обеих шинах, и именно более высокая шина делает эту величину достижимой у верхнего края диапазона скоростей, а не только вблизи стопорения.

Чего более высокая шина не даёт

Шина 48 V не повышает номинальный момент, не меняет передаточное отношение, не снижает тепло, выделяемое при заданном выходном моменте, и не меняет класс люфта или номинал подшипников. Она также не меняет опубликованный диапазон рабочих температур окружающей среды модуля, который одинаков для всей линейки. На режиме, где преобладает удержание момента против силы тяжести на низкой скорости, модуль не получает от более высокой шины никакой выгоды, а дополнительная работа по регулированию напряжения, защите и изоляции — это затраты без отдачи. Решение о шине следует принимать по форме зависимости момента от скорости в рабочем цикле, а не исходя из предположения, что больше вольт — это общее улучшение.

Системные ограничения, определяющие применимость 48 V

Поскольку шина принадлежит машине, ограничения на её использование — по большей части ограничения машины. Некоторые из них опубликованы в записях о продуктах и могут быть прочитаны напрямую; другие зависят от собственной документации драйвера и от конструкции батарейного блока и должны быть подтверждены на уровне системы. Список ниже разделяет эти две группы.

Окно входного напряжения драйвера

Драйвер модуля — тот компонент, который видит шину, поэтому допустимое окно входного напряжения этого драйвера и есть первый барьер. В записях о продуктах указано, что модули несут встроенную защиту от перегрузки по току, перенапряжения и пониженного напряжения, а также от перегрева, а это значит, что драйвер следит за шиной, на которой находится, а не принимает любое напряжение в широком диапазоне. Номинал напряжения в спецификации — это рабочая точка, а не допустимый максимум. Там, где замысел проекта предполагает работу модуля в верхней части цикла заряда, или там, где батарейный блок можно заряжать при включённом питании машины, допустимое окно входного напряжения и пороги защиты для конкретного модуля и прошивки следует подтвердить по актуальной документации производителя до того, как будет определён батарейный блок.

Рекуперация, переходные процессы в шине и куда девается возвращаемая энергия

Любой сустав, который замедляет нагрузку, передаёт движение обратно на свой двигатель, а двигатель с обратной передачей становится генератором, возвращающим энергию в шину, а не потребляющим её. На шине, питаемой только батареей, этой энергии есть куда деться. На лабораторном источнике или на шине с длинной кабельной линией и ограниченной ёмкостью возвращаемая энергия может поднять шину выше её установившегося уровня на время торможения, и переходный процесс становится задачей проектирования системы, а не задачей модуля: выбор ёмкости, схемы торможения и реакция источника — всё это входит в расчёт. Значимая величина — не номинальное напряжение шины, а энергия, которую возвращает конкретный профиль торможения, зависящая от инерции нагрузки, скорости сустава и рабочего цикла. Этот профиль нужно выводить из машины, а не читать из записи об актуаторе.

Изоляция, разъёмы и порог 60 V DC

Нормы электробезопасности обычно относят номинальную шину 48 V DC к диапазону, который рассматривается как безопасное сверхнизкое напряжение, ниже порога 60 V DC, встречающегося в ряде национальных и международных стандартов, и это одна из причин популярности такого напряжения для мобильных машин. Применимый стандарт и его местная реализация остаются определяющими документами, а порог относится к фактическому максимальному напряжению шины, а не к номинальной величине. Тепловые и токовые номиналы на собственных интерфейсах модуля — отдельные вопросы, и практика по разъёмам и проводке, заданная для машины, должна следовать тому, что производитель модуля публикует для этого интерфейса, а не общему предположению о классе напряжения.

Последствия для батарейного блока, зарядного устройства и BMS

Номинальную шину 48 V обычно строят из последовательной сборки литий-ионных элементов, и напряжение полного заряда такой сборки лежит выше номинальной величины, что является свойством химии элемента, а не спецификацией какого-либо актуатора. Из этого следуют два последствия. Во-первых, всё, что находится дальше по цепи, должно выдерживать верхнюю границу диапазона заряда, а не только номинальный уровень. Во-вторых, система управления батареей, её профиль заряда и её отсечка разряда определяют то, что актуатор видит в действительности, в том числе во время кратких выбросов, которые создаёт замедляющийся сустав. Там, где допустимое окно актуатора и рабочий диапазон батарейного блока опубликованы в разных документах, их пересечение и есть проектное окно, и это пересечение стоит записать, а не предполагать, что номинальные величины совпадают.

Тепловое поведение и рабочий цикл

Тепловой предел длительного момента принадлежит обмотке и пути, по которому тепло из неё уходит, и он не меняется вместе с шиной. Сустав, который был тепловым образом на границе при более низкой шине, остаётся на границе и при 48 V, потому что ток, а значит, и потери в меди при заданном моменте не меняются. Что меняет более высокая шина — это соотношение между потерями в меди и доступной из них механической мощностью. На режиме с длительными фазами удержания на низкой скорости или с большой долей времени вблизи номинального момента связывающим ограничением оказывается тепловой расчёт, а решение о шине — второстепенным. На режиме, где преобладает быстрое движение с малой нагрузкой, связывающим становится потолок скорости, и решение о шине выходит на первый план.

Вопросы, которые опубликованная документация оставляет открытыми

Не каждое число, необходимое для завершения системного проекта, есть на странице продукта. Допустимое окно входного напряжения и пороги защиты драйвера, поведение модуля при конкретном профиле торможения, снижение момента, которое применяется, когда модуль длительно работает у верхней границы своего диапазона скоростей, и длительный момент для конкретного рабочего цикла — всё это системные вопросы, а не значения, опубликованные на странице продукта. На них можно ответить, и документация производителя по управлению и поддержка по применению — правильный источник, но их следует подтвердить до того, как батарейный блок и жгут будут зафиксированы. Отношение к номиналу напряжения как к допустимому напряжению шины, а к пиковому моменту как к доступному моменту — самый распространённый способ ошибиться в размерах проекта на 48 V.

Роботизированные актуаторы на 48 V: сравнительная матрица характеристик

Таблица ниже рассматривает каждый роботизированный актуатор на 48 V, представленный сейчас в категории Роботизированные актуаторы, как единый набор характеристик, упорядоченный по опубликованному номинальному моменту, так что переход от лёгких суставов к несущим виден в самом столбце. Каждая цифра — это значение, которое производитель публикует для этой модели и которое эта платформа хранит в своих записях о продуктах. Номинальное напряжение показано в том виде, в каком оно опубликовано, поэтому запись с двойным номиналом приводится с обоими уровнями.

Номинальное напряжение, номинальный момент, пиковый момент, передаточное число, масса и габариты в том виде, в каком они опубликованы производителем, для моделей, представленных сейчас в категории Роботизированные актуаторы, которые принимают шину 48 V, упорядоченные по номинальному моменту. Номинальный момент — непрерывное значение в пределах тепловых ограничений обмотки; пиковый момент — величина для короткого окна. Единичное значение напряжения означает модуль с одной шиной; двойное значение означает, что модуль опубликован на обоих уровнях, а соответствующие значения скорости и мощности также опубликованы отдельно для каждого. Габариты указаны как наружный диаметр на длину корпуса и исключают выступ вала, кабеля и разъёма.

Две вещи выделяются, когда матрицу читают вниз по столбцу момента, а не поперёк столбца напряжения. Первая: модули, доходящие до 48 V, не образуют отдельного семейства продуктов — они идут от изделия на 3 Nm в корпусе 79 mm до изделия на 74 Nm при 1396 g, и два модуля со ступенью 6:1 находятся внизу таблицы, тогда как ступень момента 24:1 появляется между записью на 24 Nm и записью на 48 Nm. Вторая: поддержка шины почти универсальна в этой категории. Из восемнадцати записей, представленных сейчас, четырнадцать принимают 48 V; четыре, которые не принимают, все находятся на лёгком конце диапазона, и каждая опубликована с одним номиналом 24 V. Машина, построенная вокруг 48 V, поэтому имеет широкий выбор размеров суставов от одного производителя, а не узкий короткий список.

Чтение таблицы как короткого списка также показывает, почему одно лишь напряжение — плохой фильтр. AK60-6 V3.0 KV80 и AKA60-6 KV80 публикуют одинаковый номинальный и пиковый момент, одинаковое отношение и одинаковую поддержку шины и различаются главным образом исполнением: изделие AKA на 80 g тяжелее и на 8.2 mm длиннее при чуть меньшем диаметре. AK10-9 V3.0 KV60 и AKA10-9 KV60 также публикуют идентичные значения момента и отношения и различаются массой на 120 g. Этот выбор касается конструкции и интеграции, а не шины, и его следует делать исходя из механического задания.

Чтение шестнадцати по рабочему циклу, а не по напряжению

Поскольку поддержка шины почти универсальна в этой категории, полезный способ сузить список — по рабочему циклу, которому подходит каждый модуль. Группы ниже следуют опубликованному моменту и отношению, а не напряжению, потому что требование к суставу записывается именно по этим двум величинам.

Пара 6:1: AKA60-6 KV80 и AK60-6 V3.0 KV80

Оба модуля публикуют 3 Nm номинально и 9 Nm пиково при отношении 6:1, и оба принимают 48 V. Низкое отношение делает их самыми быстрыми суставами в группе 48 V относительно их выходного момента: AK60-6 V3.0 KV80 публикует 320 rpm без нагрузки при 24 V и 640 rpm при 48 V, а AKA60-6 KV80 публикует ту же пару. На шине 48 V любое из изделий достигает скорости на стороне сустава, к которой не приближается ни один модуль с более высоким отношением в таблице. Различие между ними — исполнение и масса: AK60-6 V3.0 KV80 легче из двух — 380 g в корпусе 79 mm на 43 mm, тогда как AKA60-6 KV80 весит 460 g в корпусе 80 mm на 51.2 mm. Оба подходят дистальной оси, которой нужно быстро двигаться под малой нагрузкой, и ни один не подходит оси, которой нужно удерживать большой статический момент.

Середина диапазона: 8:1, 9:1 и 10:1

Четыре модуля занимают эту полосу при 48 V, и разброс здесь шире, чем можно предположить по значениям отношения. AK80-9 V3.0 KV100 публикует 9 Nm номинально и 22 Nm пиково при 9:1 в корпусе массой 490 g, 98 mm на 38.5 mm. AK80-8 KV60 публикует 10 Nm и 25 Nm при 8:1 в массе 570 g в корпусе 98 mm на 43.9 mm. AK70-10 KV100 публикует 8.3 Nm и 24.8 Nm при 10:1 в корпусе массой 621 g, 89 mm на 50.25 mm, а AK70-9 V3.0 KV60 публикует 8.5 Nm и 29.2 Nm при 9:1 в массе 540 g. Столь близкие отношения — это диапазон тонкой настройки, а не набор различных режимов работы, и выбор внутри полосы обычно определяется габаритом, массой и тем, сколько скорости нужно суставу у верхней границы его диапазона. AK70-9 V3.0 KV60 стоит внимания там, где пиковый момент важнее длительного, поскольку его пик 29.2 Nm — самый высокий в полосе при самой малой массе из четырёх.

Тяжёлые суставы: AK60-39 V3.0 KV80, AK80-64 KV80, AKA10-9 KV60 и AK10-9 V3.0 KV60

Выше 18 Nm номинального момента таблица распадается на два подхода. AK10-9 V3.0 KV60 и AKA10-9 KV60 идут путём высокого отношения 9:1 и публикуют 18 Nm номинально при пике 53 Nm, в массе 940 g и 1060 g соответственно; именно более высокая шина делает отношение 9:1 пригодным по скорости на стороне сустава, поскольку 320 rpm без нагрузки при 48 V — это то, что может предложить модуль 9:1. AK60-39 V3.0 KV80 и AK80-64 KV80 идут другим путём, обменивая скорость на момент через редукторную ступень: 39:1 даёт 24 Nm номинально и 72 Nm пиково в массе 750 g, а 64:1 даёт 48 Nm номинально и 120 Nm пиково в массе 850 g при скорости без нагрузки 37 rpm на 24 V и 75 rpm на 48 V. Там, где сустав должен долго удерживать нагрузку против силы тяжести, этот момент на единицу тока, купленный отношением, а не шиной, и есть работающий механизм.

Полый вал: AKH70-16 V1.0 KV41 и AKH70-48 V1.0 KV41

Два модуля с полым валом различаются своими передаточными отношениями, а не шиной, и их обозначения моделей провоцируют неверное прочтение, которое стоит прояснить. «48» в AKH70-48 V1.0 KV41 — это передаточное отношение 48:1, а не номинал 48 V; тот же модуль опубликован на 48 V, как и AKH70-16 V1.0 KV41 при 16:1. Оба работают на одной и той же обмотке 41 KV. AKH70-16 V1.0 KV41 публикует 26 Nm номинально и 78 Nm пиково в массе 879 g, а AKH70-48 V1.0 KV41 публикует 74 Nm и 222 Nm в массе 1396 g при длине корпуса 81.5 mm. Отличительной чертой этой пары является отверстие: полый вал проводит кабели через сустав, что меняет архитектуру жгута многосуставного звена, а не момент сустава. Изделие 48:1 — самый высокомоментный модуль на 48 V из представленных здесь сейчас, а изделие 16:1 — промежуточная ступень для сустава, которому нужно отверстие без очень низкой выходной скорости, присущей отношению 48:1.

Два модуля квазипрямого привода: AKE80-8 KV30 и AKE90-8 KV35

Другая категория, которая вносит модули на 48 V в это сравнение, — Актуаторы квазипрямого привода, и два её члена на 48 V ведут себя иначе, чем серия AK, что важно для проектирования системы. AKE80-8 KV30 публикует 12 Nm номинально и 30 Nm пиково при 8:1 в массе 570 g в корпусе 87 mm на 32 mm, а AKE90-8 KV35 публикует 55 Nm номинально и 170 Nm пиково при 8:1 в массе 1400 g в корпусе 107.5 mm на 43.5 mm. Оба построены вокруг отношения 8:1, которое является определяющей чертой этого семейства и причиной, по которой группа рассматривается отдельно: низкое отношение сохраняет сустав отзывчивым и обратимым, а момент приходит от двигателя, а не от глубокой редукторной ступени. Третий член семейства, AKE60-8 KV80, опубликован только на 24 V, поэтому он не появляется в сравнении на 48 V, хотя и относится к той же категории.

Системный момент здесь в том, что в сравнительной таблице производителя модули AKE указаны без платы драйвера, тогда как модули AK и AKH указаны с ней, а комплект принадлежностей для AKE80-8 KV30 содержит отдельный магнит датчика, а не электронику привода. Это различие уровня системы, а не различие в возможностях: модуль по-прежнему публикует метод управления FOC и то же крепление на болтах, но привод и его окно напряжения находятся вне модуля, в собственной электронике машины, поэтому входное окно, схему защиты и жгут должен задавать интегратор. Там, где серия AK приходит с драйвером внутри габарита, серия AKE переносит это решение в машину. Компоновку для конкретного модуля, включая ожидаемую им электронику обратной связи, следует подтвердить по актуальной документации производителя до того, как электрическая архитектура будет зафиксирована.

Проектирование одного сустава и под 24 V, и под 48 V

Пять модулей с двойным номиналом открывают конкретную инженерную возможность, и её стоит сформулировать точно. Машину можно спроектировать вокруг модуля, обмотка которого опубликована на обоих уровнях, затем на этапе прототипа работать при более низкой шине, а в серии — при более высокой, сохраняя на всём протяжении одно и то же передаточное отношение, один и тот же габарит, одну и ту же массу и один и тот же номинальный момент. Меняются только потолок скорости и мощность, доступная при заданном токе. Таблица ниже приводит опубликованные пары скоростей для этих пяти — это и есть изменение целиком.

Номинальная скорость, скорость без нагрузки и передаточное число в том виде, в каком они опубликованы производителем для модулей с двойным номиналом, представленных сейчас в категории Роботизированные актуаторы, со значениями для 24 V и 48 V в отдельных столбцах. Номинальная скорость — это величина на стороне выхода при номинальном моменте; скорость без нагрузки — потолок на стороне выхода. В каждой записи два столбца имеют общий один номинальный момент, один пиковый момент и один номинальный ток, что и делает пару пригодной как единая механическая спецификация с двумя электрическими рабочими точками.

Согласование роботизированного актуатора на 48 V с суставом

Последовательность, которая избавляет от переделок, коротка и начинается до того, как появится хоть одно обозначение модели. Шина — одно из последних решений, а не первое, потому что она меняет только электрическую рабочую точку модуля, механическая роль которого уже зафиксирована.

Рабочий цикл фиксируется раньше шины

Требование к суставу — это скорость и момент, каждое со своей длительностью. Длительный момент против силы тяжести, короткое окно для перехвата или приземления и скорость сустава, которую требует профиль движения у верхней границы его диапазона, — три отдельных числа, и модуль выбирается по всем трём. Только после того, как они записаны, решение о шине становится возможным: если выбор определяет величина длительного момента, работу выполняют отношение и тепловой путь, а шина второстепенна; если узким местом задания является скорость у верхней границы, то рычагом становится шина, а модуль с двойным номиналом сохраняет возможность открытой. Запись величины пикового момента без его длительности — самый распространённый способ завысить требования к суставу, потому что пиковый момент — это номинал для короткого окна, а не доступный момент.

Затем фиксируются отверстие и монтажный габарит

Как только рабочий цикл зафиксирован, между кандидатами с похожим опубликованным моментом решает механическое задание. Два модуля с идентичными значениями номинального и пикового момента могут различаться более чем на сотню граммов и на несколько миллиметров длины корпуса, и в многосуставном звене это различие оплачивается снова на каждом суставе, ближе к основанию. Там, где кабели должны проходить через сустав, а не вокруг него, вариант с полым валом меняет архитектуру жгута всего звена, и значимой величиной становится отверстие 7 mm у модулей AKH, а не их момент. Масса, габарит и отверстие определяются механическим заданием и не зависят от шины, поэтому их заблаговременное решение оставляет решение о напряжении свободным.

Проверка величин, отсутствующих в опубликованной документации

Короткий набор вопросов остаётся, когда короткий список сузился до одного-двух кандидатов, и они относятся к производителю, а не к таблице характеристик. Допустимое окно входного напряжения драйвера и его пороги защиты, момент, который можно удерживать у верхней границы диапазона скоростей в течение срока, действительно нужного рабочему циклу, поведение модуля при профиле торможения, который создаст машина, и схема обратной связи, которую ожидает модуль без встроенного драйвера. Записи на этой платформе несут опубликованные значения, а производитель остаётся источником истины для всего, что за их пределами.

Где применяются роботизированные актуаторы на 48 V

Шина 48 V имеет обыкновение появляться там, где машина питается от батареи и где от общего источника питается более одного сустава. Эту закономерность стоит читать как электрическую архитектуру, а не как товарную категорию, потому что один и тот же модуль встречается в нескольких типах машин.

Шагающие и колёсные платформы с питанием от батареи

Шагающие платформы и колёсные мобильные базы несут собственную энергию и распределяют её по нескольким суставам. И экономия тока в общем жгуте, и скорость, которую более высокая шина делает доступной на суставе, дают реальную выгоду, а замедляющаяся нога возвращает энергию в ту же шину, что питает остальные, поэтому батарейный блок и схема защиты вокруг него — часть проекта, а не запоздалая мысль. Модули на 48 V из средней и тяжёлой полос матрицы обычно и попадают в короткий список для осей бедра и колена, а пара 6:1 обслуживает более быстрые и лёгкие суставы.

Коллаборативные руки и манипуляторы

Коллаборативная рука сосредоточивает несколько модулей в короткой кинематической цепи, где масса на дистальном конце оплачивается снова на каждом суставе выше него. Экономия тока здесь значит меньше, чем потолок скорости, потому что режим руки определяется в основном отслеживанием и достижением, а не длительными фазами удержания при высоком моменте. Модули с полым валом меняют архитектуру жгута этой цепи, проводя кабели через суставы, а не вокруг них. Значимое сравнение для этого класса машин — Что искать в BLDC-двигателе для коллаборативной роботизированной руки.

Экзоскелеты и реабилитационное оборудование

Носимое оборудование добавляет требование, которого нет в записи об актуаторе: сустав должен вести себя приемлемо, когда его ведёт извне человек, а не команда. Это делает центральными отношение и поведение модуля при обратном приводе, поэтому семейство квазипрямого привода 8:1 попадает в короткий список для этого класса наряду с низкоредукторным концом серии AK, и поэтому решение о шине следует за поведением, обращённым к носителю, а не ведёт его. Более широкий выбор изложен в статье BLDC-двигатели для экзоскелета: бескорпусный моментный мотор против интегрированного актуатора.

Мобильная манипуляция и полевое оборудование

Там, где машина сочетает мобильную базу с рукой, шина должна обслуживать от одного источника суставы очень разных размеров и режимов, и ток, потребляемый самым крупным суставом, определяет размеры общего пути. Именно в такой ситуации экономия тока от более высокой шины стоит дороже всего, и именно в ней набор ограничений из предыдущего раздела — от входного окна драйвера через батарейный блок и зарядное устройство до схемы защиты — должен быть решён для всей машины, а не внутри одного модуля.

Часто задаваемые вопросы

Официальные источники

CubeMars публикует официальную страницу продукта для каждого актуатора с полной спецификацией, чертежом и документацией по управлению, и эти страницы остаются источником истины для каждой приведённой здесь цифры — например страница продукта AK70-10 KV100, страница продукта AK80-64 KV80 и страница продукта AKH70-48 V1.0 KV41. Детали, которых нет на странице продукта, включая допустимое окно входного напряжения драйвера, его пороги защиты и снижение характеристик, применимое при конкретном рабочем цикле, следует подтвердить по актуальной документации производителя до того, как будет определён батарейный блок. Эта платформа хранит опубликованные значения в своих записях о продуктах и сохраняет их доступными для поиска и сравнения; производитель остаётся источником истины для проекта.

Куда двигаться дальше

Если цель — не чтение, а отбор, три инструмента на платформе выполняют эту работу последовательно. Полный просмотр категории Роботизированные актуаторы показывает все модели и их характеристики рядом, Подбор позволяет сузить выбор по моменту, напряжению и массе, а затем кандидаты помещаются в Сравнение продуктов. Там, где сустав должен оставаться податливым по конструкции, а не жёстким, естественной следующей остановкой становится категория Актуаторы квазипрямого привода, а аргумент об отношении, стоящий за этим семейством, изложен в статье Актуаторы квазипрямого привода: что даёт отношение 8:1.

Две других статьи несут те части этой темы, которые решение о шине не закрывает. Роботизированные актуаторы: выбор интегрированного актуатора для шарниров разбирает внутреннюю структуру интегрированного модуля и оси характеристик, определяющие выбор. Как выбрать модуль сустава: пять актуаторов CubeMars от 190 г до 1.4 кг прослеживает те же модули по положению сустава, от кисти до тяжёлого бедра, и является правильным спутником там, где механическое задание зафиксировано, а размер сустава — нет.

Коротко: сначала фиксируется рабочий цикл сустава, затем отверстие и габарит, а решение о шине принимается по той величине, которой рабочему циклу действительно не хватает. Шина 48 V даёт скорость и запас по току, оставляя момент таким, каким он был, а всё, что сверх этого — от окна драйвера до батарейного блока, — это системное решение, которое стоит записать до того, как оборудование будет заказано.