BLDC-двигатели для колёсных роботов: компоновка привода, режим и редукция

Колёсному роботу редуктор нужен не для того, чтобы получить момент на шине: ему нужна конструкция, способная нести робота. Каждый блок прямого привода, представленный сейчас в применении Колёсные роботы, поставляется как голые статор и ротор — без корпуса и без собственной опорной системы подшипников, — поэтому масса машины, приходящая на ступицу как радиальная нагрузка (radial load), должна восприниматься тем, что обеспечивает разработчик. Два редукторных модуля в той же группе публикуют вместо этого значение номинальной радиальной нагрузки — 18 kg на AKA60-6 KV80 и 50 kg на AKA10-9 KV60, — а их производитель описывает оба как созданные для колёсных роботов и AGV, причём более крупный рассчитан на восприятие боковых и радиальных ударов в колёсных платформах. Это разделение — между голым мотором, чей путь нагрузки есть сама машина, и редукторным блоком, чей путь нагрузки есть его собственная выходная ступень, — упорядочивает всё остальное, что следует далее: момент в пятне контакта, скорость, с которой колесо действительно вращается, ток, который четыре колеса берут от одного батарейного блока, и число деталей, которые приходится проектировать и оплачивать.

Краткий ответ

Одиннадцать BLDC-двигателей для работы в колёсном роботе сейчас объединены в этом применении, и они делятся на две архитектуры, а не на хорошую и плохую. Девять — это бескорпусные комплекты прямого привода: пять блоков RO с внешним ротором от 60 g до 710 g и четыре блока RI с внутренним ротором от 155.9 g до 500 g, — которые передают свой момент прямо на колесо, без промежуточной ступени, без люфта и без потерь на редуцирование, и которые оставляют подшипники ступицы, ось и путь радиальной нагрузки целиком проекту машины. Два — это редукторные интегрированные модули, AKA60-6 KV80 с отношением 6:1 и AKA10-9 KV60 с отношением 9:1, которые обменивают ступень понижения и небольшую величину люфта на опубликованный момент на выходе и опубликованное значение радиальной нагрузки. По всем одиннадцати номинальный момент простирается от 0.2 N·m до 18 N·m, пиковый момент достигает 53 N·m, а масса — от 60 g до 1.06 kg, всё по публикации производителя.

Отсюда следуют три вывода, и именно они объясняют, почему выбор делается не по KV. Во-первых, на колесе прямого привода мотор в обычном крейсерском режиме вращается намного ниже своей номинальной скорости, поэтому потолок электрической скорости решает не выбор; решает длительный момент против худшей ступени режима. Во-вторых, на редукторном колесе верно обратное: именно выходная скорость может стать связывающим ограничением, потому что понижение, которое покупает момент, делит и скорость. В-третьих, радиальная нагрузка, которую создаёт колесо, — это нагрузка, которую бескорпусные комплекты не несут сами, поэтому решение делится между мотором и конструкцией ступицы, а не решается одним мотором. Разделы ниже разбирают каждый из этих пунктов по очереди, а затем сводят одиннадцать в одну таблицу характеристик и читают её по компоновке привода.

Что колёсный робот требует от BLDC-двигателя

Колёсный мобильный робот — это машина длительного режима с прерывистой нагрузкой. Различие важно потому, что два самых часто приводимых числа на панели характеристик — пиковый момент и скорость без нагрузки — это ровно те две величины, которые колёсный привод использует меньше всего за свою жизнь. Сустав ноги выдаёт свой пиковый момент доли секунды в момент приземления; колёсный привод требует чего-то близкого к своей длительной способности каждый раз, когда платформа поднимается по подъёму с полной нагрузкой, и делает это, пока мотор находится внутри колеса, которое нельзя вентилировать так, как сустав на открытой раме.

Колесо как путь нагрузки: радиальная нагрузка приходит на ступицу

В суставе выход мотора — это момент, а реакцию воспринимает окружающая конструкция. В колесе тот же момент приходит вместе с тем, чего сустав не видит: с массой машины, передаваемой через пятно контакта и ось как радиальная нагрузка на то, что несёт колесо. У бескорпусного комплекта нет подшипников, поэтому на пути прямого привода эта нагрузка доходит до ступицы, спроектированной разработчиком, и собственные заметки производителя по продукту говорят о семействе то же самое: они поставляются как отдельные компоненты ротора и статора, что и позволяет приспособить поддерживающую конструкцию, фланцы и схему подшипников к конкретной машине. Редукторный путь вместо этого публикует число. AKA60-6 KV80 рассчитан на 18 kg радиальной нагрузки, а AKA10-9 KV60 — на 50 kg; последний описан как структурная переработка, повышающая несущую способность по радиальной нагрузке примерно на 120 процентов по сравнению с AK10-9 при том же моменте и оптимизированная под боковые и радиальные удары, которые создаёт колёсная платформа.

Длительный режим в первую очередь, пиковый — в последнюю

Номинальный момент — это величина, которую можно удерживать в тепловых пределах обмотки, и для колёсного робота именно она рабочая. Пиковый момент — это резерв на короткое окно, а само окно вместе с допущениями по температуре окружающей среды и монтажу лежит в документации производителя, а не в записи о продукте. Чтение одиннадцати только по номинальному моменту даёт разброс от 0.2 N·m у RO40 KV140 Lite до 18 N·m у AKA10-9 KV60 — множитель девяносто, — и это напоминание о том, что данное применение охватывает всё: от колеса массой 60 g масштаба самоката до промышленной платформы с радиальной нагрузкой 50 kg.

Бордюры, подъёмы и реверсы

Бордюр — это моментное событие, а подъём — это режимное событие, и их не следует рассчитывать по одному и тому же числу. Подъём по наклону добавляет гравитационную составляющую, которая остаётся на моторе столько, сколько длится подъём, а это задача длительного режима, и её следует сверять с номинальным моментом. Бордюр приходит как короткое препятствие и ближе к пиковому событию, ограниченному тем, как долго колесо заклинено против него. Реверсы важны по другой причине: на базе с дифференциальным приводом поворот производится тем, что две стороны приводятся друг против друга, поэтому моторы часть манёвра поглощают энергию, а не отдают её, и эта возвращаемая энергия должна куда-то уходить в электронике привода.

Четыре колеса берут от одного батарейного блока

Бюджет тока — это сумма, а не одно число. Четыре одинаковых колеса с номинальным током 4 A каждое потребляют 16 A непрерывно, ещё без всякой поправки на скачок тока, который платформа берёт при старте или когда колесо теряет сцепление, а AKA60-6 KV80 публикует ровно 4 A номинально, тогда как самый крупный блок прямого привода в группе, RO100 KV55, публикует 20 A. Выбирать только по моменту и обнаружить эту арифметику задним числом — обычный способ сделать батарейный блок недостаточным.

Прямой привод без корпуса или редукторный колёсный актуатор

Вопрос архитектуры стоит раньше вопроса характеристик, потому что он решает, какие числа вообще что-то значат для колёсного приводного мотора. Колесо прямого привода — это мотор, ротор которого вращается со скоростью колеса. Редукторное колесо — это мотор, ротор которого вращается со скоростью колеса, умноженной на передаточное отношение, со ступенью редуктора между ними. Оба есть в этом применении, и одиннадцать делятся девять к двум в пользу прямого привода.

Прямой привод: скорость колеса равна скорости мотора

Девять из одиннадцати — пять RO с внешним ротором и четыре RI с внутренним ротором — это бескорпусные комплекты. На колесе прямого привода выходная скорость равна скорости мотора, поэтому опубликованные значения скорости можно читать против скорости движения без всякого члена понижения, и здесь нет зубчатой ступени, вносящей люфт, нет КПД понижения, который терялся бы, и нет дополнительной вращающейся инерции между ротором и шиной. Взамен этого момент, доступный в пятне контакта, — это ровно тот момент, который мотор способен создать, и мотор должен быть способен удерживать весь режим колеса непрерывно. Самый крупный блок прямого привода здесь, RO100 KV55 Standard, публикует 4 N·m номинально и 12 N·m пиково при 710 g.

Редукторный: момент на шине и ступень, которую надо учитывать

Два модуля AKA — это редукторный вариант и единственные блоки в группе с опубликованным передаточным отношением, опубликованной величиной люфта и опубликованным значением радиальной нагрузки. AKA60-6 KV80 публикует ступень 6:1, 3 N·m номинально и 9 N·m пиково на выходе, 460 g и 18 kg радиальной нагрузки. AKA10-9 KV60 публикует ступень 9:1, 18 N·m номинально и 53 N·m пиково, 1.06 kg, 0.15° люфта и 50 kg радиальной нагрузки, с одним 16-битным магнитным энкодером на выходе. Что покупает ступень — это момент на шине от более лёгкого мотора; чего она стоит — это деления скорости, величины люфта и обязательства читать каждое значение скорости на выходной стороне редуктора, а не на стороне мотора.

Чего бескорпусный комплект не включает

Бескорпусный комплект — это статор и ротор. В нём нет корпуса, подшипников, вала и энкодера, если только он не указан, а заметки производителя по семейству RO добавляют, что полый вал предназначен для прокладки кабелей и для прямого соединения с выходными валами или редуктором. Вот и весь компромисс в одном предложении: комплект легче и механически свободнее любого корпусного изделия, а взамен схема подшипников, корпус и путь радиальной нагрузки становятся частью проекта машины. RI с внутренним ротором публикуют расточку, вокруг которой строится эта схема — 22 mm у RI50 KV100, 30 mm у RI60 KV120, 40.5 mm у RI80 V2.0 KV75 и 45 mm у RI100 KV105, — и это место, доступное для сквозной оси или прокладки кабеля, а не спецификация подшипников.

Люфт относится к оси поворота, а не к оси привода

Для колеса, которое приводит, но не поворачивает, величина люфта в приводном пути бесполезна, потому что колесо опирается на грунт, а грунт не податлив в направлении движения. Иначе дело обстоит в поворотном модуле, где редукторный блок держит угол колеса: там люфт проявляется как свободный ход по курсу прежде, чем шина отреагирует, и его стоит читать как характеристику. На колёсах, которые только приводятся и составляют большую часть этого применения, важны два числа — выходной момент и значение радиальной нагрузки, — и AKA10-9 KV60 публикует рядом с ними 0.15° люфта для модулей, которые всё же поворачивают.

Чтение момента, скорости и тока колеса по опубликованной записи

Каждое значение в следующей таблице — это величина, которую производитель публикует для данной модели, а все вычисления в этом разделе — арифметика над этими величинами, причём диаметр колеса указывается каждый раз. Цель — показать, какая из опубликованных колонок действительно решает для колёсного привода, потому что две из них на поверку значат намного меньше, чем подсказывает их заметность на панели характеристик.

От момента на роторе к тяге в пятне контакта

Момент превращается в тягу делением на радиус колеса. Номинальная величина 0.58 N·m — это RI50 KV100 — на колесе 125 mm с радиусом 0.0625 m даёт 9.3 N тяги в пятне контакта, а четыре таких колеса дают в сумме 37 N. Та же арифметика для колеса 200 mm с радиусом 0.1 m превращает эти 0.58 N·m в 5.8 N на колесо — падение на 37 процентов при том же моторе, потому что большее колесо — это более длинный рычаг против мотора. Весь расчёт опирается на две опубликованные колонки — номинальный момент и указанный диаметр колеса, — и ни на что больше.

От опубликованной скорости к скорости движения

Скорость движения вытекает из того же колеса через длину окружности: скорость в метрах в секунду равна длине окружности колеса в метрах, умноженной на число оборотов в секунду, или пи умножить на диаметр умножить на rpm и разделить на шестьдесят. При диаметре 125 mm крейсерская скорость 2 m/s требует 306 rpm на колесе; при 200 mm та же крейсерская скорость требует 191 rpm. Эти два числа — та опорная точка, против которой следует читать опубликованные колонки скорости, и чтение их таким образом даёт самое полезное наблюдение во всём применении. Блоки прямого привода публикуют номинальные скорости от 2000 rpm до 4200 rpm при своих опубликованных уровнях шины, что в шесть-четырнадцать раз больше 306 rpm, которые крейсерская скорость 2 m/s действительно требует на колесе 125 mm. Редукторный AKA60-6 KV80 публикует 400 rpm при 48 V, то есть в 1.3 раза больше требования, а AKA10-9 KV60 публикует 109 rpm, что ниже него, поэтому при диаметре колеса 125 mm номинальная скорость этого модуля ограничивает скорость движения примерно 0.71 m/s и достигает лишь 1.14 m/s, если колесо вырастет до 200 mm.

Номинальный ток — это число, которое решает режим

Ток — это то, что нагревает обмотку, а обмотка — та поверхность, через которую тепло должно уходить. В колёсном роботе моторы сидят близко к грунту, часто внутри колеса или корпуса, который проектировщик машины построил ради жёсткости, а не ради обдува, поэтому тепловой путь обычно хуже, чем у сустава на открытом воздухе. Поэтому номинальный ток заслуживает чтения как ограничение режима, а не как электрическая деталь: RO100 KV55 Standard публикует 20 A против 2.85 A у RO40 KV140 Lite — множитель семь, который есть утверждение о том, сколько тепла, как ожидается, должна сбрасывать каждая обмотка и за какой период.

Тройная колонка напряжения в одной записи

Четыре из одиннадцати — вся группа RI с внутренним ротором — публикуют свои значения скорости и тока при 24 V, 36 V и 48 V в одной записи, на одной и той же обмотке. Это не маркетинговое удобство; это одна механическая спецификация с тремя электрическими рабочими точками, и для BLDC-двигателей для работы в колёсном роботе именно это позволяет проектировать платформу вокруг уже существующего батарейного блока, а не вокруг напряжения, выбранного под мотор. Таблица ниже выставляет эти три колонки рядом.

Номинальное напряжение, скорость без нагрузки при каждом опубликованном уровне шины, номинальная скорость при каждом опубликованном уровне шины и номинальный момент по публикации производителя для четырёх моделей с внутренним ротором, представленных сейчас в применении «Колёсные роботы». Номинальная скорость — это величина на стороне выхода при номинальном моменте; скорость без нагрузки — это потолок при данном уровне шины. В каждой записи три колонки делят один номинальный момент, один пиковый момент и один номинальный ток, и именно это делает их тремя электрическими рабочими точками на одной механической спецификации. Колонки скорости без нагрузки масштабируются точно с уровнем шины: значение при 36 V составляет 1.5 от значения при 24 V, а значение при 48 V вдвое больше него в каждой строке; колонки номинальной скорости растут чуть быстрее — от 1.53 до 1.71 раза при 36 V и от 2.06 до 2.39 раза при 48 V, — и все четыре отношения получены делением каждой опубликованной колонки на колонку 24 V той же строки и модели. Скорость колеса и скорость движения не сведены в таблицу: чтобы превратить опубликованное rpm в скорость движения, нужен указанный диаметр колеса, и этот расчёт приведён в тексте, а не в таблице.

Читайте колонки попарно — и компромисс оказывается точным. Повышение шины с 24 V до 48 V ровно удваивает скорость без нагрузки и повышает номинальную скорость в 2.06-2.39 раза, а номинальный момент, пиковый момент и номинальный ток оставляет нетронутыми, потому что момент задаётся током обмотки, а обмотка несёт один и тот же ток для одного и того же момента при любом уровне шины. Что добавляет более высокая шина — это запас, чтобы вообще дотянуться до верхней части колонки скорости, где противо-ЭДС иначе ограничивала бы ток, который способен отдать привод. Чего она не добавляет — так это длительного момента, а именно длительный момент колёсный робот и использует всю свою жизнь.

BLDC-двигатели для колёсного робота: матрица сравнения характеристик

Одиннадцать моделей, представленных сейчас в применении Колёсные роботы, изложены ниже как один набор характеристик, упорядоченный по опубликованному номинальному моменту, чтобы шаг от самого малого колёсного блока до несущего был виден в самой колонке. Каждое значение — это величина, которую производитель публикует для данной модели и которую эта платформа хранит в своей записи о продукте. Номинальное напряжение показано как опубликовано, поэтому запись с тройным номиналом предстаёт со всеми тремя уровнями.

Номинальное напряжение, номинальный момент, пиковый момент, номинальный ток, номинальная скорость, масса и габариты по публикации производителя для моделей, представленных сейчас в применении «Колёсные роботы», упорядоченных по номинальному моменту. Номинальный момент — это непрерывная величина в пределах тепловых ограничений обмотки; пиковый момент — величина для короткого окна, а само окно, допущение по температуре окружающей среды и условие монтажа за любой из величин момента лежат в документации производителя, а не в записи. Одно значение напряжения означает модель с одной шиной; двойное или тройное значение означает, что модель публикуется при каждом из этих уровней шины, с соответствующими значениями скорости, публикуемыми отдельно для каждого, в возрастающем порядке колонки напряжения. Номинальная скорость — это величина на стороне выхода при номинальном моменте, поэтому у двух редукторных модулей она уже поделена на передаточное отношение. Габариты даны как наружный диаметр на длину корпуса и не включают выступающие части вала, кабеля и разъёма; у бескорпусных комплектов это сборка статора и ротора, а у редукторных модулей — готовый блок вместе с его собственной схемой подшипников. Колонки передаточного отношения нет: девять из одиннадцати записей вообще не несут ступени понижения, а отношения для двух, которые её несут, изложены в тексте.

Как только одиннадцать оказываются на одной странице, выделяются два прочтения. Первое — колонка момента и колонка массы не параллельны. RO100 KV55 Standard публикует 4 N·m номинально при 710 g, тогда как AKA60-6 KV80 публикует 3 N·m номинально при 460 g, а AKA10-9 KV60 достигает 18 N·m при 1.06 kg. Редукторные модули делают ступенью то, что блоки прямого привода делают медью и магнитами, и ценой этого является колонка скорости, которая падает с четырёхзначных значений у блоков прямого привода до 400 rpm, а затем до 109 rpm.

Второе — номинальный ток тоже не следует за номинальным моментом. AKA10-9 KV60 держит 18 N·m при 10.6 A, потому что ступень понижения превращает момент мотора в выходной момент, не увеличивая пропорционально ток мотора, тогда как RO100 KV55 Standard требует 20 A для 4 N·m. В чтении как ограничение режима эта разница стоит для платформы с батарейным питанием больше, чем одни только значения момента: редукторное колесо превращает ток батареи в момент на колесе эффективнее, ценой величины люфта и потолка скорости, который приходится проверять против предполагаемой крейсерской скорости.

Чтение одиннадцати по компоновке привода

Таблица сортирует по моменту, и это правильный порядок для решения о выборе и неправильный порядок для понимания того, что содержит группа. Прочитанные по конструкции, одиннадцать распадаются на четыре блока: два комплекта с внешним ротором на 24 V, три комплекта с внешним ротором на 48 V, четыре блока с внутренним ротором и два редукторных модуля.

Пара Lite на 24 V: RO40 KV140 и RO50 KV108

Два внешнероторных блока Lite — самые малые и лёгкие в группе и единственные, рассчитанные на одну шину 24 V. RO40 KV140 Lite публикует 0.2 N·m номинально и 0.6 N·m пиково при 60 g в габарите Ø46.3 × 13 mm, а RO50 KV108 Lite публикует 0.3 N·m номинально и 0.9 N·m пиково при 105 g в габарите Ø61.7 × 14.5 mm. Оба поставляются без датчиков Холла в рамках исполнения Lite, и оба несут полый вал, предназначенный для прокладки кабелей, а не для несущего вала. Колесо, построенное вокруг любого из них, замыкает свой сервоконтур на энкодере, который обеспечивает машина, а не на чувствительных элементах внутри мотора, и это механическое следствие исполнения Lite, а не ограничение обмотки.

Трио Standard на 48 V: RO60 KV115, RO80 KV105 и RO100 KV55

Три внешнероторных блока Standard переходят на одну шину 48 V и добавляют датчики Холла и температурную чувствительность как часть спецификации. RO60 KV115 Standard публикует 0.8 N·m номинально и 2.4 N·m пиково при 248 g, RO80 KV105 Standard — 1.3 N·m номинально и 4 N·m пиково при 352 g, а RO100 KV55 Standard — 4 N·m номинально и 12 N·m пиково при 710 g в габарите Ø113.5 mm. Читая трио сверху вниз, масса растёт в 2.9 раза, тогда как номинальный момент растёт в 5 раз, поэтому более крупные блоки — не просто масштабированные версии меньших. RO100 KV55 Standard также публикует наивысший номинальный ток в группе — 20 A, — а это и есть величина, которая важна, когда четыре колеса приводятся от одного батарейного блока.

Четыре блока с внутренним ротором: RI50 KV100, RI60 KV120, RI80 V2.0 KV75 и RI100 KV105

Группа RI устроена наоборот: магниты внутри, а обмотка их окружает, поэтому ротор — это внутренний элемент, а сборка несёт сквозную расточку, а не полый вал. Эта расточка опубликована во всех четырёх записях и представляет собой проектный габарит для сквозной оси или прокладки кабеля — 22 mm у RI50 KV100, 30 mm у RI60 KV120, 40.5 mm у RI80 V2.0 KV75 и 45 mm у RI100 KV105. Все четыре публикуются при 24 V, 36 V и 48 V, и все четыре рассчитаны на момент от 0.57 N·m до 1.76 N·m, что помещает их в ту же полосу момента, что и внешнероторные RO60 и RO80, при другом механическом интерфейсе и более широком диапазоне шины.

Два редукторных колёсных актуатора: AKA60-6 KV80 и AKA10-9 KV60

В этой группе два модуля AKA — это те, чьи опубликованные записи называют колёсных роботов в строке применения. Обе записи указывают AGV и колёсного робота как заявленное применение, тогда как трио RO Standard называет руку коллаборативного робота, четыре блока с внутренним ротором называют руку коллаборативного робота или экзоскелет, а пара Lite вообще не публикует строки применения. AKA60-6 KV80 предлагает ступень 6:1, 3 N·m номинально и 9 N·m пиково, номинальный ток 4 A, 460 g и значение радиальной нагрузки 18 kg, причём производитель заявляет, что усиленный путь нагрузки повышает несущую способность по радиальной нагрузке примерно на 52 процента по сравнению с AK60-6 при сходном моменте. AKA10-9 KV60 предлагает 9:1, 18 N·m номинально и 53 N·m пиково, номинальный ток 10.6 A, 1.06 kg, 50 kg радиальной нагрузки, 0.15° люфта и 16-битный магнитный энкодер на выходе. Запись 9:1 — ещё и та, чью номинальную скорость 109 rpm нужно проверить против предполагаемой крейсерской скорости, прежде чем рассматривать в ней что-либо ещё.

Внешний или внутренний ротор при одинаковом моменте

Там, где два блока в группе публикуют сопоставимый момент, выбор между ними механический, а не электрический. RO80 KV105 Standard и RI80 V2.0 KV75 публикуют 4 N·m и 4.1 N·m пикового момента соответственно, при 352 g и 411 g, в габаритах Ø92.6 × 26.4 mm и Ø85 × 27 mm. Внешнероторный блок легче и немного шире; блок с внутренним ротором уже по диаметру, на 59 g тяжелее и предлагает сквозную расточку 40.5 mm, а также шину 24/36/48 V вместо единственного номинала 48 V. Ни одно из различий не является различием в производительности, и оба определяются тем, что способна принять конструкция колеса: внешнероторному блоку нужен радиальный зазор вокруг его вращающегося наружного элемента, а блоку с внутренним ротором нужно место в расточке и вал через неё. Более широкое рассмотрение всего бескорпусного семейства изложено в статье Бескорпусные моментные моторы: сравнение 12 моделей от начального до производительного уровня.

Монтаж, подшипники и путь радиальной нагрузки

Это та часть проекта колёсного робота, которую не решает ни одна спецификация мотора, и именно поэтому путь прямого привода стоит инженерного времени, а не денег. Здесь же окончательно разделяется любой список кандидатов BLDC-двигателей для колёсного робота, потому что в этом вопросе опубликованные значения очерчивают задачу, а не отвечают на неё. Впрочем, очерчивают они её полезно: там, где запись несёт номинальную радиальную нагрузку, эта нагрузка воспринимается внутри блока, а там, где её нет, нагрузку несёт машина.

Что несёт вес робота

У двух редукторных модулей ответ указан. AKA60-6 KV80 рассчитан на 18 kg радиальной нагрузки, а AKA10-9 KV60 — на 50 kg, и производитель описывает более крупный как структурную переработку, созданную для восприятия боковых и радиальных ударов в колёсных платформах. Эти два значения — опубликованный ответ на вопрос, который задаёт каждый колёсный робот, и именно под них подбирается схема подшипников внутри модуля. У девяти бескорпусных комплектов эквивалентного значения не появляется, потому что нет схемы подшипников, которую надо подбирать: заметки производителя по семейству описывают комплекты как отдельные компоненты статора и ротора, поставляемые для того, чтобы поддерживающую конструкцию, фланец и схему подшипников можно было спроектировать вокруг машины.

Расточка — это решение по прокладке

Опубликованные значения расточки стоит читать как проектные ограничения, а не как особенности. Сквозная расточка 45 mm у RI100 KV105 достаточна, чтобы через центр колеса прошёл жгут кабелей или неподвижная ось, и именно это позволяет построить колёсный привод без вращающегося кабельного соединения. Расточка 22 mm у RI50 KV100 достаточна для прокладки кабеля, но не для несущей оси того же масштаба. Внешнероторные RO публикуют свою расточку как полую конструкцию, предназначенную для той же цели, а RO40 и RO50 несут её при длине корпуса 13 mm и 14.5 mm соответственно — это место, доступное в самых малых колёсах группы.

Что решает опубликованная документация, а что нет

Что опубликовано для каждой модели в этой группе — это электрическая и механическая спецификация: номинальный и пиковый момент, номинальный ток, номинальная скорость при каждом уровне шины, масса, габариты и, где применимо, расточка, передаточное отношение, люфт и номинальная радиальная нагрузка. Что не опубликовано в записи о продукте — это окно режима за пиковым моментом, допущения по температуре окружающей среды и монтажу за тепловыми величинами, ресурс подшипников за значением радиальной нагрузки и схема уплотнения во влажной или запылённой среде. Эти четыре пункта лежат в технической документации и чертеже производителя, и на колёсной платформе, работающей на улице, их стоит прояснить до фиксации спецификации, а не после.

Выбор BLDC-двигателей для колёсного робота: последовательность подбора

Порядок ниже — это порядок, в котором должны быть решены величины в этом применении, потому что каждый шаг отсекает кандидатов, которых следующий шаг не может вернуть.

1. Зафиксируйте диаметр колеса и крейсерскую скорость. Эти два числа дают rpm колеса, требуемые режимом — при 125 mm это 306 rpm для 2 m/s, — и это единственное число сразу отделяет кандидатов колёсного приводного мотора прямого привода, у которых есть запас скорости, от редукторных кандидатов, чья номинальная скорость может оказаться связывающим ограничением.
2. Зафиксируйте длительный режим и худший бордюр. Длительный момент против подъёма и нагруженной крейсерской скорости решает, какая колонка номинального момента приемлема; бордюр решает, сколько пикового момента должно быть доступно и на какой срок, против заявленного производителем пикового окна.
3. Зафиксируйте шину и бюджет тока. Шина следует из уже существующего батарейного блока, и четыре записи с внутренним ротором публикуют три уровня шины на одной обмотке ровно по этой причине. Бюджет тока — это сумма номинальных токов по всем приводимым колёсам, и это та величина, которая решает вопрос батарейного блока, кабелей и электроники привода.

Только после этих трёх шагов решается вопрос архитектуры, и решается он по радиальной нагрузке, а не по моменту: там, где колесо должно нести машину через свою собственную выходную ступень, два редукторных модуля — та группа, которая публикует для этого значение; там, где машину будет нести колесо через ступицу, контролируемую проектной командой, девять бескорпусных комплектов — та группа, которая оставляет для этого простор. Категория интегрированного модуля разбирается подробнее в статье Роботизированные актуаторы: выбор интегрированного актуатора для шарниров.

Где применяются колёсные приводные моторы

Страницы применений на этой платформе группируют машины по тому, что они делают, а не по тому, что они содержат, и работа колёсного робота встречается под несколькими из них. Различия ниже касаются компоновки привода, а не размера.

Дифференциальные AMR и сервисные роботы для помещений

Двухколёсная дифференциальная база с роликовыми опорами — самый простой колёсный робот и тот, где бескорпусные комплекты чаще всего и есть ответ, потому что колесо мало, режим — гладкий пол, а радиальная нагрузка легка. Пара Lite на 24 V сидит внизу этого диапазона, а трио Standard на 48 V — выше него. Применение AGV охватывает ту же компоновку привода там, где режим промышленный и непрерывный.

Наружные и полевые колёсные платформы

Наружные платформы добавляют бордюры, уклоны, пыль и вибрацию, и это меняет спецификацию сразу в двух направлениях: длительный момент растёт с полезной нагрузкой и уклоном, а путь радиальной нагрузки значит больше, потому что удары крупнее. Именно здесь опубликованное значение радиальной нагрузки стоит больше, чем величина момента, и здесь редукторные модули и более крупные блоки прямого привода и составляют естественный список кандидатов.

Базы с поворотным приводом и всенаправленные базы

Поворотный модуль разделяет две функции, которые выполняет колесо: один мотор приводит колесо, другой поворачивает его. Поворот возвращает люфт в спецификацию, потому что он проявляется как свободный ход по курсу, а также делит режим так, что приводной мотор и мотор поворота можно задавать по отдельности, а не делать один блок завышенным для обеих функций.

Колёсно-шагающие и гибридные машины

Гибридные машины, которые катятся на колёсах и переступают через препятствия, ставят колёсный привод и сустав ноги в одно транспортное средство, и режим колеса там необычен: долгие периоды низкого момента во время качения, прерываемые переходными нагрузками, когда машина шагает. Это благоприятствует блоку с большим разрывом между номинальным и пиковым моментом, а не оптимизированному под любую из крайностей, и колёсный конец этого режима — тема данной страницы, тогда как шагающий конец разобран в статье Выбор BLDC-двигателя для четвероногого робота: момент, скорость и тепловые пределы и в применении Четвероногие роботы.

Часто задаваемые вопросы

Официальные источники

CubeMars публикует официальную страницу продукта для каждого блока с его панелью характеристик, техническим чертежом и документацией по управлению, и эти страницы остаются источником истины для каждой приведённой здесь величины — например, страница продукта RI50 KV100, страница продукта RO100 KV55 Standard и страница продукта AKA10-9 KV60. Значения момента, тока, скорости, массы, габаритов, расточки, передаточного отношения, люфта и радиальной нагрузки в таблицах выше — это значения, которые публикуют эти страницы, а окно режима, тепловое допущение или ресурс подшипников, от которых зависит проект колеса, — это вопрос к производителю, а не величина, которую можно вывести из панели характеристик.

Куда двигаться дальше

Для отбора кандидатов, а не для чтения, три инструмента на платформе выполняют эту работу последовательно. Изучите всю категорию Безрамные моментные двигатели, чтобы увидеть девять бескорпусных комплектов и их характеристики рядом, воспользуйтесь разделом Подбор для фильтрации по моменту, напряжению и массе, затем поставьте кандидатов друг против друга в разделе Сравнение продуктов. Там, где колесо должно нести машину через собственную выходную ступень, категория Роботизированные актуаторы содержит редукторные модули и остальную часть интегрированного семейства.

Ещё две статьи несут те части этой темы, которые не решает колёсный привод. Бескорпусные моментные моторы: сравнение 12 моделей от начального до производительного уровня раскладывает всё бескорпусное семейство по полосам и является верным спутником, когда компоновка привода решена, а размер — нет. Выбор BLDC-двигателя для четвероногого робота: момент, скорость и тепловые пределы охватывает шагающий конец того же режима для машин, которые и катятся, и шагают.

Коротко: сначала зафиксируйте диаметр колеса и крейсерскую скорость, потому что они превращают скорость мотора в скорость движения и показывают, есть ли у редукторного пути вообще скорость, чтобы её достичь; затем зафиксируйте длительный режим и худший бордюр, потому что номинальный и пиковый момент отвечают на разные события; и в последнюю очередь зафиксируйте шину и бюджет тока, потому что шина следует за батарейным блоком, а бюджет тока есть сумма по всем приводимым колёсам. После этого решите вопрос архитектуры по радиальной нагрузке — единственной величине, которую бескорпусные комплекты оставляют машине и которую редукторные модули публикуют как значение.