มอเตอร์ BLDC สำหรับหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์: วิธีจับคู่แรงบิด ความเร็ว และขนาด

หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์คือปัญหาเรื่องแรงบิดที่กระจายอยู่ทั่วทุกข้อต่อที่มีกำลังขับในร่างกาย และตัวเลขสามตัวที่อธิบายข้อต่อแต่ละข้อนั้น ได้แก่ แรงบิดที่ข้อต่อต้องยึดไว้ ความเร็วที่ต้องเคลื่อนที่ และมวลที่แขนขารับได้ ไม่ได้เป็นอิสระต่อกัน ขยับตัวหนึ่งแล้วอีกสองตัวจะเปลี่ยนตาม การเลือกมอเตอร์ BLDC สำหรับหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์จึงหมายถึงการหาจุดที่เส้นโค้งทั้งสามตัดกันสำหรับข้อต่อแต่ละข้อทีละข้อ แล้วตรวจว่าบันทึกที่เผยแพร่รองรับจุดที่เลือกไว้จริงหรือไม่ หากลำดับผิด เครื่องก็จะยืนไม่ได้หรือยกเท้าของตัวเองไม่ขึ้น

คำตอบสั้น

ปริมาณทั้งสามนี้ผูกกันด้วยตัวแปรสองตัว ได้แก่ อัตราทดระหว่างมอเตอร์กับข้อต่อ และแรงดันบัสที่มอเตอร์ทำงาน อัตราทดต่ำอย่าง 6:1 ทำให้ข้อต่อเร็วและขับย้อนกลับได้ แต่ต้องใช้มอเตอร์ใหญ่เพื่อให้ได้แรงบิดที่มีประโยชน์ ส่วนอัตราทดสูงอย่าง 64:1 สร้างแรงบิดมากจากมอเตอร์เล็ก แต่แลกความเร็วและความสามารถของข้อต่อในการถูกดันด้วยโหลดภายนอกไปเป็นส่วนใหญ่ อัตราทดถูกเลือกจากรอบการทำงานของข้อต่อ มวลตามมาจากอัตราทดและแรงบิด และแรงบิดสูงสุดที่เผยแพร่เป็นข้ออ้างในช่วงสั้นที่ไม่ควรใช้เป็นค่าทำงาน

บน ToBMS หมวด หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ รวบรวมแอคชูเอเตอร์แบบผสานรวมของ CubeMars ที่ใช้กับข้อต่อฮิวแมนนอยด์ ตั้งแต่หน่วย 262 g ที่มีขั้น 10:1 ไปจนถึงหน่วยเพลากลวง 1396 g ที่มีแรงบิดสูงสุดตามที่เผยแพร่ 222 Nm คู่มือนี้แสดงวิธีจับคู่แรงบิด ความเร็ว และขนาด ทีละข้อต่อ และอ่านหน่วยแปดตัวเหล่านั้นเป็นชุดข้อกำหนดชุดเดียว

ทำไมข้อต่อฮิวแมนนอยด์จึงเป็นการแลกเปลี่ยนระหว่างแรงบิด ความเร็ว และขนาด

แพลตฟอร์มฮิวแมนนอยด์แตกต่างจากเครื่องจักรทั่วไป เพราะโครงสร้างและน้ำหนักบรรทุกของมันเป็นวัตถุเดียวกัน แขนอุตสาหกรรมถูกยึดติดไว้ ข้อต่อของมันต้องแบกแค่ความเฉื่อยของตัวเองกับเครื่องมือ และฐานของมันทำหนักได้เท่าที่ลูกค้าทนรับได้ ส่วนหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ต้องแบกแอคชูเอเตอร์ แบตเตอรี่ และอิเล็กทรอนิกส์ของตัวเองไว้บนแขนขาที่ทำงานเดียวกันนั้น และแขนขาเหล่านั้นยังต้องถูกขยับอย่างแม่นยำพอที่จะทรงตัว ทุกกรัมที่เพิ่มที่เข่าคือกรัมที่สะโพกต้องเหวี่ยง และทุกกรัมที่เพิ่มที่สะโพกคือกรัมที่ข้อเท้าต้องชดเชย

รอบการทำงานมาก่อนหมายเลขรุ่นใด ๆ

ตัวเลขตัวแรกในข้อกำหนดของข้อต่อไม่ใช่แรงบิด แต่เป็นคำอธิบายว่าข้อต่อทำอะไรในหนึ่งรอบการทำงาน เช่น ยึดโหลดสถิตไว้นานเท่าใด เคลื่อนที่ต้านแรงโน้มถ่วงนานเท่าใด เร่งความเร็วบ่อยแค่ไหน และใช้เวลาส่วนใดของรอบนั้นที่ความเร็วต่ำภายใต้โหลด สะโพกที่ยืนอยู่นิ่งยึดส่วนหนึ่งของมวลร่างกายไว้เป็นนาทีโดยแทบไม่มีการเคลื่อนไหว เข่าที่กำลังเดินดูดซับแรงกระแทกในเวลาไม่กี่สิบมิลลิวินาทีแล้วแกว่งอย่างอิสระ และข้อศอกในงานจัดการอาจใช้เวลาเกือบทั้งกะเพื่อยึดเครื่องมือไว้ในมุมที่เกือบคงที่ ทั้งสามกรณีนี้เป็นปัญหาทางความร้อนและแม่เหล็กไฟฟ้าที่ต่างกัน และแก้ด้วยจุดที่ต่างกันบนระนาบแรงบิด-ความเร็ว

ช่วงรับน้ำหนักและช่วงแกว่งเรียกปลายทั้งสองข้างของเส้นโค้งที่ตรงข้ามกัน

ข้อต่อขาสลับระหว่างภาระสองแบบ ในช่วงรับน้ำหนัก ข้อต่อเกือบอยู่นิ่งภายใต้โหลดที่อาจเกินน้ำหนักตัว ซึ่งเป็นความต้องการแรงบิดโดยแทบไม่มีองค์ประกอบความเร็ว ในช่วงแกว่ง ข้อต่อเดียวกันต้องเคลื่อนที่ผ่านมุมกว้างอย่างรวดเร็วโดยแทบไม่มีโหลด ซึ่งเป็นความต้องการความเร็วโดยแทบไม่มีองค์ประกอบแรงบิด มอเตอร์ตัวเดียวต้องตอบสนองทั้งสองแบบ และอัตราทดคือสิ่งที่ตัดสินว่าการประนีประนอมถูกแบ่งอย่างไร อัตราทดสูงรับใช้ช่วงรับน้ำหนักและลงโทษช่วงแกว่ง ส่วนอัตราทดต่ำทำตรงกันข้าม การสลับนี้เอง มากกว่าตัวเลขใดตัวเลขหนึ่ง เป็นสิ่งที่ทำให้ข้อต่อขาของเครื่องสองขากำหนดสเปกได้ยากกว่าแกนที่เทียบกันได้ในแขนอุตสาหกรรมแบบติดตั้งอยู่กับที่ และเป็นสิ่งแรกที่ต้องดูเมื่อ ข้อต่อหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ ของแพลตฟอร์มใหม่ถูกแบ่งระหว่างชั้นของแอคชูเอเตอร์

ความเฉื่อยสะท้อนคือสิ่งที่วงควบคุมต่อสู้จริง ๆ

ระหว่างมอเตอร์กับเอาต์พุตของข้อต่อมีชุดลดรอบคั่นอยู่ และชุดลดรอบจะหารความเฉื่อยของโรเตอร์ด้วยกำลังสองของอัตราทดเมื่อส่งออกไป อัตราทดสูงจึงนำเสนอความเฉื่อยปรากฏที่เล็กมากต่อคอนโทรลเลอร์ที่ข้อต่อ ซึ่งทำให้การควบคุมตำแหน่งง่ายและการควบคุมแรงยาก เพราะข้อต่อไม่สามารถบอกได้อีกต่อไปว่ากำลังดันอะไรอยู่ ส่วนอัตราทดต่ำสะท้อนความเฉื่อยของโรเตอร์ออกไปที่เอาต์พุตมากกว่า ทำให้ข้อต่อรับรู้โลกและถูกขับย้อนกลับได้อย่างคาดเดาได้ และนี่คือเหตุผลที่ข้อต่อแบบกึ่งขับตรงซึ่งมีขั้น 8:1 หรือ 9:1 ถูกใช้ในจุดที่หุ่นยนต์ต้องสัมผัสกับวัตถุที่ไม่รู้จักหรือกับคน อัตราทดเดียวกันที่กำหนดแรงบิดและความเร็วยังกำหนดพฤติกรรมนี้ด้วย จึงไม่ใช่รายละเอียดเชิงกลที่แก้ทีหลังในซอฟต์แวร์ได้

การทรงตัวกลับเป็นภาวะชั่วครู่ที่หน้าต่างพิกัดต้องครอบคลุม

การทรงตัวของเครื่องสองขาถูกคงไว้ด้วยแรงบิดแก้ไขที่ถูกจ่ายภายในเสี้ยววินาทีหลังการรบกวน และขนาดของแรงแก้ไขเหล่านั้นอาจเป็นหลายเท่าของแรงบิดที่ต้องใช้ในการยืนนิ่ง นี่คือภาวะชั่วครู่ที่แรงบิดสูงสุดตามที่เผยแพร่ของข้อต่อต้องครอบคลุม และเป็นเหตุผลที่ในชุดแอคชูเอเตอร์ ToBMS ปัจจุบัน อัตราส่วนระหว่างค่าสูงสุดต่อค่าพิกัดสูงถึงราวสามเท่าในบางรุ่น ข้อต่อที่กำหนดสเปกเทียบกับโหลดสถิตของมันเพียงอย่างเดียวจะยึดท่ายืนไว้ได้แล้วล้มเหลวในการกู้คืนหลังถูกดัน ซึ่งในแพลตฟอร์มฮิวแมนนอยด์คือการล้ม ไม่ใช่รอบการทำงานที่พลาดไป

อัตราทดแปลงความเร็วเป็นแรงบิดได้อย่างไร

อัตราทดเป็นตัวเลขที่มีประโยชน์ที่สุดเพียงตัวเดียวในข้อกำหนดข้อต่อฮิวแมนนอยด์ เพราะมันแปลงทุกปริมาณฝั่งมอเตอร์ไปยังฝั่งข้อต่อในลักษณะที่แน่นอน เมื่อรู้อัตราทดแล้ว ความเร็วของข้อต่อคือความเร็วของมอเตอร์หารด้วยอัตราทดนั้น แรงบิดของข้อต่อคือแรงบิดของมอเตอร์คูณด้วยอัตราทดนั้น และค่าที่เผยแพร่ของทั้งสองสามารถนำมาตรวจสอบสอดคล้องกันได้

ความเร็วข้อต่อคือความเร็วมอเตอร์หารด้วยอัตราทด

ทุกความเร็วที่ระบุสำหรับแอคชูเอเตอร์แบบผสานรวมคือความเร็วเอาต์พุต ซึ่งเป็นตัวเลขที่ข้อต่อมองเห็น หน่วย AK80-6 KV100 น้ำหนัก 485 g ที่มีขั้น 6:1 เผยแพร่ค่า 800 rpm ที่ไม่มีโหลด ขณะที่หน่วย AK80-64 น้ำหนัก 850 g ที่มีขั้น 64:1 เผยแพร่ค่า 37 rpm บนบัส 24 V ซึ่งเป็นอัตราส่วนราวยี่สิบสองเท่าในความเร็วเอาต์พุตที่เกิดจากความต่างของอัตราทด ไม่ใช่จากความต่างของระดับมอเตอร์ สำหรับข้อต่อ รอบต่อนาทีเป็นหน่วยที่ไม่สะดวก จึงคุ้มค่าที่จะแปลง 1 rpm เท่ากับ 6 องศาต่อวินาที ซึ่งทำให้หน่วย 800 rpm เป็นข้อต่อที่ 4800 องศาต่อวินาทีเมื่อไม่มีโหลด และหน่วย 64:1 เป็นข้อต่อที่ 222 องศาต่อวินาทีที่จุดเดียวกัน สะโพกที่ต้องเหวี่ยงผ่าน 60 องศาใน 300 ms กำลังเรียกร้องเอาต์พุตต่อเนื่อง 200 องศาต่อวินาที และข้อกำหนดเดียวนี้ตัดปลายอัตราทดสูงของช่วงแอคชูเอเตอร์ใด ๆ ออกไปเป็นส่วนใหญ่

แรงบิดถูกคูณด้วยอัตราทดเดียวกัน หักส่วนที่ชุดส่งกำลังกินไป

การคูณนั้นเป็นจริงแต่ไม่ได้ฟรี ขั้น 6:1 เปลี่ยน 6 Nm ที่มอเตอร์ให้เป็นราว 36 Nm ที่ข้อต่อ หักแรงเสียดทานและความสูญเสียในรอยประกบของชุดส่งกำลัง และขั้น 64:1 เปลี่ยน 0.75 Nm ให้เป็นราว 48 Nm ด้วยการคำนวณเดียวกัน นี่คือเหตุผลที่หน่วยที่หนักที่สุดในช่วงหนึ่งไม่ได้แข็งแรงที่สุดโดยอัตโนมัติ หน่วย AK60-39 V3.0 น้ำหนัก 750 g เผยแพร่แรงบิดสูงสุด 72 Nm ผ่านขั้น 39:1 ขณะที่หน่วย AK80-64 น้ำหนัก 850 g เผยแพร่ 120 Nm ผ่านขั้น 64:1 ดังนั้นความต่างของมวล 100 g ซื้อข้อได้เปรียบด้านแรงบิด 67 เปอร์เซ็นต์ เพราะอัตราทดเป็นตัวทำงาน อัตราทดยังกำหนดโทษทางประสิทธิภาพด้วย เพราะขั้นลดรอบที่เพิ่มขึ้นแต่ละขั้นกินกำลังไฟที่ผ่านมันไปเป็นเปอร์เซ็นต์เล็ก ๆ และเพิ่มส่วนของตัวเองให้กับแบ็คแลช

KV คูณแรงดันบัสกำหนดความเร็วฝั่งมอเตอร์

KV คือค่าคงที่ฝั่งมอเตอร์ หมายถึงความเร็วที่โรเตอร์หมุนต่อหนึ่งโวลต์ของแรงดันบัสที่จ่าย ก่อนผ่านชุดลดรอบ การนำ KV คูณแรงดันบัสแล้วหารด้วยอัตราทดให้ค่าประมาณของความเร็วเอาต์พุตเมื่อไม่มีโหลด และค่าประมาณนั้นนำมาเทียบกับค่าที่เผยแพร่ได้ในฐานะการตรวจสอบการคำนวณย้อนกลับบนบันทึก สำหรับ AK45-10 V3.0 KV75 บน 24 V ผ่าน 10:1 การคูณ 75 ด้วย 24 แล้วหารด้วย 10 ให้ 180 rpm เทียบกับค่าที่เผยแพร่ 180 rpm สำหรับ AK60-6 V1.1 KV140 บน 24 V ผ่าน 6:1 ค่าประมาณคือ 560 rpm เทียบกับค่าที่เผยแพร่ 560 rpm สำหรับ AK80-6 KV100 บน 48 V ผ่าน 6:1 คือ 800 rpm เทียบกับ 800 rpm และสำหรับ AK70-9 V3.0 KV60 กับ AK10-9 V3.0 KV60 ซึ่งทั้งคู่ใช้ 48 V ผ่าน 9:1 คือ 320 rpm เทียบกับ 320 rpm ในทั้งสองกรณี ความสอดคล้องนี้ไม่เป็นสากล หน่วย AKH70-48 V1.0 KV41 บน 48 V ผ่าน 48:1 ประมาณได้ 41 rpm เทียบกับค่าที่เผยแพร่ 35 rpm ซึ่งเป็นเหตุผลตรง ๆ ว่าทำไมความเร็วเอาต์พุตที่เผยแพร่ ไม่ใช่ค่าที่ได้มาจาก KV จึงเป็นตัวเลขที่ใช้ในการออกแบบ

อัตราทดสูงซื้อแรงบิดและใช้ความสามารถขับย้อนกลับหมดไป

มีผลสองอย่างที่ต่อต้านข้อต่อเมื่ออัตราทดสูงขึ้น อย่างแรกคือความเฉื่อยสะท้อนที่เอาต์พุตลดลงตามกำลังสองของอัตราทด ข้อต่อจึงสั่งงานได้ง่ายขึ้นและรับรู้ได้ยากขึ้น อย่างที่สองคือแรงเสียดทาน ชุดลดรอบหลายขั้นต้านแรงบิดที่จ่ายจากฝั่งเอาต์พุต และที่อัตราทดสูง ความต้านทานนั้นอาจมากพอที่ข้อต่อจะไม่ขยับอีกเมื่อมีคนหรือพื้นผิวดันมัน ในชุดนี้ หน่วยอัตราทดต่ำเผยแพร่อัตราทด 6:1, 9:1 และ 10:1 ขณะที่หน่วยรับน้ำหนักทำงานที่ 39:1, 48:1 และ 64:1 และการแบ่งระหว่างสองกลุ่มนี้ตามคำถามที่ว่าข้อต่อถูกคาดหมายให้สัมผัสอย่างยืดหยุ่นหรือยึดโหลดมากไว้อย่างเงียบ ๆ แบ็คแลชเป็นข้อกำหนดคู่กันและเคลื่อนไปทางตรงข้าม หน่วยในชุดนี้เผยแพร่ค่าระหว่าง 0.18 ถึง 0.55° และอัตราทดต่ำลงพร้อมค่าแบ็คแลชที่แน่นคือการผสมที่ให้ลักษณะของข้อต่อที่รู้สึกแข็งเมื่อออกแรงกดด้วยมือแต่ยังถูกดันได้

การจับคู่แรงบิด: พิกัด สูงสุด และหน้าต่างที่อยู่เบื้องหลังแต่ละค่า

แรงบิดเป็นแกนที่การตัดสินใจเรื่องข้อต่อฮิวแมนนอยด์ส่วนใหญ่ถูกทำขึ้นก่อน และเป็นแกนที่การตัดสินใจเหล่านั้นส่วนใหญ่ถูกทำผิดตั้งแต่แรก ตัวเลขที่แตกต่างกันสามตัวปรากฏในบันทึกของผู้ผลิต และมันตอบคำถามที่ต่างกันสามข้อ

แรงบิดสูงสุดคือหน้าต่าง ไม่ใช่ความสามารถ

แรงบิดสูงสุดอธิบายสิ่งที่แอคชูเอเตอร์ผลิตได้ในช่วงสั้น ๆ โดยทั่วไปคือเวลาที่ใช้ในการเร่งแขนขาหรือยับยั้งการรบกวน โดยไม่เกินขีดจำกัดกระแสของไดรฟ์หรือทำให้สิ่งใดสูญเสียสภาพแม่เหล็ก มันเป็นค่าที่ถูกต้องสำหรับเหตุการณ์ทรงตัวกลับหรือสำหรับเสี้ยวแรกของการยก และเป็นค่าที่ผิดสำหรับสิ่งใดก็ตามที่ต้องทำซ้ำ ในชุดนี้ อัตราส่วนระหว่างสูงสุดต่อพิกัดอยู่ในช่วงตั้งแต่ 2.0 บน AK80-6 ถึง 3.4 บน AK70-9 V3.0 แอคชูเอเตอร์สองตัวที่มีแรงบิดพิกัดเท่ากันจึงต่างกันได้เกินครึ่งในภาวะชั่วครู่ที่จะส่งมอบ การอ่านคอลัมน์แรงบิดสูงสุดเพียงอย่างเดียวจะยุบความต่างนั้นทิ้งและให้รายการคัดเลือกสั้นที่จะร้อนเกินในงานต่อเนื่อง

แรงบิดพิกัดถูกจำกัดด้วยเส้นทางความร้อนของขดลวด

แรงบิดพิกัดเป็นถ้อยคำทางความร้อน มันคือแรงบิดที่แอคชูเอเตอร์ยึดไว้ได้อย่างไม่มีกำหนดโดยที่ขดลวดยังอยู่ในชั้นฉนวนของตัวเอง จึงขึ้นอยู่กับว่าความร้อนออกจากสเตเตอร์อย่างไร ทั้งผ่านตัวเรือนเข้าไปในโครงติดตั้ง และออกจากตัวหุ้มของข้อต่อเอง นี่คือเหตุผลที่ค่าแรงบิดพิกัดต่ำกว่าในตัวเรือนปิดผนึกขนาดเล็กมากกว่าในตัวเรือนขนาดใหญ่เมื่อใช้มอเตอร์เดียวกัน และเป็นเหตุผลที่แรงบิดพิกัดของข้อต่อปลายแขนเป็นคนละเรื่องกับข้อต่อเดียวกันที่ขันติดกับขายึดสะโพกซึ่งมีมวลทางความร้อนมากอยู่ข้างหลัง ค่าแรงบิดพิกัดในชุดนี้อยู่ในช่วงตั้งแต่ 2.5 Nm ที่ปลาย 262 g ถึง 74 Nm ที่ปลาย 1396 g และค่าแรงบิดพิกัดคือค่าที่ควรเทียบกับโหลดเฉลี่ยของข้อต่อ ไม่ใช่เทียบกับกรณีเลวร้ายที่สุด การตรวจสอบการคำนวณที่มักปิดวงได้ตรงนี้คือแรงบิดพิกัดคูณความเร็วพิกัดเป็นเรเดียนต่อวินาที เทียบกับกำลังพิกัดที่เผยแพร่ AK60-6 V1.1 ให้ 3 Nm ที่ 420 rpm คิดเป็น 132 W เทียบกับค่าที่เผยแพร่ 130 W AK70-9 V3.0 ให้ 231 W เทียบกับ 231 W AK60-39 V3.0 ให้ 176 W เทียบกับ 176 W และ AK10-9 V3.0 ให้ 443 W เทียบกับ 442 W ในจุดที่ทั้งสองไม่ปิดกัน ความต่างมักสืบย้อนได้ถึงแรงดันบัสที่ใช้ระบุความเร็วนั้น

แรงบิดยึดที่หยุดนิ่งเป็นเรื่องของกระแส

ข้อต่อที่ยืนนิ่งภายใต้โหลดไม่ได้ทำงานเป็นศูนย์จากมุมมองของขดลวด ไดรฟ์ต้องดันกระแสเข้าไปในเฟสเพื่อยึดตำแหน่ง และความสูญเสียในทองแดงที่เกิดขึ้นก็เท่ากับตอนที่ข้อต่อเคลื่อนที่ช้า ๆ หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ที่ยืนอยู่จึงมีกำลังไฟที่ดึงไว้ขณะยืน ซึ่งแปรผันตามแรงบิดยึดของทุกข้อต่อที่รับโหลดในท่าทางนั้น และกระแสที่จุดทำงานพิกัดคือตัวเลขที่สำคัญ ในชุดนี้กระแสพิกัดอยู่ในช่วงตั้งแต่ 1.9 A ที่ AK45-10 V3.0 บน 24 V ถึง 10.7 A ที่ AK10-9 V3.0 บน 48 V บนแพลตฟอร์มที่ใช้แบตเตอรี่ กำลังที่ดึงไว้นั้นจ่ายด้วยความอึดในการใช้งาน และเป็นเหตุผลที่ท่าทางซึ่งยึดไว้ได้ด้วยตัวหยุดเชิงกลนั้นคุ้มค่าที่จะออกแบบให้รองรับ

ความหนาแน่นแรงบิดเมื่ออ่านเทียบกับมวลที่ข้อต่อต้องแบก

ความหนาแน่นแรงบิดคือตัวเลขที่เชื่อมแกนแรงบิดเข้ากับแกนขนาด และจะมีความหมายก็ต่อเมื่อระบุทั้งมวลและระบุว่าใช้แรงบิดแบบใด ในบรรดาหน่วยแปดตัวด้านล่าง แรงบิดสูงสุดต่อกิโลกรัมตามที่เผยแพร่มีค่าตั้งแต่ราว 24.5 Nm/kg บน AK60-6 V1.1 น้ำหนัก 368 g ถึงราว 159 Nm/kg บน AKH70-48 V1.0 น้ำหนัก 1396 g ขณะที่แรงบิดพิกัดต่อกิโลกรัมอยู่ในช่วงตั้งแต่ราว 8.2 Nm/kg ถึงราว 53 Nm/kg บนสองหน่วยเดียวกัน ทั้งสองค่าเป็นการคำนวณจากตัวเลขที่บันทึกไว้ ช่วงที่กว้างนี้ไม่ใช่อุบัติเหตุของระดับการผลิต แต่เป็นสิ่งที่อัตราทดทำ เพราะหน่วยอัตราทดสูงกว่าผลิตแรงบิดจากมอเตอร์ที่เล็กกว่าซึ่งหมุนเร็วกว่า และมวลของชุดลดรอบที่เพิ่มขึ้นนั้นเล็กเมื่อเทียบกับมวลที่มอเตอร์เล็กกว่าประหยัดไปได้

จับคู่ความเร็วที่ข้อต่อ ไม่ใช่ที่โรเตอร์

ข้อกำหนดด้านความเร็วในหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์มักถูกระบุเป็นมุมที่ต้องกวาดให้ได้ในเวลาที่กำหนด และไม่ค่อยถูกระบุอย่างถูกต้องในครั้งแรก การแปลงจากข้อกำหนดของข้อต่อไปเป็นข้อกำหนดของแอคชูเอเตอร์ต้องผ่านอัตราทด และอัตราทดถูกเลือกด้วยเหตุผลด้านแรงบิด ข้อจำกัดทั้งสองจึงต้องแก้ไปพร้อมกัน ไม่ใช่แก้เป็นลำดับ

ช่วงแกว่งกำหนดความต้องการความเร็วของขา

ขาที่กำลังเดินต้องพาเท้าไปข้างหน้าผ่านช่วงเข่าราว 60 ถึง 90 องศาใน 300 ถึง 400 ms ซึ่งเรียกร้องความเร็วข้อต่อต่อเนื่อง 150 ถึง 300 องศาต่อวินาทีระหว่างช่วงแกว่ง และน้อยกว่านั้นเล็กน้อยตลอดรอบการเดินทั้งรอบ ในหน่วยแปดตัวด้านล่าง ช่วงดังกล่าวถูกให้บริการโดยชั้น 485 g และ 540 g ที่ 6:1 และ 9:1 ซึ่งความเร็วพิกัดที่เผยแพร่ 603 rpm และ 260 rpm คิดเป็นราว 3618 และ 1560 องศาต่อวินาทีตามลำดับ เป็นส่วนเผื่อที่มาก ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้วงควบคุมความเร็วของข้อต่อเร่งและชะลอได้ภายในช่วงแกว่ง แทนที่จะวิ่งด้วยอัตราคงที่ หน่วยอัตราทดสูงไม่ได้ถูกกันออกจากขา แต่ถูกใช้ในจุดที่ข้อต่ออยู่ใกล้พื้นและเส้นทางรับแรงถูกครอบงำด้วยช่วงรับน้ำหนักมากกว่าช่วงแกว่ง

การติดตามและการเอื้อมกำหนดความต้องการของแขน

ข้อกำหนดด้านความเร็วของแขนถูกกำหนดโดยวิถีที่มันต้องเดินตาม ไม่ใช่โดยการเคลื่อนไหวครั้งเดียว งานจัดการ เช่นการเอื้อมไปยังจุดหนึ่ง การเคลื่อนตามพื้นผิว และการรับวัตถุที่ถูกโยน ต้องมีการติดตามตำแหน่งและความเร็วอย่างต่อเนื่อง และตัวเลขที่เกี่ยวข้องคือความสามารถในการเร่งของข้อต่อช่วงกลางของพิสัย ไม่ใช่ความเร็วไม่มีโหลดที่ปลาย แขนยังผ่อนปรนเรื่องมวลมากกว่าขา เพราะไหล่แบกข้อศอกและข้อมือ แต่ทั้งโซ่ไม่ต้องถูกเร่งต้านแรงโน้มถ่วงในทุกย่างก้าว การผสมนี้ทำให้ช่วงกลางของพิสัยเป็นจุดเริ่มต้นที่สมเหตุสมผลสำหรับข้อกำหนดของแขน ในชุดนี้ AK70-9 V3.0 น้ำหนัก 540 g ที่ 9:1 ให้ความเร็วพิกัด 260 rpm และแรงบิดสูงสุด 29.2 Nm ซึ่งครอบคลุมข้อศอกหรือข้อต่อไหล่ในแนวพิทช์ในโครงขนาดกะทัดรัด

ความเร็วไม่มีโหลดเป็นเพดานที่วงควบคุมไปถึงน้อยครั้ง

ความเร็วไม่มีโหลดที่เผยแพร่คือความเร็วเอาต์พุตที่แรงดันบัสนั้นโดยไม่มีโหลดและไม่มีการแทรกของคอนโทรลเลอร์ ข้อต่อจริงไม่ได้ไปถึงจุดนั้น เพราะทันทีที่มันต้องยึดหรือเร่งสิ่งใด จุดทำงานจะถอยกลับไปตามเส้นแรงบิด-ความเร็ว และเพราะวงควบคุมความเร็วจำกัดคำสั่ง การใช้ค่าความเร็วไม่มีโหลดในทางปฏิบัติคือใช้เป็นขอบบนเมื่อตรวจความเป็นไปได้ของความเร็วที่ต้องการ ข้อกำหนดข้อต่อที่ 200 องศาต่อวินาทีนั้นอยู่ในเพดาน 4800 องศาต่อวินาทีอย่างสบาย และใกล้เพดาน 222 องศาต่อวินาทีอย่างอึดอัด ในจุดที่ข้อกำหนดอยู่ใกล้เพดาน ข้อต่อจะใช้ชีวิตอยู่ที่กระแสสูง และผลทางความร้อนนั้นควรอยู่ในส่วนของการคำนวณรอบการทำงาน ไม่ใช่ในเชิงอรรถ

การจับคู่ขนาด: โครงขนาด รูเพลา และต้นทุนของมวลปลายทาง

ขนาดเป็นแกนที่จลนศาสตร์ของแพลตฟอร์ม หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ กำหนด และเป็นแกนที่มีการประนีประนอมให้เลือกน้อยที่สุด แอคชูเอเตอร์ที่ไม่พอดีกับช่องว่างระหว่างลิงก์สองชิ้นไม่อาจทำให้พอดีได้ด้วยการปรับแต่งเท่าใด และแอคชูเอเตอร์ที่หนักเกินไปในตำแหน่งที่ผิดในโซ่จะเปลี่ยนพลศาสตร์ของเครื่อง ไม่ใช่แค่เปลี่ยนงบมวล

มวลปลายทางถูกคิดซ้ำที่ทุกข้อต่อที่อยู่เหนือขึ้นไป

หนึ่งกรัมที่เท้าถูกเร่งโดยข้อเท้า เข่า และสะโพกในทุกช่วงแกว่ง ต้นทุนของมันจึงถูกจ่ายสามครั้งต่อย่างก้าว หนึ่งกรัมเดียวกันที่สะโพกถูกจ่ายเพียงครั้งเดียว นี่คือเหตุผลที่วางหน่วยที่เล็กและเบาที่สุดซึ่งทำงานได้ไว้ที่ปลายทาง และกันมวลไว้สำหรับข้อต่อที่ต้องสร้างแรงบิดมากที่สุด และเห็นได้ชัดในการจัดวางของชุดนี้ หน่วย 262 g และ 368 g แบกแรงบิดพิกัด 2.5 Nm และ 3 Nm สำหรับงานข้อมือ มือ และข้อเท้า ขณะที่หน่วย 940 g และ 1396 g แบกแรงบิดพิกัด 18 Nm และ 74 Nm สำหรับสะโพกและเข่า การกลับการจัดวางนั้น ด้วยการวางแอคชูเอเตอร์ขนาดใหญ่ที่ข้อต่อปลายทางเพื่อเพิ่มส่วนเผื่อ ทำให้ข้อต่อที่อยู่ใกล้ลำตัวทำงานหนักขึ้นตลอดอายุการใช้งานที่เหลือของเครื่อง

รูเดินสายและอายุของชุดสายภายในแขนขา

ข้อต่อฮิวแมนนอยด์หมุน และทุกสิ่งที่ต้องข้ามการหมุนนั้น ทั้งกำลังไฟ สายเซนเซอร์ บางครั้งก็ของเหลวหรืออากาศ ต้องผ่านสลิปริง ผ่านห่วงสายที่ต้องทนล้านรอบการดัดงอ หรือผ่านตัวแอคชูเอเตอร์เอง หน่วย AKH70-48 V1.0 KV41 น้ำหนัก 1396 g เป็นแอคชูเอเตอร์ดาวเคราะห์เพลากลวง ซึ่งหมายความว่าเส้นทางสายเคเบิลวิ่งผ่านศูนย์กลางของข้อต่อแทนที่จะอ้อมรอบมัน จึงย้ายห่วงสายออกจากโครงขนาดของข้อต่อไปเลย ในจุดที่ไม่มีรูเจาะ ห่วงสายนั้นต้องถูกออกแบบให้รองรับรัศมีการดัดงอและอายุการใช้งานเป็นรอบที่คุ้มค่าจะตรวจเทียบกับอายุการใช้งานที่ตั้งใจของเครื่อง คอลัมน์โครงขนาดในตารางด้านล่างจึงไม่ใช่แค่เส้นผ่านศูนย์กลางที่ต้องใส่ลงไป เส้นผ่านศูนย์กลาง 90 mm และความยาว 81.5 mm ของหน่วยเพลากลวงจะมีความหมายก็ต่อเมื่อพิจารณาพร้อมรูที่เจาะทะลุผ่านมัน

ชั้นเส้นผ่านศูนย์กลาง ความยาวชุดซ้อน และรูปแบบที่โครงรับได้

แอคชูเอเตอร์แบบผสานรวมจัดกลุ่มเป็นชั้นตามเส้นผ่านศูนย์กลาง เพราะชุดลดรอบกับมอเตอร์ใช้แกนเดียวกัน ในชุดนี้เส้นผ่านศูนย์กลางคือ 53 mm, 79 mm, 89 mm, 90 mm และ 98 mm และความยาวอยู่ในช่วง 38.5 mm ถึง 81.5 mm เส้นผ่านศูนย์กลางมักเป็นข้อจำกัดที่แก้ยากกว่า เพราะภาคตัดขวางของลิงก์ถูกกำหนดโดยโครงสร้างที่ต้องรับโหลด ขณะที่ความยาวมักถูกกลืนเข้าไปในความยาวของลิงก์เองได้ ข้อต่อที่ต้องอยู่ภายในต้นขาต้องการชุดที่บางและกว้าง ส่วนข้อต่อที่อยู่ด้านนอกของขายึดสะโพกสามารถรับชุดที่ยาวกว่าได้ อินเทอร์เฟซการติดตั้งสำคัญพอ ๆ กับขนาด แอคชูเอเตอร์ที่ขันติดกับแผ่นที่ปลายหนึ่งและขับลิงก์ที่อีกปลายหนึ่งบังคับเส้นทางรับแรงให้ผ่านตัวเรือนของตัวเอง และความแข็งเกร็งของตัวเรือนก็กลายเป็นส่วนหนึ่งของความแข็งเกร็งของข้อต่อ ซึ่งกำหนดว่าเครื่องจะตอบสนองอย่างไรต่อแรงกระแทกจากการเดิน

แอคชูเอเตอร์ CubeMars แปดรุ่นสำหรับข้อต่อฮิวแมนนอยด์ ในชุดข้อกำหนดเดียว

ตารางด้านล่างอ่านแอคชูเอเตอร์หุ่นยนต์ CubeMars แปดรุ่นเป็นชุดข้อกำหนดชุดเดียว เรียงตามมวลที่เผยแพร่ เพราะมวลเป็นแกนที่แพลตฟอร์มฮิวแมนนอยด์ถูกออกแบบไปตามนั้น และเพราะการกระจายของอัตราทดในแปดรุ่นนั้นครอบคลุมการแลกระหว่างแรงบิดกับความเร็วทั้งหมด ตั้งแต่โมดูลปลายทาง 262 g ถึงข้อต่อเพลากลวง 1396 g ทุกตัวเลขเป็นค่าที่ผู้ผลิตเผยแพร่ และทุกค่าที่คำนวณขึ้นในเนื้อหาถูกระบุว่าเป็นการคำนวณ

แรงบิดพิกัดและแรงบิดสูงสุด แรงดันจ่าย อัตราทด มวล และโครงขนาด ตามที่ผู้ผลิตเผยแพร่ แรงบิดพิกัดเป็นค่าต่อเนื่องภายในขีดจำกัดทางความร้อนของแอคชูเอเตอร์ ส่วนแรงบิดสูงสุดเป็นค่าในช่วงสั้น AKH70-48 V1.0 เป็นหน่วยเพลากลวง โครงขนาดของมันจึงระบุพร้อมรูเดินสายที่ทะลุผ่านแกน

เมื่ออ่านเป็นชุดเดียว หน่วยแปดตัวอธิบายบันไดแรงบิดจาก 7 Nm ถึง 222 Nm ของแรงบิดสูงสุดที่เผยแพร่ ครอบคลุมช่วงมวล 262 g ถึง 1396 g และบันไดนั้นมีรูปร่างไม่เหมือนกับการเรียงตามมวล เหนือจุด 540 g ขึ้นไป การเรียงเริ่มไม่ตามมวล 72 Nm ของ AK60-39 V3.0 น้ำหนัก 750 g เปิดทางให้ 120 Nm ของ AK80-64 น้ำหนัก 850 g และจากนั้นหน่วย 850 g ให้แรงบิดมากกว่าหน่วย AK10-9 V3.0 น้ำหนัก 940 g ที่หนักกว่า เพราะขั้น 64:1 ของมันแลกความเร็วไปกับ 9:1 ใครก็ตามที่อ่านตารางตามมวลเพียงอย่างเดียวจะเลือกหน่วยผิด ต้องอ่านคอลัมน์อัตราทดพร้อมกับคอลัมน์แรงบิด

ความหนาแน่นแรงบิดสื่อประเด็นเดียวกันในตัวเลขเดียว แรงบิดสูงสุดต่อกิโลกรัมที่เผยแพร่ ซึ่งเป็นการคำนวณจากสองคอลัมน์ที่บันทึกไว้ มีค่าตั้งแต่ราว 24.5 Nm/kg บนหน่วย 368 g และราว 24.7 Nm/kg บนหน่วย 485 g ถึงราว 141 Nm/kg บนหน่วย 850 g และราว 159 Nm/kg บนหน่วย 1396 g ช่วงที่ต่างกันถึงหกเท่าเป็นผลของอัตราทดที่ทำงาน หน่วยอัตราทดสูงสร้างแรงบิดจากมอเตอร์เล็กที่เร็วและจ่ายค่าตอบแทนเป็นความเร็วเอาต์พุต ขณะที่หน่วยอัตราทดต่ำสร้างแรงบิดโดยตรงและรักษาความเร็วของตัวเองไว้ แรงบิดพิกัดต่อกิโลกรัมเล่าเรื่องเดียวกันในช่วงที่แคบกว่า ตั้งแต่ราว 8.2 Nm/kg ที่ปลาย 368 g ถึงราว 53 Nm/kg ที่ปลายเพลากลวง และเป็นตัวเลขที่มีประโยชน์มากกว่าในสองค่านี้เมื่อข้อต่อต้องยึดโหลดเป็นนาที ไม่ใช่มิลลิวินาที

ความเร็วลดลงเมื่ออัตราทดสูงขึ้น และลดลงในลักษณะที่คุ้มค่าจะระบุเป็นองศามากกว่ารอบ เมื่อแปลงความเร็วเอาต์พุตไม่มีโหลดและความเร็วพิกัดที่เผยแพร่ด้วยอัตรา 6 องศาต่อวินาทีต่อ rpm หน่วยแปดตัวกินช่วงตั้งแต่ราว 4800 องศาต่อวินาทีของความเร็วเอาต์พุตไม่มีโหลดที่ปลาย 6:1 ลงมาถึง 222 องศาต่อวินาทีที่ปลาย 64:1 โดยความเร็วพิกัดอยู่ในช่วงตั้งแต่ราว 3618 องศาต่อวินาทีลงมาถึงราว 138 องศาต่อวินาทีบนหน่วยเดียวกัน สะโพกที่ต้องเหวี่ยง 60 องศาใน 300 ms กำลังเรียกร้อง 200 องศาต่อวินาที ซึ่งอยู่ภายในครึ่งอัตราทดต่ำของตารางและใกล้เพดานของครึ่งอัตราทดสูง การเปรียบเทียบนั้น ซึ่งทำก่อนเลือกแบบ จะเป็นสิ่งที่กันการออกแบบออกจากสถานะที่ต้องอธิบายว่าทำไมขาจึงช้า

อ่านแปดรุ่นจากข้อเท้าถึงสะโพก

ข้อต่อของแพลตฟอร์มฮิวแมนนอยด์ก่อเป็นโซ่จากแกนปลายทางที่ข้อมือและข้อเท้าไปจนถึงสะโพกและเข่า และข้อกำหนดเคลื่อนไปในทิศทางเดียวตลอดโซ่ แรงบิดเพิ่มขึ้น ความเร็วลดลง และมวลที่จ่ายไหวเพิ่มขึ้นตามระยะห่างของข้อต่อจากพื้น หน่วยแปดตัวด้านล่างจับคู่กับโซ่นั้นเป็นสี่กลุ่ม

ปลาย 262 g และ 368 g: ข้อมือ มือ และแกนข้อเท้า

หน่วยที่เล็กที่สุดในชุดนี้แบกรับภาระแรงบิดต่ำและความเร็วปานกลาง AK45-10 V3.0 KV75 หนัก 262 g ในตัวเรือนเส้นผ่านศูนย์กลาง 53 mm ยาว 45.2 mm ขับขั้น 10:1 ให้แรงบิดพิกัด 2.5 Nm และแรงบิดสูงสุด 7 Nm บนบัส 24 V และเผยแพร่ความเร็วเอาต์พุตพิกัด 120 rpm และไม่มีโหลด 180 rpm พร้อมแบ็คแลช 0.3° กำลังพิกัดที่เผยแพร่คือ 39 W และกระแสพิกัด 1.9 A ซึ่งทำให้การเดินสายเข้าไปในลิงก์ปลายทางขนาดเล็กเรียบง่าย AK60-6 V1.1 KV140 ขยับไปที่เส้นผ่านศูนย์กลาง 79 mm และ 368 g สำหรับแรงบิดพิกัด 3 Nm และแรงบิดสูงสุด 9 Nm ผ่านขั้น 6:1 และมอเตอร์ KV140 ของมันบน 24 V ให้ความเร็วพิกัด 420 rpm และไม่มีโหลด 560 rpm ซึ่งเป็นเอาต์พุตที่เร็วที่สุดในกลุ่มนี้ที่ราว 3360 องศาต่อวินาทีเมื่อไม่มีโหลด การผสมนั้น ทั้งอัตราทดต่ำ แรงบิดปานกลาง และความเร็วเอาต์พุตสูง เป็นแบบที่เหมาะกับข้อเท้าที่ต้องจัดตำแหน่งใหม่เร็ว ๆ ใต้ฝ่าเท้า หรือข้อมือที่ต้องแก้ไขเล็กน้อยอย่างรวดเร็ว ค่าแบ็คแลช 0.55° เป็นค่าที่หลวมที่สุดที่เผยแพร่ในกลุ่มนี้ ซึ่งเป็นผลที่คาดได้จากอัตราทดต่ำพร้อมมอเตอร์ที่เร็ว

ช่วงกลาง 485 g และ 540 g: การติดตามของข้อศอกและเข่าที่เร็ว

ช่วงกลางของชุดคือที่ที่แขนและข้อต่อขาที่เร็วกว่าอยู่ AK80-6 KV100 เป็นหน่วย 485 g เส้นผ่านศูนย์กลาง 98 mm ยาว 38.5 mm ที่ผลิตแรงบิดพิกัด 6 Nm และแรงบิดสูงสุด 12 Nm ที่อัตราทด 6:1 บนบัส 48 V พร้อมความเร็วเอาต์พุตพิกัด 603 rpm และไม่มีโหลด 800 rpm และกำลังพิกัดที่เผยแพร่ 340 W อัตราส่วนระหว่างสูงสุดต่อพิกัด 2.0 ของมันเป็นค่าที่แน่นที่สุดในชุด จึงเป็นหน่วยที่ควรเลือกเมื่องานเข้าใกล้ต่อเนื่องมากกว่าชั่วครู่ AK70-9 V3.0 KV60 เป็นแนวคิดเดียวกันที่อัตราทดสูงขึ้นหนึ่งขั้น 540 g ในตัวเรือนเส้นผ่านศูนย์กลาง 89 mm ยาว 49 mm ขั้น 9:1 แรงบิดพิกัด 8.5 Nm และแรงบิดสูงสุด 29.2 Nm ที่ 48 V ความเร็วพิกัด 260 rpm และไม่มีโหลด 320 rpm กำลังพิกัด 231 W และแบ็คแลช 0.3° ตัวคูณระหว่างสูงสุดต่อพิกัด 3.4 ของมันกว้างที่สุดในชุด จึงเป็นหน่วยที่เหมาะสมกว่าในจุดที่ภาวะชั่วครู่เป็นกรณีออกแบบและโหลดต่อเนื่องมีไม่มาก ทั้งสองหน่วยมีการใช้งานที่มีเอกสารบันทึกไว้ ผู้ผลิตเผยแพร่กรณีศึกษาของ AK80-6 ในแพลตฟอร์มวิจัย ฝังไว้ด้านล่าง

ชั้น 750 g และ 940 g: สะโพก เข่า และโหลดขณะรับน้ำหนักขาเดียว

นี่คือชั้นที่แบกเครื่องไว้ AK60-39 V3.0 KV80 เป็นหน่วย 750 g ในตัวเรือนเส้นผ่านศูนย์กลาง 79 mm ยาว 67 mm ที่เปลี่ยนขั้น 39:1 ของมันเป็นแรงบิดพิกัด 24 Nm และแรงบิดสูงสุด 72 Nm ที่ 48 V พร้อมความเร็วเอาต์พุตพิกัด 70 rpm และไม่มีโหลด 98 rpm กำลังพิกัด 176 W และแบ็คแลช 0.25° AK10-9 V3.0 KV60 หนัก 940 g ในตัวเรือนเส้นผ่านศูนย์กลาง 98 mm ยาว 61.7 mm และจับคู่ขั้น 9:1 กับการจัดวาง encoder คู่ สำหรับแรงบิดพิกัด 18 Nm และแรงบิดสูงสุด 53 Nm ที่ 48 V พร้อมความเร็วเอาต์พุตพิกัด 235 rpm และไม่มีโหลด 320 rpm และกำลังพิกัดที่เผยแพร่ 442 W ที่กระแสพิกัด 10.7 A หน่วยสองตัวนี้เสนอข้อโต้แย้งเดียวกันจากสองทิศทางตรงข้าม หน่วย 39:1 ซื้อแรงบิดด้วยอัตราทดและยอมสละความเร็วเอาต์พุต ขณะที่หน่วย 9:1 รักษาความเร็วไว้และต้องใช้มอเตอร์ที่ใหญ่กว่าเพื่อสร้างแรงบิด สะโพกที่ต้องยึดโหลดขณะรับน้ำหนักขาเดียวแล้วเหยียดออกอย่างรวดเร็วเข้าข้างการจัดวางแบบที่สอง ส่วนเข่าที่อยู่ใกล้พื้นและแทบไม่ต้องเคลื่อนที่เร็วเข้าข้างแบบแรก แบ็คแลชถูกเผยแพร่สำหรับหน่วย 39:1 ที่ 0.25° ส่วนบันทึกของหน่วย 9:1 ในชุดนี้ไม่มีค่าแบ็คแลช และช่องว่างนั้นควรอยู่ในชุดคำถามถึงผู้ผลิต ไม่ใช่ในการสันนิษฐาน

ปลายที่หนักที่สุดที่ 48:1 และ 64:1: จุดที่ความเร็วถูกใช้ไปโดยเจตนา

ด้านบนของตารางสำหรับข้อต่อที่ความเร็วเอาต์พุตเป็นสิ่งที่ผู้ออกแบบยอมสละ AK80-64 KV80 หนัก 850 g ในตัวเรือนเส้นผ่านศูนย์กลาง 98 mm ยาว 61.9 mm และผลิตแรงบิดพิกัด 48 Nm และแรงบิดสูงสุด 120 Nm ผ่านขั้น 64:1 รับได้ทั้ง 24 V หรือ 48 V ความเร็วเอาต์พุตที่เผยแพร่คือพิกัด 23 rpm และไม่มีโหลด 37 rpm บน 24 V หรือพิกัด 48 rpm และไม่มีโหลด 75 rpm บน 48 V พร้อมแบ็คแลช 0.18° ซึ่งแน่นที่สุดในชุดนี้ AKH70-48 V1.0 KV41 เป็นหน่วยที่หนักที่สุดที่ 1396 g ในตัวเรือนเส้นผ่านศูนย์กลาง 90 mm ยาว 81.5 mm และผลิตแรงบิดพิกัด 74 Nm และแรงบิดสูงสุด 222 Nm ผ่านขั้น 48:1 บนบัส 48 V พร้อมความเร็วเอาต์พุตพิกัด 28 rpm และไม่มีโหลด 35 rpm และแบ็คแลช 0.2° เพลากลวงของมันคือลักษณะที่แยกมันออกจากที่เหลือ เส้นทางสายเคเบิลผ่านแกนกลาง ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้สร้างสะโพกหรือเข่าที่รับน้ำหนักได้โดยไม่มีห่วงสายอ้อมข้อต่อ ทั้งสองหน่วยลงเอยที่หลักร้อยองศาต่อวินาทีตอนต้นที่เอาต์พุต ซึ่งเหมาะกับเข่าที่รับน้ำหนักหรือสะโพกที่ถูกยึดรับ และตัดพวกมันออกจากข้อต่อใดที่ต้องทำช่วงแกว่งให้จบในไม่กี่ร้อยมิลลิวินาที ผู้ผลิตเผยแพร่การทดสอบโหลดของหน่วยเพลากลวง ฝังไว้ด้านล่าง และบันทึกข้อกำหนดฉบับเต็มของมันอยู่ที่หน้าสินค้าของผู้ผลิต

แพลตฟอร์มฮิวแมนนอยด์ที่มอเตอร์ข้อต่อเหล่านี้เหมาะ

ทุกหน่วยในตารางนี้ถูกเชื่อมโยงบน ToBMS กับหมวดการใช้งานเดียวกัน ซึ่งสะท้อนว่างานเฉพาะทางแคบเพียงใด หมวด หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ ครอบคลุมเครื่องที่ข้อต่อเป็นข้อจำกัดหลักในการออกแบบ ไม่ใช่อุปกรณ์เสริมของโครงสร้างที่ติดตั้งอยู่กับที่

แพลตฟอร์มวิจัยสองขาและแพลตฟอร์มเต็มตัว

แพลตฟอร์มวิจัยถูกสร้างขึ้นเพื่อติดตั้งเครื่องมือวัดและประกอบใหม่ได้ ข้อกำหนดของข้อต่อจึงเขียนขึ้นโดยเน้นการควบคุมได้และความสามารถทำซ้ำ มากกว่าอายุการใช้งาน อัตราทดต่ำและปานกลางครองพื้นที่ตรงนี้ เพราะข้อต่อที่ถูกขับย้อนกลับได้คือข้อต่อที่ศึกษาได้ด้วยมือ และแรงบิดของมันประมาณได้จากกระแสมอเตอร์โดยไม่ต้องมีเซนเซอร์เพิ่ม อัตราส่วนระหว่างสูงสุดต่อพิกัดที่เผยแพร่ช่วงกลางของตารางนี้เข้ากับรูปแบบการใช้งานนั้นพอดี ต้นแบบใช้ชีวิตส่วนใหญ่อยู่ที่เศษส่วนของแรงบิดพิกัด และเป็นครั้งคราวที่หลายเท่าของมัน

เครื่องแบบขาและแบบล้อติดขา

เครื่องที่เดิน และเครื่องที่กลิ้งบนล้อที่ติดกับขาแบบมีข้อต่อ ทำให้ข้อต่อต้องเจอช่วงเงื่อนไขโหลดที่กว้างที่สุดในหมวดการใช้งานนี้ ความเร็วใกล้ศูนย์ที่แรงบิดสูงระหว่างช่วงรับน้ำหนัก ความเร็วสูงที่แรงบิดต่ำระหว่างช่วงแกว่ง และโหลดกระแทกที่ปลายทั้งสองข้าง คำถามที่เกี่ยวข้องคือบันทึกที่เผยแพร่ครอบคลุมกรณีกระแทกหรือไม่เลย ซึ่งในชุดนี้มันครอบคลุมสำหรับค่าแรงบิดสูงสุด แต่ไม่ครอบคลุมสำหรับโหลดกระแทกที่เข้ามาผ่านโครงสร้าง ช่องว่างนั้นต้องปิดกับผู้ผลิต ไม่ใช่กับเอกสารข้อมูล

ฮาร์ดแวร์ช่วยเหลือและฟื้นฟู

ในจุดที่เครื่องขยับแขนขาที่เป็นของคน ข้อต่อต้องยึดโหลดและเคลื่อนตามการเคลื่อนไหวไปพร้อมกัน และกรณีศึกษาที่เผยแพร่สำหรับสองหน่วยในตารางนี้มาจากสภาพแวดล้อมนั้นพอดี หน่วยอัตราทดสูงทำหน้าที่ยึด ส่วนหน่วยอัตราทดต่ำหรือแบ็คแลชต่ำทำหน้าที่เคลื่อนตาม นี่คือเหตุผลที่อุปกรณ์ช่วยเหลือมักผสมสองชั้นอัตราทดบนแขนขาเดียวกัน แทนที่จะกำหนดหน่วยเดียวสำหรับทั้งโซ่

แพลตฟอร์มจัดการ เทเลโอเปอเรชัน และความคล่องแคล่ว

แขนบนแพลตฟอร์มฮิวแมนนอยด์รับช่วงข้อจำกัดของร่างกายที่มันติดอยู่ ทั้งมวลที่ไม่มากที่ข้อมือ ความจำเป็นในการทำงานในพื้นที่ไม่มีโครงสร้าง และวงควบคุมที่ต้องทนการสัมผัส ช่วงกลางของตารางนี้ ซึ่งได้แก่หน่วย 485 g และ 540 g ที่ 6:1 และ 9:1 บนบัส 48 V เป็นกลุ่มที่ตอบข้อจำกัดเหล่านั้นโดยไม่มีมวลของปลายที่รับน้ำหนัก และเป็นกลุ่มที่แบบเดียวสามารถให้บริการได้มากกว่าหนึ่งข้อต่อในแขน

ลำดับการเลือกสำหรับข้อต่อฮิวแมนนอยด์

ลำดับของสามขั้นตอนนี้สำคัญกว่ารายละเอียดภายในแต่ละขั้น เพราะแต่ละขั้นทำให้ชุดที่ขั้นถัดไปต้องพิจารณาแคบลง

กำหนดรอบการทำงานของข้อต่อและโหลดกรณีเลวร้ายที่สุดก่อน

กำหนดแรงบิดยึดในท่าทางที่เครื่องใช้เวลาส่วนใหญ่อยู่ แรงบิดที่ต้องใช้ระหว่างภาวะชั่วครู่ที่การทรงตัวกลับหรือการยกเรียกร้อง และสัดส่วนเวลาที่ใช้ในแต่ละกรณี ตัวเลขแรกกำหนดขนาดกรณีความร้อนและจึงกำหนดแรงบิดพิกัด ตัวเลขที่สองกำหนดขนาดข้ออ้างเรื่องค่าสูงสุด และอัตราส่วนระหว่างสองตัวตัดสินว่าข้อต่ออยู่ที่ปลายล่างหรือปลายบนของตาราง ไม่มีอะไรเกี่ยวกับแบบที่ตัดสินได้ก่อนหน้านี้ เพราะข้อกำหนดแรงบิดเดียวกันตอบได้ด้วยมอเตอร์เล็กที่มีอัตราทดสูงและมอเตอร์ใหญ่ที่มีอัตราทดต่ำ และสองคำตอบนั้นมีพฤติกรรมต่างกันที่ข้อต่อ

กำหนดบัส รูเพลา และโครงขนาดการติดตั้งเป็นลำดับที่สอง

แรงดันบัสตามสถาปัตยกรรมกำลังไฟของเครื่อง ไม่ได้ตามแอคชูเอเตอร์ จึงควรถือเป็นข้อจำกัดคงที่ หน่วยในชุดนี้ทำงานบน 24 V บน 48 V หรือทั้งสองแบบ และหน่วยที่ใช้ 48 V เพียงอย่างเดียวไม่อาจใช้บนแพลตฟอร์ม 24 V ได้ ไม่ว่าแรงบิดจะเข้าคู่ดีเพียงใด โครงขนาดตามลิงก์ เส้นผ่านศูนย์กลางก่อน ความยาวทีหลัง และในจุดที่ข้อต่อเป็นสะโพกหรือเข่าที่มีสายเคเบิลข้ามผ่าน ก็ต้องพิจารณารูที่ทะลุผ่านแกนพร้อมกัน รายการคัดเลือกสั้นที่ผ่านตัวกรองสองชั้นนี้มักเล็กพอที่จะเปรียบเทียบได้อย่างเหมาะสม

ซักถามตัวเลขที่บันทึกยังไม่ปิด

บันทึกที่เผยแพร่สำหรับแอคชูเอเตอร์ชั้นนี้ดีในเรื่องแรงบิด ความเร็ว อัตราทด และมวล แต่บางลงในตัวเลขที่ตัดสินว่าข้อต่อมีพฤติกรรมอย่างไร มากกว่าที่ตัดสินว่ามันทำได้ดีเพียงใด ชุดคำถามที่จะนำไปถามผู้ผลิตนั้นสั้น

• ค่าแบ็คแลชที่วัดที่เอาต์พุตสำหรับหน่วยและเวอร์ชันที่ระบุ และว่าค่านั้นเป็นค่าสูงสุดหรือค่าปกติ
• หน้าต่างรอบการทำงานที่ผูกกับค่าแรงบิดสูงสุด นานเท่าใด บ่อยแค่ไหน และระบายความร้อนอย่างไร
• ประสิทธิภาพตลอดขั้นลดรอบเต็ม และจุดที่มันตกที่ความเร็วเอาต์พุตต่ำภายใต้แรงบิดสูง
• กระแสต่อเนื่องและการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิตัวเรือนที่มาพร้อมกัน ในการติดตั้งของเครื่องเอง
• พิกัดการกระแทกหรือแรงกระแทกใด ๆ ซึ่งเป็นค่าที่หมวดการใช้งานนี้ต้องการและเป็นค่าที่มักหายไปบ่อยที่สุด

ในจุดที่ตัวเลขหนึ่งหายไปจากบันทึก มันควรอยู่ในส่วนเผื่อการออกแบบ ไม่ใช่ในการสันนิษฐาน และการประเมินนั้นควรเขียนไว้เป็นลายลักษณ์อักษรก่อนสั่งข้อต่อ

คำถามที่พบบ่อย

แหล่งข้อมูลทางการ

CubeMars เผยแพร่เอกสารผลิตภัณฑ์สำหรับช่วงแอคชูเอเตอร์ที่รวบรวมไว้ใต้ส่วน แหล่งข้อมูล ของแพลตฟอร์ม และแต่ละรุ่นมีหน้าสินค้าอย่างเป็นทางการที่บรรจุข้อกำหนดฉบับเต็ม เส้นโค้งสมรรถนะ และแบบการติดตั้ง โดยช่วงผลิตภัณฑ์ของผู้ผลิตเป็นจุดเริ่มต้น ผู้ผลิตยังคงเป็นแหล่งอ้างอิงความจริงสำหรับเส้นโค้งแรงบิด พิกัดความร้อน พื้นฐานของแบ็คแลช และการตั้งค่าไดรฟ์ ส่วน ToBMS ดูแลให้ชั้นการค้นพบนั้นค้นหาและเปรียบเทียบได้ และตัวเลขที่ใช้ในคู่มือนี้เป็นค่าที่เผยแพร่และเก็บไว้ในบันทึกสินค้าของแพลตฟอร์ม

ไปต่อที่ไหน

คู่มือระดับหมวดที่เทียบเคียงกับคู่มือนี้คือ แอคชูเอเตอร์หุ่นยนต์: วิธีเลือกแอคชูเอเตอร์แบบรวมสำหรับข้อต่อหุ่นยนต์ ซึ่งอ่านหน่วยผสานรวมห้ารุ่นเทียบกันในฐานะชิ้นส่วน และ วิธีเลือกโมดูลข้อต่อ: แอคชูเอเตอร์ CubeMars ห้ารุ่นตั้งแต่ 190 g ถึง 1.4 kg ซึ่งถือโมดูลข้อต่อเป็นหน่วยของการออกแบบ คู่มือนี้เริ่มจากตัวหุ่นยนต์แทน โดยไปถึงแอคชูเอเตอร์ชั้นเดียวกันผ่านทางโซ่ข้อต่อ รอบการทำงาน และงบมวล ซึ่งเป็นเส้นทางที่ควรใช้เมื่อคำถามคือ หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ ต้องการอะไร มากกว่ารุ่นใดใหญ่กว่า

มีเส้นทางข้างเคียงสองเส้นที่คุ้มค่าจะตามเมื่อชั้นของข้อต่อเปลี่ยน ในจุดที่ข้อต่อต้องถูกนำด้วยมือ หรือในจุดที่ต้องตัดสินรอยต่อระหว่างชุดไร้เฟรมกับโมดูลปิดผนึก มอเตอร์ BLDC สำหรับโครงกระดูกภายนอก: มอเตอร์แรงบิดไร้เฟรม vs แอคชูเอเตอร์แบบผสานรวม วางการเปรียบเทียบไว้ตรง ๆ และหมวด มอเตอร์แรงบิดไร้เฟรม ครอบคลุมชุดสเตเตอร์กับโรเตอร์ที่แกนมือของหุ่นมือที่มีความคล่องแคล่วมักสร้างขึ้น ในจุดที่เลือกอัตราทดต่ำเพื่อความยืดหยุ่นมากกว่าเพื่อความเร็ว แอคชูเอเตอร์ QDD: สิ่งที่อัตราทด 8:1 มอบให้ ครอบคลุมช่วง แอคชูเอเตอร์ QDD บนพื้นฐานนั้น

สำหรับบริบทที่กว้างขึ้นว่าชั้นของมอเตอร์เกี่ยวข้องกันอย่างไร มอเตอร์ BLDC: คู่มือฉบับสมบูรณ์เกี่ยวกับประเภท, ข้อกำหนด และการเลือก วางแอคชูเอเตอร์แบบผสานรวมไว้ท่ามกลางหมวดอื่น ๆ หากต้องการทำรายการคัดเลือกสั้นแทนการค้นคว้า ให้กรองตัวเลือกตามแรงบิด อัตราทด แรงดัน มวล และโครงขนาดใน การเลือก แล้วนำมาเทียบกันใน เปรียบเทียบผลิตภัณฑ์ ส่วนชั้นข้อต่อที่เกี่ยวข้องถูกจัดกลุ่มไว้ในหมวด โมดูลข้อต่อ หุ่นยนต์โครงกระดูกภายนอก หุ่นยนต์สี่ขา และ หุ่นยนต์ฟื้นฟู ของแพลตฟอร์ม และหมวด แอคชูเอเตอร์หุ่นยนต์ เก็บหน่วยแปดตัวที่เปรียบเทียบไว้ที่นี่