Bộ truyền động robot 48 V: các mẫu, lợi ích hiệu năng và ràng buộc hệ thống

Một bus 48 V không làm cho bộ truyền động robot mạnh hơn. Trong số các mô-đun CubeMars được lưu giữ trên nền tảng này, mọi hồ sơ công bố cả mức định mức 24 V lẫn 48 V đều liệt kê cùng mô-men định mức và cùng dòng định mức cho cả hai, và chỉ tách ra ở cột tốc độ, nơi con số 48 V xấp xỉ gấp đôi con số 24 V. Chính quy luật đó tổ chức lại toàn bộ chủ đề. Bus 48 V là một quyết định điện ở cấp cỗ máy, thứ nó mang lại là tốc độ cùng dư địa dòng điện bus chứ không phải mô-men, và những ràng buộc quyết định liệu có dùng được nó hay không nằm ngoài bộ truyền động, trong driver, khối pin và bó dây. Mười sáu trong số hai mươi mốt bộ truyền động tích hợp hiện được giới thiệu trong hai nhóm Bộ truyền động robot và Bộ truyền động gần như trực tiếp chấp nhận bus 48 V, và năm hồ sơ không chấp nhận đều giới hạn ở 24 V. Hướng dẫn này trình bày những mẫu nào tương thích, bus cao hơn thay đổi điều gì trong một khớp, lợi ích dừng ở đâu, và hệ thống xung quanh phải được thiết kế quanh nó như thế nào.

Trả lời nhanh

Mười sáu trong số hai mươi mốt bộ truyền động tích hợp hiện được giới thiệu trên nền tảng này chấp nhận bus 48 V, trải khắp hai nhóm sản phẩm. Trong các hồ sơ CubeMars, cho một mô-đun hai mức định mức chạy ở 48 V sẽ nâng trần tốc độ lên xấp xỉ gấp đôi con số 24 V và giữ nguyên mô-men định mức, mô-men đỉnh cùng dòng định mức, bởi mô-men do dòng điện trong cuộn dây quyết định và cuộn dây mang cùng dòng điện cho cùng mô-men ở cả hai trường hợp. Thứ mà bus cao hơn còn mang lại là dư địa ở đỉnh của dải tốc độ, nơi sức điện động ngược (back-EMF) nếu không sẽ giới hạn lượng dòng điện mà driver có thể cấp. Thứ nó không mang lại là mô-men liên tục, vì con số đó bị chặn bởi đường thoát nhiệt của cuộn dây và bởi chu kỳ làm việc. Các ràng buộc mang tính cấp hệ thống chứ không phải cấp mô-đun: cửa sổ đầu vào của chính driver, cách năng lượng trả về được hấp thụ trong quá trình giảm tốc, thực hành cách điện và đầu nối, cùng cách bố trí pin, bộ sạc và hệ thống quản lý pin cấp cho bus. Các mục dưới đây đi theo trình tự đó: điều gì thay đổi bên trong bộ truyền động, sự thay đổi đáng giá bao nhiêu, để đáp ứng nó tốn gì, những mẫu nào bị ảnh hưởng, và cách khớp một mẫu với một khớp.

48 V thực sự thay đổi điều gì bên trong một bộ truyền động robot

Bus không phải là thuộc tính của bộ truyền động. Nó là thuộc tính của cỗ máy, và mô-đun chỉ là một trong các tải của cỗ máy đó. Đọc đúng một hồ sơ bộ truyền động robot 48 V nghĩa là tách riêng hai cột mà nhà sản xuất công bố khi một mẫu hỗ trợ nhiều hơn một mức bus, và nói chính xác những con số nào dịch chuyển khi bus dịch chuyển. Với một mô-đun tích hợp kết hợp động cơ, tầng giảm tốc, driver và phản hồi, sự tách biệt hẹp hơn vẻ ban đầu.

Bus được chọn ở ngoài mô-đun

Một bộ truyền động robot nhìn thấy một bus DC và một giao diện điều khiển. Không có gì về tỷ số giảm tốc, cách bố trí ổ trục, kích thước bao hay kiểu lắp phụ thuộc vào việc bus đó nằm ở 48 V hay ở mức thấp hơn. Thứ mà bus đặt ra là điện áp sẵn có cho driver, và qua driver nó đặt ra tốc độ mà tại đó một dòng điện cho trước vẫn có thể được đưa vào cuộn dây. Vì vậy lựa chọn này thuộc về kiến trúc sư cỗ máy, cùng với cấu trúc khối pin, việc chọn bộ sạc và ngân sách nhiệt của vỏ mà mô-đun sẽ nằm trong đó. Một bảng dữ liệu bộ truyền động công bố hai mức bus không phải đang đưa ra hai sản phẩm; nó đang báo cáo một sản phẩm ở hai điểm làm việc.

Một bus, hai mức định mức được công bố: hồ sơ 24/48 V nghĩa là gì

Năm trong số các bộ truyền động tích hợp hiện được giới thiệu ở đây mang hai mức bus thay vì một mức: AK10-9 V2.0 KV60, AK60-6 V3.0 KV80, AK70-10 KV100, AK80-64 KV80 và AKA60-6 KV80. Hồ sơ của chúng công bố hai tốc độ định mức và hai tốc độ không tải, ngăn cách bằng dấu gạch chéo, và trong mỗi trường hợp cặp đó là con số 24 V rồi đến con số 48 V. Cùng những hồ sơ đó công bố một mô-men định mức, một dòng định mức và một mô-men đỉnh. Sự bất đối xứng đó là toàn bộ câu chuyện trong một dòng của bảng thông số: công việc điện mà mô-đun thực hiện là một hàm của dòng điện, và dòng điện cần cho một mô-men cho trước không thay đổi theo bus.

Hai mức định mức không đơn thuần là vấn đề tuổi sản phẩm hay phiên bản. AK10-9 V3.0 KV60, bản sửa đổi muộn hơn, công bố một mức 48 V, trong khi AK10-9 V2.0 KV60 trước đó mang cả hai. Bản sửa đổi muộn hơn cũng công bố mô-men đỉnh cao hơn, 53 Nm so với 48 Nm, trên khối lượng thấp hơn một chút. Hỗ trợ bus và bản sửa đổi cơ khí phải được đọc từ hồ sơ thay vì suy ra từ mã model.

Mô-men và dòng điện giữ nguyên trong khi cột tốc độ tách đôi

Các cặp được công bố đủ nhất quán để có thể phát biểu hiệu ứng như một quy luật thay vì một cảm nhận. AK10-9 V2.0 KV60 có định mức 109 rpm ở 24 V và 228 rpm ở 48 V, với tốc độ không tải 160 rpm và 320 rpm. AK70-10 KV100 đi từ 148 rpm lên 310 rpm ở mức định mức, và từ 240 rpm lên 480 rpm khi không tải. AK80-64 KV80, bộ 64:1, đi từ 23 rpm lên 48 rpm ở mức định mức và 37 rpm lên 75 rpm khi không tải. AKA60-6 KV80 tăng gấp đôi từ 200 rpm lên 400 rpm ở mức định mức và từ 320 rpm lên 640 rpm khi không tải, còn AK60-6 V3.0 KV80 từ 233 rpm lên 490 rpm và từ 320 rpm lên 640 rpm. Trên cả năm bộ, con số 48 V nằm trong khoảng từ hai đến khoảng hai phẩy một lần con số 24 V ở cả điểm định mức lẫn điểm không tải.

Ngược lại, không bộ nào trong năm bộ thay đổi mô-men định mức, mô-men đỉnh hay dòng định mức giữa hai cột. AK60-6 V3.0 KV80 có định mức 3 Nm và 3.8 A trên cả hai bus và đạt đỉnh 9 Nm trên cả hai; cặp dòng điện đỉnh là 10.3 A và 11.2 A, đủ gần nhau để chênh lệch nhỏ nhiều khả năng là một quy ước đo lường hoặc làm tròn hơn là một giới hạn cuộn dây khác. Hệ quả thực tế là cuộn dây tỏa cùng lượng nhiệt ở một mô-men cho trước trên cả hai bus, tổn thất đồng trên mỗi newton-mét không đổi, và do đó giới hạn nhiệt đối với mô-men liên tục là như nhau. Bất kỳ ai kỳ vọng bus 48 V mở ra nhiều mô-men liên tục hơn từ cùng một mô-đun đang đọc sai cột.

Điều gì không dịch chuyển: tỷ số giảm tốc và kích thước bao

Điện áp bus cũng không đụng đến hồ sơ cơ khí. Một bộ truyền động robot 48 V có cùng tỷ số giảm tốc, cùng cấp độ rơ, cùng đường kính ngoài, cùng chiều dài thân và cùng khối lượng như chính mô-đun đó chạy ở bus thấp hơn, bởi không đại lượng nào trong số đó gắn với điện. AK80-8 KV60 giữ nguyên ở 8:1 với đường kính 98 mm và chiều dài 43.9 mm ở cả hai phía của quyết định bus. AKH70-48 V1.0 KV41 giữ nguyên 48:1 trong một thân đường kính 90 mm dài 81.5 mm. Điều này quan trọng với trình tự thiết kế: kích thước bao và tỷ số có thể được chốt trước khi cấu trúc khối pin được quyết, và việc chuyển từ 24 V lên 48 V sau đó không mở lại thiết kế cơ khí.

Lợi ích hiệu năng khi cho bộ truyền động robot chạy trên bus 48 V

Lợi ích của bus cao hơn thường được mô tả là hiệu suất, và cách diễn đạt đó che khuất việc khoản lợi thực sự xuất hiện ở đâu. Trong một mô-đun tích hợp, dòng điện cuộn dây do mô-men mà khớp được yêu cầu tạo ra quyết định, còn tầng giảm tốc và driver nằm giữa cuộn dây đó và bus. Thứ mà bus điều khiển là tốc độ mà tại đó dòng điện cần thiết vẫn có thể được đẩy vào, và lượng dòng điện phải đi qua hệ dây của chính cỗ máy để cung cấp một công suất cơ cho trước.

Trần tốc độ tỷ lệ với bus ở cùng một KV

Tốc độ ở động cơ do hằng số tốc độ của cuộn dây và điện áp sẵn có để đưa dòng điện vào nó quyết định. Nhân đôi bus trong khi giữ nguyên cuộn dây sẽ nâng trần không tải, và tầng giảm tốc chia trần đó xuống cho khớp. Điều này thấy trực tiếp trong các cặp được công bố chứ không qua bất kỳ phép tính nào: AK10-9 V2.0 KV60 đi từ 160 rpm lên 320 rpm khi không tải, AK70-10 KV100 từ 240 rpm lên 480 rpm, AKA60-6 KV80 từ 320 rpm lên 640 rpm. Tại khớp, một mô-đun có tỷ số cố định do đó thấy tốc độ sẵn có của nó tăng gấp đôi. Với một khớp mà chu kỳ làm việc bị tốc độ bám quỹ đạo chi phối thay vì mô-men giữ, đó là khác biệt giữa một mô-đun phù hợp yêu cầu và một mô-đun không phù hợp. Đó cũng là lý do một mô-đun hai mức định mức có thể được chỉ định cho một nền tảng dự kiến chuyển từ khối pin nguyên mẫu điện áp thấp sang khối pin sản xuất 48 V mà không thay đổi phần truyền động.

Cùng một dòng điện mang nhiều công suất hơn

Công suất cơ là tích của mô-men và tốc độ. Nếu một mô-đun giữ một dòng điện cho trước, và do đó một mô-men cho trước, đến một tốc độ cao hơn, thì công suất cơ sẵn có từ chính dòng điện đó tăng theo tỷ lệ. Đó là dạng trung thực của lập luận về hiệu suất: không phải cuộn dây trở nên hiệu quả hơn ở 48 V, mà là cùng một ngân sách nhiệt, biểu thị bằng dòng điện trong cuộn dây, được chuyển thành nhiều công suất đầu ra hơn vì điểm làm việc có thể được đẩy xa hơn theo trục tốc độ trước khi driver hết điện áp. Ở nơi một khớp cần cả mô-men lẫn tốc độ thay vì cái này hay cái kia, bus cao hơn nâng trần của tích hai đại lượng đó.

Khoản tiết kiệm dòng điện xuất hiện ở đâu: bó dây và khối pin

Khoản tiết kiệm là có thật, nhưng nó xuất hiện ở cấp cỗ máy chứ không phải bên trong mô-đun. Với một công suất cơ cho trước, một bus có điện áp gấp đôi sẽ lấy khoảng một nửa dòng điện, và dòng điện bus là thứ định cỡ cáp, đầu nối cùng phần bảo vệ quanh chúng. Trên một cỗ máy có nhiều bộ truyền động được cấp từ một bus chung, khoản giảm đó lan truyền qua bó dây dùng chung, bảng phân phối và đường xả của chính khối pin. Điều này quan trọng nhất ở nơi các đoạn liên kết dài hoặc nơi nhiều khớp được cấp từ một bus, và ít nhất trên một cụm thử bàn ngắn chỉ có một khớp. Nó cũng thay đổi hình dạng của khối pin: cùng một năng lượng được cấp với ít dòng điện hơn trên mỗi nhóm cell, điều này trải tải ra khắp một chuỗi nối tiếp thay vì tập trung nó.

Dư địa cho cửa sổ đỉnh ở đỉnh của dải tốc độ

Mô-men đỉnh là một con số trong cửa sổ ngắn, và đạt được nó ở tốc độ cao đòi hỏi driver phải vượt qua sức điện động ngược mà động cơ đang quay sinh ra trước khi có dòng điện chạy. Một bus cao hơn để lại nhiều điện áp hơn cho việc đó, nên cửa sổ mô-men đỉnh vẫn đạt được xa hơn về phía trên của dải tốc độ. Đây là một lợi ích riêng biệt so với trần tốc độ không tải và thường là lý do thực tế khiến một cỗ máy chuyển sang bus cao hơn: khớp không cần quay nhanh hơn ở trạng thái ổn định, nhưng nó cần cung cấp một đợt mô-men ngắn trong khi đang di chuyển nhanh. Một mô-đun hai mức định mức báo cùng mô-men đỉnh trên cả hai bus, và bus cao hơn là thứ khiến con số đó đạt được ở đầu trên của dải tốc độ thay vì chỉ gần trạng thái dừng.

Điều mà bus cao hơn không mang lại

Bus 48 V không nâng mô-men định mức, không thay đổi tỷ số giảm tốc, không giảm nhiệt sinh ra ở một mô-men đầu ra cho trước, và không thay đổi cấp độ rơ hay định mức ổ trục. Nó cũng không thay đổi dải nhiệt độ môi trường vận hành đã công bố của mô-đun, vốn là cùng một phát biểu trên toàn dòng sản phẩm. Trên một chu kỳ làm việc bị mô-men giữ chống lại trọng lực ở tốc độ thấp chi phối, mô-đun không nhận được chút lợi ích nào từ bus cao hơn, và công việc ổn áp, bảo vệ cùng cách điện bổ sung là chi phí không có lợi ích trở lại. Quyết định về bus nên được đưa ra dựa trên hình dạng của chu kỳ làm việc mô-men - tốc độ, chứ không dựa trên giả định rằng nhiều vôn hơn là một cải thiện chung.

Những ràng buộc cấp hệ thống quyết định liệu 48 V có dùng được không

Vì bus thuộc về cỗ máy, những ràng buộc khi dùng nó phần lớn là ràng buộc của cỗ máy. Một số được công bố trên hồ sơ sản phẩm và có thể đọc trực tiếp; số khác phụ thuộc vào tài liệu của chính driver và vào thiết kế khối pin, nên phải được xác nhận ở cấp hệ thống. Danh sách dưới đây tách riêng hai loại.

Cửa sổ điện áp đầu vào của driver

Driver của mô-đun là linh kiện nhìn thấy bus, nên cửa sổ đầu vào cho phép của driver đó là cánh cổng đầu tiên. Hồ sơ sản phẩm nêu rằng các mô-đun mang bảo vệ tích hợp chống quá dòng, quá áp và dưới áp, cùng chống quá nhiệt, nghĩa là driver đang giám sát bus mà nó nằm trên đó thay vì chấp nhận mọi điện áp trong một dải rộng. Con số điện áp định mức trong thông số là một điểm làm việc, không phải một mức tối đa cho phép. Ở nơi ý định thiết kế là cho một mô-đun chạy ở đỉnh của một chu kỳ sạc, hoặc ở nơi khối pin có thể được sạc trong khi cỗ máy đang bật, thì cửa sổ đầu vào cho phép và các ngưỡng bảo vệ cho đúng mô-đun và firmware đó nên được xác nhận theo tài liệu hiện hành của nhà sản xuất trước khi khối pin được chỉ định.

Hồi phục năng lượng (regeneration), quá độ trên bus và năng lượng trả về đi đâu

Bất kỳ khớp nào giảm tốc một tải đều dẫn động ngược động cơ của nó, và một động cơ bị dẫn động ngược trở thành máy phát trả năng lượng về bus thay vì lấy từ bus. Trên một bus chỉ được cấp bởi pin, năng lượng đó có nơi để đi. Trên một nguồn cấp phòng thí nghiệm, hoặc trên một bus có đoạn cáp dài và điện dung hạn chế, năng lượng trả về có thể đẩy bus lên trên mức ổn định của nó trong suốt thời gian giảm tốc, và quá độ đó trở thành một bài toán thiết kế hệ thống chứ không phải bài toán mô-đun: định cỡ điện dung, cách bố trí hãm và đáp ứng của nguồn cấp đều tham gia vào phép tính. Con số liên quan không phải điện áp bus định mức mà là năng lượng mà một biên dạng giảm tốc cụ thể trả về, vốn phụ thuộc vào quán tính tải, tốc độ khớp và chu kỳ làm việc. Biên dạng đó phải được suy ra từ cỗ máy, không phải đọc từ hồ sơ bộ truyền động.

Cách điện, đầu nối và mức 60 V DC

Các khuôn khổ an toàn điện thường coi một bus DC danh định 48 V nằm trong dải được xử lý như điện áp cực thấp an toàn (safety extra-low voltage), dưới ngưỡng 60 V DC xuất hiện trong một số tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế, đó là một lý do mức điện áp này phổ biến cho các cỗ máy di động. Tiêu chuẩn áp dụng và cách triển khai cục bộ của nó vẫn là văn bản chi phối, và ngưỡng áp dụng cho điện áp bus tối đa thực tế chứ không phải cho con số danh định. Các định mức nhiệt và dòng điện tại chính các giao diện của mô-đun là những câu hỏi riêng, và thực hành đầu nối cùng đi dây được chỉ định cho một cỗ máy nên theo những gì nhà sản xuất mô-đun công bố cho giao diện đó thay vì một giả định chung về cấp điện áp.

Hệ quả về khối pin, bộ sạc và BMS

Một bus danh định 48 V thường được dựng từ một chuỗi nối tiếp các cell lithium-ion, và điện áp sạc đầy của chuỗi nằm trên con số danh định, đó là một đặc tính của hóa học cell chứ không phải thông số của bất kỳ bộ truyền động nào. Hai hệ quả kéo theo. Thứ nhất, mọi thứ phía sau phải chịu được đỉnh của dải sạc chứ không chỉ mức danh định. Thứ hai, hệ thống quản lý pin của khối pin, biên dạng sạc và điểm cắt xả của nó đều định hình những gì bộ truyền động thực sự nhìn thấy, kể cả trong những dao động ngắn mà một khớp đang giảm tốc tạo ra. Ở nơi cửa sổ cho phép của một bộ truyền động và dải làm việc của một khối pin được công bố trong các tài liệu khác nhau, phần giao nhau chính là cửa sổ thiết kế, và đáng để ghi phần giao nhau đó ra thay vì giả định các con số danh định khớp nhau.

Hành vi nhiệt và chu kỳ làm việc

Giới hạn nhiệt đối với mô-men liên tục thuộc về cuộn dây và đường thoát nhiệt ra khỏi nó, và nó không dịch chuyển theo bus. Một khớp vốn đã sát biên nhiệt ở bus thấp hơn vẫn sát biên nhiệt ở 48 V, bởi dòng điện và do đó tổn thất đồng ở một mô-men cho trước không đổi. Thứ mà bus cao hơn thay đổi là tỷ lệ phân chia giữa tổn thất đồng và công suất cơ sẵn có từ nó. Trên một chu kỳ làm việc có nhiều pha giữ dài ở tốc độ thấp, hoặc có tỷ lệ thời gian lớn gần mô-men định mức, thiết kế nhiệt là ràng buộc chặt và quyết định về bus là thứ yếu. Trên một chu kỳ làm việc bị chuyển động nhanh, tải nhẹ chi phối, trần tốc độ lại là ràng buộc chặt, và quyết định về bus là chính.

Những câu hỏi mà tài liệu đã công bố để ngỏ

Không phải mọi con số cần để khép một thiết kế hệ thống đều xuất hiện trên một trang sản phẩm. Cửa sổ đầu vào cho phép và các ngưỡng bảo vệ của driver, hành vi của mô-đun dưới một biên dạng giảm tốc cụ thể, mức giảm định mức mô-men áp dụng khi mô-đun chạy ở đỉnh dải tốc độ trong một thời gian dài, và mô-men liên tục theo chu kỳ làm việc đều là những câu hỏi cấp hệ thống thay vì các giá trị được công bố trên một trang sản phẩm. Chúng có thể trả lời được, và tài liệu điều khiển cùng hỗ trợ ứng dụng của nhà sản xuất là nguồn phù hợp, nhưng chúng nên được xác nhận trước khi khối pin và bó dây được chốt. Coi con số điện áp định mức là bus cho phép và con số mô-men đỉnh là mô-men sẵn có là cách phổ biến nhất khiến một thiết kế 48 V bị định cỡ sai.

Bộ truyền động robot 48 V: ma trận so sánh thông số

Bảng dưới đây đọc mọi bộ truyền động robot 48 V hiện được giới thiệu trong nhóm Bộ truyền động robot như một tập thông số duy nhất, sắp theo mô-men định mức đã công bố để thấy rõ sự chuyển tiếp từ các khớp nhẹ sang các khớp chịu tải ngay trong chính cột đó. Mọi con số là giá trị nhà sản xuất công bố cho mẫu đó và mà nền tảng này lưu giữ trong hồ sơ sản phẩm. Điện áp định mức được trình bày như đã công bố, nên một hồ sơ hai mức định mức xuất hiện với cả hai mức.

Điện áp định mức, mô-men định mức, mô-men đỉnh, tỷ số giảm tốc, khối lượng và kích thước bao theo công bố của nhà sản xuất, cho các mẫu hiện được giới thiệu trong nhóm Bộ truyền động robot có chấp nhận bus 48 V, sắp theo mô-men định mức. Mô-men định mức là giá trị liên tục trong giới hạn nhiệt của cuộn dây; mô-men đỉnh là một giá trị trong khoảng thời gian ngắn. Một con số điện áp nghĩa là một mô-đun một bus; một cặp số nghĩa là mô-đun được công bố ở cả hai mức, với các con số tốc độ và công suất tương ứng cũng được công bố riêng cho mỗi mức. Kích thước bao được nêu là đường kính ngoài và chiều dài thân, không tính phần nhô ra của trục, cáp và đầu nối.

Hai điều nổi bật khi đọc ma trận theo cột mô-men thay vì theo cột điện áp. Thứ nhất là các mô-đun đạt tới 48 V không phải một dòng sản phẩm riêng biệt: chúng trải từ một bộ 3 Nm trong thân 79 mm đến một bộ 74 Nm ở 1396 g, và hai mô-đun 6:1 nằm ở cuối bảng trong khi một bước mô-men 24:1 xuất hiện giữa hồ sơ 24 Nm và hồ sơ 48 Nm. Thứ hai là hỗ trợ bus gần như phổ quát trong nhóm này. Trong số mười tám hồ sơ hiện được giới thiệu, mười bốn hồ sơ chấp nhận 48 V; bốn hồ sơ không chấp nhận đều nằm ở đầu nhẹ của dải, và mỗi hồ sơ được công bố ở một mức 24 V. Một cỗ máy dựng quanh 48 V do đó có nhiều lựa chọn kích cỡ khớp từ một nhà sản xuất thay vì một danh sách rút gọn hẹp.

Đọc bảng như một danh sách rút gọn cũng cho thấy vì sao chỉ riêng điện áp là một bộ lọc kém. AK60-6 V3.0 KV80 và AKA60-6 KV80 công bố cùng mô-men định mức và đỉnh, cùng tỷ số và cùng mức hỗ trợ bus, và khác nhau chủ yếu ở cách đóng gói: bộ AKA nặng hơn 80 g và dài hơn 8.2 mm, trong đường kính nhỏ hơn một chút. AK10-9 V3.0 KV60 và AKA10-9 KV60 cũng công bố các con số mô-men và tỷ số giống hệt nhau, và khác nhau 120 g khối lượng. Những lựa chọn đó liên quan đến kết cấu và tích hợp chứ không liên quan đến bus, và chúng nên được đưa ra dựa trên bản yêu cầu cơ khí.

Đọc mười sáu bộ theo chu kỳ làm việc, không theo điện áp

Vì hỗ trợ bus gần như phổ quát trong toàn nhóm, cách hữu ích để thu hẹp danh sách là theo chu kỳ làm việc mà mỗi mô-đun phù hợp. Các nhóm dưới đây đi theo mô-men và tỷ số đã công bố thay vì điện áp, bởi hai con số đó là thứ mà một yêu cầu khớp được viết dựa trên.

Cặp 6:1: AKA60-6 KV80 và AK60-6 V3.0 KV80

Cả hai mô-đun công bố 3 Nm định mức và 9 Nm đỉnh ở tỷ số 6:1, và cả hai chấp nhận 48 V. Tỷ số thấp khiến chúng là những khớp nhanh nhất trong nhóm 48 V so với mô-men đầu ra của chúng: AK60-6 V3.0 KV80 công bố 320 rpm khi không tải ở 24 V và 640 rpm ở 48 V, và AKA60-6 KV80 công bố cùng cặp số đó. Trên bus 48 V, mỗi bộ đạt tới tốc độ phía khớp mà không mô-đun tỷ số cao hơn nào trong bảng tiệm cận được. Khác biệt giữa chúng là cách đóng gói và khối lượng: AK60-6 V3.0 KV80 nhẹ hơn trong hai bộ với 380 g trong thân 79 mm và 43 mm, còn AKA60-6 KV80 là 460 g trong thân 80 mm và 51.2 mm. Cả hai phù hợp với một trục xa phải di chuyển nhanh dưới tải nhẹ, và không bộ nào phù hợp với một trục phải giữ một mô-men tĩnh lớn.

Khoảng giữa dải với 8:1, 9:1 và 10:1

Bốn mô-đun chiếm dải này ở 48 V, và độ trải rộng hơn các con số tỷ số gợi ra. AK80-9 V3.0 KV100 công bố 9 Nm định mức và 22 Nm đỉnh ở 9:1 trong thân 490 g, 98 mm và 38.5 mm. AK80-8 KV60 công bố 10 Nm và 25 Nm ở 8:1 trong 570 g với thân 98 mm và 43.9 mm. AK70-10 KV100 công bố 8.3 Nm và 24.8 Nm ở 10:1 trong thân 621 g, 89 mm và 50.25 mm, còn AK70-9 V3.0 KV60 công bố 8.5 Nm và 29.2 Nm ở 9:1 trong 540 g. Những tỷ số sát nhau như vậy là một dải tinh chỉnh chứ không phải một tập hợp các chế độ làm việc riêng biệt, và lựa chọn trong dải thường xoay quanh kích thước bao, khối lượng, và việc khớp cần bao nhiêu tốc độ ở đỉnh dải của nó. AK70-9 V3.0 KV60 là bộ đáng chú ý ở nơi mô-men đỉnh quan trọng hơn mô-men liên tục, vì mức đỉnh 29.2 Nm của nó cao nhất trong dải trên khối lượng thấp nhất trong bốn bộ.

Các khớp nặng: AK60-39 V3.0 KV80, AK80-64 KV80, AKA10-9 KV60 và AK10-9 V3.0 KV60

Trên 18 Nm định mức, bảng tách thành hai hướng tiếp cận. AK10-9 V3.0 KV60 và AKA10-9 KV60 đều đi theo hướng tỷ số cao ở 9:1 và công bố 18 Nm định mức với mô-men đỉnh 53 Nm, lần lượt trong 940 g và 1060 g; bus cao hơn là thứ khiến tỷ số 9:1 dùng được ở một tốc độ phía khớp, vì con số không tải 320 rpm ở 48 V là thứ mà một mô-đun 9:1 có thể cung cấp. AK60-39 V3.0 KV80 và AK80-64 KV80 đi theo hướng còn lại, đánh đổi tốc độ lấy mô-men qua tầng giảm tốc: 39:1 cho 24 Nm định mức và 72 Nm đỉnh trong 750 g, còn 64:1 cho 48 Nm định mức và 120 Nm đỉnh trong 850 g ở tốc độ không tải 37 rpm trên 24 V và 75 rpm trên 48 V. Ở nơi một khớp phải giữ một tải chống lại trọng lực trong thời gian dài, mô-men trên mỗi đơn vị dòng điện đó, mua bằng tỷ số chứ không bằng bus, chính là cơ chế đang làm việc.

Trục rỗng: AKH70-16 V1.0 KV41 và AKH70-48 V1.0 KV41

Hai mô-đun trục rỗng được phân biệt bởi tỷ số giảm tốc chứ không bởi bus, và các mã model mời gọi một cách đọc sai đáng được làm rõ. Số "48" trong AKH70-48 V1.0 KV41 là tỷ số giảm tốc 48:1, không phải mức 48 V; chính mô-đun đó được công bố ở 48 V, và AKH70-16 V1.0 KV41 cũng vậy ở 16:1. Cả hai chạy trên cùng một cuộn dây 41 KV. AKH70-16 V1.0 KV41 công bố 26 Nm định mức và 78 Nm đỉnh trong 879 g, còn AKH70-48 V1.0 KV41 công bố 74 Nm và 222 Nm trong 1396 g với chiều dài thân 81.5 mm. Thứ khiến cặp này khác biệt là lỗ xuyên trục: trục rỗng cho cáp đi xuyên qua khớp, điều này thay đổi kiến trúc bó dây của một chi nhiều khớp chứ không thay đổi mô-men của khớp. Bộ 48:1 là mô-đun 48 V có mô-men cao nhất hiện được giới thiệu ở đây, và bộ 16:1 là bước giữa cho một khớp cần lỗ xuyên trục mà không cần tốc độ đầu ra rất thấp đi kèm với tỷ số 48:1.

Hai mô-đun truyền động gần như trực tiếp: AKE80-8 KV30 và AKE90-8 KV35

Nhóm còn lại đóng góp các mô-đun 48 V cho phép so sánh này là Bộ truyền động gần như trực tiếp, và hai thành viên 48 V của nó hành xử khác dòng AK theo một cách quan trọng với thiết kế hệ thống. AKE80-8 KV30 công bố 12 Nm định mức và 30 Nm đỉnh ở 8:1 trong 570 g với thân 87 mm và 32 mm, còn AKE90-8 KV35 công bố 55 Nm định mức và 170 Nm đỉnh ở 8:1 trong 1400 g với thân 107.5 mm và 43.5 mm. Cả hai được xây quanh một tỷ số 8:1, vốn là đặc điểm nhận dạng của dòng và là lý do nhóm này được xử lý riêng: tỷ số thấp giữ cho khớp phản hồi nhanh và dẫn động ngược được, và mô-men đến từ động cơ thay vì từ một tầng giảm tốc sâu. Thành viên thứ ba của dòng, AKE60-8 KV80, chỉ được công bố ở 24 V, đó là lý do nó không xuất hiện trong phép so sánh 48 V dù nằm trong cùng nhóm.

Điểm về thiết kế hệ thống là bảng so sánh của nhà sản xuất liệt kê các mô-đun AKE không kèm bo mạch driver, trong khi các mô-đun AK và AKH được liệt kê kèm một bo, và gói phụ kiện cho AKE80-8 KV30 chứa một nam châm cảm biến riêng thay vì điện tử điều khiển. Đó là một khác biệt cấp hệ thống chứ không phải khác biệt về năng lực: mô-đun vẫn công bố phương thức điều khiển FOC và cùng cách tích hợp bắt bu lông, nhưng phần điều khiển cùng cửa sổ điện áp của nó nằm ngoài mô-đun trong chính điện tử của cỗ máy, nên cửa sổ đầu vào, cách bố trí bảo vệ và bó dây đều phải do bên tích hợp chỉ định. Ở nơi dòng AK đến với driver nằm bên trong kích thước bao, dòng AKE chuyển quyết định đó vào cỗ máy. Cách bố trí cho một mô-đun cụ thể, kể cả điện tử phản hồi mà nó cần, nên được xác nhận theo tài liệu hiện hành của nhà sản xuất trước khi kiến trúc điện được chốt.

Thiết kế một khớp cho cả 24 V lẫn 48 V

Năm mô-đun hai mức định mức mở ra một phương án kỹ thuật cụ thể, và đáng để phát biểu chính xác. Một cỗ máy có thể được chỉ định quanh một mô-đun có cuộn dây được công bố ở cả hai mức, rồi chạy ở bus thấp hơn trong giai đoạn nguyên mẫu và ở bus cao hơn khi sản xuất, với cùng tỷ số giảm tốc, cùng kích thước bao, cùng khối lượng và cùng mô-men định mức xuyên suốt. Chỉ trần tốc độ và công suất sẵn có ở một dòng điện cho trước thay đổi. Bảng dưới đây trình bày các cặp tốc độ đã công bố cho năm bộ đó, đó chính là toàn bộ sự thay đổi.

Tốc độ định mức, tốc độ không tải và tỷ số giảm tốc theo công bố của nhà sản xuất cho các mô-đun hai mức định mức hiện được giới thiệu trong nhóm Bộ truyền động robot, với các con số 24 V và 48 V được trình bày ở hai cột riêng. Tốc độ định mức là con số phía đầu ra tại mô-men định mức; tốc độ không tải là trần phía đầu ra. Trong mỗi hồ sơ, hai cột chia sẻ một mô-men định mức, một mô-men đỉnh và một dòng định mức, điều đó khiến cặp này dùng được như một bộ thông số cơ khí với hai điểm làm việc điện.

Khớp một bộ truyền động robot 48 V với khớp

Trình tự giúp tránh làm lại thì ngắn, và nó bắt đầu trước khi bất kỳ mã model nào xuất hiện. Bus là một trong những quyết định cuối cùng chứ không phải đầu tiên, vì nó chỉ thay đổi điểm làm việc điện của một mô-đun mà vai trò cơ khí đã được chốt.

Chốt chu kỳ làm việc trước bus

Yêu cầu của một khớp là một tốc độ và một mô-men, mỗi đại lượng gắn kèm một khoảng thời gian. Mô-men liên tục chống lại trọng lực, một cửa sổ ngắn cho việc bắt hoặc tiếp đất, và tốc độ khớp mà biên dạng chuyển động cần ở đỉnh dải của nó là ba con số riêng biệt, và một mô-đun được chọn dựa trên cả ba. Chỉ sau khi chúng được viết ra thì quyết định về bus mới trả lời được: nếu con số mô-men liên tục dẫn dắt lựa chọn, thì tỷ số và đường thoát nhiệt làm việc và bus chỉ là thứ yếu; nếu tốc độ ở đỉnh dải là thứ mà bản yêu cầu chật vật, thì bus là đòn bẩy và một mô-đun hai mức định mức giữ phương án mở. Viết con số mô-men đỉnh ra mà không kèm khoảng thời gian của nó là cách phổ biến nhất khiến một khớp bị chỉ định quá mức, bởi mô-men đỉnh là một mức định mức trong cửa sổ ngắn chứ không phải một mô-men sẵn có.

Tiếp theo chốt lỗ xuyên trục và kích thước bao lắp đặt

Khi chu kỳ làm việc đã được chốt, bản yêu cầu cơ khí quyết định giữa các phương án công bố mô-men tương tự. Hai mô-đun có các con số mô-men định mức và đỉnh giống hệt nhau có thể khác nhau hơn một trăm gam và vài milimét chiều dài thân, và trong một chi nhiều khớp, khác biệt đó được trả lại ở mọi khớp gần gốc hơn. Ở nơi cáp phải đi xuyên qua khớp thay vì vòng quanh nó, phương án trục rỗng thay đổi kiến trúc bó dây của cả chi, và lỗ 7 mm của các mô-đun AKH là kích thước liên quan chứ không phải mô-men của chúng. Khối lượng, kích thước bao và lỗ xuyên trục được quyết từ bản yêu cầu cơ khí và không bị bus ảnh hưởng, đó là lý do chốt chúng trước sẽ để quyết định về điện áp được tự do.

Xác nhận những giá trị mà tài liệu đã công bố không mang

Một loạt câu hỏi ngắn còn lại khi danh sách rút gọn chỉ còn một hoặc hai phương án, và chúng thuộc về nhà sản xuất chứ không thuộc về một bảng thông số. Cửa sổ điện áp đầu vào cho phép của driver và các ngưỡng bảo vệ của nó, mô-men có thể giữ ở đỉnh dải tốc độ trong khoảng thời gian mà chu kỳ làm việc thực sự cần, hành vi của mô-đun dưới biên dạng giảm tốc mà cỗ máy sẽ tạo ra, và cách bố trí phản hồi mà một mô-đun không có driver tích hợp cần. Các hồ sơ trên nền tảng này mang những giá trị đã công bố, và nhà sản xuất vẫn là nguồn chân lý cho mọi thứ ngoài chúng.

Bộ truyền động robot 48 V được dùng ở đâu

Một bus 48 V thường xuất hiện ở bất cứ đâu cỗ máy chạy pin và ở đâu nhiều hơn một khớp được cấp từ một nguồn chung. Quy luật này đáng được đọc như một kiến trúc điện chứ không phải một nhóm sản phẩm, bởi cùng một mô-đun xuất hiện ở nhiều loại máy.

Nền tảng dạng chân và dạng bánh chạy pin

Các nền tảng dạng chân và các đế di động dạng bánh mang năng lượng của chính chúng và phân phối nó cho nhiều khớp. Cả khoản tiết kiệm dòng điện trên một bó dây dùng chung lẫn tốc độ mà bus cao hơn mang lại ở khớp đều đáng có, và một chân đang giảm tốc trả năng lượng về chính bus đang cấp cho những khớp khác, đó là lý do khối pin cùng cách bố trí bảo vệ quanh nó là một phần của thiết kế chứ không phải điều nghĩ sau. Các mô-đun 48 V ở dải giữa và dải nặng của ma trận là những bộ thường được đưa vào danh sách rút gọn cho các trục hông và đầu gối, với cặp 6:1 phục vụ các khớp nhanh hơn, nhẹ hơn.

Tay máy cộng tác và thiết bị thao tác

Một tay máy cộng tác tập trung nhiều mô-đun vào một chuỗi động học ngắn, nơi khối lượng ở đầu xa bị tính phí lại ở mọi khớp phía trên nó. Khoản tiết kiệm dòng điện ở đây ít quan trọng hơn trần tốc độ, bởi chu kỳ làm việc của một tay máy bị việc bám quỹ đạo và vươn tới chi phối thay vì các pha giữ dài ở mô-men cao. Các mô-đun trục rỗng thay đổi kiến trúc bó dây của chuỗi đó bằng cách cho cáp đi xuyên qua các khớp thay vì vòng quanh chúng. Phép so sánh liên quan cho lớp máy này là Cần tìm gì ở động cơ BLDC cho cánh tay robot cộng tác.

Bộ xương ngoài và thiết bị phục hồi chức năng

Thiết bị đeo thêm một yêu cầu không xuất hiện trong hồ sơ bộ truyền động: khớp phải hành xử chấp nhận được khi bị một con người dẫn động ngược thay vì được ra lệnh. Điều đó khiến tỷ số và hành vi dẫn động ngược của mô-đun trở thành trọng tâm, đó là lý do dòng truyền động gần như trực tiếp 8:1 được đưa vào danh sách rút gọn cho lớp này bên cạnh đầu tỷ số thấp của dải AK, và là lý do quyết định về bus đi theo hành vi hướng tới người đeo chứ không dẫn dắt nó. Lựa chọn rộng hơn được trình bày trong Động cơ BLDC cho bộ xương ngoài: bộ mô-men không vỏ hay bộ truyền động tích hợp.

Thao tác di động và thiết bị hiện trường

Ở nơi một cỗ máy kết hợp một đế di động với một tay máy, bus phải phục vụ các khớp có kích cỡ và chu kỳ làm việc rất khác nhau từ một nguồn, và dòng điện mà khớp lớn nhất lấy vào định cỡ đường dẫn dùng chung. Đó là tình huống mà khoản tiết kiệm dòng điện của một bus cao hơn đáng giá nhất, và cũng là tình huống mà tập ràng buộc ở mục trước, từ cửa sổ đầu vào của driver qua khối pin và bộ sạc đến cách bố trí bảo vệ, phải được chốt trên toàn cỗ máy thay vì trong một mô-đun.

Câu hỏi thường gặp

Tài nguyên chính thức

CubeMars công bố một trang sản phẩm chính thức cho mỗi bộ truyền động với đầy đủ thông số, bản vẽ và tài liệu điều khiển, và các trang đó vẫn là nguồn chân lý cho mọi con số được dẫn ở đây - ví dụ trang sản phẩm AK70-10 KV100, trang sản phẩm AK80-64 KV80 và trang sản phẩm AKH70-48 V1.0 KV41. Những chi tiết mà một trang sản phẩm không mang, kể cả cửa sổ đầu vào cho phép của driver, các ngưỡng bảo vệ của nó và mức giảm định mức áp dụng dưới một chu kỳ làm việc cụ thể, nên được xác nhận với tài liệu hiện hành của nhà sản xuất trước khi một khối pin được chỉ định. Nền tảng này lưu giữ các giá trị đã công bố trong hồ sơ sản phẩm và giữ chúng ở trạng thái có thể khám phá và so sánh; nhà sản xuất vẫn là nguồn chân lý cho thiết kế.

Bước tiếp theo

Để lập danh sách rút gọn thay vì nghiên cứu, ba công cụ trên nền tảng làm việc này theo trình tự. Khám phá toàn bộ nhóm Bộ truyền động robot để xem mọi mẫu và thông số cạnh nhau, dùng Lựa chọn để lọc theo mô-men, điện áp và khối lượng, rồi đưa các phương án vào So sánh sản phẩm. Ở nơi một khớp phải tuân thủ theo thiết kế thay vì cứng, nhóm Bộ truyền động gần như trực tiếp là điểm dừng tiếp theo tự nhiên, và lập luận về tỷ số đằng sau dòng đó được trình bày trong Bộ truyền động gần như trực tiếp: tỷ số 8:1 mang lại gì.

Hai bài viết khác mang những phần của chủ đề này mà một quyết định về bus không giải quyết hết. Bộ truyền động robot: cách chọn bộ truyền động tích hợp cho khớp robot đi qua cấu trúc bên trong của một mô-đun tích hợp và các trục thông số quyết định một lựa chọn. Cách chọn mô-đun khớp: năm bộ truyền động CubeMars từ 190 g đến 1.4 kg đi theo cùng các mô-đun đó theo vị trí khớp, từ cổ tay đến hông chịu tải, và là tài liệu đi kèm phù hợp khi bản yêu cầu cơ khí đã chốt nhưng kích cỡ khớp thì chưa.

Bản tóm gọn: chốt chu kỳ làm việc của khớp trước, chốt lỗ xuyên trục và kích thước bao thứ hai, rồi quyết định bus từ con số mà chu kỳ làm việc thực sự đang thiếu. Bus 48 V mua lấy tốc độ và dư địa dòng điện, và để mô-men nguyên chỗ cũ, còn mọi thứ ngoài đó, từ cửa sổ driver đến khối pin, là một quyết định hệ thống nên được viết ra trước khi đặt mua phần cứng.