Cần tìm gì ở động cơ BLDC cho cánh tay robot cộng tác

Một cánh tay robot cộng tác chia sẻ không gian làm việc với con người, và chỉ ràng buộc đó thôi đã thay đổi những gì động cơ bên trong mỗi khớp phải làm. Một cánh tay công nghiệp có thể được chọn cỡ theo tải trọng và thời gian chu kỳ rồi được rào lại; còn một cánh tay cộng tác phải được chọn cỡ theo tải trọng, thời gian chu kỳ và một con người, điều này bổ sung giới hạn lực (force limitation), dẫn hướng bằng tay (hand guiding) và chế độ làm việc liên tục vào một bản thông số vốn đã phải thỏa mãn mô-men, tốc độ và kích thước. Những động cơ phù hợp với các khớp này là bộ không vỏ - một stato và một rôto không vỏ, không vòng bi và không tầng giảm tốc - bởi trong một cánh tay cộng tác, hình học khớp, tuyến đi cáp và hộp giảm tốc đều là những quyết định của bên tích hợp chứ không phải thuộc tính của động cơ. Vì vậy, việc chọn động cơ BLDC cho một cánh tay robot cộng tác đi từ khớp trở ngược ra: chế độ làm việc và tầng giảm tốc được nêu tên trước, còn mã sản phẩm được chốt sau cùng.

Trả lời nhanh

Một khớp cộng tác đòi hỏi ở động cơ ba điều mà một khớp công nghiệp không đòi hỏi. Khớp phải có thể bị đẩy bằng tay, điều này khiến mô-men khấc (cogging torque) thấp và quán tính rôto thấp trở nên quý giá. Khớp phải chạy suốt một ca làm việc thay vì một chu kỳ, điều này biến mô-men liên tục và dòng điện liên tục thành những con số làm việc thay vì con số đỉnh. Và khối lượng của khớp nằm trên một khâu mà một người có thể đang đứng cạnh, nên khối lượng ở đầu xa bị tính giá ở mọi khớp phía trên nó. Ở nơi bó dây phải đi ngang qua khớp, một lỗ xuyên qua trục loại bỏ hoàn toàn vòng dây dự phòng khỏi kích thước bao. Vì thế, một bộ truyền động cho cánh tay robot cộng tác được đánh giá theo cách nó hành xử ở mô-men nhỏ và trong chế độ làm việc dài, và chỉ sau đó mới theo con số đỉnh mà nó có thể đạt tới.

Trên ToBMS, ứng dụng Cánh tay robot cộng tác tập hợp các bộ và bộ truyền động tích hợp CubeMars phục vụ những khớp này. Hướng dẫn này đọc bảy bộ không vỏ - dòng RI và RO, từ bộ 20 g đến bộ 710 g - như một tập thông số, và trình bày tầng giảm tốc, thứ mà không hồ sơ nào trong số đó mang theo, như lựa chọn biến một động cơ nhỏ thành một khớp cộng tác.

Một khớp cộng tác đòi hỏi gì ở động cơ của nó

Những yêu cầu tách một cánh tay cộng tác khỏi một cánh tay công nghiệp không phải là những tính năng phụ gắn thêm vào cùng một bản thông số. Chúng thay đổi thứ tự viết bản thông số, bởi chúng chuyển ràng buộc quyết định ra khỏi thời gian chu kỳ và đặt vào cách hành xử ở mô-men thấp, cách hành xử trong chế độ làm việc dài, và cách hành xử của kết cấu mà động cơ được gắn vào. Đọc cùng nhau, chúng là điều tách động cơ BLDC cho một cánh tay robot cộng tác khỏi cùng lớp động cơ được chỉ định cho một ô công nghiệp bị rào kín.

Đường truyền tải chạy bên cạnh một con người, không phải sau hàng rào

Một cánh tay làm việc bên cạnh một con người phải có khả năng hoạt động ở chế độ giới hạn lực, trong đó mô-men nó có thể tác dụng bị chặn trên và mô-men đạt được phải được điều khiển chính xác ở những giá trị nhỏ. Với động cơ, điều đó có nghĩa là hai thuộc tính: mô-men nó tạo ra ứng với một dòng điện cho trước phải dự đoán được xuống tới những dòng điện nhỏ, và mô-men nó tạo ra khi hoàn toàn không có dòng điện - mô-men khấc - phải đủ nhỏ để một khớp được dẫn động qua hộp giảm tốc không bị giật hay kẹt khi được di chuyển chậm bằng tay. Một bộ không vỏ không có vỏ và không có vòng bi không thể giấu những thuộc tính đó sau một chuỗi bánh răng, nên chúng được đọc trực tiếp từ hồ sơ động cơ và từ cuộn dây cùng số cực.

Dẫn hướng bằng tay đòi hỏi một động cơ trung thực

Dạy bằng minh họa, tức việc một người di chuyển cánh tay theo một quỹ đạo và bộ điều khiển ghi lại, là một trong những lý do người ta mua cánh tay cộng tác. Việc một khớp có thể được dẫn động ngược (back-drive) hay không phần lớn do hộp giảm tốc quyết định - một tỷ số cao chống lại một lực đẩy từ bên ngoài - nhưng động cơ đóng góp quán tính rôto mà hộp giảm tốc phản chiếu ra đầu ra, chia cho bình phương của tỷ số, cùng mô-men khấc mà một người cảm nhận qua tầng giảm tốc. Quán tính rôto thấp và một cuộn dây êm khiến lực cản nhẹ và đều; một rôto lớn khiến nó có cảm giác nặng và mơ hồ. Trong bộ này, khối lượng rôto trải từ 20 g đến 710 g, và những bộ ở đầu nhỏ là những bộ mà một khớp dẫn hướng bằng tay có thể mang như một đóng góp trực tiếp cho cảm giác.

Chế độ làm việc là liên tục, không phải từng đợt

Một ô hàn chạy một chu kỳ ngắn, nhanh rồi chờ. Một cánh tay cộng tác khẳng định vị trí của mình bằng cách làm việc cùng một con người suốt một ca, và phần lớn thời gian đó là giữ một dụng cụ ở một vị trí hoặc di chuyển chậm chống lại một tải. Đó là một chế độ làm việc mang tính nhiệt chứ không phải động lực, và nó biến mô-men liên tục thành con số dùng để chọn cỡ khớp, còn con số đỉnh được để dành cho trạng thái quá độ ở đầu một chuyển động. Nó cũng biến dòng điện liên tục thành một con số của hệ thống, bởi một khớp đang giữ một tư thế dưới trọng lực vẫn tiêu thụ dòng điện và vẫn chuyển nó thành nhiệt trong cuộn dây. Một động cơ khớp robot được chọn chỉ theo thời gian chu kỳ là chọn sai chế độ làm việc, và sự thiếu hụt đó lộ ra dưới dạng một cuộn dây vượt khỏi cấp cách điện của nó trong một lần giữ dài.

Khối lượng của chính cánh tay là một phần của tải trọng

Một cánh tay cộng tác thường được định mức cho vài kilôgam tải trọng, và khối lượng của chính cánh tay lớn gấp nhiều lần con số đó. Mỗi gam động cơ và kết cấu vì thế đều được tăng tốc trong mọi chuyển động và bị trừ vào tải trọng hữu ích, và một động cơ đặt ở cổ tay lần lượt được cổ tay, khuỷu tay và vai tăng tốc. Mô-men trên một đơn vị khối lượng là con số nối ràng buộc này với hồ sơ động cơ, và nó phải được đọc với tầng giảm tốc trong đầu, bởi một động cơ nhẹ sau một tầng lớn tạo ra nhiều mô-men khớp trên mỗi gam hơn một động cơ nặng sau một tầng nhỏ. Đó là lý do so sánh dưới đây được thực hiện trên mỗi đơn vị khối lượng thay vì trên mỗi đơn vị mô-men.

Cách một hộp giảm tốc biến một động cơ nhỏ thành một khớp cobot

Tầng giảm tốc là giao diện giữa hồ sơ động cơ và yêu cầu của khớp, và nó ánh xạ mọi đại lượng phía động cơ sang phía khớp theo một cách cố định. Đọc hồ sơ động cơ mà không có ánh xạ đó là cách một bản thông số cuối cùng khớp trên giấy nhưng hành xử sai ở khớp.

Tỷ số thuộc về bên tích hợp, và không hồ sơ nào trong số này mang theo nó

Bảy hồ sơ được dùng trong hướng dẫn này chứa điện áp định mức, công suất định mức, mô-men định mức và mô-men đỉnh, dòng điện định mức và dòng điện đỉnh, tốc độ định mức và tốc độ không tải, khối lượng, đường kính ngoài, chiều dài trục, số cặp cực và KV; một số hồ sơ còn chứa một giá trị Ke và một phương pháp dẫn động. Không hồ sơ nào chứa tỷ số giảm tốc, giá trị độ rơ hay đường kính trục. Đó không phải là một lỗ hổng trong hồ sơ của nền tảng - những đại lượng đó thuộc về khớp mà bộ được lắp vào, và bên tích hợp chọn chúng. Đó cũng là lý do một dự án cánh tay cộng tác bắt đầu từ khớp thay vì từ mã sản phẩm: cùng một động cơ có thể phục vụ một trục cổ tay nhanh, mô-men thấp và một trục vai chậm, mô-men cao, và chỉ tầng giữa nó với tải là khác nhau.

Mô-men nhân với tỷ số, và tốc độ chia cho nó

Ở phía khớp của tầng giảm tốc, mô-men là mô-men động cơ nhân với tỷ số và với hiệu suất của tầng, còn tốc độ là tốc độ động cơ chia cho tỷ số. Hai hiệu ứng nữa đi theo tỷ số. Quán tính phản chiếu từ rôto ra đầu ra giảm theo bình phương của tỷ số, đó là lý do một tỷ số cao tạo ra một khớp dễ điều khiển và khó cảm nhận. Và mỗi tầng giảm tốc thêm vào tiêu tốn vài phần trăm công suất đi qua nó đồng thời đóng góp phần của riêng nó vào độ rơ, nên phép nhân là thật nhưng không miễn phí. Vì thế một bản thông số khớp phải nêu rõ tỷ số mà nó giả định, bởi một yêu cầu mô-men và một yêu cầu tốc độ không thể được đọc ra từ hồ sơ động cơ mà tách rời khỏi nó.

Một động cơ được ghi nhận sau hai tầng khác nhau

Phép tính dễ thấy nhất trên một bộ được ghi nhận. RI80 V2.0 KV75 nặng 411 g và công bố mô-men định mức 1.45 Nm và mô-men đỉnh 4.1 Nm, với 1135 rpm định mức và 1480 rpm không tải ở đầu ra trên nguồn 24 V - tức 6810 và 8880 độ mỗi giây trước khi lắp bất kỳ tầng nào. Sau một tầng 10:1, và coi phép tính là gần đúng, những con số đó trở thành khoảng 41 Nm mô-men đỉnh và 14.5 Nm mô-men định mức với tối đa 888 độ mỗi giây đầu ra không tải tại khớp; sau một tầng 50:1 chúng trở thành khoảng 205 Nm mô-men đỉnh và 72.5 Nm mô-men định mức với tối đa 178 độ mỗi giây đầu ra không tải. Cách bố trí thứ hai cho ra mô-men đỉnh phía khớp khoảng 205 Nm (suy ra từ mô-men đỉnh được công bố và một tỷ số giảm tốc giả định), nằm cùng bậc với 222 Nm được công bố cho một bộ truyền động tích hợp 1396 g - hai giá trị không được đo trên cùng một cơ sở, vì giá trị thứ nhất là con số phía động cơ được truyền qua một tỷ số còn giá trị thứ hai là con số được công bố cho một khớp đã lắp ráp, nên không nên so sánh trực tiếp. Động cơ chưa bằng một phần ba khối lượng đó, bởi mô-men đến từ tỷ số chứ không từ động cơ. Điều mà so sánh này không mang theo là độ rơ, độ cứng và công sức lắp ráp mà một hộp giảm tốc mang đến, và đó chính là những lý do khiến một bộ tích hợp được mua.

Bảy thông số quyết định động cơ khớp cobot

Bảy con số từ hồ sơ động cơ khớp robot mang theo quyết định, và đọc chúng theo thứ tự này, bởi mỗi con số thu hẹp những gì con số tiếp theo phải đáp ứng. Không con số nào trong bảy con số là một giá trị cực đại; mỗi con số là một phát biểu về cách hành xử, và đó chính là điều một ứng dụng cộng tác đang mua.

Mô-men liên tục, một phát biểu về nhiệt

Mô-men định mức là mô-men động cơ có thể giữ vô thời hạn với cuộn dây nằm trong cấp cách điện của nó, nên nó phụ thuộc vào cách nhiệt thoát khỏi stato - vào kết cấu mà stato được ép hoặc dán vào, và ra khỏi khớp. Trên bảy bộ này, mô-men định mức được công bố trải từ 0.024 Nm ở bộ 20 g đến 4 Nm ở bộ 710 g, một dải rộng hơn hai bậc độ lớn, và đó là con số nên được so với tải trung bình của khớp trong một ca thay vì so với trường hợp xấu nhất trong một chuyển động. Với một bộ truyền động cho cánh tay robot cộng tác, đó là ràng buộc quyết định trong phần lớn ngày làm việc, và đó là con số trong hồ sơ mà kết cấu xung quanh có thể thay đổi.

Mô-men đỉnh, một cửa sổ

Mô-men đỉnh mô tả những gì động cơ có thể tạo ra trong một khoảng thời gian ngắn mà không vượt giới hạn dòng của driver hay làm khử từ các nam châm. Tính từ hai cột được công bố, trong bộ này, bội số đỉnh trên định mức gần bằng ba với mọi bộ, khoảng từ 2.8 đến 3.0, một dải hẹp hơn so với dòng bộ truyền động tích hợp được liệt kê trên ToBMS cho thấy và có nghĩa là hai bộ có cùng mô-men định mức sẽ cho trạng thái quá độ gần như nhau. Cửa sổ đó vẫn phải được nhà sản xuất định nghĩa - dài bao lâu, thường xuyên đến đâu và với cách làm mát nào - trước khi có thể dùng nó để chọn cỡ bất cứ thứ gì.

Dòng điện liên tục, cái giá của một tư thế được giữ

Một khớp đang đứng yên dưới tải không hề nhàn rỗi theo quan điểm của cuộn dây: driver giữ vị trí bằng dòng điện trong các pha, và tổn thất đồng bằng đúng như khi di chuyển chậm. Dòng điện liên tục được công bố trong bộ này trải từ 1.47 A ở bộ nhỏ nhất đến 20 A ở bộ lớn nhất, và trên một cánh tay cộng tác, mức tiêu thụ đó được trả từ ngân sách nhiệt của bộ điều khiển và, trên một nền tảng di động, từ thời lượng pin. Trên một đế chạy pin, cùng mức tiêu thụ đó vừa là một con số về thời lượng vừa là một con số về nhiệt, bởi tư thế mà cánh tay giữ thường xuyên nhất chính là tư thế mà bộ pin phải trả giá.

KV và điện áp nguồn đằng sau tốc độ phía động cơ

KV là hằng số phía động cơ: tốc độ rôto quay trên mỗi vôn điện áp bus đặt vào, trước mọi giảm tốc. Nhân với điện áp nguồn định mức, nó cho tốc độ phía động cơ - 600 nhân 16 V cho 9600 rpm ở RI20 KV600, 260 nhân 24 V cho 6240 rpm ở RI30 KV260, và 115 nhân 48 V cho 5520 rpm ở RO60 KV115 Standard. Mối quan hệ giữa KV và tốc độ không tải còn phụ thuộc vào định nghĩa cuộn dây và các điều kiện thử nghiệm, nên tốc độ đầu ra không tải và định mức do nhà sản xuất công bố chính là những con số để thiết kế theo, và điện áp nguồn là một quyết định hệ thống phải được chốt trước khi lập danh sách rút gọn, vì bộ 20 g chạy ở 16 V còn những bộ lớn nhất chạy ở 48 V.

Đường kính ngoài, và lỗ đi kèm với nó

Đường kính ngoài quyết định bao nhiêu vật liệu stato và nam châm vừa bên trong khớp, và trên bảy bộ này nó trải từ 25 mm đến 113.5 mm. Trên một cánh tay cộng tác, đường kính thường là chiều khó hơn trong hai chiều kích thước bao, bởi tiết diện của một khâu bị cố định bởi kết cấu phải mang tải, trong khi chiều dài trục thường có thể được hấp thụ vào khâu. Đường kính cũng là nơi có lỗ xuyên. Phần mô tả tính năng của nhà sản xuất nêu một trục rỗng với lỗ Ø17 mm cho RI30 KV260 và một trục rỗng lớn cho RO50 KV108 Lite, RO60 KV115 Standard và RO100 KV55 Standard; ba bộ còn lại trong tập này không mang tính năng đó trong mô tả được công bố của chúng. Ở nơi một khớp phải cho dây nguồn và dây cảm biến đi xuyên qua trục của chính nó, lỗ xuyên chính là thứ loại bỏ cáp khỏi những bộ phận có thể hỏng, và trên động cơ BLDC cho một cánh tay robot cộng tác, đường kính và lỗ xuyên được đọc cùng nhau vì lý do đó.

Chiều dài stato và ngân sách trục

Chiều dài trục của những bộ này trải từ 14 mm đến 36.2 mm, và nó cạnh tranh không gian với tầng giảm tốc sẽ được bắt bu lông lên cùng một trục. Một kiểu dáng dài và mảnh vừa bên trong một khâu; một kiểu dáng ngắn và rộng nằm tốt hơn ở mặt ngoài của một giá đỡ. Vì hộp giảm tốc, cách bố trí vòng bi và encoder đều phải vừa trên cùng một đường tâm, ngân sách trục thường bị tiêu nhanh hơn bản phác thảo đầu tiên gợi ý, và một bộ dài 14 mm để lại nhiều ngân sách hơn một bộ dài 36 mm.

Khối lượng ở khâu xa gốc

Khối lượng là con số được đọc cuối cùng và là con số phải được đọc theo vị trí. Một động cơ ở cổ tay được mang theo trong mọi chuyển động của cánh tay, nên cái giá của nó bị trả ở mọi khớp giữa nó và đế, trong khi cùng khối lượng đó ở vai chỉ bị trả một lần. Mô-men đỉnh trên một đơn vị khối lượng được công bố trong bảy bộ này tăng từ khoảng 3.6 Nm/kg ở bộ 20 g lên khoảng 16.9 Nm/kg ở bộ 710 g, và mô-men định mức trên một đơn vị khối lượng từ khoảng 1.2 Nm/kg lên khoảng 5.6 Nm/kg - cả hai đều là phép tính từ các cột được ghi nhận, và cả hai đều thấp hơn đáng kể so với dòng bộ truyền động tích hợp được liệt kê trên ToBMS, bởi chưa có tầng giảm tốc nào được tính vào.

Bảy động cơ CubeMars RI và RO như một tập thông số

Bảng dưới đây đọc bảy bộ không vỏ CubeMars như một tập thông số, sắp theo khối lượng, bởi khối lượng là trục mà một cánh tay cộng tác được thiết kế theo: chiếc thang chạy từ một bộ 20 g cho trục bàn tay hay cổ tay đến một bộ 710 g cho trục vai hay trục gần đế. Mọi con số đều là giá trị được nhà sản xuất công bố, và mọi giá trị dẫn xuất trong phần văn bản xung quanh đều được ghi nhãn là phép tính.

Mô-men định mức và mô-men đỉnh, điện áp nguồn, khối lượng và bao thể theo công bố của nhà sản xuất. Mô-men định mức là con số liên tục trong giới hạn nhiệt của động cơ; mô-men đỉnh là con số của một cửa sổ ngắn. Hồ sơ của những bộ này không mang theo tỷ số giảm tốc, giá trị độ rơ hay đường kính trục, bởi những thứ đó thuộc về khớp mà bộ được lắp vào.

Đọc như một tập, bảy bộ mô tả một chiếc thang mô-men từ 0.072 Nm đến 12 Nm mô-men đỉnh được công bố trên một dải khối lượng từ 20 g đến 710 g, và - khác với dòng bộ truyền động tích hợp được liệt kê trên ToBMS, nơi thứ tự theo khối lượng ngừng bám theo mô-men ở trên tầm trung - thứ tự ở đây giữ đúng suốt cả dải. Mô-men đỉnh trên một đơn vị khối lượng tăng đều từ khoảng 3.6 Nm/kg ở bộ 20 g lên khoảng 16.9 Nm/kg ở bộ 710 g. Hình dạng đơn điệu đó là hệ quả của việc thiếu hộp giảm tốc: khi không có tầng nào trong các con số, thứ phân biệt những động cơ này là lượng vật liệu stato và nam châm mà mỗi bộ mang theo, và nó tỷ lệ với kích thước bao.

Điều thứ hai mà bảng cho thấy là mật độ mô-men của một bộ trần thấp hơn nhu cầu của một khớp bao xa. Mọi con số trong đó đều là con số phía động cơ, còn mọi yêu cầu của khớp là yêu cầu phía đầu ra, nên tỷ số giữa hai bên chính là tầng mà bên tích hợp chưa chọn. Đó là lý do một bộ 20 g có thể dẫn động một trục cổ tay và một bộ 710 g có thể dẫn động một trục vai: không phải vì động cơ lớn hơn về cơ bản là tốt hơn, mà vì tầng đằng sau mỗi bộ được chọn cỡ theo khớp. Một danh sách rút gọn lập từ bảng này vì thế là một danh sách những động cơ có thể chịu được yêu cầu mô-men, tốc độ và nhiệt của một khớp một khi một tầng đã được giả định, và tầng đó phải được giả định trước khi lập danh sách rút gọn. Một so sánh động cơ BLDC cho một cánh tay robot cộng tác mà bỏ qua bước đó là đang so các con số phía động cơ với một yêu cầu phía khớp.

Điều thứ ba mà bảng cho thấy là điện áp nguồn thay đổi theo kích thước như thế nào. Bộ nhỏ nhất chạy ở 16 V và bộ lớn nhất ở 48 V, và RI50 KV100 cùng RI80 V2.0 KV75 công bố tốc độ định mức và tốc độ không tải cho từng mức 24 V, 36 V và 48 V - 1090, 1860 và 2600 rpm định mức cho RI50, và 2004, 3006 và 4008 rpm không tải cho cùng bộ. Những hồ sơ ba điểm đó khiến ảnh hưởng của bus hiện ra trong một hàng, và chúng là lý do quyết định điện áp hệ thống thuộc về trước khi so sánh động cơ chứ không phải sau đó. Một kiến trúc 48 V và một kiến trúc 24 V chọn khác nhau từ cùng một bảng.

Đọc bảy bộ từ cổ tay đến đế

Một cánh tay cộng tác là một chuỗi từ các trục đầu xa gốc ở bàn tay và cổ tay đến vai và đế, và yêu cầu dịch chuyển dọc theo chuỗi đó: mô-men tăng, ngân sách khối lượng tăng, còn tốc độ cần ở khớp giảm. Bảy bộ dưới đây chia chuỗi đó thành ba nhóm, và cách chia đi theo khối lượng được công bố.

Đầu 20 g và 40 g: trục bàn tay và cổ tay

Hai bộ nhỏ nhất đảm nhận những nhiệm vụ mô-men thấp, tốc độ cao. RI20 KV600 nặng 20 g trong bao thể đường kính 25 mm, dài 14.5 mm, quay trên nguồn 16 V với mô-men định mức 0.024 Nm và mô-men đỉnh 0.072 Nm, và công bố dòng điện liên tục 1.47 A cùng tốc độ định mức 7452 rpm và tốc độ không tải 9600 rpm trên 7 cặp cực. KV cao và bao thể nhỏ của nó phù hợp với một trục phải di chuyển nhanh và mang rất ít, mà trong một cánh tay cộng tác nghĩa là một bàn tay hay một khớp xoay cổ tay được dẫn động qua một tầng lớn. RI30 KV260 là cùng ý tưởng đó với nhiều vật liệu hơn và một cuộn dây chậm hơn: 40 g trong bao thể đường kính 38 mm, dài 14 mm, mô-men định mức 0.076 Nm và mô-men đỉnh 0.23 Nm trên 24 V, dòng điện liên tục 1.98 A, tốc độ định mức 4110 rpm và tốc độ không tải 6240 rpm, và mô tả của nhà sản xuất nêu một trục rỗng Ø17 mm để đi cáp. Lỗ xuyên đó chính là thứ khiến nó dùng được ở một cổ tay, nơi bó dây phải đi ngang qua trục, và nó là tính năng tách nó khỏi RI20.

Tầm giữa 105 g đến 248 g: trục cẳng tay và khuỷu tay

Phần giữa của tập là nơi các khớp cẳng tay và khuỷu tay nằm, và đó là phần của một cánh tay cộng tác nơi tải trọng và khối lượng của chính cánh tay gần nhau nhất về độ lớn. RO50 KV108 Lite là lựa chọn hữu ích nhẹ nhất với 105 g trong bao thể đường kính 61.7 mm, dài 14.5 mm, và nó tạo ra mô-men định mức 0.3 Nm và mô-men đỉnh 0.9 Nm trên 24 V với tốc độ định mức 2100 rpm và đầu ra không tải 2600 rpm, dòng điện liên tục 3.4 A và 14 cặp cực; mô tả tính năng của nó nêu một trục rỗng lớn và hồ sơ của nó nêu FOC là phương pháp dẫn động. RI50 KV100 nặng 180.8 g trong bao thể đường kính 54 mm, dài 27 mm và nhận 24 V, 36 V hoặc 48 V, tạo ra mô-men định mức 0.58 Nm và mô-men đỉnh 1.67 Nm ở dòng điện liên tục 4.8 A; hồ sơ tốc độ ba điểm của nó là hàng hữu ích nhất trong bảng để lập kế hoạch điện áp bus. RO60 KV115 Standard chuyển lên 248 g trong bao thể đường kính 73.8 mm, dài 23 mm cho mô-men định mức 0.8 Nm và mô-men đỉnh 2.4 Nm trên 48 V, với tốc độ định mức 4200 rpm, không tải 5520 rpm, dòng điện liên tục 8.5 A, 14 cặp cực và một trục rỗng lớn được nêu trong mô tả tính năng của nó. Điều ba bộ này chia sẻ là một lỗ xuyên qua trục và đủ mô-men liên tục để giữ một cẳng tay cộng một tải trọng chống lại trọng lực mà không tiêu vào dự trữ quá độ - chế độ làm việc mà một khuỷu tay cộng tác chạy trong phần lớn một ca.

Đầu 411 g và 710 g: trục vai và trục gần đế

Phần trên cùng của bảng dành cho những khớp mang cả cánh tay. RI80 V2.0 KV75 nặng 411 g trong bao thể đường kính 85 mm, dài 27 mm và nhận 24 V, 36 V hoặc 48 V, tạo ra mô-men định mức 1.45 Nm và mô-men đỉnh 4.1 Nm với dòng điện liên tục 9.4 A, tốc độ định mức 1135, 1785 và 2430 rpm cùng không tải 1480, 2220 và 2960 rpm trên ba mức điện áp, trên 8 cặp cực, với FOC được nêu trong hồ sơ. RO100 KV55 Standard là bộ lớn nhất ở đây với 710 g trong bao thể đường kính 113.5 mm, dài 36.2 mm, và tạo ra mô-men định mức 4 Nm và mô-men đỉnh 12 Nm trên 48 V với tốc độ định mức 2000 rpm và đầu ra không tải 2550 rpm, dòng điện liên tục 20 A, 21 cặp cực và một trục rỗng lớn được nêu trong mô tả tính năng của nó. KV thấp 55 của nó chính là điều một khớp vai muốn: ở một điện áp bus cho trước, rôto quay chậm hơn với nhiều mô-men hơn trên mỗi ampe, đó là cách bố trí giữ dòng điện liên tục, và do đó tổn thất đồng, ở mức thấp trên một trục dành cả vòng đời để giữ cánh tay lên. RI80 V2.0 KV75 có mô-men đỉnh gấp khoảng 2.8 lần mô-men định mức, và dòng điện đỉnh 27.6 A của nó gấp khoảng 2.9 lần dòng điện định mức 9.4 A; RI20 KV600 mang mục Ke song song với KV và điện áp nguồn trong cùng một hồ sơ. Các điều kiện thử nghiệm đằng sau những con số này không được nêu trong hồ sơ, nên khi rà soát thông số nên xác nhận định nghĩa và cửa sổ chế độ làm việc của chúng với nhà sản xuất.

Cánh tay tự dựng, tay máy di động và ô phòng thí nghiệm

Mọi bộ trong bảng này đều được liên kết trên ToBMS với cùng một ứng dụng, điều này phản ánh chế độ làm việc hẹp đến mức nào: ứng dụng Cánh tay robot cộng tác bao quát những cỗ máy có các khớp được dựng quanh một không gian làm việc chia sẻ thay vì quanh một ô bị rào kín. Ba bối cảnh dưới đây là nơi tập này thường được dùng đến nhất, và là nơi một bộ truyền động cho cánh tay robot cộng tác phải biện minh cho khối lượng của nó.

Cánh tay cộng tác được chế tạo và lắp ráp

Ở nơi cánh tay được dựng từ các khâu, vòng bi và một hộp giảm tốc thay vì được mua như một mô-đun khớp, động cơ được chọn cuối cùng và tầng giảm tốc được chọn trước, và bảy hồ sơ ở trên là đầu vào cho lựa chọn đó. Mẫu hình xuất hiện thường xuyên nhất là một bộ nhỏ ở cổ tay để có tốc độ và khối lượng nhẹ, một bộ tầm trung ở khuỷu tay để giữ mô-men và đi cáp, và một bộ KV thấp ở vai để có mô-men liên tục ở dòng điện thấp. Một cánh tay robot cộng tác được dựng theo cách này có độ rơ, độ cứng và công sức lắp ráp phân bố trên ba hộp giảm tốc trở lên, đó là sự đánh đổi mà một bên chế tạo chấp nhận để đổi lấy quyền kiểm soát hình học khớp.

Tay máy di động (mobile manipulator) và nền tảng kiểm tra

Đặt một cánh tay lên một đế di động thay đổi ngân sách khối lượng nhiều hơn mọi quyết định khác. Đế phải mang cánh tay, cánh tay phải mang tải trọng, và cả chuỗi chạy bằng pin, nên dòng điện liên tục trở thành một con số về thời lượng pin cũng như về nhiệt. Một bộ KV thấp ở vai tiêu thụ ít dòng điện hơn trên mỗi đơn vị mô-men giữ so với một bộ KV cao được yêu cầu làm cùng công việc qua một tầng khác, và một bộ có lỗ xuyên giữ bó dây tránh xa những bộ phận chuyển động. Lý lẽ tương tự áp dụng cho một cánh tay robot cộng tác gắn trên một nền tảng kiểm tra, nơi cánh tay là một phụ kiện của một cỗ máy vốn đã có bài toán khối lượng riêng.

Ô phòng thí nghiệm, bàn dạy học và phần cứng nghiên cứu

Phần cứng nghiên cứu và giảng dạy được dựng để có thể gắn thiết bị đo và dựng lại, nên nó ưu tiên những bộ mà cách hành xử có thể được dự đoán từ hồ sơ mà không cần một chiến dịch thử nghiệm: một cuộn dây êm, một dòng điện liên tục được công bố, và một khối lượng đủ nhỏ để cánh tay có thể được di chuyển bằng tay nhằm kiểm tra một bộ điều khiển. Những hệ được dạy bằng minh họa cũng cần lực cản của khớp thấp và đều, đó là ràng buộc khiến mô-men khấc và quán tính rôto trở thành những con số cần đọc trước tiên khi một cánh tay được lắp ráp cho một phòng thí nghiệm thay vì cho một ô sản xuất.

Một trình tự chọn cỡ cho một khớp cobot

Ba bước, theo thứ tự này, và thứ tự quan trọng hơn chi tiết bên trong bất kỳ bước nào, bởi mỗi bước thu hẹp những gì bước tiếp theo phải cân nhắc.

Chốt mô-men liên tục và chế độ làm việc trước tiên

Xác lập mô-men mà khớp giữ ở tư thế cánh tay dành phần lớn thời gian, cộng thêm mô-men cần để tăng tốc khâu và tải trọng trong một chuyển động, và ước lượng phần nào của một ca được dành cho mỗi trường hợp. Con số thứ nhất chọn cỡ trường hợp nhiệt và do đó là mô-men định mức; con số thứ hai chọn cỡ tuyên bố đỉnh; và tỷ số giữa chúng quyết định bao nhiêu dự trữ đỉnh được dùng cho trọng lực và bao nhiêu còn lại cho trạng thái quá độ. Không điều gì về mẫu mã có thể được quyết định trước bước này, bởi cùng một mô-men khớp có thể đạt được bằng một bộ nhỏ sau một tầng lớn hoặc một bộ lớn sau một tầng nhỏ, và hai cách bố trí hành xử khác nhau khi một người đẩy cánh tay.

Chốt nguồn, lỗ xuyên và kích thước bao lắp đặt thứ hai

Điện áp bus đi theo kiến trúc nguồn của cỗ máy chứ không theo động cơ, nên nó phải được coi là một ràng buộc cố định: trong tập này, nguồn trải từ 16 V ở bộ nhỏ nhất đến 48 V ở bộ lớn nhất, và một bộ định mức 48 V không thể dùng trên một nền tảng 16 V dù mô-men của nó khớp tốt đến đâu. Kích thước bao đi theo khâu - đường kính ngoài trước, rồi chiều dài trục - và ở nơi bó dây phải đi ngang qua khớp, lỗ xuyên là một phần của cùng quyết định đó. Một danh sách rút gọn vượt qua hai bộ lọc này thường đủ ngắn để so sánh cho tử tế.

Hỏi nhà sản xuất những con số mà hồ sơ bỏ sót

Những hồ sơ được công bố cho lớp bộ này mạnh về mô-men, tốc độ, khối lượng và kích thước bao, và mỏng hơn về những con số quyết định cách một khớp hành xử thay vì cách một động cơ hoạt động. Bộ câu hỏi để mang đến nhà sản xuất thì ngắn và cụ thể.

• Tỷ số giảm tốc và độ rơ mà khớp sẽ thực sự mang, và ai sở hữu thông số đó - đó là một quyết định tích hợp chứ không phải một con số của động cơ.
• Cửa sổ chế độ làm việc gắn với con số mô-men đỉnh: dài bao lâu, thường xuyên đến đâu và với cách làm mát nào.
• Liệu dòng điện liên tục có được nêu cho cách bố trí lắp đặt mà khớp dùng hay không, bởi đường tản nhiệt chính là kết cấu.
• Với RI80 V2.0 KV75, các điều kiện thử nghiệm và cửa sổ chế độ làm việc đằng sau con số dòng điện đỉnh - hồ sơ ghi dòng điện đỉnh 27.6 A, gấp khoảng 2.9 lần dòng điện định mức 9.4 A.
• Với RI20 KV600, các điều kiện đo lường đằng sau mục Ke - hồ sơ ghi công suất định mức 18 W, và Ke, KV cùng điện áp nguồn đều xuất hiện trong bảng thông số.
• Một phương pháp dẫn động được nêu tên và một đường kính trục cho những bộ mà hồ sơ không nêu.

Ở nơi một con số vắng mặt trong hồ sơ, nó thuộc về biên dự trữ thiết kế thay vì một giả định, và đánh giá đó cần được viết ra trước khi đặt hàng khớp.

Câu hỏi thường gặp

Tài nguyên chính thức

CubeMars công bố tài liệu sản phẩm cho các bộ không vỏ được tập hợp trong mục Tài liệu của nền tảng, và mỗi mẫu có một trang chính thức mang theo thông số đầy đủ, đường cong hiệu năng và bản vẽ lắp đặt - dải sản phẩm của nhà sản xuất là điểm vào, và bảy bộ trong hướng dẫn này được ghi tài liệu riêng, bao gồm RI80 V2.0 KV75 và RO100 KV55 Standard. Nhà sản xuất vẫn là nguồn chuẩn xác cho đường cong mô-men, định mức nhiệt, cơ sở độ rơ và cấu hình driver; ToBMS giữ lớp khám phá sản phẩm ở dạng có thể tìm kiếm và so sánh, và các con số dùng trong hướng dẫn này là những giá trị được công bố được lưu trong hồ sơ sản phẩm của nền tảng.

Bước tiếp theo

Bài tương ứng ở cấp nhóm sản phẩm của hướng dẫn này là Động cơ mô-men xoắn không vỏ: chọn bộ stator và rotor cho khớp robot, đọc các dòng RI và RO như những linh kiện và so sánh mười hai bộ, và Cách chọn mô-đun khớp: năm bộ truyền động CubeMars từ 190 g đến 1.4 kg, lấy khớp đã lắp ráp làm đơn vị thiết kế. Hướng dẫn này thay vào đó bắt đầu từ không gian làm việc chia sẻ: nó đi đến cùng lớp động cơ bằng con đường giới hạn lực, dẫn hướng bằng tay và chế độ làm việc liên tục, đó là con đường nên đi khi câu hỏi là một cánh tay robot cộng tác cần gì thay vì bộ nào lớn hơn. Việc thu hẹp lựa chọn động cơ BLDC cho một cánh tay robot cộng tác trong một dự án mới đi theo cùng thứ tự đó.

Hai lộ trình lân cận đáng đi theo ở nơi kiến trúc thay đổi. Ở nơi lựa chọn là giữa một bộ trần và một mô-đun kín, Động cơ BLDC cho bộ xương ngoài: bộ mô-men không vỏ hay bộ truyền động tích hợp trình bày so sánh đó trực tiếp đối chiếu với dải Bộ truyền động robot. Ở nơi khớp thuộc về một nền tảng chân hoặc hình người thay vì một cánh tay, Động cơ BLDC cho robot hình người: cách khớp mô-men, tốc độ và kích thước đi qua cùng sự đánh đổi dọc theo một chuỗi khớp cũng phải cân bằng.

Để có bối cảnh rộng hơn về cách các lớp động cơ liên hệ với nhau, Động cơ BLDC: hướng dẫn đầy đủ về chủng loại, thông số và cách chọn đặt bộ không vỏ vào giữa những nhóm khác. Để lập danh sách rút gọn thay vì nghiên cứu, hãy lọc các ứng viên theo mô-men, điện áp, khối lượng và bao thể trong Lựa chọn rồi đặt chúng cạnh nhau trong So sánh sản phẩm; các lớp khớp liên quan được nhóm trong những ứng dụng Mô-đun khớp, Robot hình người, Bộ xương ngoài, Robot bốn chân và Robot phục hồi chức năng của nền tảng. Nhóm Động cơ mô-men xoắn không vỏ chứa bảy bộ được so sánh ở đây, và trang CubeMars tập hợp phần còn lại của dải.