Động cơ BLDC cho bộ xương ngoài: bộ mô-men không vỏ hay bộ truyền động tích hợp

Các thiết kế động cơ BLDC cho bộ xương ngoài đều rơi vào một trong hai hướng, và ngã rẽ đến sớm. Hoặc khớp được lắp ráp quanh một động cơ mô-men xoắn không vỏ - một stato và một rôto được cung cấp thành hai chi tiết riêng, không vỏ, không vòng bi và không phản hồi - hoặc nó được dựng quanh một bộ truyền động tích hợp đến nơi đã kín, đã có giảm tốc và sẵn sàng bắt bu lông. Hai hướng dùng những cỗ máy không chổi than rất giống nhau ở bên trong, nhưng chúng không thể thay thế cho nhau trong một buổi đánh giá thiết kế. Một hướng đặt kết cấu khớp, việc chọn vòng bi, encoder và driver về phía đội ngũ kỹ thuật; hướng kia đặt chúng vào bên trong một mô-đun hoàn chỉnh do nhà sản xuất thiết kế. Hướng dẫn này đặt hai kiến trúc cạnh nhau trên những yêu cầu thực sự làm thay đổi quyết định cho một khớp đeo được - khối lượng ở chi, độ cứng, đường tản nhiệt, kích thước bao và công sức tích hợp - với bảy mẫu đã ghi nhận trải từ 105 g đến 710 g ở phía không vỏ và từ 260 g đến 570 g ở phía tích hợp.

Phần so sánh dưới đây cố ý trộn những sản phẩm không được đo ở cùng một phía của hộp giảm tốc, bởi chính sự lệch pha đó là quyết định. Mọi con số trong bài viết này đều lấy từ thông số đã công bố của nhà sản xuất như được lưu trong hồ sơ sản phẩm ToBMS của mẫu đó, ngoại trừ các quy đổi đơn vị và phép tính mật độ, vốn được ghi nhãn là giá trị dẫn xuất ở nơi chúng xuất hiện. Không có gì ở đây được ước lượng, và khi một giá trị không được ghi nhận thì nó được nêu là thiếu thay vì được điền vào.

Trả lời nhanh

Với một mẫu thử đeo được đầu tiên, một bộ truyền động tích hợp thường nhanh hơn và thường là hệ thống tổng thể nhẹ hơn. AKE60-8 KV80 nặng 260 g và cung cấp mô-men định mức 5 Nm cùng mô-men đỉnh 12.5 Nm qua một tầng 8:1, tức nhiều mô-men định mức hơn mức mà một động cơ không vỏ 710 g tự tạo ra. Không phải thiết kế gì quanh nó: hộp giảm tốc, bộ vòng bi và driver đều nằm bên trong vỏ.

Một bộ không vỏ thắng khi ràng buộc là hình học chứ không phải mô-men. Nếu đầu ra của khớp phải chính là khớp - một truyền động trực tiếp ở hông, không hộp giảm tốc và do đó không độ rơ - thì một RO100 KV55 với mô-men định mức 4 Nm hoàn toàn không cần hộp số. Nếu một bó dây phải đi xuyên qua trục, hoặc stato phải được bắt bu lông vào một khâu đồng thời đóng vai trò tản nhiệt, hoặc vỏ và chi là cùng một chi tiết đã gia công, thì bộ không vỏ là hướng duy nhất cho phép điều đó. Cái giá là công sức kỹ thuật và một thiết kế vòng bi cùng encoder mà nay đội ngũ phải tự chịu.

Mỗi hướng đi thực sự mang lại gì

Đường phân chia không nằm ở động cơ. Cả hai hướng đều dùng máy không chổi than ba pha dưới điều khiển định hướng trường, và cả hai đều lấy từ cùng một nguồn stato quấn tay. Điều khác biệt là những phần nào của một cơ cấu khớp hoàn chỉnh có mặt trong hộp.

Một bộ không vỏ là một stato, một rôto và không gì ở giữa

Một động cơ mô-men xoắn không vỏ được giao dưới dạng hai cụm rời. Stato mang cuộn dây và lá thép, và được gắn vào bất kỳ kết cấu nào mà nhà thiết kế cung cấp; rôto mang nam châm và được gắn lên một trục mà nhà thiết kế cũng phải cung cấp. Không có vỏ, không có mặt bích đầu ra, không có bộ vòng bi, không có encoder và không có điện tử driver. Đổi lại, bộ này loại bỏ mọi giao diện mà nếu không nhà sản xuất sẽ phải thỏa hiệp. Một trục rỗng lớn có sẵn để đi cáp - RI30 KV260 mang một lỗ 17 mm trong thân 38 mm - và mặt lắp, đường tản nhiệt cùng chiều dài trục đều trở thành biến số thiết kế thay vì điều đã định.

Một bộ truyền động tích hợp đến nơi đã lắp ráp và kín

Một bộ truyền động tích hợp là cách bố trí ngược lại. Một động cơ, một tầng giảm tốc hành tinh, một thiết bị phản hồi và một bo mạch driver được lắp vào một vỏ duy nhất với một giao diện đầu ra xác định và một đầu nối điện xác định. AK80-6 KV100 là một ví dụ rõ: giảm tốc 6:1, mô-men định mức 6 Nm và mô-men đỉnh 12 Nm, công suất định mức 340 W ở 48 V, tất cả trong một thân 98 mm × 38.5 mm nặng 485 g, với độ rơ được ghi là 0.22. Giá trị của nó không nằm ở bất kỳ con số đơn lẻ nào trong danh sách đó; mà ở chỗ toàn bộ cụm là một mã linh kiện với một bố cục lắp và một bộ dữ liệu thử nghiệm.

Những bộ phận mà cả hai chiếc hộp đều không chứa

Không hướng nào tự nó đã hoàn chỉnh, và các khoảng trống mang tính hệ thống. Hướng không vỏ để đội ngũ kỹ thuật thiết kế vòng bi, cách gắn encoder, mối lắp rôto-vào-trục, vỏ, đường làm mát và toàn bộ chuỗi truyền động - đó là phần việc mà một nhà sản xuất động cơ giảm tốc thường nhận. Hướng tích hợp buộc đội ngũ chấp nhận độ rơ của nhà sản xuất, tuổi thọ vòng bi của nhà sản xuất, mức giảm định mức nhiệt của nhà sản xuất và kích thước bao của nhà sản xuất, rồi thiết kế chi xoay quanh chúng thay vì ngược lại. Ở nơi một thiết kế có không gian hướng kính quanh khớp hẹp, hoặc cần một độ trong suốt mô-men mà một tầng hành tinh không thể mang lại, thì khoảng trống thứ hai trở thành khoảng trống quyết định.

Năm yêu cầu quyết định hướng đi

Các bảng thông số của hai dòng sản phẩm trông giống nhau và trả lời những câu hỏi khác nhau. Trong công việc đeo được, năm yêu cầu luôn tách chúng ra.

Khối lượng ở nơi người đeo thực sự cảm nhận

Khối lượng không gây cùng một cái giá ở mọi khớp. Trên một trang ứng dụng bộ xương ngoài, cùng một con số mô-men danh nghĩa xuất hiện ứng với những mẫu có khối lượng rất khác nhau, và khác biệt đó không phân bố đều: một gam mang ở hông được thân người đỡ, còn đúng gam đó ở phía xa đầu gối lại được tăng tốc và giảm tốc theo từng bước. Đây là lý do đầu nhẹ của dải không vỏ quan trọng hơn mức các con số mô-men của nó gợi ý. RO50 KV108 Lite nặng 105 g và RI30 KV260 nặng 40 g, và cả hai đều không mang hộp giảm tốc, bộ vòng bi hay driver vào khớp.

Độ cứng, độ rơ và cảm giác của khớp

Một khớp không vỏ truyền động trực tiếp không có ăn khớp bánh răng, nên nó không tự đưa vào độ rơ nào. Một bộ truyền động tích hợp mang theo độ rơ của tầng hành tinh, và các giá trị được ghi trong dải này chạy từ 0.15 đến 0.22. Độ rơ trong một khớp đã mòn xuất hiện như độ trễ giữa biên dạng hỗ trợ được yêu cầu và điều người đeo cảm nhận, và nó làm phức tạp mọi luật điều khiển ước lượng mô-men đầu ra từ sai số vị trí. Nó còn nằm dưới một hiệu ứng tinh tế hơn: một tầng giảm tốc nhân quán tính rôto lên khoảng bình phương của tỷ số ở đầu ra, nên một mô-đun có giảm tốc phản hồi quán tính nhiều hơn một khớp truyền động trực tiếp có cùng mô-men đầu ra, và quán tính phản hồi là một trong những số hạng quyết định khớp có cảm giác trong suốt đến đâu.

Nhiệt từ cuộn dây đi đâu

Mô-men liên tục là một phát biểu về nhiệt, và đường tản nhiệt khác nhau rõ rệt giữa hai hướng. Một stato không vỏ thường được bắt bu lông trực tiếp vào một khâu kim loại, nên kết cấu chi trở thành một phần của bộ tản nhiệt; mô-men định mức của nhà sản xuất giả định những điều kiện mà nhà thiết kế phải tái tạo lại. Một bộ truyền động kín tản nhiệt qua chính vỏ của nó vào bất cứ thứ gì nó được gắn lên, điều này tiện nhưng cố định. Trong một thiết bị đeo được, bài toán nhiệt còn phức tạp hơn vì khớp thường bị quần áo hoặc một đai quấn che phủ. Một con số đỉnh mô tả một trạng thái quá độ chứ không phải một trường hợp giữ, và một chu kỳ làm việc hỗ trợ tư thế có thể đòi mô-men định mức trong nhiều phút liền.

Không gian hướng kính so với không gian trục

Hai hướng thất bại theo những phương hình học khác nhau. Các mẫu rôto trong trong dải này - trong đó có RI50 KV100 và RI80 V2.0 KV75 - mang rôto bên trong stato, nên chiều dài trục do chiều dài stato quyết định và kích thước hướng kính do đường kính thân quyết định; chính cơ cấu, chứ không phải động cơ, quyết định cụm sâu đến đâu. Các mô-đun kín hầu như đều có dạng bánh dẹt, với tầng giảm tốc xếp chồng trên trục động cơ, và dòng AKE có chiều dài trục từ 25 mm đến 43.5 mm ứng với đường kính từ 69 mm đến 107.5 mm. Một khớp được gắn ngang bên cạnh trục giải phẫu - vốn là cách bố trí thông thường ở đầu gối và hông - rất hợp với hình dạng đó, còn một vỏ hẹp và sâu thì không.

Những gì được chuyển về nội bộ

Yêu cầu cuối cùng hiếm khi được viết ra và thường quyết định kết quả. Một bộ truyền động tích hợp chuyển một thiết kế cơ khí, một lần chọn vòng bi, một lần gắn encoder và một gói điện tử driver ra khỏi dự án và vào tay nhà sản xuất. Một bộ không vỏ chuyển cả bốn thứ vào trong, cùng với chúng là cân bằng rôto, mối lắp trục, căn chỉnh encoder và trách nhiệm về những gì cụm làm ở nhiệt độ. Với một mẫu thử duy nhất, cột thứ hai rất tốn kém; ở quy mô sản lượng, hoặc khi hình học khớp chính là sản phẩm, nó có thể là cách duy nhất để đạt mục tiêu.

Bộ không vỏ và bộ truyền động tích hợp đặt cạnh nhau

Bảng này tập hợp bảy mẫu đã ghi nhận từ hai kiến trúc, sắp theo khối lượng. Các giá trị mô-men và khối lượng đúng như đã công bố trong từng hồ sơ sản phẩm ToBMS.

Bốn bộ không vỏ được liệt kê trong nhóm Động cơ mô-men xoắn không vỏ của ToBMS; ba bộ kín nằm trong Bộ truyền động robot và Bộ truyền động gần như trực tiếp. Cột Tỷ số giảm tốc được để trống với các bộ không vỏ vì tỷ số giảm tốc không phải là thuộc tính của động cơ - nó là tầng mà nhà thiết kế bắt vào. Không có giá trị công suất định mức nào được ghi cho các mẫu AKE trong hồ sơ ToBMS, nên ở đây không nêu giá trị nào. Kích thước bao được nêu trong phần văn bản thay vì trong bảng để giữ số cột dễ đọc.

Mẫu hình đầu tiên chính là điều mà bài viết này tồn tại để nói rõ. Đọc bảng theo khối lượng từ trên xuống, mô-đun kín 260 g tạo ra mô-men định mức nhiều hơn hai động cơ trần 411 g và 710 g ở trên và dưới nó. Đó không phải là một khẳng định về chất lượng động cơ; đó là điều mà một tầng giảm tốc làm. Mô-men định mức của một động cơ không vỏ là con số ở trục động cơ, còn mô-men định mức của một mô-đun kín là con số ở trục đầu ra được đo sau hộp số. Hai con số nằm ở hai phía của một tỷ số và không thể so sánh nếu không nói rõ đang nêu phía nào.

Mẫu hình thứ hai là sự chia tách về điện áp. Ba mẫu nhẹ nhất ghi một điện áp duy nhất - 24 V cho RO50 KV108 Lite, RI50 KV100 ở mức định mức cơ sở của nó và AKE60-8 KV80 - và chỉ có RI50 KV100 cũng nhận 36 V và 48 V. Từ 485 g trở lên, mọi mẫu trong bảng đều ghi 48 V, và đó là con số quyết định bộ pin chứ không phải động cơ. Với một thiết bị đeo được, điều này thường được chốt sớm, vì nó đi theo hóa học pin và bộ đầu nối đã được chọn cho trang phục chứ không phải theo động cơ.

Mẫu hình thứ ba là mức độ ít khác biệt giữa các động cơ trần về tốc độ đầu ra. Các mẫu không vỏ ở đây ghi tốc độ định mức từ 1090 rpm đến 2100 rpm trước mọi giảm tốc, trong khi các mẫu kín ghi từ 150 rpm đến 603 rpm sau giảm tốc của chúng. Tốc độ tại khớp, không phải tại trục động cơ, mới là con số khớp với tài liệu cơ sinh học, và nó chỉ có sẵn ở phía không vỏ sau khi tỷ số giảm tốc đã được chọn.

Cách đọc so sánh này một cách công bằng

Có ba đại lượng thường được nêu trên cả hai kiến trúc như thể chúng có cùng ý nghĩa. Chúng không như vậy, và mỗi đại lượng đều làm đảo thứ hạng khi tách các định nghĩa ra.

Mô-men trên kilôgam là hai đại lượng khác nhau

Chia mô-men định mức cho khối lượng cho ra một con số trông có vẻ so sánh được trên toàn bảng nhưng thực tế thì không. Ở phía động cơ của tỷ số, các giá trị ghi nhận được khoảng 2.9 Nm/kg cho RO50 KV108 Lite, 3.2 Nm/kg cho RI50 KV100, 3.5 Nm/kg cho RI80 V2.0 KV75 và 5.6 Nm/kg cho RO100 KV55. Ở phía đầu ra, cùng phép tính cho khoảng 19 Nm/kg định mức cho AKE60-8 KV80, 21 Nm/kg cho AKE80-8 KV30 và 12 Nm/kg cho AK80-6 KV100, tăng lên 48, 53 và 25 Nm/kg tương ứng theo mô-men đỉnh. Tất cả những giá trị này được suy ra ở đây bằng cách chia mô-men đã ghi cho khối lượng đã ghi. Hai nhóm khác nhau khoảng bốn đến sáu lần, và không phần chênh lệch nào trong đó có thể dùng làm biên dự trữ thiết kế - nó chính là tỷ số giảm tốc được biểu diễn dưới dạng mật độ.

Tốc độ được đo ở hai phía đối diện của hộp giảm tốc

Các giá trị tốc độ đã ghi xác nhận cùng một sự bất đối xứng. AKE60-8 KV80 quay ở 180 rpm định mức và 240 rpm không tải tại đầu ra, tức khoảng 1080 và 1440 độ mỗi giây; AKE80-8 KV30 ghi 150 và 195 rpm, khoảng 900 và 1170 độ mỗi giây. AK80-6 KV100, với tầng 6:1 nhanh hơn, ghi 603 rpm định mức và 800 rpm không tải, khoảng 3620 và 4800 độ mỗi giây tại đầu ra. Các mẫu không vỏ ghi tốc độ động cơ cao hơn một bậc độ lớn - RO100 KV55 quay ở 2000 rpm định mức, khoảng 12000 độ mỗi giây - nhưng tốc độ đó chỉ có sẵn tại khớp nếu thiết kế dùng truyền động trực tiếp hoặc một tầng giảm tốc rất nông. Mọi phép quy đổi ở đây đều nhân rpm đã ghi với sáu và là giá trị dẫn xuất chứ không phải giá trị công bố.

Dòng điện thuộc về tầng công suất

Dòng điện định mức và đỉnh được ghi cho mọi mẫu trong so sánh này, và chúng không chỉ mô tả động cơ. AKE60-8 KV80 và AKE80-8 KV30 đều ghi 4.8 A định mức và 12 A đỉnh trong khi lần lượt cung cấp 5 Nm và 12 Nm định mức, đó là hiệu ứng của điện áp bus khác nhau chứ không phải của cuộn dây. RO100 KV55 ghi 20 A định mức và 62 A đỉnh. Các con số dòng điện của một bộ không vỏ được nêu cho cuộn dây, còn hệ dây, driver và thiết kế nhiệt đều do đội ngũ kỹ thuật cung cấp, nên ngân sách dòng điện phải được dựng lên chứ không thể đọc ra. Ở nơi có một bo mạch driver đi kèm, như trong các mẫu kín, dòng điện đã ghi cũng là một phát biểu về năng lực của bo mạch đó.

Bốn bộ không vỏ cho một khớp đeo được

Dải không vỏ trải từ 20 g đến 710 g, và bốn mẫu trong đó bao quát trường hợp đeo được từ các khớp xa đến các khớp gần.

RI50 KV100 và RO50 KV108 Lite - đầu nhẹ, tốc độ cao

RI50 KV100 là một bộ rôto trong được cung cấp cho hệ 24 V đến 48 V: mô-men định mức 0.58 Nm và mô-men đỉnh 1.67 Nm, công suất định mức 66 W, 180.8 g và thân 54 mm dày 27 mm, với tốc độ định mức được ghi là 1090 rpm ở 24 V. Phần tổng quan của nó nêu trực tiếp bộ xương ngoài cùng với robot bốn chân và các khớp tay máy robot. Phép tính khiến nó trở nên thú vị cho một khớp là phép tính mà bảng che giấu: lắp một tầng 8:1 và mô-men định mức trở thành khoảng 4.6 Nm ở khoảng 136 rpm, trước tổn thất của hộp giảm tốc, tức gần với đầu ra của mô-đun kín 260 g ở cùng tỷ số giảm tốc. Động cơ trần nhẹ hơn mô-đun; hộp giảm tốc, vòng bi, encoder và driver chính là phần chênh lệch, và chúng đều chuyển vào dự án.

RO50 KV108 Lite nằm ở đầu rất nhẹ của cùng hướng đó với 105 g trong thân 61.7 mm × 14.5 mm, mô-men định mức 0.3 Nm và mô-men đỉnh 0.9 Nm trên bus 24 V cùng công suất định mức 66 W. Hai chi tiết quan trọng trong công việc đeo được: thân 61.7 mm của nó chỉ dày 14.5 mm, và việc mô tả của chính nó nhắc đến một trục rỗng lớn chỉ thẳng vào việc đi cáp xuyên qua trục khớp. Cả hai mẫu đều không tự mang phản hồi - các biến thể RO40 KV140 và RO50 KV108 Lite được cung cấp rõ ràng không có cảm biến Hall, và hồ sơ ToBMS hoàn toàn không có trường thông số encoder - nên thiết bị phản hồi là một quyết định thiết kế ở phía không vỏ đúng theo cách nó là một thuộc tính cố định ở phía kín.

RI80 V2.0 KV75 - đoạn giữa của dải rôto trong

RI80 V2.0 KV75 nâng lên mô-men định mức 1.45 Nm và mô-men đỉnh 4.1 Nm từ một thân 85 mm nặng 411 g, với công suất định mức 172 W trên bus 24/36/48 V có thể chọn và tốc độ định mức 1135 rpm ở 24 V. Phần tổng quan của nó liệt kê robot hình người, bộ xương ngoài, robot bốn chân và các mô-đun khớp hạng nặng. Hồ sơ ghi dòng điện đỉnh 27.6 A và dòng điện định mức 9.4 A, cùng công suất định mức 172 W - khác với các mẫu kín, không có giá trị công suất định mức nào bị thiếu ở đây, nên ít nhất một ngân sách liên tục có thể bắt đầu từ hồ sơ.

RO100 KV55 - khi chính khớp trở thành vỏ

RO100 KV55 là mẫu lớn nhất trong so sánh này: mô-men định mức 4 Nm và mô-men đỉnh 12 Nm, công suất định mức 838 W ở 48 V, 710 g trong thân 113.5 mm × 36.2 mm, 21 cặp cực, với dòng điện định mức và đỉnh lần lượt 20 A và 62 A. Đây là minh họa rõ nhất cho đánh đổi trung tâm của bài viết này. Như một khớp truyền động trực tiếp, nó cung cấp liên tục 4 Nm mà không có ăn khớp bánh răng và do đó không có độ rơ do giảm tốc đưa vào, và nó quay ở 2000 rpm định mức - khoảng 12000 độ mỗi giây - tức tốc độ đầu ra cao hơn nhiều so với bất kỳ mẫu có giảm tốc nào trong bảng. Đổi lại, nó nặng 710 g để tạo ra mô-men định mức hơi thấp hơn một mô-đun kín 260 g, và nó cần một bộ vòng bi, một encoder và một driver mà mô-đun kín đã chứa sẵn. Nó là câu trả lời đúng khi khớp phải cứng, nhanh và êm, và là câu trả lời sai khi khối lượng ở chi chiếm ưu thế.

Ba bộ truyền động tích hợp, một bộ có triển khai được ghi nhận

Phía kín của so sánh này bao quát cùng những vị trí khớp với một phần nhỏ công sức tích hợp, đổi lại là kích thước bao, độ rơ và mức giảm định mức nhiệt của nhà sản xuất.

AKE60-8 KV80 - mô-đun kín nhỏ nhất trong so sánh

AKE60-8 KV80 nặng 260 g trong thân 69 mm × 25 mm, cung cấp mô-men định mức 5 Nm và mô-men đỉnh 12.5 Nm qua một tầng 8:1 trên bus 24 V, ở 180 rpm định mức và 240 rpm không tải, với 4.8 A định mức và 12 A đỉnh cùng độ rơ được ghi là 0.15. Phần tổng quan của nó đặt nó ở các khớp robot hình người và bộ xương ngoài nhỏ gọn. Hai thuộc tính tách nó khỏi những bộ không vỏ mà nó thay thế ở một khớp xa: nó là mẫu duy nhất trong so sánh này có một mức định mức 24 V duy nhất, và 14 cặp cực của nó khác với 21 cặp được ghi trên các mô-đun lớn hơn, điều này làm thay đổi yêu cầu chuyển mạch. Trộn nó với một mẫu gần thân 48 V đồng nghĩa với hai hệ phân phối.

AK80-6 KV100 - mô-đun trong một bản dựng bộ xương ngoài được ghi nhận

AK80-6 KV100 là mẫu duy nhất ở đây có triển khai được ghi nhận trên một nền tảng đeo được. Nó dùng giảm tốc 6:1 để đạt mô-men định mức 6 Nm và mô-men đỉnh 12 Nm với công suất định mức 340 W ở 48 V, ở 603 rpm định mức và 800 rpm không tải, với 9.7 A định mức và 20 A đỉnh, nặng 485 g trong thân 98 mm × 38.5 mm và ghi độ rơ 0.22. Phần tổng quan của nó nêu bộ xương ngoài và robot bốn chân, và nhà sản xuất đã công bố một đoạn trình diễn mẫu này dẫn động một bộ xương ngoài chi dưới hai bên được phát triển tại Viện Công nghệ Georgia (Georgia Institute of Technology). Với một đội ngũ đang cân nhắc hướng tích hợp, đó là một điểm dữ liệu mà các bộ không vỏ trong so sánh này không thể sánh được: mô-đun đã được chạy trong chính ứng dụng.

AKE80-8 KV30 - khi yêu cầu là mô-men đỉnh 30 Nm

AKE80-8 KV30 nâng phía kín lên mô-men định mức 12 Nm và mô-men đỉnh 30 Nm từ 570 g trong thân 87 mm × 32 mm, trên bus 48 V, ở 150 rpm định mức và 195 rpm không tải với 4.8 A định mức và 12 A đỉnh cùng độ rơ được ghi 0.15. Phần tổng quan của nó đặt nó ở bộ xương ngoài, robot phục hồi chức năng và các khớp chân, và thông số của chính nó nêu trực tiếp một giá trị mật độ mô-men. Đây là điểm mà hướng tích hợp thôi là lựa chọn nhỏ gọn và bắt đầu là lựa chọn mạnh mẽ: không mẫu nào trong nửa không vỏ của bảng đạt mô-men đỉnh 30 Nm mà không có hộp giảm tốc, và động cơ trần lớn nhất ở đó tạo ra mô-men đỉnh 12 Nm từ 710 g.

Mỗi hướng đi cuối cùng được dùng ở đâu

Bảy mẫu này xuất hiện trong nhiều nhóm đeo được khác nhau, và sự chia tách giữa hai hướng đi theo khớp chứ không theo nền tảng.

Dáng đi có trợ lực và mang tải

Các thiết bị hỗ trợ hông-đầu gối-mắt cá chân là trường hợp sử dụng chiếm ưu thế của các mô-đun kín, và quy luật là từ gần thân ra xa: mẫu đậm đặc nhất ở hông, một mẫu tầm trung ở đầu gối, mẫu nhẹ nhất ở mắt cá chân. Lý lẽ là chi phí trao đổi chất tích lũy của khối lượng ở phần xa chứ không phải nhu cầu mô-men của từng khớp riêng lẻ. Bộ truyền động cho bộ xương ngoài thường được chọn từ đầu xa ngược trở lại chính vì lý do này, và các bộ không vỏ xuất hiện ở mắt cá chân và đầu gối, nơi chi có thể được gia công để mang stato và hình học khớp đáng để tự nắm giữ.

Giàn phục hồi chức năng tại phòng khám

Một giàn cố định loại bỏ pin khỏi người đeo, điều này nới lỏng lập luận về khối lượng và quyết định điện áp bus cùng lúc. Điều còn lại là độ mượt, độ trung thực của lực và cách khớp hành xử trước một bệnh nhân có thể không có khả năng hỗ trợ nó. Hướng không vỏ hợp với trường hợp này vì stato có thể được bắt bu lông vào một khung lớn nối đất đồng thời đóng vai trò tản nhiệt, và vì truyền động trực tiếp tránh được độ trễ do độ rơ vốn làm phức tạp việc ước lượng mô-men. Các mô-đun kín cũng xuất hiện ở đây; phần tổng quan của chúng nêu phục hồi chức năng song song với bộ xương ngoài, và lĩnh vực robot phục hồi chức năng rộng hơn bao quát những thiết bị có liên quan gần gũi.

Giao diện chi trên và bàn tay

Hỗ trợ vai và khuỷu tay tập trung bài toán bố trí khó nhất trong công việc đeo được: khớp cần hỗ trợ nằm gần thân, và bất cứ thứ gì gắn lên nó đều ngay lập tức gây khó chịu. Các mẫu không vỏ dưới 100 g là lựa chọn tự nhiên, và RI30 KV260 với lỗ 17 mm của nó giải quyết trực tiếp việc đi cáp xuyên qua trục vai. Ở nơi một thiết bị cần hỗ trợ trên nhiều bậc tự do của phần thân trên, lĩnh vực robot hình người rộng hơn bao quát cùng những lớp khớp đó ở các dạng kết cấu khác, và việc chọn mô-đun khớp mở rộng hướng kín thêm nữa.

Danh sách kiểm tra khi chọn

Hướng đi thường được chốt từ rất lâu trước khi động cơ được chốt, bởi hình học của một khớp bộ xương ngoài và tuyến đi của hệ dây quanh nó được thiết kế xoay quanh câu trả lời. Những kiểm tra này thuộc về trước điểm đóng băng đó.

Chốt khớp trước động cơ

1. Viết ra xem tỷ số giảm tốc là một biến số thiết kế hay một điều đã định. Nếu là điều đã định, hướng tích hợp đã nắm quyết định; nếu là biến số, thì không con số mô-men không vỏ nào có ý nghĩa cho đến khi một tỷ số được gắn vào nó.
2. Thiết lập ngân sách độ rơ và những gì nó mang lại. Truyền động trực tiếp không đưa vào độ rơ từ ăn khớp bánh răng, một tầng hành tinh trong dải này ghi 0.15 đến 0.22; hãy đối chiếu con số với bảng dữ liệu của nhà sản xuất, và ở mô-men nào.
3. Chốt yêu cầu mô-men liên tục theo trường hợp giữ, không theo trạng thái quá độ, và đối chiếu nó với mô-men định mức trong suốt thời gian giữ.

Những gì được chuyển về nội bộ

1. Liệt kê mọi bộ phận mà bộ không vỏ không bao gồm - bộ vòng bi, encoder, mối lắp trục, vỏ, đường tản nhiệt, driver - và định giá thời gian kỹ thuật, chứ không chỉ các linh kiện.
2. Kiểm tra mặt gắn stato so với định mức nhiệt. Một giá trị định mức trên bảng dữ liệu giả định một đường tản nhiệt mà thiết kế phải thực sự cung cấp.
3. Quyết định ai chịu trách nhiệm về cân bằng rôto, căn chỉnh encoder và hành vi của cụm ở nhiệt độ, rồi viết điều đó vào định nghĩa giao diện.

Lấp khoảng trống hồ sơ cùng nhà sản xuất

1. AKE60-8 KV80 và AKE80-8 KV30 hoàn toàn không ghi giá trị công suất định mức, nên ngân sách công suất liên tục cho các mô-đun kín phải lấy từ bảng dữ liệu; AK80-6 KV100 thì có ghi, ở 340 W.
2. Không có kích thước trục, lỗ hay ren nào được ghi cho dòng kín trong so sánh này, nên bố cục bu lông và cánh tay đòn không thể chốt chỉ từ hồ sơ.
3. RI80 V2.0 KV75 ghi dòng điện đỉnh 27.6 A và dòng điện định mức 9.4 A; cửa sổ chế độ làm việc đằng sau con số dòng điện đỉnh nên được xác nhận theo thông số nhà sản xuất trước khi định cỡ một tầng công suất theo nó.

Câu hỏi thường gặp

Nguồn tài liệu chính thức

CubeMars công bố một trang thông số cho mỗi động cơ và mô-đun, và chính những trang đó - chứ không phải các bản tóm tắt của bên thứ ba - là nguồn tham chiếu cho định mức nhiệt, chi tiết phản hồi, bản vẽ cơ khí và firmware hiện hành. Các trang nhà sản xuất cho những mẫu được bàn ở đây là RI50 KV100, RI80 V2.0 KV75 và RO100 KV55 ở phía không vỏ, cùng AKE60-8 KV80, AK80-6 KV100 và AKE80-8 KV30 ở phía kín. Ở nơi hồ sơ ToBMS im lặng - công suất định mức, kích thước giao diện, thông số phản hồi, đơn vị độ rơ - thì những trang đó hoặc bảng dữ liệu tương ứng là nơi lấp khoảng trống.

Bước tiếp theo

Để đi từ việc đọc sang một danh sách rút gọn, ba công cụ hoạt động theo trình tự: các bộ không vỏ nằm trong nhóm Động cơ mô-men xoắn không vỏ, các bộ kín trong Bộ truyền động robot và Bộ truyền động gần như trực tiếp, các ứng viên có thể được thu hẹp theo mô-men, điện áp và khối lượng trong Lựa chọn, và những mẫu đã chọn có thể được đặt cạnh nhau trong So sánh sản phẩm.

Bốn hướng dẫn ToBMS mở rộng sang hai bên từ đây. Bài Động cơ mô-men xoắn không vỏ: chọn bộ stator và rotor cho khớp robot bao quát toàn bộ dải stato và rôto, bài Bộ truyền động cho bộ xương ngoài: ba bộ truyền động CubeMars QDD từ 260 g đến 1.4 kg đi theo hướng kín tỷ số thấp qua hông, đầu gối và mắt cá chân, bài Bộ truyền động gần như trực tiếp: tỷ số 8:1 mang lại gì giải thích chính tầng giảm tốc thay đổi điều gì, và bài Cách chọn mô-đun khớp: năm bộ truyền động CubeMars từ 190 g đến 1.4 kg bao quát những dòng kín rộng hơn quanh các mẫu này. Để so sánh ngoài một dải sản phẩm, động cơ BLDC cho bộ xương ngoài tập hợp các kết quả khớp đã ghi nhận trên toàn bộ dải sản phẩm.

Bản ngắn gọn: trước tiên hãy quyết định tỷ số giảm tốc là điều đã định hay một biến số, vì chỉ câu trả lời đó chọn ra hướng đi. Nếu là điều đã định, bộ truyền động tích hợp đã làm xong quyết định và phần việc còn lại là làm cho chi vừa với kích thước bao, độ rơ và mức giảm định mức nhiệt của nó. Nếu là biến số, chỉ so sánh các con số phía động cơ với các con số phía động cơ, cộng tỷ số vào cả hai phía trước khi so mô-men, và tính bộ vòng bi, encoder cùng driver như một phần chi phí của phương án không vỏ.