Động cơ BLDC cho Robot bánh xe: bố trí dẫn động, chế độ làm việc và hộp giảm tốc

Một robot bánh xe không cần hộp giảm tốc để có mô-men tại lốp: nó cần một kết cấu có thể mang cả cỗ máy. Mỗi bộ dẫn động trực tiếp hiện được giới thiệu trong nhóm ứng dụng Robot bánh xe đều được cung cấp dưới dạng một stator và một rôto trần, không có vỏ và không có cụm vòng bi riêng, nên khối lượng cỗ máy truyền tới trục bánh dưới dạng tải hướng kính (radial load) phải được một thứ gì đó do bên chế tạo cung cấp chịu lấy. Hai mô-đun có hộp giảm tốc trong cùng nhóm thay vào đó công bố một con số tải hướng kính định mức - 18 kg trên AKA60-6 KV80 và 50 kg trên AKA10-9 KV60 - và nhà sản xuất mô tả cả hai là được chế tạo cho robot bánh xe và AGV, với bộ lớn hơn được đặc tả để chịu được va đập ngang và hướng kính trong các nền tảng bánh xe. Sự phân tách đó, giữa một động cơ trần có đường truyền tải chính là cỗ máy và một bộ có hộp giảm tốc có đường truyền tải chính là tầng đầu ra của nó, tổ chức mọi thứ còn lại ở phần sau: mô-men tại điểm tiếp xúc, tốc độ mà bánh xe thực sự quay, dòng điện mà bốn bánh xe lấy từ một khối pin, và số lượng chi tiết phải được thiết kế và trả tiền.

Trả lời nhanh

Mười một động cơ BLDC cho nhiệm vụ robot bánh xe hiện được giới thiệu trong ứng dụng này, và chúng chia thành hai kiến trúc chứ không phải thành một bộ tốt và một bộ xấu. Chín bộ là kit dẫn động trực tiếp không vỏ - năm bộ rôto ngoài RO từ 60 g đến 710 g và bốn bộ rôto trong RI từ 155.9 g đến 500 g - đặt mô-men thẳng lên bánh xe mà không có tầng trung gian, không có độ rơ và không có tổn thất giảm tốc, đồng thời để toàn bộ vòng bi trục bánh, trục và đường truyền tải hướng kính cho thiết kế cỗ máy. Hai bộ là mô-đun tích hợp có hộp giảm tốc, AKA60-6 KV80 ở 6:1 và AKA10-9 KV60 ở 9:1, đánh đổi một tầng giảm tốc và một con số độ rơ nhỏ để lấy mô-men được công bố ở đầu ra và một định mức tải hướng kính được công bố. Trên cả mười một bộ, mô-men định mức trải từ 0.2 N·m đến 18 N·m, mô-men đỉnh đạt 53 N·m, và khối lượng trải từ 60 g đến 1.06 kg, tất cả đều theo công bố của nhà sản xuất.

Ba hệ quả kéo theo, và đó là lý do lựa chọn không được đưa ra dựa trên KV. Thứ nhất, trên một bánh dẫn động trực tiếp, động cơ quay thấp hơn nhiều so với tốc độ định mức của nó trong hành trình bình thường, nên trần tốc độ điện không phải là thứ quyết định lựa chọn; mô-men liên tục đối chiếu với bậc xấu nhất của chế độ làm việc mới là. Thứ hai, trên một bánh có hộp giảm tốc thì ngược lại: tốc độ đầu ra là con số có thể trở thành ràng buộc quyết định, vì tầng giảm tốc mua mô-men cũng chia luôn tốc độ. Thứ ba, tải hướng kính mà một bánh xe tác dụng là tải mà các kit dẫn động trực tiếp không tự chịu, nên quyết định được chia giữa động cơ và kết cấu trục bánh thay vì chỉ do riêng động cơ định đoạt. Các phần dưới đây lần lượt đi qua từng điểm đó, rồi đặt mười một bộ ra thành một bảng thông số duy nhất và đọc bảng đó theo cách bố trí dẫn động.

Một robot bánh xe đòi hỏi gì ở một động cơ BLDC

Một robot di động bánh xe là một cỗ máy làm việc liên tục với tải bị ngắt quãng. Sự phân biệt này quan trọng vì hai con số được trích dẫn phổ biến nhất trên một bảng thông số - mô-men đỉnh và tốc độ không tải - là hai con số mà một bộ dẫn động bánh xe dùng ít nhất trong vòng đời của nó. Một khớp chân bắn mô-men đỉnh của nó trong một phần giây lúc tiếp đất; một bộ dẫn động bánh xe đòi hỏi một thứ gần với khả năng liên tục của nó mỗi khi nền tảng leo dốc với đầy tải, và nó làm vậy trong khi động cơ nằm bên trong một bánh xe không thể được thông gió như một khớp trên khung hở.

Bánh xe chính là đường truyền tải: tải hướng kính đến trục bánh

Trên một khớp, đầu ra của động cơ là một mô-men và phản lực được kết cấu xung quanh chịu lấy. Trên một bánh xe, chính mô-men đó đến cùng với một thứ mà một khớp không bao giờ thấy: khối lượng của cỗ máy, truyền qua điểm tiếp xúc và trục bánh dưới dạng tải hướng kính lên bất cứ thứ gì mang bánh xe. Một kit không vỏ không có vòng bi, nên trên tuyến dẫn động trực tiếp tải đó đến một trục bánh do bên chế tạo thiết kế, và ghi chú sản phẩm của chính nhà sản xuất cũng nêu cùng điểm đó về dòng sản phẩm: các bộ này được cung cấp dưới dạng những chi tiết rôto và stator riêng biệt, chính điều đó cho phép kết cấu đỡ, mặt bích và cách bố trí vòng bi được may đo cho cỗ máy. Tuyến có hộp giảm tốc thì công bố con số thay vì để ngỏ. AKA60-6 KV80 được định mức 18 kg tải hướng kính và AKA10-9 KV60 là 50 kg, bộ sau được mô tả là một thiết kế lại kết cấu giúp nâng khả năng chịu tải hướng kính lên khoảng 120 phần trăm so với AK10-9 ở cùng mô-men, và được tối ưu cho các va đập ngang và hướng kính mà một nền tảng bánh xe sinh ra.

Chế độ liên tục trước, đỉnh sau

Mô-men định mức là con số có thể được giữ trong giới hạn nhiệt của cuộn dây, và trên một robot bánh xe nó là con số làm việc. Mô-men đỉnh là một dự trữ trong cửa sổ ngắn, và bản thân cửa sổ đó, cùng với các giả định về nhiệt độ môi trường và cách lắp đặt đằng sau nó, nằm trong tài liệu của nhà sản xuất chứ không nằm trong hồ sơ sản phẩm. Chỉ đọc mười một bộ theo mô-men định mức cho một dải từ 0.2 N·m trên RO40 KV140 Lite đến 18 N·m trên AKA10-9 KV60, một hệ số chín mươi, đó là lời nhắc rằng ứng dụng này bao quát mọi thứ từ một bánh xe cỡ xe scooter 60 g đến một nền tảng công nghiệp chịu tải hướng kính 50 kg.

Gờ đường, dốc và đảo chiều

Một gờ đường là một sự kiện mô-men và một đoạn dốc là một sự kiện chế độ làm việc, và không nên định cỡ chúng bằng cùng một con số. Leo dốc cộng thêm một số hạng trọng lực tồn tại trên động cơ chừng nào việc leo còn kéo dài, đó là một bài toán chế độ liên tục và thuộc về mô-men định mức. Một gờ đường đến như một chướng ngại ngắn và gần với một sự kiện đỉnh hơn, bị giới hạn bởi khoảng thời gian bánh xe bị chặn đứng trước nó. Đảo chiều quan trọng vì một lý do khác: trên một đế truyền động vi sai, một cú quay được tạo ra bằng cách dẫn động hai bên ngược nhau, nên các động cơ dành một phần của thao tác để hấp thụ năng lượng thay vì cung cấp nó, và năng lượng trả về đó phải đi đâu đó trong điện tử dẫn động.

Bốn bánh xe lấy điện từ một khối pin

Ngân sách dòng điện là một tổng, không phải một con số đơn lẻ. Bốn bánh xe giống nhau ở dòng định mức 4 A mỗi bánh lấy 16 A liên tục trước mọi khoản dự phòng cho xung dòng mà nền tảng hấp thụ khi khởi động hoặc khi một bánh xe mất độ bám, và AKA60-6 KV80 công bố đúng 4 A định mức trong khi bộ dẫn động trực tiếp lớn nhất trong nhóm, RO100 KV55, công bố 20 A. Chọn chỉ theo mô-men rồi mới phát hiện phép tính sau đó là cách thông thường để một khối pin bị định cỡ thiếu.

Bộ truyền động bánh xe không vỏ dẫn động trực tiếp hay có hộp giảm tốc

Câu hỏi về kiến trúc đến trước câu hỏi về thông số, vì nó quyết định con số nào có ý nghĩa với một động cơ dẫn động bánh xe. Một bánh dẫn động trực tiếp là một động cơ có rôto quay ở tốc độ bánh xe. Một bánh có hộp giảm tốc là một động cơ có rôto quay ở tốc độ bánh xe nhân với tỷ số giảm tốc, với một tầng bánh răng ở giữa. Cả hai đều có trong ứng dụng này, và mười một bộ chia chín trên hai theo hướng dẫn động trực tiếp.

Dẫn động trực tiếp: tốc độ bánh xe bằng tốc độ động cơ

Chín trong mười một bộ - năm bộ rôto ngoài RO và bốn bộ rôto trong RI - là kit không vỏ. Trên một bánh dẫn động trực tiếp, tốc độ đầu ra chính là tốc độ động cơ, nên các con số tốc độ đã công bố có thể được đọc đối chiếu với tốc độ di chuyển mà không cần số hạng giảm tốc nào, và không có tầng bánh răng nào đóng góp độ rơ, không có hiệu suất giảm tốc nào bị mất, và không có quán tính quay bổ sung nào giữa rôto và lốp. Đổi lại, mô-men sẵn có tại điểm tiếp xúc đúng bằng mô-men mà động cơ có thể tạo ra, và động cơ phải có khả năng giữ toàn bộ chế độ làm việc của bánh xe một cách liên tục. Bộ dẫn động trực tiếp lớn nhất ở đây, RO100 KV55 Standard, công bố 4 N·m định mức và 12 N·m đỉnh ở 710 g.

Có hộp giảm tốc: mô-men tại lốp, và một tầng phải tính đến

Hai mô-đun AKA là phương án có hộp giảm tốc và là những bộ duy nhất trong nhóm có công bố tỷ số giảm tốc, con số độ rơ và định mức tải hướng kính. AKA60-6 KV80 công bố một tầng 6:1, 3 N·m định mức và 9 N·m đỉnh ở đầu ra, 460 g, và 18 kg tải hướng kính. AKA10-9 KV60 công bố một tầng 9:1, 18 N·m định mức và 53 N·m đỉnh, 1.06 kg, 0.15° độ rơ, và 50 kg tải hướng kính, với một encoder từ tính 16-bit duy nhất ở đầu ra. Điều mà tầng giảm tốc mua được là mô-men tại lốp từ một động cơ nhẹ hơn; cái giá phải trả là một phép chia tốc độ, một con số độ rơ, và nghĩa vụ đọc mọi giá trị tốc độ ở phía đầu ra của hộp giảm tốc thay vì phía động cơ.

Một kit không vỏ không bao gồm những gì

Một kit không vỏ là một stator và một rôto. Nó không có vỏ, không có vòng bi, không có trục và không có encoder trừ khi một bộ được chỉ định, và ghi chú của nhà sản xuất cho dòng RO nói thêm rằng lỗ rỗng được dành cho việc đi cáp và cho việc ghép trực tiếp với trục đầu ra hoặc một hộp giảm tốc. Đó là sự đánh đổi trong một câu: kit nhẹ hơn và tự do hơn về mặt cơ khí so với bất cứ thứ gì có vỏ, và đổi lại, cách bố trí vòng bi, vỏ và đường truyền tải hướng kính trở thành một phần của thiết kế cỗ máy. Các bộ rôto trong RI công bố lỗ mà cách bố trí đó được xây quanh - 22 mm trên RI50 KV100, 30 mm trên RI60 KV120, 40.5 mm trên RI80 V2.0 KV75 và 45 mm trên RI100 KV105 - đó là khoảng không sẵn có cho một trục xuyên hoặc một đường đi cáp, không phải một đặc tả vòng bi.

Độ rơ thuộc về trục lái, không phải trục dẫn động

Một bánh xe vừa dẫn động vừa không lái thì không dùng đến một con số độ rơ trong đường dẫn động, vì bánh xe tì xuống mặt đất và mặt đất không đàn hồi theo hướng di chuyển. Đó là một câu chuyện khác trên một mô-đun swerve hay mô-đun lái, nơi một bộ có hộp giảm tốc giữ góc của bánh xe: ở đó, độ rơ xuất hiện như một độ trễ trong hướng đi trước khi lốp phản hồi, và nó đáng được đọc như một thông số. Trên những bánh xe chỉ dẫn động vốn chiếm phần lớn ứng dụng này, hai con số quan trọng là mô-men đầu ra và định mức tải hướng kính, và AKA10-9 KV60 công bố 0.15° độ rơ bên cạnh chúng cho những mô-đun có lái.

Đọc mô-men, tốc độ và dòng điện của bánh xe từ hồ sơ đã công bố

Mọi con số trong bảng dưới đây là giá trị mà nhà sản xuất công bố cho mẫu đó, và các phép đọc trong phần này là số học thực hiện trên những con số đó với đường kính bánh xe được nêu mỗi lần. Mục đích là chỉ ra cột nào trong số các cột đã công bố thực sự quyết định một bộ dẫn động bánh xe, vì hai trong số đó hóa ra ít quan trọng hơn nhiều so với mức nổi bật của chúng trên bảng thông số gợi ý.

Từ mô-men ở rôto đến lực đẩy tại điểm tiếp xúc

Mô-men trở thành lực đẩy bằng cách chia cho bán kính bánh xe. Một con số định mức 0.58 N·m - RI50 KV100 - dẫn động một bánh xe 125 mm có bán kính 0.0625 m tạo ra 9.3 N lực đẩy tại điểm tiếp xúc, và bốn bánh xe như vậy tạo ra tổng cộng 37 N. Cùng phép tính đó áp dụng cho một bánh xe 200 mm có bán kính 0.1 m biến 0.58 N·m đó thành 5.8 N mỗi bánh, giảm 37 phần trăm với cùng một động cơ, vì một bánh xe lớn hơn là một đòn bẩy dài hơn chống lại động cơ. Toàn bộ phép tính dựa trên hai cột đã công bố, mô-men định mức và một đường kính bánh xe được nêu, và không gì khác.

Từ tốc độ đã công bố đến tốc độ di chuyển

Tốc độ di chuyển suy ra từ cùng bánh xe đó qua chu vi: tốc độ tính bằng mét trên giây bằng chu vi bánh xe tính bằng mét nhân với số vòng trên giây, hay pi nhân đường kính nhân rpm chia cho sáu mươi. Ở đường kính 125 mm, một hành trình 2 m/s cần 306 rpm ở bánh xe; ở 200 mm, cùng hành trình đó cần 191 rpm. Hai con số đó là mốc tham chiếu để đọc các cột tốc độ đã công bố, và đọc chúng theo cách đó tạo ra quan sát hữu ích nhất trong ứng dụng này. Các bộ dẫn động trực tiếp công bố tốc độ định mức trong khoảng 2000 rpm đến 4200 rpm ở các mức bus đã công bố của chúng, tức là từ sáu đến mười bốn lần 306 rpm mà một hành trình 2 m/s thực sự đòi hỏi ở một bánh xe 125 mm. AKA60-6 KV80 có hộp giảm tốc công bố 400 rpm ở 48 V, tức 1.3 lần yêu cầu, còn AKA10-9 KV60 công bố 109 rpm, tức dưới mức đó, nên ở đường kính bánh xe 125 mm, tốc độ định mức của mô-đun này giới hạn tốc độ di chuyển ở khoảng 0.71 m/s và chỉ đạt 1.14 m/s nếu bánh xe tăng lên 200 mm.

Dòng định mức là con số quyết định chế độ làm việc

Dòng điện chính là thứ làm nóng cuộn dây, và cuộn dây là bề mặt mà nhiệt phải thoát ra qua đó. Trên một robot bánh xe, các động cơ nằm gần mặt đất, thường bên trong một bánh xe hoặc một vỏ mà một nhà thiết kế máy làm ra để cứng vững chứ không phải để thông gió, nên đường truyền nhiệt thường kém hơn so với một khớp ở ngoài không khí. Vì vậy dòng định mức đáng được đọc như một giới hạn chế độ làm việc chứ không phải một chi tiết điện: RO100 KV55 Standard công bố 20 A so với 2.85 A của RO40 KV140 Lite, một hệ số bảy, đó là một phát biểu về lượng nhiệt mà mỗi cuộn dây được kỳ vọng tỏa ra và trong khoảng thời gian nào.

Một cột ba điện áp trong một hồ sơ

Bốn trong mười một bộ - toàn bộ nhóm rôto trong RI - công bố giá trị tốc độ và dòng điện của chúng ở 24 V, 36 V và 48 V trong cùng một hồ sơ, trên cùng một cuộn dây. Đó không phải một tiện ích tiếp thị; đó là một đặc tả cơ khí với ba điểm làm việc điện, và với các động cơ BLDC cho nhiệm vụ robot bánh xe, chính điều đó cho phép một nền tảng được thiết kế quanh khối pin đã có sẵn thay vì quanh một điện áp được chọn để phù hợp với động cơ. Bảng dưới đây đặt ba cột đó cạnh nhau.

Điện áp định mức, tốc độ không tải ở mỗi mức bus đã công bố, tốc độ định mức ở mỗi mức bus đã công bố, và mô-men định mức, theo công bố của nhà sản xuất cho bốn mẫu rôto trong hiện được giới thiệu trong nhóm ứng dụng Robot bánh xe. Tốc độ định mức là con số phía đầu ra tại mô-men định mức; tốc độ không tải là trần ở mức bus đó. Trong mỗi hồ sơ, ba cột chia sẻ một mô-men định mức, một mô-men đỉnh và một dòng định mức, và chính điều đó khiến chúng thành ba điểm làm việc điện trên một đặc tả cơ khí duy nhất. Các cột tốc độ không tải tỷ lệ chính xác theo mức bus, con số 36 V bằng 1.5 lần con số 24 V và con số 48 V gấp đôi con số đó ở mọi hàng; các cột tốc độ định mức tăng nhanh hơn một chút, khoảng 1.53 đến 1.71 lần ở 36 V và khoảng 2.06 đến 2.39 lần ở 48 V, cả bốn tỷ số đều suy ra bằng cách chia mỗi cột đã công bố cho cột 24 V của cùng hàng và cùng mẫu. Tốc độ bánh xe và tốc độ di chuyển không được lập bảng: biến một rpm đã công bố thành một tốc độ di chuyển đòi hỏi một đường kính bánh xe được nêu, và phép tính đó xuất hiện trong phần văn bản chứ không trong bảng.

Đọc dọc theo các cặp và sự đánh đổi là chính xác. Nâng bus từ 24 V lên 48 V nhân đôi chính xác tốc độ không tải và nâng tốc độ định mức lên khoảng 2.06 đến 2.39 lần, đồng thời để nguyên mô-men định mức, mô-men đỉnh và dòng định mức, vì mô-men được quyết định bởi dòng trong cuộn dây và cuộn dây mang cùng dòng cho cùng mô-men ở mức bus nào cũng vậy. Điều mà bus cao hơn bổ sung là dư địa để chạm tới phần trên của cột tốc độ, nơi sức điện động ngược nếu không sẽ giới hạn lượng dòng mà bộ dẫn động có thể cung cấp. Điều mà nó không bổ sung là mô-men liên tục, và mô-men liên tục chính là thứ mà một robot bánh xe dùng suốt vòng đời của nó.

Động cơ BLDC cho Robot bánh xe: ma trận so sánh thông số

Mười một mẫu hiện được giới thiệu trong nhóm ứng dụng Robot bánh xe được đặt ra dưới đây như một tập thông số duy nhất, sắp theo mô-men định mức đã công bố để bước nhảy từ bộ bánh xe nhỏ nhất đến bộ chịu tải hiện rõ ngay trong cột. Mọi con số là giá trị mà nhà sản xuất công bố cho mẫu đó và mà nền tảng này lưu trong hồ sơ sản phẩm của nó. Điện áp định mức được hiển thị như đã công bố, nên một hồ sơ ba mức định mức xuất hiện với cả ba mức.

Điện áp định mức, mô-men định mức, mô-men đỉnh, dòng định mức, tốc độ định mức, khối lượng và bao thể theo công bố của nhà sản xuất, cho các mẫu hiện được giới thiệu trong nhóm ứng dụng Robot bánh xe, sắp theo mô-men định mức. Mô-men định mức là con số liên tục trong giới hạn nhiệt của cuộn dây; mô-men đỉnh là con số của một cửa sổ ngắn, và cửa sổ đó cùng giả định về nhiệt độ môi trường và điều kiện lắp đặt đằng sau mỗi con số mô-men nằm trong tài liệu của nhà sản xuất chứ không nằm trong hồ sơ. Một con số điện áp duy nhất nghĩa là một mẫu một bus; một con số kép hoặc ba nghĩa là mẫu được công bố ở mỗi mức bus đó, với các con số tốc độ tương ứng được công bố riêng cho từng mức, theo thứ tự tăng dần của cột điện áp. Tốc độ định mức là con số phía đầu ra tại mô-men định mức, nên trên hai mô-đun có hộp giảm tốc con số đó đã được chia cho tỷ số giảm tốc. Bao thể được nêu dưới dạng đường kính ngoài nhân chiều dài thân và không tính phần nhô ra của trục, cáp và đầu nối; trên các kit không vỏ đó là cụm stator và rôto, còn trên các mô-đun có hộp giảm tốc đó là cả bộ hoàn chỉnh kể cả cụm vòng bi riêng của nó. Không có cột tỷ số giảm tốc nào xuất hiện: chín trong mười một hồ sơ không có tầng giảm tốc nào cả, và các tỷ số của hai hồ sơ có tầng giảm tốc được trình bày trong phần văn bản.

Hai phép đọc nổi bật khi mười một bộ nằm trên một trang. Thứ nhất là cột mô-men và cột khối lượng không song song với nhau. RO100 KV55 Standard công bố 4 N·m định mức từ 710 g, trong khi AKA60-6 KV80 công bố 3 N·m định mức từ 460 g, và AKA10-9 KV60 đạt 18 N·m từ 1.06 kg. Các mô-đun có hộp giảm tốc làm được bằng một tầng giảm tốc điều mà các bộ dẫn động trực tiếp làm bằng đồng và nam châm, và cái giá của điều đó là cột tốc độ, vốn tụt từ bốn con số ở các bộ dẫn động trực tiếp xuống 400 rpm rồi 109 rpm.

Điều thứ hai là dòng định mức cũng không đi theo mô-men định mức. AKA10-9 KV60 giữ 18 N·m từ 10.6 A, vì tầng giảm tốc biến mô-men động cơ thành mô-men đầu ra mà không tăng dòng động cơ theo cùng tỷ lệ, trong khi RO100 KV55 Standard cần 20 A cho 4 N·m. Đọc như một giới hạn chế độ làm việc, khác biệt đó đáng giá hơn đối với một nền tảng chạy pin so với điều mà chỉ riêng các con số mô-men gợi ý: một bánh xe có hộp giảm tốc biến dòng của khối pin thành mô-men bánh xe hiệu quả hơn, đổi lại bằng một con số độ rơ và một trần tốc độ phải được kiểm tra đối chiếu với tốc độ hành trình dự kiến.

Đọc mười một bộ theo cách bố trí dẫn động

Bảng sắp theo mô-men, đó là thứ tự đúng cho một quyết định chọn lựa và là thứ tự sai để hiểu nhóm này chứa gì. Đọc theo kết cấu thay vì theo mô-men, mười một bộ rơi vào bốn khối: hai kit rôto ngoài 24 V, ba kit rôto ngoài 48 V, bốn bộ rôto trong, và hai mô-đun có hộp giảm tốc.

Cặp Lite 24 V: RO40 KV140 và RO50 KV108

Hai bộ rôto ngoài Lite là những bộ nhỏ nhất và nhẹ nhất trong nhóm và là những bộ duy nhất được định mức ở một bus 24 V duy nhất. RO40 KV140 Lite công bố 0.2 N·m định mức và 0.6 N·m đỉnh từ 60 g trong một bao thể Ø46.3 × 13 mm, và RO50 KV108 Lite công bố 0.3 N·m định mức và 0.9 N·m đỉnh từ 105 g ở Ø61.7 × 14.5 mm. Cả hai đều được cung cấp không kèm cảm biến Hall như một phần của đặc tả Lite, và cả hai đều mang một lỗ rỗng dành cho việc đi cáp chứ không phải cho một trục chịu tải. Một bánh xe được chế tạo quanh một trong hai bộ này khép vòng servo của nó trên một encoder do cỗ máy cung cấp thay vì trên cảm biến bên trong động cơ, đó là hệ quả cơ khí của đặc tả Lite chứ không phải một hạn chế của cuộn dây.

Bộ ba Standard 48 V: RO60 KV115, RO80 KV105 và RO100 KV55

Ba bộ rôto ngoài Standard chuyển sang một bus 48 V duy nhất và bổ sung cảm biến Hall cùng cảm biến nhiệt như một phần của đặc tả. RO60 KV115 Standard công bố 0.8 N·m định mức và 2.4 N·m đỉnh từ 248 g, RO80 KV105 Standard 1.3 N·m định mức và 4 N·m đỉnh từ 352 g, và RO100 KV55 Standard 4 N·m định mức và 12 N·m đỉnh từ 710 g ở Ø113.5 mm. Đọc dọc theo bộ ba, khối lượng tăng 2.9 lần trong khi mô-men định mức tăng 5 lần, nên những bộ lớn hơn không đơn thuần là phiên bản phóng to của những bộ nhỏ hơn. RO100 KV55 Standard cũng công bố dòng định mức cao nhất trong nhóm ở 20 A, đó là con số trở nên quan trọng khi bốn bánh xe được dẫn động từ một khối pin.

Bốn bộ rôto trong: RI50 KV100, RI60 KV120, RI80 V2.0 KV75 và RI100 KV105

Nhóm RI được chế tạo theo hướng ngược lại: nam châm nằm ở bên trong và cuộn dây bao quanh chúng, nên rôto là chi tiết bên trong và cụm lắp ráp mang một lỗ xuyên chứ không phải một trục rỗng. Lỗ đó được công bố trên cả bốn hồ sơ và là bao thể thiết kế cho một trục xuyên hoặc một đường đi cáp - 22 mm trên RI50 KV100, 30 mm trên RI60 KV120, 40.5 mm trên RI80 V2.0 KV75 và 45 mm trên RI100 KV105. Cả bốn đều được công bố ở 24 V, 36 V và 48 V, và cả bốn đều có định mức từ 0.57 N·m đến 1.76 N·m, đặt chúng vào cùng dải mô-men với các bộ rôto ngoài RO60 và RO80 trong khi cung cấp một giao diện cơ khí khác và một dải bus rộng hơn.

Hai bộ truyền động bánh xe có hộp giảm tốc: AKA60-6 KV80 và AKA10-9 KV60

Trong nhóm này, hai mô-đun AKA là những bộ có hồ sơ đã công bố nêu robot bánh xe trong hàng ứng dụng của chúng. Cả hai hồ sơ đều liệt kê AGV và robot bánh xe là ứng dụng đã nêu, trong khi bộ ba RO Standard nêu một tay máy robot cộng tác, bốn bộ rôto trong nêu một tay máy robot cộng tác hoặc một bộ xương ngoài, và cặp Lite không công bố hàng ứng dụng nào cả. AKA60-6 KV80 cung cấp một tầng 6:1, 3 N·m định mức và 9 N·m đỉnh, dòng định mức 4 A, 460 g và định mức tải hướng kính 18 kg, với nhà sản xuất nêu rằng đường truyền tải được gia cường nâng khả năng chịu tải hướng kính lên khoảng 52 phần trăm so với AK60-6 ở mô-men tương tự. AKA10-9 KV60 cung cấp 9:1, 18 N·m định mức và 53 N·m đỉnh, dòng định mức 10.6 A, 1.06 kg, 50 kg tải hướng kính, 0.15° độ rơ và một encoder từ tính 16-bit ở đầu ra. Hồ sơ 9:1 cũng là hồ sơ có tốc độ định mức, 109 rpm, phải được kiểm tra đối chiếu với tốc độ hành trình dự kiến trước khi xét đến bất cứ điều gì khác về nó.

Rôto ngoài hay rôto trong ở cùng mô-men

Ở nơi hai bộ trong nhóm công bố mô-men tương đương, lựa chọn giữa chúng là cơ khí chứ không phải điện. RO80 KV105 Standard và RI80 V2.0 KV75 lần lượt công bố 4 N·m và 4.1 N·m mô-men đỉnh, từ 352 g và 411 g, ở Ø92.6 × 26.4 mm và Ø85 × 27 mm. Bộ rôto ngoài nhẹ hơn và hơi rộng hơn; bộ rôto trong hẹp hơn về đường kính, nặng hơn 59 g, và có một lỗ xuyên 40.5 mm cũng như một bus 24/36/48 V thay vì một định mức 48 V duy nhất. Không khác biệt nào là khác biệt về hiệu năng, và cả hai đều được định đoạt bởi những gì kết cấu bánh xe có thể tiếp nhận: một bộ rôto ngoài cần khoảng hướng kính quanh chi tiết ngoài đang quay của nó, một bộ rôto trong cần khoảng trống lỗ để xuyên trục. Phần bàn sâu hơn về toàn bộ dòng không vỏ được trình bày trong Động cơ mô-men xoắn không vỏ: so sánh 12 mẫu, từ nhóm đầu vào đến nhóm hiệu năng cao.

Lắp đặt, vòng bi và đường truyền tải hướng kính

Đây là phần của một thiết kế robot bánh xe mà không thông số động cơ nào giải quyết được, và đó là lý do tuyến dẫn động trực tiếp tốn thời gian kỹ thuật thay vì tiền. Đây cũng là nơi bất kỳ danh sách rút gọn các ứng viên động cơ BLDC cho robot bánh xe cuối cùng được phân tách, vì ở câu hỏi này các con số đã công bố giới hạn bài toán thay vì trả lời nó. Tuy vậy, các con số giới hạn nó một cách hữu ích: ở đâu một hồ sơ mang một định mức tải hướng kính, tải đó được chịu bên trong bộ, và ở đâu không có, tải đó được cỗ máy chịu.

Cái gì mang khối lượng của robot

Trên hai mô-đun có hộp giảm tốc, câu trả lời được nêu rõ. AKA60-6 KV80 được định mức 18 kg tải hướng kính và AKA10-9 KV60 là 50 kg, và nhà sản xuất mô tả bộ lớn hơn là một thiết kế lại kết cấu được chế tạo để chịu va đập ngang và hướng kính trong các nền tảng bánh xe. Hai con số đó là câu trả lời đã công bố cho câu hỏi mà mọi robot bánh xe đặt ra, và chúng là thứ mà một cụm vòng bi bên trong mô-đun được định cỡ đối chiếu. Trên chín kit không vỏ không xuất hiện con số tương đương, vì không có cụm vòng bi nào để định cỡ: ghi chú của nhà sản xuất cho dòng sản phẩm mô tả các kit là những chi tiết stator và rôto riêng biệt được cung cấp để kết cấu đỡ, mặt bích và cụm vòng bi có thể được thiết kế quanh cỗ máy.

Lỗ rỗng là một quyết định đi cáp

Các con số lỗ rỗng đã công bố đáng được đọc như những ràng buộc thiết kế chứ không phải những tính năng. Một lỗ xuyên 45 mm trên RI100 KV105 đủ cho một bó cáp hoặc một trục cố định xuyên qua tâm bánh xe, đó là điều cho phép một bộ dẫn động bánh xe được chế tạo mà không cần một kết nối cáp quay. Một lỗ 22 mm trên RI50 KV100 đủ cho một đường đi cáp nhưng không đủ cho một trục kết cấu ở cùng quy mô. Các bộ rôto ngoài RO công bố lỗ của chúng như một thiết kế rỗng dành cho cùng mục đích, và RO40 cùng RO50 mang nó trong chiều dài thân lần lượt 13 mm và 14.5 mm, đó là khoảng không sẵn có trong những bánh xe nhỏ nhất của nhóm.

Tài liệu đã công bố giải quyết được gì, và không giải quyết được gì

Điều được công bố, cho mọi mẫu trong nhóm này, là đặc tả điện và cơ khí: mô-men định mức và đỉnh, dòng định mức, tốc độ định mức ở mỗi mức bus, khối lượng, bao thể, và khi áp dụng thì lỗ rỗng, tỷ số giảm tốc, độ rơ và định mức tải hướng kính. Điều không được công bố trong hồ sơ sản phẩm là cửa sổ chế độ làm việc đằng sau mô-men đỉnh, các giả định về nhiệt độ môi trường và cách lắp đặt đằng sau những con số nhiệt, tuổi thọ vòng bi đằng sau một định mức tải hướng kính, và cách bố trí làm kín trong một môi trường ẩm ướt hoặc nhiều bụi. Bốn mục đó nằm trong bảng dữ liệu và bản vẽ kỹ thuật của nhà sản xuất, và trên một nền tảng bánh xe hoạt động ngoài trời, chúng đáng được giải quyết trước khi thông số được chốt thay vì sau đó.

Chọn động cơ BLDC cho Robot bánh xe: một trình tự định cỡ

Thứ tự dưới đây là thứ tự mà các con số trong ứng dụng này phải được giải quyết, vì mỗi bước loại bỏ những ứng viên mà bước sau không thể đưa trở lại.

1. Chốt đường kính bánh xe và tốc độ hành trình. Hai con số này tạo ra rpm bánh xe mà chế độ làm việc cần - ở 125 mm, 306 rpm cho 2 m/s - và con số duy nhất đó lập tức tách các ứng viên động cơ dẫn động bánh xe dẫn động trực tiếp, vốn dư tốc độ, khỏi các ứng viên có hộp giảm tốc, mà tốc độ định mức của chúng có thể là ràng buộc quyết định.
2. Chốt chế độ liên tục và gờ đường xấu nhất. Mô-men liên tục đối chiếu với đoạn dốc và hành trình có tải quyết định cột mô-men định mức nào là chấp nhận được; gờ đường quyết định lượng mô-men đỉnh phải sẵn có, và trong bao lâu, đối chiếu với cửa sổ đỉnh đã nêu của nhà sản xuất.
3. Chốt bus và ngân sách dòng điện. Bus suy ra từ khối pin đã có sẵn, và bốn hồ sơ rôto trong công bố ba mức bus trên một cuộn dây chính vì lý do đó. Ngân sách dòng điện là tổng dòng định mức trên tất cả các bánh xe được dẫn động, và nó là con số quyết định khối pin, hệ dây và điện tử dẫn động.

Chỉ sau ba bước đó câu hỏi về kiến trúc mới được giải quyết, và nó được giải quyết đối chiếu với tải hướng kính chứ không phải với mô-men: ở nơi bánh xe phải mang cỗ máy qua tầng đầu ra của chính nó, hai mô-đun có hộp giảm tốc là nhóm công bố một định mức cho việc đó; ở nơi cỗ máy sẽ mang bánh xe qua một trục bánh do đội thiết kế kiểm soát, chín kit không vỏ là nhóm để lại khoảng trống để làm điều đó. Mô-đun tích hợp như một hạng mục được bàn sâu hơn trong Bộ truyền động robot: cách chọn bộ truyền động tích hợp cho khớp robot.

Động cơ dẫn động bánh xe được dùng ở đâu

Các trang ứng dụng trên nền tảng này nhóm máy móc theo việc chúng làm chứ không theo thứ chúng chứa, và nhiệm vụ robot bánh xe xuất hiện dưới nhiều trang trong số đó. Những phân biệt dưới đây nói về cách bố trí dẫn động, không phải về kích cỡ.

AMR truyền động vi sai và robot dịch vụ trong nhà

Một đế vi sai hai bánh với bánh xe đẩy là robot bánh xe đơn giản nhất và là nơi các kit dẫn động trực tiếp thường là câu trả lời, vì bánh xe nhỏ, chế độ làm việc là sàn phẳng và tải hướng kính nhẹ. Cặp Lite 24 V nằm ở đáy dải đó và bộ ba Standard 48 V ở trên nó. Nhóm ứng dụng AGV bao quát cùng kiến trúc dẫn động ở nơi chế độ làm việc mang tính công nghiệp và liên tục.

Nền tảng bánh xe ngoài trời và tại hiện trường

Các nền tảng ngoài trời cộng thêm gờ đường, độ dốc, bụi và rung, và những thứ đó thay đổi thông số theo hai hướng cùng lúc: mô-men liên tục tăng theo tải trọng và độ dốc, và đường truyền tải hướng kính trở nên quan trọng hơn vì các va đập lớn hơn. Đây là nơi một định mức tải hướng kính đã công bố đáng giá hơn một con số mô-men, và là nơi các mô-đun có hộp giảm tốc cùng những bộ dẫn động trực tiếp lớn hơn là danh sách rút gọn tự nhiên.

Đế truyền động swerve và đế đa hướng

Một mô-đun swerve tách hai chức năng mà một bánh xe thực hiện: một động cơ dẫn động bánh xe và một động cơ khác lái nó. Việc lái đưa độ rơ trở lại vào thông số, vì nó xuất hiện như một độ trễ trong hướng đi, và nó cũng chia chế độ làm việc để động cơ dẫn động và động cơ lái có thể được đặc tả riêng thay vì một bộ bị làm quá lớn cho cả hai.

Máy bánh-chân và máy lai

Những cỗ máy lai vừa lăn trên bánh vừa bước qua chướng ngại đặt bộ dẫn động bánh xe và khớp chân trong cùng một phương tiện, và chế độ làm việc của bánh xe ở đó khác thường: những giai đoạn dài mô-men thấp khi lăn, xen kẽ bởi các quá độ tải khi cỗ máy bước. Điều đó ưu ái một bộ có khoảng cách rộng giữa mô-men định mức và mô-men đỉnh hơn là một bộ được tối ưu cho một trong hai thái cực, và đầu bánh xe của chế độ làm việc đó là chủ đề của trang này trong khi đầu chân được bàn trong Chọn động cơ BLDC cho robot bốn chân: mô-men, tốc độ và giới hạn nhiệt và trong nhóm ứng dụng Robot bốn chân.

Câu hỏi thường gặp

Tài nguyên chính thức

CubeMars công bố một trang sản phẩm chính thức cho mỗi bộ với bảng thông số, bản vẽ kỹ thuật và tài liệu điều khiển, và những trang đó vẫn là nguồn chuẩn xác cho mọi con số được trích dẫn ở đây - ví dụ trang sản phẩm RI50 KV100, trang sản phẩm RO100 KV55 Standard và trang sản phẩm AKA10-9 KV60. Các con số mô-men, dòng điện, tốc độ, khối lượng, bao thể, lỗ rỗng, tỷ số giảm tốc, độ rơ và tải hướng kính trong các bảng trên là những giá trị mà các trang đó công bố, và một cửa sổ chế độ làm việc, một giả định nhiệt hoặc một tuổi thọ vòng bi mà một thiết kế bánh xe phụ thuộc vào là một câu hỏi dành cho nhà sản xuất chứ không phải một con số có thể suy ra từ bảng thông số.

Bước tiếp theo

Để lập danh sách rút gọn thay vì đọc, ba công cụ trên nền tảng làm việc này theo trình tự. Khám phá toàn bộ nhóm Động cơ mô-men xoắn không vỏ để xem chín kit dẫn động trực tiếp và thông số của chúng cạnh nhau, dùng Lựa chọn để lọc theo mô-men, điện áp và khối lượng, rồi đặt các ứng viên đối chiếu nhau trong So sánh sản phẩm. Ở nơi bánh xe phải mang cỗ máy qua tầng đầu ra của chính nó, nhóm Bộ truyền động robot chứa các mô-đun có hộp giảm tốc và phần còn lại của dòng tích hợp.

Hai bài viết khác mang những phần của chủ đề này mà một bộ dẫn động bánh xe không giải quyết. Động cơ mô-men xoắn không vỏ: so sánh 12 mẫu, từ nhóm đầu vào đến nhóm hiệu năng cao đặt toàn bộ dòng không vỏ ra theo nhóm và là bạn đồng hành phù hợp khi kiến trúc dẫn động đã được chốt nhưng kích cỡ thì chưa. Chọn động cơ BLDC cho robot bốn chân: mô-men, tốc độ và giới hạn nhiệt bao quát đầu chân của cùng chế độ làm việc đó cho những cỗ máy vừa lăn vừa bước.

Bản tóm gọn: chốt đường kính bánh xe và tốc độ hành trình trước, vì chúng biến tốc độ động cơ thành tốc độ di chuyển và phơi bày liệu tuyến có hộp giảm tốc có đủ tốc độ để đạt tới đó hay không; chốt chế độ liên tục và gờ đường xấu nhất thứ hai, vì mô-men định mức và mô-men đỉnh trả lời những sự kiện khác nhau; chốt bus và ngân sách dòng điện sau cùng, vì bus đi theo khối pin và ngân sách dòng điện là một tổng trên mọi bánh xe được dẫn động. Rồi quyết định kiến trúc đối chiếu với tải hướng kính, đó là con số duy nhất mà các kit dẫn động trực tiếp để lại cho cỗ máy còn các mô-đun có hộp giảm tốc công bố như một định mức.