محرك بدون فرش للروبوتات: كثافة عزم الدوران، والترس، والتكامل المخصص

أخبرنا أحد مهندسي البحث والتطوير ذات مرة أن المحرك بدون فرش والذي كان أداؤه جميلًا على منصة اختبار الطائرة بدون طيار توقف في غضون دقائق على ذراع الروبوت. ولم يكن السبب نقص القوة. لقد كان هناك عدم تطابق بين مواصفات عزم الدوران المستمر التي يستخدمها صانع الطائرة بدون طيار وشكل عزم الدوران المنخفض والعالي الذي يتطلبه مفصل الروبوت. يجب أن يحافظ المحرك بدون فرش للروبوتات على موضعه ضد الجاذبية، ويتحرك بسلاسة عند 20 دورة في الدقيقة، ويظل على قيد الحياة بعد دورات التشغيل والتوقف المتكررة دون حدوث ضرر حراري. هذا مشهد مختلف تمامًا للمواصفات.

غالبًا ما يرتكب مهندسو المشتريات نفس الخطأ: فهم يختارون محركًا بناءً على أعلى عدد دورات في الدقيقة بدون تحميل في الكتالوج، ثم يكتشفون أن عزم الدوران المستمر عند سرعة المفصل الفعلية يكون قصيرًا. والنتيجة هي إعادة تصميم تكلف أشهراً.

ما الذي يحدد المحرك بدون فرش للروبوتات؟

المحرك بدون فرش للروبوتات عبارة عن آلة متزامنة ثلاثية الطور تم تصميمها لكثافة عزم دوران عالية، وعزم دوران منخفض، وتغذية راجعة لموضع الحلقة المغلقة بدلاً من ذروة عدد الدورات في الدقيقة بدون تحميل.

يصبح الفرق واضحًا عند مقارنة محرك الدفع بدون طيار مع مشغل مشترك. يتم اختيار محرك الطائرة بدون طيار للدفع إلى الوزن عند عدد دورات مرتفع في الدقيقة. يتم اختيار محرك مفصل آلي لعزم الدوران المستمر بسرعة منخفضة، غالبًا مع علبة تروس توافقية تقلل من سرعة الخرج إلى 20-60 دورة في الدقيقة مع مضاعفة عزم الدوران. المعلمات الحاسمة هي كثافة عزم الدوران (نيوتن متر لكل كيلوغرام من كتلة المحرك)، وعزم الدوران المسنن (الحاجز المغناطيسي الذي يسبب دورانًا غير متساوٍ)، ومرونة اللف.

يتم أيضًا تحديد اللفات وأجهزة التشفير على مستوى التطبيق. قد يحتاج المحرك الذي يعمل لمحور معصم 24 فولت تيار مستمر إلى ملف 310 فولت تيار مستمر لمحور الخصر الثقيل، ويجب أن يتطابق نوع التشفير مع مدخلات وحدة التحكم. هذه ليست اختيارات الكتالوج؛ إنها اختيارات هندسية.

لماذا يتفوق عزم الدوران المستمر عند السرعة المنخفضة على عدد الدورات في الدقيقة بدون تحميل

يحدد عزم الدوران المستمر عند عدد دورات منخفض في الدقيقة ما إذا كان الروبوت يمكنه حمل حمولة أم لا؛ السرعة القصوى على ورقة البيانات لا.

تؤثر الجاذبية دائمًا على المحرك، حتى عندما يكون الذراع ثابتًا. يحتاج محور المعصم الذي يحمل أداة يبلغ وزنها 2 كجم إلى ما يقرب من 0.5 إلى 1.5 نيوتن متر من عزم الدوران المستمر عند 50-100 دورة في الدقيقة لتثبيت هذه الأداة. يحتاج محور الكوع إلى 3-8 نيوتن متر. قد يحتاج محور الكتف الذي يتعامل مع حمولة كاملة إلى 15-40 نيوتن متر. إن سرعة عدم التحميل البالغة 6000 دورة في الدقيقة ليست ذات صلة هنا لأن المفصل لا يعمل أبدًا بالقرب من هذه السرعة.

مطابقة المنصات الحركية للهندسة الروبوتية المشتركة

يجب أن تحدد البنية المشتركة إطار المحرك وعلبة التروس، وليس العكس.

تستفيد مفاصل الكتف ذات الأحمال العالية من محركات التروس التوافقية، والتي توفر صفر رد فعل عكسي وكثافة طاقة عالية. تقدم شركة Jiangsu Retek Motion Co., Ltd. (Retek Motion) محرك تروس توافقي بقدرة 200 نيوتن متر يناسب محاور الكتف والخصر الثقيلة. تعمل الحمولات المتوسطة على الأذرع التعاونية والمناورات المتنقلة بشكل جيد مع محركات تروس 60 نيوتن متر. بالنسبة للروبوتات الطبية المدمجة والمثبتة على الكتف، يوفر محرك خارجي بدون فرش مقاس 42 مم مع رأس تروس كثافة الطاقة في مظروف صغير.

محرك تروس توافقي 200 نيوتن متر لمفاصل الروبوت الثقيلة يوفر هذا المحرك عزم دوران يبلغ 200 نيوتن متر بدون أي رد فعل عكسي، مما يجعله مناسبًا لمحور الكتف والخصر الثقيل في الروبوتات التي تتطلب تحديد موضع دقيق وقابل للتكرار. عرض المنتج →

محرك تروس 60 نيوتن متر للروبوتات والمتلاعبين التعاونيين بفضل عزم الدوران المقدر بـ 60 نيوتن متر، يناسب محرك التروس هذا الأذرع التعاونية ذات الحمولة المتوسطة والمناورات المتنقلة، مما يوفر أداءً موثوقًا لمختلف المهام الروبوتية. عرض المنتج →

محرك خارجي بدون فرشاة مقاس 42 مم مع رأس تروس للروبوتات الطبية يوفر هذا المحرك الخارجي المدمج مقاس 42 مم بدون فرش والمزود برأس تروس عزم دوران عاليًا وتحكمًا دقيقًا، وهو مثالي لتطبيقات الروبوتات الطبية المثبتة على الكتف. عرض المنتج →

لا توفر علب التروس التوافقية أي رد فعل عكسي، وهو أمر ضروري لتحديد المواقع بشكل متكرر. تعد علب التروس الكوكبية أقل تكلفة وتتحمل أحمال الصدمات بشكل أفضل، لذا فهي تناسب عجلات الروبوتات المتنقلة التي تصطدم بالأرصفة والمنحدرات. يتبع إطار المحرك اختيار علبة التروس، وليس العكس.

استخدم قائمة المراجعة هذه عند تقييم أي محرك مرشح لمفصل الروبوت:

• تحقق من عزم الدوران المستمر عند سرعة التشغيل، وليس ذروة عزم الدوران عند سرعة الصفر.
• قياس عزم الدوران المسنن مع تطبيق نسبة علبة التروس.
• تأكد من أن تصنيف IP يطابق ظروف الغسيل أو التعرض للغبار.
• تحقق من أن تعليقات جهاز التشفير متوافقة مع وحدة تحكم الروبوت.
• قم بتقييم المسار الحراري من خلال مبيت علبة التروس.

مقارنة كثافة عزم الدوران عبر أحجام إطارات BLDC

لا ينتج الإطار الأكبر دائمًا عزم دوران أكثر قابلية للاستخدام نسبيًا، لأن عامل تعبئة الملف وتبديد الحرارة يتغيران مع القطر والطول المحوري.

يمتد خط DC بدون فرش من Retek Motion من 28 مم إلى 130 مم. تبلغ قيم عزم الدوران المستمر التمثيلية في سلسلة 24 VDC حوالي 0.4 نيوتن متر لمحرك 42 مم، و0.8 نيوتن متر لـ 57 مم، و1.6 نيوتن متر لـ 76 مم، و2.2 نيوتن متر لـ 80 مم، و3.5 نيوتن متر لـ 100 مم، و6.5 نيوتن متر لـ 130 مم. التقدم أقرب إلى العلاقة المكعبة مع قطر الدوار، وهذا هو السبب في أن اختيار حجم الإطار هو في المقام الأول مشكلة تصميم حراري.

ما الذي تبحث عنه في مورد محركات الروبوتات

تعد المرونة الهندسية وتكامل التصنيع الرأسي أكثر أهمية من اتساع الكتالوج، لأن معظم مفاصل الروبوت تتطلب مشروع محرك مخصص.

قامت Retek Motion بتصميم وبناء محركات DC بدون فرش داخليًا منذ عام 2018. وتنتج الشركة أيضًا أغطية علبة التروس المُشكَّلة باستخدام الحاسب الآلي، والمكونات المصبوبة، وأحزمة الكابلات تحت سقف واحد. يتيح هذا المزيج لمصنع الروبوت تكرار تكوينات اللف والتشفير والموصل دون التنسيق مع عدة موردين.

لحالات استخدام محددة، Retek's محركات بدون فرش منخفضة الترس تقليل تموج الموقف في الإخراج، في حين محركات DC بدون فرش ذات عزم دوران عالي توفير الهامش المطلوب عندما تكون الحمولات ديناميكية.

الأسئلة المتداولة

ما الفرق بين المحرك بدون فرش للروبوتات ومحرك BLDC العادي؟

يتم تحديد محرك الروبوتات بدون فرش لعزم الدوران المستمر عند السرعة المنخفضة، والترس المنخفض، والتوافق مع ردود الفعل، في حين يتم تصنيف محرك BLDC العادي عادةً لسرعة الذروة وطاقة الإخراج العالية.

كيف أحسب عزم الدوران المستمر المطلوب لمفصل الروبوت؟

اضرب كتلة الحمولة في طول الذراع اللحظي، ثم أضف القصور الذاتي المنعكس وخسارة علبة التروس، ثم قم بتطبيق عامل أمان لا يقل عن 3x.

هل علبة التروس التوافقية أفضل من علبة التروس الكوكبية بالنسبة لروبوت محرك بدون فرش؟

توفر علب التروس التوافقية صفرًا من ردود الفعل العكسية وتقليلًا عاليًا لمفاصل الذراع الدقيقة؛ تتعامل علب التروس الكوكبية مع أحمال الصدمات بشكل أفضل لعجلات القيادة المتنقلة.

هل يمكنني الحصول على محرك مخصص بدون فرش مزود بوحدة تحكم مدمجة للروبوتات؟

نعم. تعد وحدة التحكم المدمجة وخيارات اللف المخصصة أمرًا قياسيًا، ويمكن للمورد المتكامل رأسيًا أيضًا إنتاج غلاف علبة التروس وحزام الكابلات.