Consideraciones de selección de motor de robot

- Nov 24, 2018-

Consideraciones de selección de motor de robot

El robot realiza tareas específicas previamente planificadas, como trabajo en la línea de ensamblaje, asistencia quirúrgica, recogida / recuperación en el almacén e incluso tareas peligrosas como la extracción de minas. Los robots de hoy no solo manejan tareas altamente repetitivas, sino que también realizan funciones complejas que requieren flexibilidad en la dirección y el movimiento. Con el avance de la tecnología, la velocidad y la flexibilidad, y la reducción de costos, los robots serán ampliamente adoptados. La ventaja de costos por debajo del trabajo también nos muestra el comienzo de la industria de los robots. Además, la visión artificial, el poder informático y los avances en la red también impulsarán la adopción de aplicaciones robóticas.

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La implementación de estos robots de alto rendimiento se beneficia de las siguientes mejoras:

1. Sensores complejos;

2. Realice el poder de cómputo y el algoritmo de la toma de decisiones en tiempo real y la acción;

3. Un motor que avanza con rapidez y precisión la potencia mecánica para lograr tareas complejas;

Al elegir el tipo y el modelo del motor, el diseñador debe considerar tres factores principales a tener en cuenta:

1. La velocidad mínima y máxima del motor (y la aceleración);

2. El par máximo que puede proporcionar el motor, así como la relación entre el par y la curva de velocidad;

3. Precisión y repetibilidad del funcionamiento del motor (cuando no se utilizan el sensor y el control de bucle cerrado);

Por supuesto, hay muchos otros factores importantes a tener en cuenta al elegir un motor, como el tamaño, el peso y el costo. Para casi todas las unidades robóticas de tamaño pequeño a mediano, la elección del motor de accionamiento suele ser un motor de CC con escobillas, un motor de CC sin escobillas (BLDC) y un motor paso a paso. (Sin embargo, las máquinas hidráulicas y neumáticas son la mejor opción en algunos casos).

Los motores DC con cepillado son la tecnología de motor DC más antigua, el costo más simple y más bajo. Debido al contacto entre el cepillo y el rotor, la rotación del rotor del motor conmuta (invierte) el campo magnético del devanado alrededor del rotor. La velocidad del motor es una función de la tensión aplicada, por lo que los requisitos del variador no son altos, pero la administración del par es difícil. Los problemas de confiabilidad surgen durante la operación debido al uso y desgaste del cepillo, la necesidad de limpieza y mantenimiento, y la posibilidad de convertirse en una fuente de ruido electrónico (interferencia electromagnética). Debido a estos problemas, en la mayoría de los casos, los motores de CC con escobillas se han convertido en la opción menos atractiva en el diseño de robots.

Los motores de CC sin escobillas aparecieron en la década de 1860 y se beneficiaron de dos desarrollos: primero, la aparición de un imán permanente fuerte, pequeño y de bajo costo; segundo, la aparición de interruptores electrónicos pequeños y eficientes (generalmente MOSFET) para cambiar la corriente que fluye hacia los devanados. La "conmutación eléctrica" reemplaza la conmutación mecánica del motor cepillado para controlar la conmutación del campo magnético. La interacción entre la bobina de conmutación fija circundante y el imán en el núcleo giratorio reemplaza la conmutación mecánica del motor cepillado, es decir, se utilizan el campo magnético y el campo eléctrico. interacción entre. Al cambiar la frecuencia de conmutación de MOFSET, se puede controlar la velocidad del motor. Además, el controlador del motor proporciona un mejor control del rendimiento del motor que un motor cepillado.

Aún mejor, los algoritmos avanzados, como los algoritmos de corrección PID (proporcional-integral-derivada) o los algoritmos de control FOC (control orientado al campo, a veces denominado control vectorial) pueden solidificarse en el controlador del motor. Esto hace coincidir la operación ideal del motor con los cambios reales de carga y carga, lo que hace que el rendimiento del motor sea más potente y preciso. Por ejemplo, el algoritmo / programa de control del motor puede tener en cuenta factores relacionados como la inercia del rotor y adaptar el accionamiento del motor y reducir gradualmente los errores debidos a factores mecánicos. Este algoritmo permite controlar con precisión la aceleración y el par.

En comparación con los motores con escobillas, los motores sin escobillas (BLDC) requieren circuitos de control más sofisticados, pero pueden mostrar un mejor rendimiento. Por lo general, un motor BLDC debe estar equipado con un sensor de realimentación de posición, como un sensor de efecto Hall, un codificador óptico o un dispositivo de detección de EMF posterior.

Otro tipo de motor BLDC comúnmente utilizado en robots es un motor paso a paso. En este caso, se utiliza un electroimán de tipo interruptor, que se encuentra al lado del núcleo central del anillo del imán permanente. El motor paso a paso no "gira" de la forma habitual; en cambio, la velocidad se incrementa gradualmente por medio del eje que gira continuamente, de modo que se puede lograr un cierto ángulo de rotación o rotación continua. El motor paso a paso tiene control de movimiento repetible; puede ser devuelto a su posición anterior cuando sea necesario.

El rango del ángulo del escalón es de 1.8 ° (200 pasos / revoluciones) a 30 ° (12 pasos / revoluciones). El ángulo de paso o el número de pasos depende del número de imanes permanentes que tiene el motor, pero también se pueden alcanzar valores fuera de este rango. de.

Para los motores paso a paso, si se activan sin apuntar por pasos, permanecerán en su lugar; Los motores paso a paso pueden proporcionar un alto par a bajas revoluciones. La forma más sencilla de girar el motor paso a paso es encender y apagar el solenoide, pero esto puede causar vibraciones o vibraciones. Hay algunas superposiciones en las áreas de aplicación de motores sin escobillas y motores paso a paso. Los motores paso a paso son más adecuados para aplicaciones que requieren acciones de retroceso y avance precisos (como el picking y la colocación), en lugar de áreas que requieren largos períodos de rotación continua, así como aplicaciones pequeñas donde no se requiere un alto par o velocidad. Además, los motores paso a paso tienen menos requisitos de eficiencia energética que los motores de CC sin escobillas. Además de los motores enumerados aquí, hay muchos otros tipos para elegir. La serie de motores es numerosa y compleja, con muchas ramas. Por ejemplo, un motor síncrono de imán permanente (PMSM) es una combinación de un motor de CC sin escobillas (en relación con un rotor) y un motor de inducción de CA (en relación con una estructura de estator). Tiene las características de alta eficiencia energética, alta densidad relativa por unidad de volumen, relación de torque a peso, tiempo de respuesta rápido y control relativamente fácil, pero el precio es relativamente alto.


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