Überlegungen zur Auswahl des Robotermotors
Der Roboter führt vorab geplante spezifische Aufgaben aus, wie z. B. Montagelinien, chirurgische Unterstützung, Abholung / Abholung des Lagers und sogar gefährliche Aufgaben wie das Entfernen von Minen. Heutige Roboter erledigen nicht nur stark wiederkehrende Aufgaben, sondern führen auch komplexe Funktionen aus, die Flexibilität in Richtung und Bewegung erfordern. Mit der Weiterentwicklung von Technologie, Geschwindigkeit und Flexibilität sowie Kostensenkung werden Roboter weit verbreitet. Der Kostenvorteil unter Arbeit zeigt uns auch den Beginn der Roboterindustrie. Darüber hinaus werden Machine Vision, Rechenleistung und Fortschritte im Netzwerk die Einführung von Roboteranwendungen vorantreiben.
Die Implementierung dieser Hochleistungsroboter profitiert von folgenden Verbesserungen:
1. Komplexe Sensoren
2. Realisieren Sie die Rechenleistung und den Algorithmus für Echtzeitentscheidungen und -maßnahmen.
3. Ein Motor, der die mechanische Leistung schnell und genau vorantreibt, um komplexe Aufgaben zu erfüllen;
Bei der Auswahl von Motortyp und -modell muss der Designer drei Hauptfaktoren berücksichtigen, die berücksichtigt werden müssen:
1. die minimale und maximale Geschwindigkeit des Motors (und der Beschleunigung);
2. das maximale Drehmoment, das der Motor bereitstellen kann, sowie die Beziehung zwischen dem Drehmoment und der Geschwindigkeitskurve;
3. Genauigkeit und Wiederholbarkeit des Motorbetriebs (wenn Sensor und Regelung nicht verwendet werden);
Natürlich gibt es viele andere wichtige Faktoren, die bei der Auswahl eines Motors zu berücksichtigen sind, wie Größe, Gewicht und Kosten. Für fast alle kleinen bis mittelgroßen Roboterantriebe kann der Antriebsmotor normalerweise mit einem Bürsten-Gleichstrommotor, einem bürstenlosen Gleichstrommotor (BLDC) und einem Schrittmotor ausgestattet werden. (In einigen Fällen sind jedoch hydraulische und pneumatische Maschinen die beste Wahl.)
Bürstengleichstrommotoren sind die älteste Gleichstrommotortechnologie, die einfachsten und niedrigsten Kosten. Aufgrund des Kontakts zwischen der Bürste und dem Rotor wechselt die Drehung des Motorrotors das Wicklungsmagnetfeld um den Rotor. Die Drehzahl des Motors hängt von der angelegten Spannung ab, so dass die Anforderungen an den Antrieb nicht hoch sind, die Steuerung des Drehmoments jedoch schwierig ist. Zuverlässigkeitsprobleme während des Betriebs ergeben sich aus dem Verschleiß der Bürste, der Notwendigkeit der Reinigung und Wartung sowie der Möglichkeit, eine elektronische Geräuschquelle (elektromagnetische Interferenz) zu werden. Aufgrund dieser Probleme sind bürstenbehaftete Gleichstrommotoren in den meisten Fällen die am wenigsten attraktive Option im Roboterkonzept.
Bürstenlose Gleichstrommotoren tauchten in den 1860er Jahren auf, und sie profitierten von zwei Entwicklungen: erstens dem Aufkommen eines starken, kleinen und kostengünstigen Dauermagneten; zweitens das Aufkommen von kleinen und effizienten elektronischen Schaltern (normalerweise MOSFETs), um den Strom zu schalten, der zu den Wicklungen fließt. "Elektrische Kommutierung" ersetzt die mechanische Kommutierung des Bürstenmotors, um das Schalten des Magnetfelds zu steuern. Die Wechselwirkung zwischen der umgebenden festen Schaltspule und dem Magneten am rotierenden Kern ersetzt die mechanische Kommutierung des Bürstenmotors, dh das Magnetfeld und das elektrische Feld werden genutzt. Interaktion zwischen. Durch Ändern der Schaltfrequenz von MOFSET kann somit die Motordrehzahl gesteuert werden. Darüber hinaus bietet die Motorsteuerung eine bessere Kontrolle der Motorleistung als ein Bürstenmotor.
Noch besser können fortschrittliche Algorithmen wie PID-Korrekturalgorithmen (Proportional-Integral-Differential-Algorithmen) oder FOC-Steuerungen (feldorientierte Steuerung, manchmal auch als Vektorsteuerung bezeichnet) in der Motorsteuerung verfestigt werden. Dies passt den idealen Motorbetrieb an die tatsächliche Last und Lastwechsel an, wodurch die Motorleistung leistungsfähiger und genauer wird. Beispielsweise kann der Motorsteuerungsalgorithmus / -programm verwandte Faktoren wie die Rotorträgheit berücksichtigen, den Motorantrieb anpassen und Fehler aufgrund mechanischer Faktoren allmählich reduzieren. Ein solcher Algorithmus ermöglicht es, Beschleunigung und Drehmoment genau zu steuern.
Bürstenlose Motoren (BLDC) erfordern im Vergleich zu Bürstenmotoren anspruchsvollere Regelkreise, können jedoch eine bessere Leistung zeigen. Normalerweise muss ein BLDC-Motor mit einem Positionsrückkopplungssensor ausgestattet sein, z. B. einem Hall-Effekt-Sensor, einem optischen Encoder oder einem EMF-Detektor.
Ein anderer Typ eines BLDC-Motors, der üblicherweise in Robotern verwendet wird, ist ein Schrittmotor. In diesem Fall wird ein Elektromagnet vom Schaltertyp verwendet, der sich neben dem zentralen Kern des Permanentmagnetrings befindet. Der Schrittmotor "dreht" nicht wie üblich; stattdessen wird die Drehzahl mittels der kontinuierlich drehenden Welle allmählich erhöht, so dass ein bestimmter Drehwinkel oder eine kontinuierliche Drehung erreicht werden kann. Der Schrittmotor verfügt über eine wiederholbare Bewegungssteuerung. Sie kann bei Bedarf in die vorherige Position zurückgestellt werden.
Der Schrittwinkelbereich reicht von 1,8 ° (200 Schritte / Umdrehung) bis 30 ° (12 Schritte / Umdrehung). Der Schrittwinkel oder die Anzahl der Schritte hängt von der Anzahl der Permanentmagneten des Motors ab, es sind jedoch auch Werte außerhalb dieses Bereichs erreichbar. von.
Bei Schrittmotoren bleiben diese, wenn sie ohne Schrittanzeige bestromt werden, an Ort und Stelle; Schrittmotoren können bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment bereitstellen. Die einfachste Möglichkeit zum Drehen des Schrittmotors ist das Ein- und Ausschalten des Solenoids. Dies kann jedoch Jitter oder Vibrationen verursachen. In den Anwendungsbereichen von bürstenlosen Motoren und Schrittmotoren gibt es einige Überschneidungen. Schrittmotoren eignen sich besser für Anwendungen, die präzise Vorwärts- und Rückzugsaktionen erfordern (z. B. Kommissionieren und Platzieren), und nicht für Bereiche, in denen eine kontinuierliche Rotation erforderlich ist, sowie für kleine Anwendungen, bei denen kein hohes Drehmoment oder eine hohe Geschwindigkeit erforderlich sind. Darüber hinaus haben Schrittmotoren geringere Anforderungen an die Energieeffizienz als bürstenlose Gleichstrommotoren. Neben den hier aufgeführten Motoren stehen viele weitere Typen zur Auswahl. Die Motorserie ist vielfältig und komplex und hat viele Branchen. Beispielsweise ist ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) eine Kombination aus einem bürstenlosen Gleichstrommotor (relativ zu einem Rotor) und einem Wechselstrominduktionsmotor (relativ zu einer Statorstruktur). Es hat die Eigenschaften einer hohen Energieeffizienz, einer hohen relativen Dichte pro Volumeneinheit, eines Verhältnisses von Drehmoment zu Gewicht, einer schnellen Reaktionszeit und einer relativ einfachen Steuerung, aber der Preis ist relativ hoch.
