一款优质的机器人无框电机需具备什么品质?

时间:2022-06-02 23:26 点击次数:
无框力矩电机         
        在进行机器人设计和构建时,设计师都希望能设计出拥有最优性能的机器。但由于受限于运动控制系统性能的局限性,不论是在理论方面还是实际情况,最终总免不了需要做一些权衡与取舍,以致设计出的机器人不能一步到位的达到理想性能。下面,就让我们一起来看看最常面临的无框电机权衡与取舍有哪些。
 
权衡 1:无框电机转矩密度 VS 尺寸
 
        如何在不增加机器人无框电机尺寸的情况下增加转矩?是我们在计算机器人关节的转矩要求时,需要权衡的一个点。
 
        在用于机器人关节的无框电机中,转矩随电机长度的增加或直径的平方增加而增加。为了获得移动和承受大负载所需的转矩,最常用的方法是使用直径较大的机器人电机,而不是较长的无框电机,因为较长的电机会增加关节尺寸,难以集成到设计中。
 
        但无框力矩电机直径过大也会造成一定限制。速度和转矩额定值与谐波减速机是配合使用的,谐波减速机又称应变波减速机,通常用于保持机器人关节紧凑和消除齿隙。但这些减速机传动系统只是在现有设计的有限范围内发挥作用。直径过大的电机是否能够在尺寸、重量和性能方面都经过优化的机器人关节上工作?另外,开发周期更长、成本更高,也会导致性能上的妥协。
 
权衡 2:无框电机速度 VS 转矩
 
         谐波减速机系统除了结构紧凑、齿隙小外,其固有的传动比也相对较高,减速比通常在30:1到320:1不等。谐波减速机系统的高传动比有利于高惯性负载的平稳加速/减速,和精确定位,但牺牲了速度。
 
         工业流程的速度是一个明显的优势,所以机器人工程师致力于提高移动负载的精确性和快速性。在配有谐波减速机的机器人关节中,这意味着需使用能够提供高输入速度(大约4,000rpm 或更高)的无框电机。问题在于,大多数无框电机在接近额定转速范围的上限时,会迅速损失转矩。
 
权衡 3:无框电机温度 VS 性能
 
         机器人无框力矩电机需要足够的转矩和速度。我们可以将这些因素定义为电机的整体运动控制性能。而这种性能取决于电机的电磁效率。电机会通过绕组散热的形式损失一部分电磁能。在给定电流下,高效率电机性能更强、工作温度更低,低效率电机则相反。
 
         高转矩和高速度要求无框电机消耗更高的电流,从而导致温度升高。大多数机器人电机的最高额定绕组温度为125ºC 到155ºC(环境温度+温升)。在协作机器人应用中,这样的高温可能会对人体造成伤害,因此通常会对这类电机进行降额。
无框力矩电机
         同时,当绕组温度远低于125ºC,但仍然相对较高时,会对减速机和其他部件产生一定的危害。当线圈温度上升至85ºC 以上时,润滑脂润滑性能会变差,导致减速机提前发生磨损并可能无法维持位置公差。高温还可能导致电子元件失灵甚至烧毁。每个部件都是相互联系的,一个部件因高温而失灵,机器人也会随之故障。
 

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