Как подобрать мотор для роботизированной руки?

Роботизированные руки оснащены множеством деталей и должны свободно вращаться по осям. Важно подобрать для них надежный привод, который способствовал бы их движению с нужным типом и величиной силы. Роботы-манипуляторы часто выполняют не только рутинные задачи, но и поручения в опасных или сложных условиях, как и человек, поэтому двигатель должен идеально подходить под все требования. Ассортимент на рынке огромен, и у каждого мотора постоянного тока, степпера и сервопривода есть как свои преимущества, так и недостатки. Чтобы упростить процесс отбора, советуем для начала ответить на несколько ключевых вопросов.

Существует несколько факторов, на которые стоит обратить внимание при выборе двигателя для роботизированной руки:

1. Какие соединения используются? Есть пять видов соединений деталей роботов: линейные, ортогональные, вращающиеся, скручивающиеся и совершающие обороты. Какие именно соединения используются в вашем роботе? Простые линейные и ортогональные? Или более динамичные вращающиеся? Или вам нужно и то, и другое? Ответ на этот вопрос определит тип движения и связанные с ним нюансы. 

2. С каким уровнем шума вы готовы смириться? Если ваш продукт рассчитан на удаленный от общественных пространств завод, то проблем с шумом скорее всего не возникнет. Однако если разработка будет использоваться в людных местах и продолжительное время, то может стоит задуматься о моторе потише.

3. Какая точность вам нужна? Если  робот перемещает предметы на складе, особой точности не требуется, так как по сути здесь нет места для ошибки. Разные двигатели по-разному обеспечивают точность, некоторые — с явными недостатками; важно знать, какие из них подойдут продукту.

4. Какой крутящий момент нужен? Крутящий момент может быть достигнут на разных скоростях и с разной степенью постоянства. Если нужен высокий крутящий момент только при определенной скорости, можно пожертвовать ненужным для остальных функций двигателя.

Давайте теперь рассмотрим три типа электродвигателей, которые чаще всего используются в роботизированной руке: двигатели постоянного тока, степперы и сервомоторы.

Двигатели постоянного тока бывают щеточными и бесщеточными. Принято считать, что бесщеточные моторы постоянного тока вытеснили щеточные, но последние все еще довольно популярны для определенных роботизированных решений. Щеточный двигатель постоянного тока имеет КПД около 75–80%, обеспечивает высокий крутящий момент на низких скоростях и прост в управлении, но создает много шума из-за щеток, используемых для вращения механизма. Бесщеточный двигатель постоянного тока, напротив, тише, еще эффективнее и может поддерживать постоянный максимальный крутящий момент, но его труднее контролировать вплоть до того, что иногда для управления может потребоваться специальный регулятор.

Хотя двигатели постоянного тока обычно обеспечивают низкий крутящий момент, они могут достигать высоких скоростей и подходят для стиральных машин, вентиляторов, дрелей и других машин, требующих постоянного кругового движения.

Чтобы увеличить крутящий момент для робота-манипулятора, всегда можно оснастить систему коробкой передач. Имейте в виду, что двигатель и коробка передач должны подходить друг другу, так что покупка двигателя со встроенным редуктором будет отличной идеей.

Степперы обеспечивают точность движения, создают максимальный крутящий момент на низких скоростях и просты в управлении, что делает их популярным выбором в сферах автоматизации и робототехники. Но и у них есть недостатки: они шумные и не слишком эффективные. Также они часто нагреваются из-за того, что постоянно потребляют максимальный ток. Помимо этого, при высоких нагрузках они могут пропускать шаги из-за низких максимальных скоростей. Для роботизированной руки это может представлять собой серьезную проблему. Несмотря на указанные изъяны, степперы весьма эффективны в медицинских устройствах для обработки изображений, 3D-принтерах и камерах видеонаблюдения.

Сервомоторы гарантируют чрезвычайную точность движения благодаря обратной связи, которая засекает и корректирует расхождения между действительной и желаемой скоростью. Они способны создавать высокий крутящий момент на высоких скоростях и могут справляться с динамичными изменениями нагрузки. Помимо этого, сервомоторы отличаются легкостью и производительностью. К недостаткам сервомоторов относятся возможные подергивания из-за реакции на обратную связь и потребности в сложной системе управления. Несмотря на данные изъяны, точность сервомоторов делает их отличным вариантом для роботизированной руки, движения которой должны повторять движения руки человека.

Робот-манипулятор выполняет сложные и ответственные задачи, поэтому необходимо подобрать двигатель, который будет не только обеспечивать функционирование системы, но и сделает вашего робота максимально подходящим для среды, в которой он работает. При выборе двигателя убедитесь, что вы точно знаете, чего пытаетесь достичь, и расставьте приоритеты, чтобы найти разумный компромисс между функциональностью, оптимальной производительностью и областью применения.