Il-Joint Actuator Problem Ħadd Ma Jitkellem dwarha
L-iżvilupp ta 'robot umanojdi għandu problema ta' kalamita. Mhux problema ta 'provvista - problema ta' speċifikazzjoni.
Ħafna timijiet li jibnu ġonot umanojdi jibdew billi jiġbdu spec NdFeB ta 'grad għoli minn kwalunkwe disinjatur tal-mutur tagħhom li uża l-aħħar darba. N45SH jiġi speċifikat minħabba li ħadem fl-aħħar proġett servo. Is-suffiss termali jintgħażel biex jaqbel mal-limitu tat-temperatura tal-istralċ. U mbagħad sitt xhur fl-ittestjar tal-ħardwer, il-ġonta taħdem aktar sħuna mill-mudell mbassar, it-torque jonqos kostanti, u ħadd ma jista 'jispjega immedjatament għaliex - minħabba li l-kalamita tidher multa f'temperatura tal-kamra.
Il-kwistjoni hija li l-attwaturi konġunti robot umanojdi joqogħdu f'intersezzjoni ta 'restrizzjonijiet li ma teżistix fil-biċċa l-kbira tal-applikazzjonijiet tal-muturi l-oħra: densità estrema tat-torque, ċikli ta' xogħol intermittenti ħafna, envelops termali stretti mingħajr tkessiħ sfurzat, u pakkett mekkaniku li jpoġġi l-kalamita eqreb lejn sorsi tas-sħana minn kważi kull disinn ieħor tal-mutur. Il-kisba tal-għażla NdFeB t-tajba teħtieġ li wieħed jaħseb f'dawk l-erba' restrizzjonijiet kollha flimkien, mhux separatament.
Dan l-artikolu huwa dwar kif tagħmel dan.
1. Għaliex l-Attwaturi Konġunti Umanoid Huma Termalment Differenti
Mutur servo standard f'applikazzjoni industrijali jaħdem f'ekwilibriju termali bejn wieħed u ieħor fi stat stabbli matul il-produzzjoni. Int id-daqs tal-kalamita għal dazju kontinwu f'temperatura ratata, żid marġni, u l-għażla hija difiżibbli.
Ġonot robot umanojdi ma jaġixxux hekk. Ċiklu tal-mixi bil-mixi jinvolvi fqigħ qosra ta' torque għoli - l-ogħla kurrenti 3–5 × il-klassifikazzjoni kontinwa - segwiti minn fażijiet ta' tagħbija baxxa fejn il-ġonta qed iżżomm l-aktar pożizzjoni kontra l-gravità. Il-kurrent medju jista 'jkun modest, iżda l-ogħla ġenerazzjoni tas-sħana matul dawk il-fażijiet tat-tifqigħ hija kkonċentrata, u l-kostanti tal-ħin termali ta' attwatur konġunt kompatt (tipikament 10-30 sekonda għall-istralċ, itwal għall-assemblaġġ tal-kalamita) tfisser li t-temperatura tal-kalamita tibqa 'tgħaddi mit-temperatura tal-istralċ b'biżżejjed biex tkun importanti.
F'każ ta 'test karatterizzat tajjeb: attwatur mingħajr frejm ta' 60mm li jmexxi simulazzjoni tal-mixja tal-mixi f'1 Hz wera temperaturi tal-istralċ li laħqu l-ogħla livell ta '95 grad matul il-fażi tal-pożizzjoni, filwaqt li t-temperatura tal-wiċċ tal-kalamita tar-rotor laħqet biss 72 grad - dewmien ta' bejn wieħed u ieħor 8 sekondi. Fi frekwenza tal-mixi ta '2 Hz, id-dewmien jikkompressa u t-temperatura tal-kalamita toqrob 88 grad fuq l-istess ċiklu ta' xogħol. Il-grad tal-kalamita li huwa sikur f'1 Hz jista 'jkun qed jaħdem qrib il-limitu ta' demagnetization irriversibbli tiegħu f'2 Hz, mingħajr xejn fil-mudell termali fi stat fiss biex jimmarkah.
Huwa għalhekk li l-ispeċifikazzjoni ta 'kalamita konġunta umanojde minn mudell termali ta' stat fiss waħedha mhix biżżejjed. Id-dinamika taċ-ċiklu tad-dazju hija importanti.
2. Ir-Riskju tad-Demagnetization Mhux Simmetriku
Id-demagnetization NdFeB mhix avveniment binarju. Hemm telf irriversibbli gradwali ta 'Br li jakkumula kull darba li l-kalamita topera taħt il-punt ta' l-irkoppa tagħha fuq il-kurva BH - u f'mutur konġunt mingħajr frejm ta 'għadd għoli ta' arbli, il-punt operattiv jinbidel lejn l-irkoppa taħt kundizzjonijiet tal-ogħla kurrent preċiżament meta l-ġonta tkun qed tagħmel ix-xogħol ta 'l-ogħla torque tagħha.
Il-konsegwenza prattika: kalamita li hija termalment sikura fi stat stabbli ta '80 grad xorta tista' demagnetize parzjalment waqt tifqigħ ta 'torque ta' 150ms jekk il-kurrent massimu huwa għoli biżżejjed biex jimbotta l-punt operattiv taħt l-irkoppa. L-ammont ta 'demagnetization għal kull ċiklu huwa żgħir - forsi 0.1–0.3% telf Br - iżda huwa kumulattiv. Wara 10,000 ċiklu tal-mixi, ġonta li bdiet fl-ispeċifikazzjoni tista 'tkun qed taħdem 2-4% taħt il-kostanti tat-torque oriġinali tagħha. Dak huwa biżżejjed biex jikkawża asimetrija notevoli fil-mixja bilaterali, u biżżejjed biex toħloq uġigħ ta 'ras ta' kontroll b'ċirku magħluq li jixbhu problemi ta 'softwer.
L-iffissar huwa sempliċi iżda jeħtieġ li tkun taf li huwa meħtieġ: speċifika l-grad tal-kalamita bbażat fuq il-punt operattiv tal-quċċata waqt transitori ta 'kurrent massimu, mhux biss il-limitu termali ta' stat fiss. Għall-biċċa l-kbira tal-applikazzjonijiet konġunti umanojdi, dan imbotta l-għażla mill-gradi standard ta 'n-suffiss lejn H jew SH - mhux għax it-temperatura hija għolja, iżda minħabba li l-forza ta' koerċizzjoni teħtieġ li żżomm kontra l-ogħla oqsma demagnetizing.
3. Għażla tal-Grad b'Pożizzjoni Konġunta
Mhux il-ġogi kollha f'robot umanojdi għandhom l-istess ambjent termali u elettromanjetiku. Approċċ ġerarkiku għall-għażla tal-grad jagħmel sens.
| Konġunta | L-ogħla Torque | Ambjent Termali | Grad Rakkomandat | Motivazzjoni |
|---|---|---|---|---|
| Ġenb (pitch/roll) | Għoli (40–120 N·m) | Pelvi magħluqa, fluss ta 'arja limitat | N42SH–N45SH | Riskju ta' demagnetization tal-kurrent massimu għoli; ambjent termali magħluq |
| Irkoppa | L-ogħla (60–150 N·m) | Espost, konvezzjoni aħjar | N45H–N48H | L-ogħla torque dominanti; tkessiħ aħjar jippermetti suffiss ta 'koerċività aktar baxx |
| Għaksa | Medju (20–60 N·m) | Espost, l-aktar baxx ambjentali | N45–N48H | Riskju termali aktar baxx; standard N aċċettabbli jekk il-kurrent massimu huwa kkontrollat |
| Spalla (pitch/roll) | Medju (15–40 N·m) | Torso parzjalment magħluq | N42H–N45H | Densità moderata tat-torque; ċiklu ta' xogħol magħluq iżda aktar baxx minn saqajn |
| Minkeb / Polz | Baxx–Medju (5–20 N·m) | Espost, konvezzjoni tajba | N42–N45H | Kurrenti aktar baxxi; standard N spiss biżżejjed b'marġni |
| Saba' / Dexterous | Baxxa (0.1–2 N·m) | Struttura tal-idejn magħluqa | N42H–N45H | Il-volum żgħir jillimita d-dissipazzjoni tas-sħana; Is-suffiss H jipprovdi marġini |
Dawn huma punti tat-tluq, mhux speċifikazzjonijiet finali. L-għażla attwali tiddependi fuq l-ogħla profil tal-kurrent tiegħek, ir-reżistenza termali tal-assemblaġġ konġunt, u jekk għandekx tkessiħ attiv. Iżda l-mudell iżomm: il-ġonot li jġorru l-aktar tagħbija fl-ambjenti l-aktar ristretti termalment - ġenbejn, assemblaġġi ta 'l-ispalla magħluqa - jeħtieġu Hcj ogħla, filwaqt li l-ġonot distali esposti għandhom aktar spazju għar-ras termali u jistgħu jaħdmu gradi ta' koerċività aktar baxxi.
4. Ġeometrija tas-Segment ta 'l-Ark għal Ġonot ta' Għadd ta 'Arbli Għoli
Ħafna attwaturi konġunti umanojdi jużaw konfigurazzjonijiet ta '12-20 arblu biex jimmassimizzaw it-torque għal kull ampere f'dijametru kompatt. F'dan l-għadd tal-arbli, il-wisa 'segment tal-ark hija dejqa - tipikament tul tal-korda ta' 15-25mm għal dijametru tar-rotor ta '60-80mm - u l-ħxuna radjali hija ristretta mill-baġit tal-inerzja tar-rotor.
Żewġ deċiżjonijiet ta’ ġeometrija huma importanti aktar milli jirrealizzaw il-biċċa l-kbira tat-timijiet:
Proporzjon tal-ark tal-arblu.Proporzjon ta 'l-ark ta' l-arblu bejn 0.82 u 0.90 huwa l-firxa prattika biex jiġi minimizzat it-torque ta 'cogging f'muturi mingħajr frejm b'għadd għoli ta' arbli mingħajr ma jiġi sagrifikat wisq fluss ta 'l-arja. Li tmur 'l fuq minn 0.92 iżid il-fluss iżda cogging isir is-sors dominanti ta' tmewwiġ tat-torque - problematiku għal ġonta robot li teħtieġ kontroll tal-pożizzjoni b'veloċità baxxa bla xkiel. Li tmur taħt 0.80 tnaqqas il-cogging iżda tnaqqas id-densità tat-torque biżżejjed li għandek bżonn kalamita ta 'grad ogħla biex tikkumpensa, li żżid l-ispiża mingħajr ma tindirizza l-għażla tal-ġeometrija sottostanti.
Ħxuna radjali vs ħxuna tad-dahar tal-ħadid.Għal kalamiti tal-klassi N45H f'rotor ta '60–80mm, ħxuna ta' kalamita radjali ta '3.5–4.5mm hija l-firxa fejn il-kalamiti qed joperaw qrib il-punt ottimali tax-xogħol tagħhom fuq il-kurva BH. Irqaq minn 3mm u qed tħalli l-fluss fuq il-mejda. Eħxen minn 5mm iżid l-inerzja tar-rotor li tidher bħala bandwidth konġunta mnaqqsa - spiża reali f'robot li jeħtieġ risponsi veloċi ta 'kontroll tal-impedenza.
5. X'Sirkjar Separat Jiswak
Huwa komuni fil-programmi ta 'żvilupp ta' robot umanojdi li jġibu kalamiti tar-rotor minn fornitur wieħed u laminazzjonijiet ta 'stator minn ieħor. Il-loġika tagħmel sens fuq il-karta: kull fornitur jottimizza l-komponent tiegħu stess.
Fil-prattika, it-tolleranza stack-up bejn il-komponenti ta 'sors indipendenti hija l-aktar sors konsistenti ta' varjazzjoni tal-vojt tal-arja f'muturi konġunti tal-ewwel artikolu. Varjazzjoni ta '±0.05mm fir-raġġ tal-ark tal-kalamita, flimkien ma' varjazzjoni ta '±0.03mm fir-raġġ tal-islott tal-laminazzjoni, tipproduċi sa ±0.08mm varjazzjoni tal-vojt tal-arja madwar iċ-ċirkonferenza tar-rotor. F'vojt ta 'arja nominali ta' 0.4mm - tipiku għal ġonta mingħajr frejm ta 'densità għolja ta' torque - dik hija varjazzjoni ta '20%. Ir-riżultat huwa tmewwiġ tat-torque li jista 'jitkejjel fil-frekwenza li tgħaddi l-arblu, li f'mutur ta' 16-il arblu f'200 RPM (veloċità tipika tal-mixi bil-mod) jaqa 'f'26 Hz - dritt fil-bandwidth tal-biċċa l-kbira tal-kontrolluri tal-impedenza konġunta umanojdi.
It-tqabbil tal-ġeometrija tal-ark tal-kalamita mal-ġeometrija attwali tal-laminazzjoni mill-istess lott ta 'produzzjoni jelimina ħafna minn dik il-varjazzjoni. Il-kalamita u l-laminazzjoni m'għandhomx għalfejn jiġu mill-istess fornitur neċessarjament, iżda jeħtieġ li jiġu kovalidati b'mod dimensjonali qabel l-assemblaġġ - u dan huwa ferm aktar faċli meta t-tnejn jiġu minn sors wieħed li jikkontrolla ż-żewġ proċessi.
6. Lista ta 'kontroll Prattiku għall-Ispeċifikazzjoni tal-Kalamita Konġunta Umanoid
- ☐ Iddefinixxi l-ogħla kamp ta 'demagnetizing fil-kurrent massimu, mhux biss temperatura operattiva fi stat fiss
- ☐ Mexxi simulazzjoni termali duty-cycle bi frekwenza tal-mixi fil-mira - 1 Hz u 2 Hz minimu
- ☐ Agħżel il-grad ibbażat fuq l-ogħla punt operattiv b'marġni Hcj ta' 15% 'l fuq mill-punt ta' l-irkoppa f'temperatura massima mistennija tal-kalamita
- ☐ Speċifika ġeometrija tas-segment tal-ark: proporzjon tal-ark tal-arblu 0.82–0.90, ħxuna radjali 3.5–4.5mm għal dijametru tar-rotor ta' 60–80mm
- ☐ Ivverifika l-baġit tat-tolleranza tal-vojt tal-arja: it-tolleranza tar-raġġ tal-ark tal-kalamita + it-tolleranza tar-raġġ tal-islott tal-laminazzjoni Inqas minn jew ugwali għal 20% tal-vojt tal-arja nominali
- ☐ Itlob kurvi BH f'20 grad, 80 grad, u 120 grad mill-materjal tal-produzzjoni - mhux valuri ta' datasheet tal-grad
- ☐ Għall-ġogi tal-ġenbejn u tal-ispalla magħluqa: speċifika s-suffiss SH bħala linja bażi; H huwa aċċettabbli biss b'mudell termali validat li juri l-ogħla temperatura tal-kalamita Inqas minn jew ugwali għal 120 grad taħt l-agħar mixja
HIMAGNET jipprovdi kalamiti tas-segment tal-ark imqabbla ma 'tpinġijiet tal-laminazzjoni tar-rotor tal-klijent, b'dejta BH f'temperaturi multipli minn materjal ta' produzzjoni. Għal programmi konġunti umanojdi - minn attwaturi tas-swaba 'għal muturi tat-torque tal-ġenbejn -ikkuntattja lit-tim tal-inġinerija tagħnabit-torque konġunt, il-veloċità, u l-pakkett termali tiegħek, u aħna naħdmu permezz tal-għażla tal-grad miegħek.
