Berėmiai varikliai, skirti miklioms robotų rankoms: magnetų ir laminavimo projektavimo vadovas

Įvadas

Veikli roboto ranka turi atkartoti žmogaus pirštų jėgą, greitį ir tikslumą pakuotėje, kuri yra pakankamai maža, kad tilptų į delno dydžio gaubtą. Variklis, varantis kiekvieną piršto sąnarį, yra esminis ribojantis veiksnys – o rimčiausių gudrių rankų konstrukcijų atveju atsakymas yraberėmio šepetėlio variklis: statoriaus ir rotoriaus komplektas be korpuso, guolių ar veleno, integruotas tiesiai į piršto konstrukciją.

Šiame vadove aprašoma, kodėl berėmiai varikliai yra tinkamas pasirinkimas, kai reikia naudoti vikriai rankomis, kaip pasirinkti NdFeB magneto rūšį ir silicio plieno laminavimą šiam konkrečiam darbo ciklui ir ką turi nurodyti inžinieriai, įsigydami šiuos komponentus.

1. Kodėl berėmiai varikliai yra gudraus rankų valdymo standartas

Įprasti patalpoje esantys varikliai – net ir miniatiūriniai – kelia tris gudraus rankų dizaino problemas:

• Tūrinė bauda: Korpusas, galiniai dangteliai ir išėjimo velenas padidina ilgį ir skersmenį, kurio negalima atkurti. 28 mm varikliui gali prireikti 45 mm tarpo tarp pirštų; lygiavertis berėkis statorius telpa 12 mm ašinio gylio.
• Transmisijos praradimas: Išėjimui per veleną reikia pavarų dėžės arba kabelio transmisijos, kurių kiekviena padidina laisvumą, trintį ir atitikimą, o tai sumažina pirštų padėties tikslumą.
• Šiluminė izoliacija: Korpusas atlieka šilumos barjero funkciją. Apvijose susidaranti šiluma turi keliauti per korpusą, kad pasiektų konstrukciją – didėja apvijos temperatūra ir mažėja nuolatinis sukimo momentas.

A berėmio variklio komplektaspašalina visus tris. Statorius yra prispaudžiamas arba klijuojamas tiesiai į piršto jungties konstrukciją; rotorius sumontuotas ant jungties guolio. Šiluma tiesiogiai iš apvijos patenka į konstrukcinį aliuminį. Nėra veleno, pavarų dėžės ir korpuso tūrio.

Rezultatas: sukimo momento tankis 2–3 kartus didesnis nei lygiaverčio variklio, esančio tame pačiame jungties apvalkale, su mažesniu tarpu ir geresniu šilumos valdymu.

2. Pagrindiniai gudrių rankinių berėmių variklių projektavimo parametrai

Naudingi rankų darbo ciklai yra neįprasti, palyginti su standartiniais servo įrenginiais. Variklis turi pateikti:

Mažo skersmens ir mažo greičio derinys stumia dizainą linkdidelis polių skaičius- paprastai nuo 12 iki 20 polių (nuo 6 iki 10 polių porų) - siekiant maksimaliai padidinti sukimo momentą viename ampere, nepadidinant apvijos srovės, viršijančios vairuotojo galimybes.

3. NdFeB magnetų pasirinkimas vikriems rankiniams varikliams be rėmelių

Berėmio gudraus rankinio variklio rotorius turi lankinio segmento arba plytelių NdFeB magnetus, sujungtus su plonu plieniniu užpakaliniu geležies žiedu. Magneto pasirinkimas apima keturis sprendimus:

3.1 Klasė ir energijos produktas

Daugeliui gudrių rankų darbo temperatūra prie magneto paviršiaus išlieka žemesnė nei 80 laipsnių esant įprastiems darbo ciklams. Tai leidžia naudoti standartines arba M priesagas be padidintos koercicijos:

• N42 iki N48: Standartinis pasirinkimas gudriems rankiniams varikliams, veikiantiems žemesnėje nei 80 laipsnių magneto temperatūroje. Maksimalus energijos produktas 42–48 MGOe. Ekonomiškai efektyvus, plačiai prieinamas plonuose lanko segmentuose.
• N42H iki N45H: Nurodoma, kai variklis veikia šalia šilumos šaltinio arba kai šiluminė analizė rodo, kad magneto temperatūra gali artėti prie 100 laipsnių.
• N42SH: Didelio ciklo pramoniniams manipuliavimo robotams, dirbantiems šiltoje aplinkoje. Prievartos jėga, kurios pakanka palaikyti 150 laipsnių magneto temperatūrą.

3.2 Lanko segmento geometrija ir įmagnetinimo kryptis

Naudojami berėmių variklių rotoriairadialinis įmagnetinimaskaip daugelio dailių rankų dizaino standartas. Kiekvienas lanko segmentas įmagnetinamas radialiai į išorę arba į vidų, o polių lanko santykis yra 0,80–0,95. Halbacho veikiamas lygiagretus įmagnetinimas naudojamas didelio našumo projektuose, siekiant sutelkti srautą oro tarpelyje ir sumažinti užpakalinės geležies storį, sumažinant rotoriaus inerciją griežtesnių gamybos reikalavimų kaina.

3.3 Storis ir klijavimas

Lankinio segmento magnetai berėmiuose gudriuose rankiniuose varikliuose paprastai yra2-4 mm storioradialiai. Klijuojant naudojama struktūrinė epoksidinė medžiaga, kurios segmentai kietėjimo metu laikomi tvirtinimo detalėse, kad būtų išlaikyta kampinė padėtis ±0,1 laipsnio ribose. Segmento ir nugaros geležies koncentriškumas turi būti patikrintas prieš apvyniojant, kad būtų išvengta netolygaus oro tarpo srauto, kuris sukuria sukimo momentą ir padėties paklaidą pirštų jungtyje.

4. Statoriaus šerdies silicio plieno laminavimo pasirinkimas

Naudingi rankiniai berėmiai varikliai veikia elektriniais dažniais270–1 000 Hz. Tokiais dažniais laminavimo storis yra dominuojantis statoriaus geležies nuostolių kintamasis, o teisingas pasirinkimas yra nedviprasmiškas:

• Storis: 0,20 mm- sumažina sūkurinės srovės nuostolius ~67%, palyginti su 0,35 mm. Privaloma, kai elektros dažniai viršija 400 Hz.
• Klasė: 20W1200H arba 20W1500H- Neorientuoti grūdeliai, daug silicio, kad būtų maži histerezės nuostoliai esant aukštam dažniui.
• Krovimo koeficientas: didesnis arba lygus 0,97- patikrinkite suspausto krūvos matavimą pirmame straipsnyje.
• Plyšio geometrijos tolerancija: ±0,03 mm- reikalingas norint išlaikyti vienodą apvijos užpildymo koeficientą ploname statoriaus kamiene.
• Laminavimo lygumas: mažesnis arba lygus 0,05 mm lankelis viename lape- kritinis trumpuose ašiniuose krūveliuose, kai kumuliacinė paklaida turi įtakos oro tarpo vienodumui.

5. Integruoto tiekimo pranašumas

Berėmio gudraus rankinio variklio veikimą lemia statoriaus laminato ir rotoriaus magneto sąveika. Šie du komponentai nėra nepriklausomi – jų įsigijimas atskirai neatlikus suderintos projekto peržiūros yra viena iš dažniausiai pasitaikančių netinkamo variklio tobulinimo priežasčių.

Dažni neatitikimai, kai magnetai ir laminatai tiekiami iš skirtingų tiekėjų:

• Magneto pastovumas nurodytas 20 laipsnių kampu, tačiau dėl statoriaus geležies praradimo magnetas veikia 95 laipsnių kampu – tikrasis Br nukrenta ~4%, sumažinant sukimo momento pastovumą tiek pat
• Statoriaus plyšio geometrija, skirta 0,35 mm laminavimui, bet perkant perjungta į 0,20 mm – skirtingas krovimo koeficientas keičia efektyvų rietuvės ilgį ir keičia Ke
• Poliaus lanko santykis optimizuotas vienai laminavimo pralaidumo kreivei, sukuriantis perteklinį sukimo momentą, kai pakeičiama kita klasė

HIMAGNET tiekia suderintus statoriaus laminavimo kaminus ir rotoriaus magnetų rinkinius berėmiams gudriems rankiniams varikliams, pagamintus iš silicio plieno ir NdFeB medžiagos pagal tą pačią magnetinės grandinės specifikaciją. Inžinerinė pagalba apima oro tarpo srauto skaičiavimą, terminį modeliavimą ir pirmojo gaminio patikrinimą – nuo ​​20 mm pirštinių jungčių pavarų iki 80 mm riešo sukimo momento variklių.

6. Pirkimų kontrolinis sąrašas

• ☐ Patvirtinkite išorinio skersmens ir ašinio ilgio apribojimus pagal pirštų jungties CAD
• ☐ Nurodykite didžiausią sukimo momentą, nuolatinį sukimo momentą ir maksimalų jungties greitį
• ☐ Patvirtinkite vairuotojo magistralės įtampą ir didžiausią fazės srovę, kad nustatytumėte Ke tikslą
• ☐ Nurodykite magneto klasę: N42–N48 standartas; N42H–N45H aukštesnei temperatūrai
• ☐ Nurodykite laminavimo storį: 0,20 mm, kai elektros dažniai viršija 400 Hz
• ☐ Prašykite pirmojo gaminio laminavimo rietuvės sudėjimo koeficiento ataskaitos ir lygumo patikrinimo
• ☐ Patvirtinkite lanko segmento sujungimo metodą ir padėties toleranciją (įprastai ±0,1 laipsnio)
• ☐ Prašyti suderinto magneto + laminavimo paketo su oro tarpo srauto skaičiavimu

Susisiekite su HIMAGNET inžinierių komandaaptarti berėmio variklio specifikacijas – nuo ​​prototipo iki gamybos.