로봇 모터 선택 고려 사항
로봇은 조립 라인 작업, 수술 지원, 창고 픽업 / 회수, 심지어는 광산 제거와 같은 위험한 작업과 같은 사전 계획된 특정 작업을 수행합니다. 오늘날의 로봇은 고도의 반복적 인 작업을 처리 할뿐만 아니라 방향과 동작에 유연성을 요구하는 복잡한 기능을 수행합니다. 기술, 속도 및 유연성, 비용 절감의 진보에 따라 로봇이 널리 채택 될 것입니다. 노동 비용 대비 우위는 로봇 산업의 새벽을 보여줍니다. 또한 머신 비전, 컴퓨팅 성능 및 네트워크의 발전으로 로봇 애플리케이션의 채택이 촉진 될 것입니다.
이러한 고성능 로봇의 구현에는 다음과 같은 개선 사항이 있습니다.
1. 복잡한 센서;
2. 실시간 의사 결정과 행동의 컴퓨팅 능력과 알고리즘을 실현하십시오.
3. 복잡한 작업을 달성하기 위해 기계적 힘을 빠르고 정확하게 전진시키는 모터.
모터의 유형과 모델을 선택할 때 설계자는 고려해야 할 세 가지 기본 요소를 고려해야합니다.
1. 모터의 최소 및 최대 속도 (및 가속도).
2. 모터가 제공 할 수있는 최대 토크와 토크와 속도 곡선 사이의 관계.
3. 모터 작동의 정확성과 반복성 (센서와 폐 루프 제어가 사용되지 않는 경우);
물론 크기, 무게 및 비용과 같은 모터를 선택할 때 고려해야 할 다른 많은 중요한 요소가 있습니다. 거의 모든 중소형 크기의 로봇 드라이브의 경우 일반적으로 브러시 드 DC 모터, 브러시리스 DC 모터 (BLDC) 및 스테퍼 모터가 선택됩니다. (그러나 어떤 경우 유압 및 공압 기계가 최선의 선택입니다.)
브러쉬 드 DC 모터는 가장 오래되고 가장 경제적 인 DC 모터 기술입니다. 브러시와 회 전자 사이의 접촉으로 인해, 모터 회 전자의 회전은 회 전자 주변의 감기 자기장을 전환 (역전)시킵니다. 모터의 속도는인가 된 전압의 함수이므로, 구동 요건은 높지 않지만 토크를 관리하는 것은 어렵다. 신뢰성 문제는 브러시의 마모 및 찢김, 청소 및 유지 관리의 필요성, 전자 노이즈 소스 (전자기 간섭)가 될 가능성으로 인해 작동 중 발생합니다. 이러한 문제로 인해 대부분의 경우 브러시가 달린 DC 모터는 로봇 설계에서 가장 매력적인 옵션이되었습니다.
브러시리스 DC 모터는 1860 년대에 등장했으며, 두 가지 개발의 이점을 누릴 수있었습니다. 첫째, 강력하고 작으며 저렴한 영구 자석이 등장했습니다. 둘째, 작고 효율적인 전자 스위치 (일반적으로 MOSFET)의 출현)는 권선에 흐르는 전류를 스위칭한다. "전기 정류"는 브러시 모터의 기계적 정류를 대체하여 자기장의 전환을 제어합니다. 주변 고정 된 스위칭 코일과 회전 코어상의 자석 사이의 상호 작용은 브러시 모터의 기계적 정류를 대체합니다. 즉 자기장과 전기장이 활용됩니다. 사이의 상호 작용. MOFSET의 스위칭 주파수를 변경함으로써 모터 속도를 제어 할 수 있습니다. 또한 모터 컨트롤러는 브러시 모터보다 모터 성능을 더 잘 제어합니다.
PID (비례 - 적분 - 미분) 보정 알고리즘 또는 FOC (필드 제어, 때때로 벡터 제어라고도 함) 제어 알고리즘과 같은 고급 알고리즘을 모터 컨트롤러에 통합 할 수 있습니다. 이는 이상적인 모터 작동을 실제 부하 및 부하 변화와 일치시켜 모터 성능을 더욱 강력하고 정확하게 만듭니다. 예를 들어, 모터 제어 알고리즘 / 프로그램은 로터 관성과 같은 관련 요소를 고려하여 모터 드라이브를 조정하고 기계적 요인으로 인한 오류를 점차적으로 줄일 수 있습니다. 이러한 알고리즘은 가속도와 토크를 정밀하게 제어 할 수있게합니다.
브러시 모터와 비교할 때 브러시리스 모터 (BLDC)는보다 정교한 제어 회로를 필요로하지만 더 나은 성능을 나타낼 수 있습니다. 일반적으로 BLDC 모터에는 홀 효과 센서, 광학 인코더 또는 역기전력 검출 장치와 같은 위치 피드백 센서가 장착되어 있어야합니다.
로봇에 일반적으로 사용되는 BLDC 모터의 또 다른 유형은 스테퍼 모터입니다. 이 경우, 영구 자석 링의 중앙 코어 옆에 스위치 형 전자석이 사용됩니다. 스테퍼 모터는 일반적인 방식으로 "회전"하지 않습니다. 그 대신에, 연속적으로 회전하는 샤프트에 의해 속도가 점진적으로 증가하여, 소정의 회전 각 또는 연속적인 회전이 달성 될 수있다. 스테퍼 모터에는 반복적 인 모션 제어 기능이 있습니다. 필요한 경우 이전 위치로 되돌릴 수 있습니다.
스텝 각도 범위는 1.8 ° (200 steps / rev)에서 30 ° (12 steps / rev)까지입니다. 스텝 각 또는 스텝 수는 모터가 가진 영구 자석의 수에 따라 다르지만이 범위를 벗어나는 값도 가능합니다. 의.
스테퍼 모터의 경우, 스텝 지시없이 통전하면 위치에 유지됩니다. 스테퍼 모터는 낮은 rpm에서 높은 토크를 제공 할 수 있습니다. 스테퍼 모터를 돌리는 가장 직접적인 방법은 솔레노이드를 켜고 끄는 것이지만 지터 또는 진동을 유발할 수 있습니다. 브러시리스 모터 및 스테퍼 모터의 적용 영역에는 일부 겹침이 있습니다. 스테퍼 모터는 오랜 기간의 연속 회전이 필요한 영역이 아닌 정밀한 진보 및 후퇴 조치 (예 : 픽업 및 배치)가 필요한 애플리케이션 및 높은 토크 또는 속도가 필요하지 않은 소형 애플리케이션에 더 적합합니다. 또한 스테퍼 모터는 브러시리스 DC 모터보다 에너지 효율 요건이 낮습니다. 여기에 나열된 모터 외에도 선택할 수있는 여러 가지 유형이 있습니다. 모터 시리즈는 많고 복잡하며 많은 가지가 있습니다. 예를 들어, PMSM (영구 자석 동기 모터)은 브러시리스 DC 모터 (회 전자에 상대)와 AC 유도 모터 (고정자 구조와 관련)의 조합입니다. 그것은 높은 에너지 효율, 단위 체 적당 높은 상대 밀도, 토크 대 중량비, 빠른 반응 시간, 그리고 비교적 쉬운 제어 등의 특징을 가지고 있지만, 가격은 상대적으로 높습니다.
