工业机器人对直线马达的选择指南
工业机器人可以执行特定的、准确定义的任务,比如流水线作业,手术援助,仓库发货等功能,当前的机器人可以同时处理高度重复的任务和复杂的功能,需要具备方向和行动上的灵活性。机器视觉、计算能力和网络方面的进步促使机器人获得了更广泛的应用:
随着工业技术的发展,以下几项技术进步成就了当前的高性能工业机器人:
1.各类复杂的传感器;
2.计算能力以及算法支持实时决策和动作;
3.直线马达可以快速、高精度地使用机械动力来完成日益复杂的任务。
每个因素都对机器人设计起了至关重要的作用,因为技术的进步以及它们之间存在协同发展效应。传统上,管理直线马达对电子工程师来说一直是一个挑战,因为许多问题与更熟悉的电子领域表现差异巨大。幸运的是,技术进步使得这些问题更易于处理,同时也带来了较好的性能
工业机器人在选择特定的直线马达类型和型号时,设计人员需要考虑三个主要参数:
1.直线马达的谷值和峰值速度(和相关联的加速度);
2.直线马达可以提供的峰值扭矩,和转矩与速度曲线;
3.直线马达操作的精度和重复性(在不使用传感器和闭环控制时)。
当然,也有涉及马达选择的其它诸多性能因素,包括尺寸大小,重量和成本。对于几乎所有小到中型的机器人传动装置,为传动装置供电的常用选择包括直流有刷马达、直流无刷马达(BLDC)和步进马达。 (不过,也有一些案例中,选择液压与气压)
有刷马达是早期的直流马达技术,也是简单、成本低的选择。马达的转子经由通电刷来开关(整流)围绕转子绕组的磁场,而电刷与转子接触。马达速度是施加电压的函数,因此,驱动要求谷值,但管理转矩很难。而且也有因电刷磨损引发的可靠性问题,可能需维护清洁性,并且也是电噪声(EMI)的来源。基于这些原因,直流有刷马达在大多数情况是机器人较差选择。
直流无刷马达大约出现于20世纪60年代,相对于有刷马达,使用了小型低成本强力的磁铁和小型的电子开关(通常的MOSFET)来切换电流到绕组流向。 “电子换向”取代了需要实际触摸马达的电刷,以接通和关断磁场。因此,磁场和电能流之间的关系得以被发掘使用。马达速度通过改变MOSFET的接通和断开的速度来控制。另外,相较于有刷马达,无刷马达控制器在马达性能控制方面更严格。
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