Dilema 1: densidade de torque vs. tamanho
Ao calcular os requisitos de torque para juntas robóticas, você pode se deparar com o primeiro dilema: como aumentar o torque em um motor robótico sem aumentar seu tamanho?
Nos motores sem carcaça usados em juntas robóticas, o torque aumenta em proporção direta ao aumento do comprimento do motor, ou como o quadrado do aumento do diâmetro. Em outras palavras, dobrar o diâmetro produz um aumento de quatro vezes no torque, conhecido como regra D2L. Para atingir o torque necessário para mover e manter cargas substanciais, a abordagem mais comum é usar um motor robótico com diâmetro maior em vez de um mais longo, o que tornaria a junta muito grande e difícil de integrar ao seu projeto geral.
Mas você também encontra restrições em um motor com diâmetro maior. Ele precisa de taxas de velocidade e torque que combinem bem com o acoplamento harmônico (também conhecido como acoplamento de onda de tensão) normalmente usado para manter as juntas robóticas compactas e eliminar a folga. Mas esses sistemas de acoplamento vêm apenas em uma gama limitada de designs prontos para uso. Um motor padrão funcionará em uma junta robótica otimizada para tamanho, peso e desempenho? Ou será necessário um ciclo de desenvolvimento mais longo e mais caro, que apenas levará a comprometimentos de desempenho?
Dilema 2: velocidade vs. torque
Além do desempenho compacto e sem folga, os sistemas de acoplamento harmônico oferecem relações de transmissão relativamente altas, geralmente variando de uma redução de 30:1 a 320:1. A alta relação de um sistema de acoplamento harmônico tem benefícios para acelerar/desacelerar altas cargas inerciais suavemente e posicioná-las com precisão, mas isso ocorre às custas da velocidade.
A velocidade na execução de processos industriais é uma vantagem óbvia, por isso os engenheiros de robótica se esforçam para mover cargas com precisão e rapidez. Em uma junta robótica com acoplamento harmônico, isso significa usar um motor capaz de fornecer uma velocidade de entrada muito alta, da ordem de 4.000 rpm ou mais. O problema aqui é que a maioria dos motores sem carcaça perde torque rapidamente à medida que se aproximam da extremidade superior de sua faixa de velocidade nominal.
Quando é importante manter o torque adequado em toda a faixa de velocidade necessária para a aplicação, o dilema se torna novamente desempenho vs. tamanho. Você escolhe um motor superdimensionado para a carga ao operar em sua faixa de velocidade baixa a média para manter o torque necessário na extremidade superior da faixa? Em caso afirmativo, você está disposto a projetar suas juntas para serem maiores do que seria ideal? Você precisará de motores ou acoplamentos personalizados? Quantas iterações de projeto serão necessárias para alcançar uma capacidade de velocidade robusta combinada com um desempenho de torque consistente?
Dilema 3: temperatura vs. desempenho
Como vimos, motores para robótica precisam de torque e velocidade suficientes. Combinados, você pode pensar nesses fatores como definindo o desempenho geral de Motion do motor. E esse desempenho depende da eficiência eletromagnética do motor. Todos os motores desperdiçam alguma energia eletromagnética na forma de calor dissipado pelos enrolamentos. Em uma determinada corrente, um motor mais eficiente oferece maior desempenho e gera menos calor, enquanto um motor menos eficiente oferece menor desempenho e gera mais calor.
Alto torque e alta velocidade exigem que o motor consuma uma corrente mais alta, levando a temperaturas mais altas. Mas quando um motor é instalado dentro dos limites de uma junta robótica, há considerações adicionais. A maioria dos motores para robótica são classificados em temperatura máxima de enrolamento de 125 °C a 155 °C (temperatura ambiente + aumento de temperatura). Em uma aplicação de robô colaborativo, temperaturas tão altas podem representar um risco de segurança para os seres humanos, e esses motores normalmente são reduzidos nos mesmos termos.
Mas, além da segurança, há outro problema que não é tão amplamente compreendido. As temperaturas do enrolamento bem abaixo de 125 °C ainda são altas o suficiente para representar um perigo para os acoplamentos e outros componentes. À medida que a temperatura do enrolamento ultrapassa 85 °C, os lubrificantes podem se degradar, levando ao desgaste prematuro dos acoplamentos e à possível falha em manter a tolerância de posição. Componentes eletrônicos, como encoders e outros dispositivos de feedback, podem se tornar não confiáveis e queimar prematuramente. Cada componente é interdependente, e quando um falha devido ao excesso de calor, o robô se torna inútil.
Então, a pergunta é: você reduz a potência do motor e desacelera toda a operação do seu cliente? Ou espera que seu cliente continue bancando as despesas e o tempo de inatividade da substituição de juntas robóticas com falha?
De muitas maneiras, esse é o principal dilema. É possível evitar temperaturas destrutivas ao superespecificar ou reduzir o desempenho do motor. Mas o tamanho, o torque ou a velocidade realmente precisam pagar essa conta? Não existe uma maneira melhor?
Diga não aos dilemas
Descrevemos o estado atual do mercado de motores robóticos. Mas agora o futuro chegou.
Após anos em pesquisa e desenvolvimento, a Kollmorgen criou uma nova geração de motores sem carcaça especificamente para o mercado de robótica, projetados para eliminar todas as desvantagens. Estamos orgulhosos de apresentar a Série TBM™2G.
- Os motores TBM2G estão disponíveis em tamanhos padrão otimizados para emparelhamento com acoplamentos harmônicos prontos para uso, minimizando o tamanho geral da junta e evitando a necessidade de personalização dispendiosa.
- No pacote eletromagnético mais curto e leve, os motores TBM2G são otimizados para atender aos requisitos de velocidade e torque de robôs colaborativos na categoria de 3 kg a 15 kg.
- Apresentando um comprimento axial excepcionalmente curto, pequeno diâmetro externo e grande diâmetro interno, os motores TBM2G simplificam o projeto de robôs sofisticados de última geração.
- Materiais avançados e um processo de bobinagem inovador oferecem desempenho consistente em uma ampla gama de requisitos de velocidade e carga.
- Sensores Hall integrados opcionais fornecem feedback de comutação sem aumentar o comprimento total do motor.
- Várias opções de sensores térmicos padrão funcionam com os drives mais populares no mercado de robótica.
- Projetados para oferecer excelente desempenho sem exceder a temperatura de enrolamento de 85 °C, os motores TBM2G ajudam a garantir a vida útil máxima de lubrificantes, componentes eletrônicos e outros componentes de juntas robóticas.
Mais um dilema eliminado
Em teoria, você poderia ter resolvido nossos três dilemas fazendo uma grande concessão: pagar pelo desenvolvimento, pela prototipagem e pela produção de um projeto personalizado de motor ou sistema de engrenagens. Mas com a Série TBM2G, você não precisa fazer isso.
A Kollmorgen possui processos de fabricação altamente automatizados para produzir esses motores de última geração com a mais alta qualidade em qualquer escala que você precisar. Assim, você pode entrar no mercado com confiança. Como gostamos de dizer, os motores TBM2G são totalmente prontos para robôs.
Achou interessante? Gostaríamos de lhe contar mais. Converse com um engenheiro da Kollmorgen para saber tudo sobre a Série TBM2G, projetada para os robôs mais competentes que podem ajudá-lo a construir um negócio melhor.
