Back to top

Robotikte Gövdesiz Motor Kullanımının Gizemini Çözmek

Robotikte Gövdesiz Motor Kullanımının Gizemini Çözmek

Yöneticiler İçin Özet: Robotikte Gövdesiz Motorun Değeri

Robotikte gövdesiz motor kullanımının sebebi genelde standart bir servo motorun işe yaramadığı diğer uygulamalarda kullanım talebini doğuran benzer faktörlerdir. Gövdesiz motorların kullanım kararının arkasındaki en yaygın faktör, kompakt bir tasarım ya da çevresel taleplerin yanı sıra yüksek güç ve tork yoğunluğu gereksinimidir.

Gövdesiz bir motor tasarımı kullanmanın birçok yönden verimlilik, daha büyük sistem bant genişliği ve küçük kaplama alanı gibi ek yararları da vardır. Uygulama, ciddi anlamda güç ve tork veren küçük, hafif bir motor ihtiyacı duyuyorsa seçenek gövdesiz olacaktır.

Bu yazıda gövdesiz motorları seçmenin önündeki engelleri ortadan kaldırmanın yanı sıra robot mühendislerinin spesifikasyonlarını oluşturmalarına yardımcı olacağız. Böylece hareket şirketleriyle konuşmaya başlama zamanı geldiğinde konuşma, verimli bir şekilde ilerleyebilir.

Örneğin ekibimiz; boyut, dişli, termal ve mekanik ihtiyaçları dinleyerek ister mevcut olan bir motor ister de ufak ayarlamalar isteyen ya da belki yepyeni bir tasarım olsun hızlıca size seçenekleri sunabilir.

Ayrıca bu seçeneklerde ekonomi de önemli bir ölçüttür. Mühendislerimiz sizinle birlikte iş birliği yaparak tasarımınızdaki minimal etkiler ile belli alanlarda nasıl tasarruf yapabileceğinizi irdeleyebilir.

Robotik iletişim

Mühendisler: Bu Makale Neden Size Yönelik?

Daha fazla kurum ve şirket yalın üretim süreçlerini hayata geçirdiğinden ve günlük operasyonlarında robotik eklemleri kullanmaya başladığından dolayı gövdesiz motorlar, endüstride yenilikçi çözümlerin merkezine yerleşmiştir.

Uygulamalarınızda gövdesiz motorları kullanarak daha temiz tertibatlardan ve daha az bakımdan daha fazla verimliliğe ve daha az aksama sürelerine kadar birçok fayda elde edebilirsiniz. Ayrıca gövdesiz motorların montajı ve kurulumu bilinenin aksine oldukça kolaydır. Tork ve hız gereksinimlerini hesaplamak için MathCAD ya da benzeri bir aracınız olsun ya da olmasın veya bu konuda biraz desteğe ihtiyaç duyarsanız, mekanik hususların da ötesinde faktörleri optimize etmeye yardımcı olacak uygulama tecrübesi ve bilgisi olan bir mühendis, projeye devam etmek için paha biçilmez olabilir.

Bugün, prototip yapma hızı çözülmesi gereken en önemli sorunlardan biridir. Tamamen özel bir tasarımın aksine standart parçaları içeren bir çözüm, size haftalar kazandırabilir. Optimizasyona karşı zamandan, termal hususlara karşı hızdan ve torktan ödün vermeyi anlamak ilk seferde en iyi çözümü yakalamanıza ve uygulamanıza devam etmenize yardımcı olabilir.

Gövdesiz Motorların Avantajları

Tasarımınıza doğrudan tahrikli gövdesiz motorları dahil etmek için birçok sebep vardır. Çoğu kişinin yanlış bildiğinin aksine temiz mekanik aksam ve daha kolay montaj sunarlar. Sıkma ve ayarlama isteyen kayışların olmadığını düşünürsek daha az parça ve bakım gereksinime sahiptirler. Üstelik dişli yağlama ve aşınma gibi dertler de tarihe karışır. Tüm bunlar daha az aksama süresi anlamına gelir.

Temizlik ve bakım konularının yanı sıra gerçekten göz önünde bulundurulması gereken bir performans artışı da gözlenecektir. Stabil performansı sağlamak için atalet uyumuna ihtiyaç duyulmaz.

6000 devir/dakikada çalışarak 20 desibel gürültüye sahip olan gövdesiz motorlar, servo motorlardan çok daha sessizdir. Bir gövdesiz motora yatırım yapmanın değip değmeyeceğini merak ediyorsanız, aradığınız cevap kocaman bir evet olacaktır.

Gövdesiz motor nedir? iletişim

Özelliklerinizi Oluşturmak

Motorunuzun boyutunun belirlenmesi tasarım aşamasında gerçekleşir. Robot uygulamasından beklediğiniz performans için hız, tork ve çalışması için ihtiyaç duyulacak voltajı düşünmeniz gerekecektir. Yük ataleti, sürtünme ve hızlanma gibi faktörleri anlamanız hızı ve torku belirlemenizde size yardımcı olur. Bununla birlikte, bu faktörleri ele almak için motorunuzun boyutunu ve ebatlarını nasıl düşünebileceğiniz ve tutarlı, verimli gücü nasıl üretebileceğinize dair seçenekler de vardır.

Projenizi planlarken ve tasarlarken form faktörünün önemini hafife almamak gerekir. D2L kuralı, form faktörünü nasıl düşünebileceğinizin ve genel tasarımınızı nasıl etkileyeceğinin bir örneğidir.

D2L kuralı basitçe şunu belirtir: genel olarak motor armatürünün eksenel uzunluğunu iki katına çıkardığınızda bu artışa doğru orantılı olarak devamlı torku ve gücü de artırmış olursunuz. Yani uzunluğu iki katına çıkarmak devamlı torku da iki katına çıkarır.

Ancak uzunluğu iki katına çıkarmak yerine rotor moment kolunun çapını iki katına çıkarırsanız tork, dördül oranda artar. Daha büyük çapa geçerek devamlı tork kapasitesini dört katına çıkarmış olursunuz.

Kollmorgen Frameless Performance Curve Generator
Kollmorgen’in Performans Eğrisi Oluşturucusu, tasarımcılara genel bir sistemi optimize etme konusunda yardımcı olabilir.

D2L Kuralı gibi faktörler, boyutlamanın neden tasarım aşamasında başladığının cevabıdır. Çünkü motorunuzun form faktörünü önemli ölçüde optimize edebilirsiniz.

Yıllar içinde müşterilerin hızlıca motorlarını ihtiyaçlarına optimize etmesine yardımcı olan eşsiz araçlar yaratılmıştır. Örneğin Kollmorgen’in Performans Eğrisi Oluşturucusu, genel sisteminizi optimize etmeniz ve farklı bir bara voltajının sistem performansını nasıl değiştirebileceğini deneyimlemeniz veya farklı amplifikatör akım derecelerinin motor performansını nasıl etkileyebileceğini anlamanız konularında kullanılabilir.

Performans Eğrisi Oluşturucusu, bir tasarım mühendisinin ortam ve maksimum motor sargı sıcaklığı seçeneklerini değerlendirmesine de imkan tanır. Sıvı Soğutma kullanımı ile sürekli tork büyütme de var olan modelleme seçeneklerinin bir parçasıdır.

Kollmorgen’in bir diğer aracı olan modernleştirilmiş ve yenilenmiş MOTIONEERING Online şimdi son 20 yılın en çok beğenilen uygulama boyutlama programlarından biridir. Bu araç ile İnternet erişiminin olduğu her yerde boyutlama ve seçim araçlarına erişim sağlayabilirsiniz.

Kollmorgen MOTIONEERING Online Kollmorgen MOTIONEERING Online, girdiğiniz verileri toplayarak başlar ve daha sonra bir motor sistemleri kataloğunda sonuçları karşılaştırır. Uygulama Profili Sorularını cevaplarken tork ve hız ihtiyaçlarından emin olmazsanız bu araç size nasıl bulacağınız konusunda yardımcı olabilir ve daha sonra model doğrulaması için ilgili 3 boyutlu modelleri gösterir.

Hız ve tork gereksinimlerini belirlemek için çoğu müşterinin kendi araçları ve süreçleri vardır. Bu durumlarda bile uygulama ihtiyaçlarınıza uyacak motoru seçerken bu araçlara verilerinizi girmek her zaman iyi bir fikirdir.

Motor ve tahrik gereksinimleri konusunda ister ilk deneyime ister de yılların tecrübesine sahip olun göz önünde bulundurulacak hususları bir kontrol listesi haline getirmek yardımcı olur. Bu makalenin sonunda bir destek mühendisi ile iletişime geçmek için hazırlıkta kullanabileceğiniz bir Uygulama Profili Soruları listesini bulacaksınız.

Mekanik yapı, motor tipi, çalışmada/ortam koşullarında minimum ve maksimum sıcaklıklar, maksimum hız ve tork, çalışma hızı ve torku, görev döngüsü ile ilgili önemli soruları göreceksiniz.

Performans Eğrisi Oluşturucusu iletişim

Sırada Ne Var?

Motorunuzun performans ihtiyaçları ile ilgili bir fikir sahibi olduğunuzda mühendislerden ve ürün uzmanlarından oluşan ekip işe koyulabilir. Mühendislerin her uygulama için en iyi gövdesiz motora karar verirken çalışabilecekleri üç yol vardır.

Mesela Kollmorgen’de doğrudan ihtiyaçlarınıza uyacak standart bir motor kataloğunda gereksinimlerinizi aramakla başlarlar. Standart seçenek tam uygun değilse sonraki adımda sargı değişimi ve diğer mekanik özelleştirmeler yapmak gibi basit modifikasyonlara bakarlar.

Ayrıca uygulama ihtiyaçlarınızın zorlu çevresel koşullara dayanıklı olması gerekiyorsa mevcut bir tasarımda materyal değişimleri de yapılabilir. İki durumda da sargıları, küme uzunluğunu ve daha fazlasını değiştirerek daha küçük ya da daha büyük çap seçeneklerine sahip olursunuz.

İhtiyacınız standart bir seçeneğe uymuyorsa ya da basit bir modifikasyondan fazlası gerekiyorsa son seçenek boş bir kağıt alıp sıfırdan başlamak olacaktır. Bu durumlarda bile mevcut motorların birçok elemanı tasarıma dahil edilebilir ve eşsiz form faktörü ya da alışılmadık çevresel koşullar gibi hususlar için de özel parçalar tasarlanır.

Form faktörünüzü, tork ve hız gereksinimlerinizi biliyorsanız bir diğer seçenek de Kollmorgen’in ek çevrimiçi aracını kullanmaktır: Doğrudan Tahrikli Rotatif Motor Seçicisi. Çoğu müşteri ürün kataloglarına güvense de bu çevrimiçi araç oldukça iyi çalışmaktadır.

Ürün seçicisine tork, hız ve bara voltajı girerek güçlü bir başlangıç yaparsınız. Bu an, performans eğrisi oluşturucusuna dönmek için de iyi bir zamandır. Zira ürün seçiminizi daha da ileri düzeyde optimize edebilirsiniz.

Seçim aracı aracılığıyla ürün olanaklarını sıraladıktan sonra performans eğrisi oluşturucusunun kullandığı aynı optimizasyon adımlarının çoğunda birlikte hareket edebileceğiniz tecrübeli bir uygulama mühendisi ile iletişime geçmek muhteşem bir karar olur.

Doğru yönde hareket etmek için uygulama deneyiminden faydalanabilir ve tam ihtiyaçlarınıza muhteşem bir şekilde uymasa bile işi yapmaya yetecek torku ve hızı sağlayabilen bir motoru prototiplemeye hızlıca başlayabilirsiniz.

Bu optimize edilmiş çözümlerin yakalanması zaman alabilir, oysa standart bir tasarım, performans ihtiyaçlarınızın bütünlüğünü korurken konseptinizi kanıtlamak için bir prototip üzerinde çalışabilir. Prototip yapma süresi çoğu projede başarıya ulaşmada önemli rol oynadığından hazır parçalarla zamandan tasarruf yapmak kritik olabilir.

Bu sürecin nasıl işlediğine daha derinlemesine bakmak için Kollmorgen'in robotik uygulamalarla, özellikle de iş birlikçi bir robotik eklemdeki Gövdesiz motorlarla nasıl çalıştığına bakalım.

Eklemli bir tasarımda birçok husus göz önünde tutulmalıdır. Bu raporda şu elemanlara daha detaylı olarak bakalım: yük kapasitesi, hız, termal yönetim ve dişliler.

Bir robotik eklem uygulamasının yük kapasitesine daha çok sistemin performansı için tasarım tarafından karar verilir. Genelde böyle bir tasarımın yansıyan tork yükleri CAD’de modellenir ve tasarımcıya “farz edilen” sistem karakteristikleri ihtiyaçlarının motor gereksinimlerine nasıl yansıdığı konusunda biraz esneklik tanır.

Birden çok iş birlikçi tip robotik kol var olduğunda endüstrinin norm olarak kabul ettiği “standartlar” uyarınca belirlenmiş küçük bir yük vardır. “Kolların” uzunluğuna ve ihtiyaç duyulan hareketin dinamiklerine bağlı olarak RMS ve Tepe motor torku böyle bir CAD modelinde kararlaştırılabilir.

Yükün hızı ya da saniyede kat etmesi gereken mesafe; güvenlik hususları, kontrolcünün dinamikleri ve mekanik sistem tasarımı tarafından belirlenir. Bu tasarım parametreleri da CAD tabanlı modelde kararlaştırılır.

Robotik sistem tasarımcısı çoğu zaman “gizli soslarının” merkezinde bulunan eşsiz bir güvenlik ya da kontrol tasarımı elemanına sahiptir ve belki de güçleri, tasarımın mekatronik kısmında değildir. İşte burada, Kollmorgen’in uzmanlığı tasarım süresini ve yinelemesini azaltmakta yardımcı olabilir.

Termal yönetimi göz önünde tutmak için bir tasarıma ihtiyaç duymanın birçok farklı hususları vardır. İş hücresindeki robotun insanlara yakın olması nedeniyle, robotun olası insan etkileşimi ile ilgili yüzey sıcaklığının ""dokunmaya dayanıklı"" bir seviyesini korumaya ihtiyaç vardır. Robot tasarımına termal yalıtım ya da dolgu eklenebilir ancak ağırlık ve kütle diğer performans verilerini sınırlamaya ya da estetik kaygılara sebep olabilir.

Ayrıca dişliler, geribildirim cihazları ve yataklar gibi diğer sistem elemanlarına olan yakınlıkta da ısı için sınırlamalar yapılabilir. Bir robotik tasarımcısı, bir motor tedarikçisinin standart kataloğundaki motor sargılarının maksimum sıcaklık derecelerine baktığında, geleneksel gövdesiz ve gövdeli servo motorlarda kullanılan endüstri standardı yalıtım sistemlerini belirten nominal 155°C sıcaklıkları bulacaktır.

Gövdesiz motoru destekleyen mahfazada önemli bir termal ısı dağıtma tertibatı bulunsa da motor armatürünün 4-5 cm yakınındaki sıcaklık, motor sargısının sıcaklığından sadece 15°C ila 20°C daha az olabilir.

Çoğu enkoder geri besleme cihazı, optoelektronik bileşenleri en fazla 100°C ila 120°C arasında tutmak ister ve çoğu dişli çözümü de 65°C sıcaklık limitine sahip olabilir. Bu termal sınırlama konularının olası çözümleri şöyle olabilir:

  • Ağırlığın artmasını ve yük kapasitesinin azalmasını göze alarak termal ısı dağıtıcı kütleyi büyütmek
  • Yine ağırlığın artmasını ve yük kapasitesinin azalmasını göze alarak rulmanlara, kodlayıcıya ya da dişliye daha büyük eksenel mesafe vermek

Motorun mevcut torkunu azaltma ile sonuçlanacak olan gövdesiz motor tasarımının maksimum sargı sıcaklığı limitini azaltmak Kullanılan dişli kutusunun maksimum sıcaklık derecesi 65°C ve yakındaki motor için maksimum sargı sıcaklığı 15°C daha fazla ise gereken maksimum sargı sıcaklığı derecesi 80°C olacaktır. Bu bilgi, Performans Eğrisi Oluşturucusunu kullanırken gerçek motor kapasitesini değerlendirme aşamasında motor seçim işlemi için kullanılabilir.

Robotik tasarım mühendisi, Performans Eğrisi Oluşturucusunu kullanarak bir gövdesiz motorun gerçek sürekli ve tepe torkunu, hız kapasitesini görebilir. Sistem CAD tasarımındaki motor performansı gereksinimi verileri şimdi seçilen motor ile kolayca karşılaştırılabilir.

Kollmorgen KBM Series Frameless
KBM Serisi Gövdesiz Motorlar, kompakt alanda yüksek performans sağlarlar.

İş birlikçi robotik eklemlerdeki dönüş gereksiniminin nispeten düşük hızlı doğası sebebi ile dişli kullanımı, sistem boşluğu sıfırda tutulduğu sürece çok pratik olur. Harmonik dişlilerde görülen sıfır boşluk ve orta derecede sertlik kapasiteleri bu uygulamalara çok iyi uymaktadır.

Farklı dişli tasarımlarındaki tork transferinin dinamik verimliliğini hesaba katmayı unutmayın (genelde %60 ile %70 aralığında görülür). Ayrıca üreticinin tavsiye ettiği çalışma sıcaklığı aralığında kalmak için sistem performansını sınırlamak amacıyla motor, dişli kutusuna yakın olabileceğinden kullanılan her tipteki dişlilerin gerektirdiği yağlamanın termal limitlerini de aklınızda bulundurun.

Nispeten yüksek oranlı dişlilerin faydası (tipik olarak yaklaşık 100:1) sadece çıkış torkunu yükseltme kabiliyeti değil aynı zamanda motora yansıtılan yük ataletinin de ciddi oranda azaltılmasıdır. Maksimum yükte tamamen uzatılmış robotik kolun yük ataleti büyük çapta olabilir.

Dişli oranının karesi, motorda görülen yük ataleti değerini azaltacaktır. 100:1 dişli kullanımında motora yansıtılan atalet, yükün ataletinin 1/10.000’i olur. Mekanik verimlilik, termal hususlar ve sistem ömrü beklentisi gibi konuların hepsi bir robotik eklem uygulamasında seçilecek dişli tipine ve oranına yansır.

Birçok faktör potansiyel olarak robotik motorların çalışmasını ve ömrünü etkilediği için iş birlikçi robotlar yapan robotik üreticileri, esnek ve sağlam çözümlere ihtiyaç duyar. TBM Serisi, Kollmorgen’in yenilikçi doğrudan tahrikli gövdesiz motor teknolojisidir.

Kollmorgen TBM Series Frameless
TBM (Torklu Fırçasız Motor) Serisi; robotik eklemler, medikal robotlar ve sensör kardanları gibi yüksek güçlü ve hareket odaklı uygulamalar için tasarlanmıştır.

Gövdesiz kit motorlar, mekanik ve tesis mühendislik ekiplerine uygulamaları yüksek derecede esneklik, güç yoğunluğu, dinamiklik ve sağlamlık ile yaratmaları için geniş yelpazede çözümler sunar.

Kollmorgen’in KBM ve TBM platformları, sunulan teknik avantajlara ek olarak 17 gövde boyutuna ve ön mühendisliği yapılmış birçok standart seçeneğe sahiptirler. Küçükten büyüğe tüm robotik şirketlerin operasyonları için bu önemli bir noktadır.

Çözümünüzü Uygulama ve Doğrulama

Bugünün piyasasındaki taleplerin hata payını tolere etmediği konusunda ufak tartışmalar olabilir. İster zaman sınırlamaları, daha iyi performans talepleri ile karşı karşıya olun ister de mevcut olan yapılırken bir sonraki nesil ekipman hakkında düşünmeye başlayın, bir dizi yenilikçi hareket çözümü zorlu mücadeleye sebep olabilir.

Nitelikli aletler ve mühendisler ile çalışmak tasarımınızı prototipten üretime taşımada fark yaratırken geribildirim, ısı, rulman ve dişli hususları gibi faktörlerden de emin olmanıza yardımcı olur.

Tüm araçlar kullanıldıktan ve 3 boyutlu modeller yapılıp test edildikten sonra geriye tek kalan motor sisteminizi kurmak ve doğrulamaktır. Buradaki güzel haber, makine tasarımınıza yüksek performanslı gövdesiz motorlar eklerken gerçekten korkacak hiçbir şeyin olmamasıdır. Gövdesiz motorun takılacağı şaft, sağlam performans için gereken aralıklar dahilindeki toleranslarda makine kesimi yapılacağından kurulum nispeten kolaydır.

iletişim

Sonuç

Doğru planlanmış, özellikleri belirlenmiş ve kurulmuş gövdesiz motor, yenilikçi çözümlerin kapılarını aralayabilir. Uygulamanız için gövdesiz motoru, standart bir servo motor üzerinden seçme ve optimize etmede biraz iş gerekse de alacağınız sonuçlar için değecektir.

Kendini adamış bir mühendis ekibi ile birlikte en baştan çalışmaya başlamak, sorunları önlemenin ve uygulamanızın hiçbir kısmının göz ardı edilmediğinden emin olmanın en iyi yoludur. İster sınırları zorlayarak daha önce hiç yapılmamışı arayın ister de uygulamanızın sadece en üst verimlilikle çalışmasını isteyin, Kollmorgen’in araçları ve ekipleri bunları gerçekleştirmek için hizmetinizde olacaktır.