휴머노이드 로봇은 고성능 브러시 DC 모터를 사용하여 모션을 최적화합니다. | 출처: 어도비 스톡
휴머노이드 로봇 중 일부는 인간과 긴밀하게 상호 작용하도록 설계되었으며 부드럽고 제어된 관절 및 사지 움직임에 크게 의존합니다. 따라서 모션 축에 전력을 공급하는 브러시 DC 모터를 선택하는 것이 중요합니다.
높은 토크 밀도와 응답성에 더해 장시간 주행이 가능한 효율성 배터리 인생이 핵심입니다. 신뢰성이 중요합니다. 움직임의 자유를 얻으려면 수많은 움직임 축을 통합해야 하며, 이는 이 분야의 전문가와 긴밀히 협력함으로써 가장 잘 달성됩니다.
교육 및 치료 응용 분야에서는 휴머노이드 로봇은 다양한 주제와 요구 사항에 걸쳐 실습 학습과 개발을 지원하는 데 사용됩니다. 공학을 공부하면서 학생들은 프로그래밍 기술을 개발할 수 있습니다. 동안 건강 환자는 인간과 로봇의 상호작용을 통해 재활치료를 받을 수 있다.
휴머노이드 로봇은 특정 작업에 맞춰진 “두뇌”를 장착할 수 있으며, 이는 표적 프로그래밍 및 지원을 통해 지원됩니다. 인공지능. 이러한 사용자 정의에도 불구하고 손이나 손을 포함하여 인간과 유사한 일반적인 형태를 공유합니다. 그리퍼.
하는 동안 센서 물리적 모듈성을 위해 도구를 추가할 수 있지만 휴머노이드 로봇의 운동 기술 요구 사항은 다양한 작업 전반에 걸쳐 대체로 유사합니다.
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휴머노이드는 여러 방향으로 원활하게 움직여야 합니다.
로봇 개발자에게 있어 물리적인 측면의 일반적인 보편성은 운동 단일 휴머노이드 디자인을 여러 애플리케이션의 기반으로 사용할 수 있습니다. 그러나 광범위한 작업을 위해 이러한 규모의 이동 및 유용성을 달성하려면 휴머노이드 로봇은 일반적으로 20개 이상의 자유도를 최적화해야 합니다. 따라서 이러한 모션 축에 전력을 공급하는 액추에이터의 작동 성능이 중요합니다.
포르테스캡소형 모터를 설계 및 제조하는 는 최근 기존 휴머노이드 로봇 설계를 위한 모션 솔루션을 지정했습니다. 로봇 제조업체는 기존 드라이브 및 제어 장치와의 호환성이 필요했지만 토크 밀도를 높이고 질량을 줄이고 싶었습니다. 이는 움직임 제어를 최적화하고 반응성을 높이며 관성을 줄여 로봇의 정밀도를 향상시키는 데 핵심이 됩니다.
로봇 개발자는 배터리 수명도 연장하고 싶었기 때문에 모터의 효율성이 높아야 했습니다. 장치당 20개가 넘는 모터와 다양한 환경에서 사용되는 로봇이 있기 때문에 신뢰성도 최우선 사항이었습니다. 로봇당 상대적으로 많은 모터 수와 최종 사용자 시장의 구매 수요가 결합되어 비용과 가치의 균형을 맞추는 것이 중요하다는 것을 의미했습니다.
엔지니어링 팀은 브러시 DC 모터의 특성이 요구 사항을 가장 잘 충족할 수 있다고 판단했습니다. 제어의 단순성을 제공하는 이 모터 설계는 휴머노이드의 기존 아키텍처와의 통합을 보장합니다.
OEM이 요구하는 비용 지점을 달성하는 동시에 브러시 DC 모터의 고유한 특성은 휴머노이드의 긴밀한 인간 상호 작용과 잘 일치하며, 저속에서 높은 토크의 장점을 통해 정밀한 제어가 가능합니다.
브러시드 DC 모터에 관한 모든 것
Portescap Athlonix 제품군과 같은 코어리스 DC 모터는 역동성과 효율성을 높일 수 있습니다. | 출처: Portescap
브러시드 DC 모터를 사용하는 이유는 무엇입니까? 로봇 응용 분야에 유용한 다양한 기능을 제공합니다. 다음은 브러시형 DC 모터 설계의 개요, 특히 코어리스 DC 모터의 장점을 소개합니다.
일반적인 브러시형 DC 모터는 일반적으로 영구 자석 또는 전자기 권선으로 만들어진 외부 고정자와 코일 권선이 있는 철 적층으로 만들어진 내부 회전자로 구성됩니다. 분할된 정류자와 브러시는 회전자 권선에 전원이 공급되는 순서를 제어하여 연속 회전을 생성합니다.
코어리스 DC 모터는 로터의 적층 철심을 제거합니다. 대신, 회전자 권선은 기울어지거나 벌집 모양으로 감겨 자립형 중공 실린더 또는 “바구니”를 형성합니다. 권선을 지지하는 철심이 없기 때문에 종종 에폭시로 함께 고정됩니다.
고정자는 네오디뮴, AlNiCo(알루미늄-니켈-코발트) 또는 SmCo(사마륨-코발트)와 같은 희토류 자석으로 만들어집니다. 이는 코어리스 로터 내부에 위치합니다.
코어리스 DC 모터에 사용되는 브러시는 귀금속이나 흑연으로 만들 수 있습니다. 귀금속 브러시(은, 금, 백금 또는 팔라듐)는 귀금속 정류자와 쌍을 이룹니다. 이 설계는 접촉 저항이 낮으며 저전류 애플리케이션에 자주 사용됩니다.
소결 금속 흑연 브러시를 사용하는 경우 정류자는 구리로 만들어집니다. 구리-흑연 조합은 더 높은 전력과 더 높은 전류가 필요한 애플리케이션에 더 적합합니다.
코어리스 DC 모터의 구성은 기존의 철심 DC 모터에 비해 몇 가지 장점을 제공합니다. 첫째, 철을 제거함으로써 로터의 질량과 관성이 크게 감소하므로 매우 빠른 가속과 감속이 가능하다.
또한 철이 없다는 것은 철 손실이 없다는 것을 의미하므로 코어리스 설계는 기존 DC 모터보다 효율성이 훨씬 더 높습니다(최대 90%). 또한 코어리스 설계는 권선 인덕턴스를 줄여 브러시와 정류자 사이의 스파크를 줄여 모터 수명을 늘리고 전자기 간섭(EMI)을 줄입니다.
영구 자석과 철 적층의 자기적 상호 작용으로 인해 기존 DC 모터에서 문제가 되었던 모터 코깅도 철 없는 설계에 적층이 없기 때문에 제거됩니다. 그리고 토크 리플이 극히 낮아 진동과 소음을 최소화하면서 부드러운 모터 회전을 제공합니다.
이러한 모터는 매우 역동적인 움직임(높은 가속 및 감속)에 사용되는 경우가 많기 때문에 로터의 코일은 높은 토크를 견딜 수 있어야 하고 피크 전류로 인해 발생하는 상당한 열을 방출할 수 있어야 합니다. 방열판 역할을 하는 철심이 없기 때문에 모터 하우징에는 강제 공기 냉각을 용이하게 하는 포트가 포함되는 경우가 많습니다.
코어리스 DC 모터의 콤팩트한 설계는 크기 대비 전력 비율이 높은 애플리케이션에 적합합니다. 모터 크기는 일반적으로 6~75mm(0.2~2.9인치) 범위이지만 크기는 1mm(0.03인치)까지 낮습니다. in.)을 사용할 수 있으며 일반적으로 전력 정격은 250W 이하입니다.
코어리스 설계는 무부하 조건에서 매우 낮은 전류를 소비하기 때문에 배터리 구동 장치에 특히 적합한 솔루션입니다.
코어리스 DC 모터는 보철물, 소형 펌프(인슐린 펌프 등), 실험실 장비 및 X선 기계를 포함한 의료 응용 분야에서 광범위하게 사용됩니다. 빠르고 역동적인 움직임을 처리하는 능력 덕분에 로봇 응용 분야에도 적합합니다.
코어리스 DC 모터에는 속이 빈 자체 지지형 회전자가 있어 질량과 관성이 줄어듭니다. | 출처: Portescap
코어리스 모터 설계로 질량 감소 가능
Portescap은 코어리스 설계를 기반으로 하는 16DCT Athlonix 모터를 지정했습니다. 이는 기존 철심 통합에 비해 무게를 크게 줄이고 관성 감소로 인해 반응성이 향상되고 움직임이 부드러워집니다.
네오디뮴 자석은 더 강한 자기장을 달성하여 모터 권선과의 상호 작용을 향상시켜 토크 밀도를 높일 수도 있습니다.
코어리스 설계는 또한 기존 철심 DC 모터와 관련된 히스테리시스 및 와전류 손실의 영향을 제거하여 효율성을 높이고 에너지 소비를 줄이기 위해 지정되었습니다. 귀금속 정류는 저항을 줄이고 브러시 정류자 인터페이스 전체의 전압 강하를 최소화하여 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
모터의 최적화된 비철 구조로 인해 더 시원한 작동이 가능하고 출력 밀도가 향상되었습니다. 모터 인덕턴스는 드라이브 요구 사항에 맞게 조정되어 최적의 속도와 토크 특성을 보장합니다.
무게를 더욱 최소화하기 위해 엔지니어들은 경량의 자체 지지 코일로 권선을 맞춤화했습니다. 코어리스 설계 및 네오디뮴 자석과 결합된 이러한 장점은 필요한 토크를 제공하면서 모터 직경을 최대 8% 감소시키는 효과를 달성했습니다.
내구성을 더욱 높이고 토크 전달을 개선하기 위해 엔지니어들은 피니언 기어를 모터 샤프트에 통합했습니다. 이 접근 방식은 정렬을 최적화하고 각 축의 제어를 강화하여 유격을 최소화하고 기계적 마모도 줄입니다.
로봇 팀과 모션 엔지니어링 팀 간의 협업 덕분에 개발자는 목표 크기와 무게는 물론 각 축에 필요한 모션 프로필을 달성할 수 있었습니다.
편집자 주: 이 기사는 다음에서 배포되었습니다. 로봇 보고서 형제 사이트 모션 제어 팁.
게시물 브러시형 DC 모터는 로봇 애플리케이션, 휴머노이드 개발에 사용됩니다. 처음 등장한 로봇 보고서.
