INMOCO

Mar 18, 2023

Gerard Bush da INMOCO discute os princípios de seleção de motores para aplicações de movimento de precisão.

Para garantir o controle preciso do movimento de aplicações OEM, desde juntas robóticas até centrífugas, a seleção do motor é crucial. Com uma escolha típica, incluindo servomotores ou motores de passo, projetos específicos de CC sem escova também podem otimizar a integração do projeto. A seleção da tecnologia depende da compreensão dos parâmetros que vão desde a velocidade da resposta cinemática até a inércia, bem como a integração do projeto mecânico.

Ao selecionar um motor para um projeto de máquina, mesmo que exija controle de precisão, as considerações iniciais são baseadas nas características de velocidade e torque. Para aplicações como controle de juntas robóticas, a precisão cinemática relacionada à posição e velocidade de controle também é fundamental. Desde que os requisitos de velocidade e torque tenham sido calculados, esses critérios, juntamente com a aceleração inercial, podem ser selecionados através das especificações dos fabricantes de motores.

No entanto, em muitos casos, os requisitos precisos de potência e precisão do sistema não podem ser calculados até que um protótipo de montagem mecânica tenha sido testado. Enquanto isso, a seleção inicial do motor pode contar com o conhecimento tribal dos motores usados ​​em máquinas legadas de funcionalidade equivalente, ou os motores podem ser superdimensionados durante a prototipagem e reduzidos posteriormente quando os requisitos precisos são conhecidos.

Controle de velocidade

O motor de passo geralmente é a primeira consideração ao especificar um motor para controle de precisão por causa de sua forte posição de custo. No entanto, sua adequação depende dos requisitos de velocidade, pois a velocidade máxima de um motor de passo é limitada devido à sua maior contagem de polos. Isso pode ser uma vantagem em comparação com os servos, se for necessária uma alta densidade de torque. Embora um motor de passo possa fornecer posicionamento suficiente para muitas aplicações, a precisão depende da carga do sistema como uma proporção da taxa de torque do motor de passo. Com 10% de carga, o erro de posição é de aproximadamente ¼ de passo inteiro, ou 0,5°.

Alternativamente, um servo motor oferece uma velocidade máxima muito mais rápida. Aplicações de alta velocidade, incluindo aquelas acima de 5.000 RPM, normalmente giram em uma inércia balanceada sem qualquer carga externa, como uma centrífuga. À medida que o sistema acelera, as forças de rolamento radial são a carga de rolamento dominante e seu impacto é proporcional à excentricidade do sistema. A geração de um modelo das forças radiais do rolamento para determinar o escopo dos requisitos de torque é normalmente uma característica do teste de protótipo.

Em vez disso, se um servo motor estiver acelerando e desacelerando com uma inércia desequilibrada, por exemplo, ao controlar uma junta em um braço robótico articulado, as propriedades inerciais dominam a demanda de torque do motor. Os requisitos de torque para prototipagem podem ser estimados a partir de um modelo com propriedades inerciais e cinemáticas do sistema robô/carga.

controle posicional

Em termos de precisão de controle, o servomotor com feedback de posição é a escolha ideal. Na maioria dos casos, um servo pode ajustar em +/- 10 contagens de encoder, mas isso também requer um encoder com resolução posicional suficiente. A resposta do servo motor também é crítica; teoricamente, a resposta cinemática do motor deveria ser linear com o torque, mas o atrito estático impossibilita uma resposta linear ao iniciar e parar um movimento. Portanto, sistemas de alta precisão precisam de mecânica adicional especializada, projetada para limitar esse efeito.

Os motores DC sem escova (BLDC) também podem ser usados ​​para controle posicional em combinação com um dispositivo de feedback. Um codificador adicional adiciona sua própria pegada e custo, mas um motor BLDC é mais eficiente que um servo e oferece maior densidade de torque. Eles também podem permitir uma abordagem de integração mais simples e flexível que pode auxiliar no projeto da máquina. Os motores BLDC sem moldura podem ter um eixo oco, permitindo que os componentes sejam colocados em seu centro, e seu design também economiza espaço e peso. Esses motores geralmente são de acionamento direto, conectando-se à carga sem a necessidade de transmissão, o que proporciona alta dinâmica e alta velocidade de operação.