INMOCO

Oct 13, 2023

Gerard Bush di INMOCO discute i principi della selezione del motore per applicazioni di movimento di precisione.

Per garantire un controllo preciso del movimento delle applicazioni OEM, dai giunti robotici alle centrifughe, la scelta del motore è fondamentale. Con una scelta tipica che include servomotori o motori passo-passo, specifici progetti DC senza spazzole possono anche ottimizzare l'integrazione del progetto. La selezione della tecnologia dipende dalla comprensione di parametri che vanno dalla velocità della risposta cinematica all'inerzia, nonché dall'integrazione della progettazione meccanica.

Quando si seleziona un motore per il progetto di una macchina, anche se richiede un controllo di precisione, le considerazioni iniziali si basano sulle caratteristiche di velocità e coppia. Per applicazioni come il controllo articolare robotico, è fondamentale anche la precisione cinematica relativa alla posizione e alla velocità di controllo. A condizione che siano stati calcolati i requisiti di velocità e coppia, questi criteri, insieme all'accelerazione inerziale, possono essere selezionati attraverso le specifiche del produttore del motore.

Tuttavia, in molti casi, i requisiti precisi di potenza e precisione del sistema non possono essere calcolati finché non viene testato un prototipo di assieme meccanico. Nel frattempo, la selezione iniziale del motore può basarsi sulla conoscenza tribale dei motori utilizzati in macchine preesistenti con funzionalità equivalenti, oppure i motori possono essere sovradimensionati durante la prototipazione, quindi ridimensionati successivamente quando si conoscono i requisiti precisi.

Controllo di velocità

Il motore passo-passo è spesso la prima considerazione quando si specifica un motore per il controllo di precisione a causa della sua forte posizione in termini di costi. Tuttavia, la sua idoneità dipende dai requisiti di velocità, poiché la velocità massima di un motore passo-passo è limitata a causa del numero elevato di poli. Questo può essere un vantaggio rispetto ai servocomandi, se è richiesta un'elevata densità di coppia. Sebbene uno stepper possa fornire un posizionamento sufficiente per molte applicazioni, la precisione dipende dal carico del sistema in proporzione alla coppia nominale del motore passo-passo. Con un carico del 10%, l'errore di posizione è di circa ¼ di passo intero o 0,5°.

In alternativa, un servomotore offre una velocità massima molto più rapida. Le applicazioni ad alta velocità, comprese quelle superiori a 5.000 giri/min, ruotano generalmente con un'inerzia bilanciata senza alcun carico esterno, come una centrifuga. Quando il sistema accelera, le forze radiali dei cuscinetti rappresentano il carico dominante e il loro impatto è proporzionale all'eccentricità del sistema. La generazione di un modello delle forze radiali dei cuscinetti per determinare l'ambito dei requisiti di coppia è tipicamente una caratteristica del test del prototipo.

Invece, se un servomotore accelera e decelera con un'inerzia sbilanciata, ad esempio quando controlla un giunto in un braccio robotico articolato, le proprietà inerziali dominano la richiesta di coppia del motore. I requisiti di coppia per la prototipazione possono essere stimati da un modello con proprietà inerziali e cinematiche del sistema robot/carico.

Controllo posizionale

In termini di precisione di controllo, il servomotore con feedback di posizione è la scelta ottimale. Nella maggior parte dei casi, un servo può stabilizzarsi entro +/- 10 conteggi dell'encoder, ma ciò richiede anche un encoder con una risoluzione posizionale sufficiente. Anche la risposta del servomotore è fondamentale; teoricamente, la risposta cinematica del motore dovrebbe essere lineare con la coppia, ma l'attrito statico rende impossibile una risposta lineare all'avvio e all'arresto di un movimento. Pertanto, i sistemi ad alta precisione necessitano di una meccanica aggiuntiva e specializzata, progettata per limitare questo effetto.

I motori CC senza spazzole (BLDC) possono essere utilizzati anche per il controllo posizionale in combinazione con un dispositivo di feedback. Un encoder aggiuntivo aggiunge ingombro e costi, ma un motore BLDC è più efficiente di un servo e offre una maggiore densità di coppia. Possono anche consentire un approccio di integrazione più semplice e flessibile che può aiutare la progettazione della macchina. I motori BLDC senza telaio possono avere un albero cavo, consentendo il posizionamento dei componenti al centro, e il loro design consente inoltre di risparmiare ingombro e peso. Questi motori sono spesso a trasmissione diretta e si collegano al carico senza la necessità di trasmissione, garantendo un funzionamento altamente dinamico e ad alta velocità.