INMOCO

Oct 13, 2023

Gerard Bush de INMOCO analiza los principios de selección de motores para aplicaciones de movimiento de precisión.

Para garantizar un control de movimiento de precisión de aplicaciones OEM que van desde juntas robóticas hasta centrífugas, la selección del motor es crucial. Con una opción típica que incluye motores servo o paso a paso, los diseños específicos de CC sin escobillas también pueden optimizar la integración del diseño. La selección de tecnología depende de la comprensión de parámetros que van desde la velocidad de la respuesta cinemática hasta la inercia, así como la integración del diseño mecánico.

Al seleccionar un motor para el diseño de una máquina, incluso uno que exige un control de precisión, las consideraciones iniciales se basan en las características de velocidad y par. Para aplicaciones como el control de articulaciones robóticas, la precisión cinemática relacionada con la posición y la velocidad de control también es fundamental. Siempre que se hayan calculado los requisitos de velocidad y par, estos criterios, junto con la aceleración de inercia, se pueden seleccionar a través de las especificaciones del fabricante del motor.

Sin embargo, en muchos casos, los requisitos precisos de potencia y precisión del sistema no se pueden calcular hasta que se haya probado un ensamblaje mecánico prototipo. Mientras tanto, la selección inicial del motor puede basarse en el conocimiento tribal de los motores utilizados en máquinas heredadas de funcionalidad equivalente, o los motores pueden sobredimensionarse durante la creación de prototipos y luego reducirse más tarde cuando se conocen los requisitos precisos.

Control de velocidad

El motor paso a paso es a menudo la primera consideración cuando se especifica un motor para control de precisión debido a su sólida posición de costos. Sin embargo, su idoneidad depende de los requisitos de velocidad, ya que la velocidad máxima de un motor paso a paso está limitada debido a su mayor número de polos. Sin embargo, esto puede ser una ventaja en comparación con los servos, si se requiere una alta densidad de par. Si bien un motor paso a paso puede proporcionar posicionamiento suficiente para muchas aplicaciones, la precisión depende de la carga del sistema como proporción de la clasificación de par del motor paso a paso. Con una carga del 10 %, el error de posición es aproximadamente ¼ de un paso completo, o 0,5°.

Alternativamente, un servomotor ofrece una velocidad máxima mucho más rápida. Las aplicaciones de alta velocidad, incluidas las que superan las 5000 RPM, normalmente giran con una inercia equilibrada sin ninguna carga externa, como una centrífuga. A medida que el sistema acelera, las fuerzas de apoyo radiales son la carga de apoyo dominante y su impacto es proporcional a la excentricidad del sistema. La generación de un modelo de las fuerzas radiales de los cojinetes para determinar el alcance de los requisitos de torsión suele ser una característica de las pruebas de prototipos.

En cambio, si un servomotor acelera y desacelera con una inercia desequilibrada, por ejemplo, al controlar una articulación en un brazo robótico articulado, las propiedades de inercia dominan la demanda de par motor. Los requisitos de par para la creación de prototipos se pueden estimar a partir de un modelo con propiedades inerciales y cinemáticas del sistema robot/carga.

Control posicional

En términos de precisión de control, el servomotor con retroalimentación de posición es la elección óptima. En la mayoría de los casos, un servo puede establecerse dentro de +/- 10 conteos de codificador, pero esto también requiere un codificador con suficiente resolución posicional. La respuesta del servomotor también es crítica; En teoría, la respuesta cinemática del motor debería ser lineal con el par, pero la fricción estática hace que una respuesta lineal sea imposible al iniciar y detener un movimiento. Por lo tanto, los sistemas de alta precisión necesitan mecánicas especializadas adicionales, diseñadas para limitar este efecto.

Los motores de CC sin escobillas (BLDC) también se pueden usar para el control de posición en combinación con un dispositivo de retroalimentación. Un codificador adicional agrega su propio espacio y costo, pero un motor BLDC es más eficiente que un servo y ofrece una mayor densidad de torque. También pueden habilitar un enfoque de integración más simple y flexible que puede ayudar al diseño de la máquina. Los motores BLDC sin marco pueden tener un eje hueco, lo que permite que los componentes se coloquen a través de su centro, y su diseño también ahorra espacio y peso. Estos motores suelen ser de accionamiento directo, que se conectan a la carga sin necesidad de transmisión, lo que proporciona un funcionamiento dinámico y de alta velocidad.

Coincidencia de inercia

Independientemente de la tecnología de motor que se seleccione, hacer coincidir la inercia del motor y su carga es fundamental para optimizar el tiempo de respuesta y evitar problemas operativos como la vibración. Es posible operar una gran relación de inercia con las ventajas de un motor más pequeño y aun así cumplir con los requisitos de par/velocidad. Sin embargo, esto aumenta la demanda de entrada de energía, y la selección cuidadosa es esencial para evitar la inestabilidad mecánica que puede causar la oscilación del motor a frecuencias más altas.

En última instancia, la optimización de las especificaciones del motor requiere una comprensión profunda de los atributos de la aplicación. Los ingenieros de INMOCO pueden ayudar a los OEM a especificar la solución más adecuada para los requisitos. Además de proporcionar una variedad de tipos de motores, los especialistas en aplicaciones de INMOCO trabajan junto con los ingenieros de Performance Motion Devices. PMD

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