Какие приводы подходят для вашего применения, во многом зависит от того, какой тип манипулятора вы хотите построить. После того, как вы определились с типом руки, которую вы хотите, вы можете выбрать подходящий привод для каждой оси .
Рука
Исходя из вашего описания, что портальный робот не был бы жизнеспособным, тогда в зависимости от вашего конкретного применения вы можете рассмотреть возможность использования СКАРА на шарнирной руке , что большинство людей думают, когда думают, что рука робота .
Большим преимуществом рычага SCARA является то, что большая часть его подъемной силы находится в подшипниках. Основные плечевые, локтевые и запястные (рычажные) суставы находятся в плоской плоскости, а это означает, что двигатели должны быть достаточно сильными, чтобы создавать необходимые боковые силы, им не нужно выдерживать вес остальных осей.
Ось Z, наклон и крен (и, очевидно, сцепление) должны работать против силы тяжести, но ось Z легко зацепляется достаточно высоко, чтобы выдерживать большой вес, а оси наклона, крена и захвата должны поддерживать только вес полезного груза, а не вес других осей.
Сравните это с шарнирным рычагом, где многие оси должны выдерживать вес всех осей дальше по кинематической цепи .
Приводы
Портальные роботы
Обычно портальный робот использует линейные приводы для основных осей X, Y и Z. Это могут быть приводы с низкой производительностью, низкой точностью, приводами высокой силы, такими как ходовой винт с сервоприводом или шаговым приводом (сила и производительность могут быть изменены, но точность всегда будет ограничена люфтом), вплоть до высокой производительности, высокой точности линейные двигатели с прямым приводом и точными датчиками.
Для оставшегося манипулятора 3DOF обычно требуется точное вращательное движение для тангажа, крена и рыскания, поэтому обычно наиболее подходящим является электродвигатель (шаговый или сервопривод). Даже небольшой мотор с достаточно высокой передачей может противостоять гравитации при достаточно высоких нагрузках.
В стороне от серводвигателей против шаговых двигателей
Разница между сервоприводом (1) и степпером - это компромисс между сложностью и уверенностью в управлении.
Для серводвигателя требуется датчик положения для обратной связи по положению, а для шагового двигателя - нет. Это означает, что шагер электрически намного проще , а с точки зрения управления проще, если вам нужна низкая производительность.
Если вы хотите получить максимальную отдачу от своего мотора (подталкивая его ближе к своему пределу), тогда степперы, как и следовало ожидать, намного сложнее контролировать. С помощью обратной связи по положению на сервоприводе вы можете настраивать производительность гораздо более агрессивно, и, поскольку вы знаете, что если он не достигнет своей целевой позиции или скорости, то ваш сервопривод получит информацию об этом и исправит ее.
С помощью степпера вы должны настроить систему так, чтобы вы могли гарантировать, что она всегда может сделать шаг, независимо от желаемой скорости движения или веса полезной нагрузки. Обратите внимание, что некоторые люди предложат добавить энкодер для обнаружения пропущенных шагов на шаговом двигателе, но если вы собираетесь это сделать, то с таким же успехом вы могли бы использовать серводвигатель!
СКАРА рука
При использовании рычага SCARA, ось Z, вероятно, является единственной линейной осью, в то время как все остальные оси могут быть выполнены с помощью вращательного двигателя, то есть снова шагового или серводвигателя. Определить размеры этих двигателей относительно просто, потому что для многих из них вес менее важен. Двигатель, необходимый для преодоления инерции нагрузки, гораздо меньше, чем размер, чтобы преодолеть силу тяжести.
Сочлененный рычаг
С шарнирным рычагом расчеты более сложны, потому что большинству осей потребуются приводы, размер которых зависит как от перемещения груза, так и от его подъема, но опять же, электрический двигатель проще всего контролировать и использовать.
Захват
Наконец, есть захват. Именно здесь я видел самые разнообразные приводы. В зависимости от ваших применений вы можете легко использовать любое количество различных приводов.
Я использовал системы с традиционными захватами с приводом от двигателя, захватами с линейным приводом, захватами с пьезоизгибающими захватами, захватами с пневматическим приводом, вакуумными захватами и простыми прорезями или крюками, многие из которых были специфическими для конкретного применения. Какова ваша типичная полезная нагрузка, может значительно изменить привод, который лучше для вас. (2)
Делая ваши кальки
Как предполагает Rocketmagnet, в конечном итоге вам придется сломать свой калькулятор.
Вам нужно будет принять во внимание кинематику вашей системы, максимальную нагрузку на каждый двигатель (принимая во внимание наихудший случай с полностью вытянутым рычагом, если вы используете конструкцию шарнирного рычага), скорость (меньший двигатель с более высокой передачей может дать сила, которая вам нужна без скорости, но более мощный двигатель может дать вам более высокий крутящий момент при более низком зацеплении и более высокой скорости и т. д.) и необходимую вам точность позиционирования.
В целом, чем больше денег вы потратите на решение проблемы, тем выше производительность (скорость, точность, энергопотребление). Но анализ спецификаций и принятие разумных решений о покупке может помочь оптимизировать цену / производительность вашего робота.
(1) Обратите внимание, что мой опыт работы с промышленными сервоприводами , как правило, щеточными или бесщеточными двигателями постоянного тока с поворотным энкодером, так что это может или не может применяться с любительскими RC сервоприводами .
(2) Я бы предложил опубликовать еще один вопрос по этому вопросу.
