ロボットモーターのサイズ測定は、関節のトルクと速度の代表的な時間履歴から始まります。モーターは連続的な熱負荷に耐え、過渡的な加速および妨害トルクを発生させ、利用可能なバス電圧内で必要な速度を達成し、駆動、ギアボックス、機械的限界内に収まらなければなりません。
カタログの連続トルクとピークトルクは、用途RMSや最大需要とは互換性がありません。ピーク能力は持続時間、速度、巻線温度、駆動電流、繰り返しに依存します。ギア比はモーターのトルクと速度を変え、反射慣性と効率は期待される効果を変化させます。
このガイドは アクチュエータートルク密度ガイド および ジョイント摩擦ガイドと組み合わせて使用してください。計算結果をサプライヤーの曲線と代表的なハードウェアサイクルと照らし合わせて確認してください。
まずは共同任務の軌跡から始める
休憩、加速、一定動作、ブレーキ、ホールディングを含む、繰り返しのタスクにおける位置、速度、加速度を記述してください。重力、慣性、速度、外部接触を最大化するペイロードおよび姿勢のケースを含めましょう。最悪のポーズが熱的反復を表すことはできません。
Oriental Motorのサイズ基準は、基礎的な荷重および加速度の計算を提供します。メカニズムに適した方程式を使い、仮定、単位、符号慣習をレビュー可能なワークシートやモデルに保存します。
デューティサイクルを時間区分に分ける
代表的なサイクルを、持続時間、関節速度、加速度、負荷、冷却状態のセグメントに分けます。減速時のネガティブトルクと再生を含めましょう。アイドル時間はRMS負荷を減少させますが、パワードホールドでも電流や熱が発生することがあります。
通常の生産、高ペイロード、回収、保守には複数サイクルを活用しましょう。記録的な発生率です。まれな高負荷回復がピーク電流を支配し、一般的な軽度サイクルが連続温度を制御します。
| セグメント | トルクの寄与者 | 速度状態 | サイズアウトサイズ |
|---|---|---|---|
| ホールド | 重力、摩擦、外部 | ゼロまたは低く | 連続電流 |
| 加速 | 重力、慣性、摩擦 | 興隆 | ピークトルクと電流 |
| 絶え間ない移動 | 重力、摩擦、外部 | ハイ | トルク速度点 |
| ブレーキ | 慣性、重力、摩擦 | 落下 | 再生とピーク |
| 居住 | ホールドまたは故障による損失 | ゼロ | 冷却間隔 |
重力、慣性、摩擦、外部トルクの合計
接合部では、重力トルクとペイロードモーメント、リンクおよび荷重慣性に角加速度、摩擦、外部プロセス力を掛けて計算します。保守的だが追跡可能な係数を使いましょう。すべての不確実性を一つの大きな安全要因に隠してはいけません。なぜなら、それが真の限界を覆い隠してしまうからです。
多軸ロボットは、連結された動力学と姿勢依存の荷重を必要とします。適切な場合は、検証済みの剛体モデルや測定された軌道トルクを使用してください。重力は一つの動きを助け、別の動きに反対するので、運動需要と再生エネルギーの両方を変えるため、サインをチェックしてください。
ギアボックスを通じてジョイント需要を反映します
ジョイント速度を比率でモーター速度に、ジョイントトルクを比率と効率でモータートルクに変換します。正しい電力方向に効率を適用し、運転とバックドライブは異なる場合があります。ギアボックスのトルク、速度、熱、バックラッシュ、寿命制限を個別に含めてください。
比率が高いとモーター負荷トルクは減少しますが、モーター回転数やモーターの反射副作用が増加します。逆走行性を低下させ、損失を増加させる可能性があります。最大値を仮定する代わりに、最小のモーターを許容するスイープ候補比を用います。
加速需要に反帰慣性を含める
モデルで用いられているギア比の慣車の二乗で負荷慣性をモーターシャフトに反射し、その後モーターローター、ギアボックス入力、カップリング慣性を加えます。モーターの加速トルクは、その軸で観測される総慣性に依存します。
選択したモーターと駆動機器の供給元から慣性比の指示を確認してくださいが、1つのルールを普遍的に扱わないでください。クローズドループ帯域幅、コンプライアンス、バックラッシュ、軌道形状が許容されるミスマッチに影響を与えます。ハードウェアのトラッキングと安定性を検証してください。
| 制限 | 計算または出典 | 必須含めるべきです | 失敗の症状 |
|---|---|---|---|
| RMSトルク | タイミング二乗トルク平均 | すべての動力セグメント | 熱上昇 |
| ピークトルク | 最大時間点 | 演奏時間と反復 | 電流制限または磁性消滅 |
| 最大速度 | モーターの軌跡 | バスのサグとバックEMF | 速度飽和 |
| 駆動電流 | トルク定数と波形 | 連続持続時間とピーク持続時間 | ドライブトリップ |
| ギアボックス | 共同出力サイクル | 効率性、生命力、そして衝撃 | 摩耗や過熱 |
サイクル全体にわたるRMSトルクを計算します
RMSトルクは、モータートルクの二乗の時間加重平均の平方根です。加速、移動、ブレーキ、保持、滞留を電流が流れている時を含めましょう。トルクが二乗であるため、正負の需要の両方が銅の加熱に寄与します。
実際の速度、環境温度、筐体、冷却で連続能力を持つアプリケーションRMSを比較してください。ヒートシンクや気流に基づくカタログ連続値は、密閉されたコンパクトジョイント内では適用されない場合があります。駆動部とギアボックスからの熱結合も含めてください。
ピークトルクは大きさ、時間、繰り返しで確認する
最大計算トルクはモーターと駆動のトルク回転域内に収まらなければなりません。供給業者がそのレベルを許可する期間、初期巻線温度、必要な回収時間を確認してください。ピーク評価に時間がなくても、申請制限にはなりません。
繰り返しの衝撃、衝撃、緊急動作を別々にモデル化してください。不確実性、経年劣化、製造の変動がマージンを失う可能性があるため、一時的な限界での運用は避けてください。現在の飽和挙動を確認し、トルク制御が限界近くで正確かどうかを確認しましょう。
高速電圧マージンを閉じる
高速時には逆電動勢と抵抗電圧降下が利用可能な駆動出力を消費します。PWM変調、バスサグ、ケーブルドロップ、ドライブオーバーヘッドは、電流を強制する電圧を下げます。モーターは低速でトルクに達しても、必要な最高速度で故障することもあります。
最低動作バス電圧下で、モーターのトルク速度の完全な軌跡を供給曲線に対してプロットします。モーターと駆動がそれを支え、トルク、効率、熱挙動が検証される場合にのみ電界弱化を含めてください。
モデルのデューティサイクルと熱経路
銅の損失はおおよそ電流の二乗にかけた抵抗に従い、鉄、スイッチング、ベアリング、ギアボックスの損失は速度と動作によって異なります。巻線抵抗は温度とともに上昇し、電圧需要や損失が変化します。集約熱モデルは設計をスクリーニングできますが、測定パラメータが必要です。
周囲、囲い面、接触面、気流、冷却液、そして隣接する熱源を定義してください。テストで熱吸収を繰り返し、定常状態や最悪のミッション期間に近づくようにしてください。巻線温度は、ハウジング温度だけでなく、サポートされた推定器やセンサーで測定してください。
モーター、ドライブ、バス、ギアボックスのサイズを合わせて調整する
モータートルク定数は電流需要を決定します。駆動装置は適切なスイッチングおよび熱制限を伴い、連続およびピーク位相電流を供給しなければなりません。直流バスは同時軸と再生エネルギーをサポートしなければなりません。コネクタ、ケーブル、ヒューズ、冷却は同じデューティサイクルを共有します。
候補の組み合わせを反復し、比率、巻線、バス電圧、軌道を変えることで制限成分が動くことがあります。電力境界には DCバス選択ガイド を使い、その後タスク全体を再度実行します。
同期された電気的および熱データで検証
代表的な位置、ペイロード、タイミングをダイナモメーターやジョイントで測定します。命令および測定されたトルク、位相電流、速度、バス電圧、巻線推定、ハウジング温度、駆動制限フラグを1クロックに記録します。コールドスタートや熱に浸したランも含めてください。
予測された流れと測定された流れ、加速度、温度を比較してください。全ての余裕を使い果たすのではなく、体系的誤差を調査しましょう。摩擦、効率、慣性、冷却の前提を修正し、他のジョイントに適用できます。
トレーサブルのサイズパッケージをリリースする
軌道バージョン、ペイロード、方程式、モーターおよび駆動データ、ギアボックスパラメータ、熱境界、マージン、ハードウェアテスト結果を保存します。モーションプロファイル、ペイロード、ギア比、エンクロージャーやバスの変更後に再計算します。
サインオフチェックリストを使いましょう。
- タイミングを合わせたトルクと速度の軌跡を作りましょう。
- ギア、効率、反射慣性を一貫して適用しましょう。
- RMS、ピーク持続時間、トルク速度制限をクリアしてください。
- ドライブ電流、バス電圧、熱境界を閉じます。
- モデルを熱浸透したハードウェアテストと相関させてください。
よくある質問
RMSトルクは連続モータートルクと同じですか？
いいえ。RMSトルクはアプリケーションの加熱指標です。実際の熱条件および速度条件下での連続能力と比較する必要があります。
十分なピークトルクが加速を保証するのでしょうか？
いいえ。駆動電流、電圧-速度マージン、全反射慣性、ピーク持続時間も通過しなければなりません。
高いギア比は必ず小型モーターを許容するのでしょうか？
いいえ。また、モーターの速度を上げ、慣性、効率、寿命、バックラッシュ、バックドライビリティにも影響を及ぼします。
減速はRMSトルクに含めるべきでしょうか？
はい、電流が流れているときはそうです。負のトルクは直角化後の巻線加熱に寄与し、バスエネルギーを再生することがあります。
リリース前にカタログ計算で十分でしょうか？
いいえ。代表的なハードウェアやデューティサイクルで、電流、速度、制限、温度を検証します。
モーター計算とハードウェア検証境界
このガイドは部品承認ではなく、エンジニアリング解析をサポートしています。最終設計には、現在のサプライヤーデータ、電気的制限、適用される機械要件を活用してください。