Quali motori sono inclusi nel robot?

Il movimento del robot stesso richiede l'uso di motori. Sono disponibili numerosi motori per applicazioni robotiche. Ogni tipo di motore ha uno scopo diverso. I motori aiutano nel movimento del robot e fungono da attuatori nella progettazione meccanica del robot. Le applicazioni robotiche possono comportare i seguenti tipi di movimento:

1) Movimento verticale - solitamente mediante rotazione delle spalle per spostare parte del robot su e giù

2) Movimento radiale: spostamento di parte del robot dentro e fuori

3) Movimento rotatorio - Rotazione in senso orario o antiorario attorno ad un asse verticale o orizzontale o attorno ad un piano in una cornice 3D

4) Movimento di beccheggio: movimento su e giù durante il movimento rotatorio

5) Movimento rotatorio: rotazione di una parte del robot su un asse parallelo rispetto al resto del corpo del robot

6) Movimento di imbardata: movimento rotatorio destro o sinistro di una parte del robot

7) Movimento: il movimento del robot su una superficie o mezzo

Tutti questi tipi di movimenti sono ottenuti con l'ausilio di vari motori o pompe assemblati con la trasmissione e gli effettori finali. In questo tutorial verrà discusso l'uso dei motori per fornire il movimento principale al robot stesso o ai suoi componenti. Questo tutorial esaminerà diversi tipi di motori, le loro applicazioni, la selezione del motore e la progettazione di auto robotiche.

Tipo del motore

Esistono molti tipi di motori disponibili nell'industria. Per le applicazioni robotiche, viene solitamente utilizzato un certo tipo di motore. I motori comunemente utilizzati nelle applicazioni di robotica possono essere suddivisi nelle seguenti categorie:

• Motore CA

• Motore DC con spazzole

• Motore CC senza spazzole

• Motoriduttore CC

• servomotore

• Motori passo-passo

Oggi presenteremo tre tipi di motori (motori CA, motori CC con spazzole, motori CC senza spazzole)

I motori CA sono azionati da corrente CA. Sono generalmente utilizzati in applicazioni pesanti che richiedono una coppia elevata (carico elevato o capacità di carico). Ecco perché questi motori vengono utilizzati nelle linee di assemblaggio robotizzate utilizzate nelle celle di produzione. I robot mobili sono generalmente alimentati da una fonte di alimentazione CC (batteria o serie di batterie), motivo per cui i motori CA vengono utilizzati raramente per tali robot.

Motore CC spazzolato:

I motori CC con spazzole utilizzano spazzole per condurre corrente tra l'alimentatore e l'armatura. Esistono diverse varianti di motori CC con spazzole, ma nella robotica vengono utilizzati motori CC a magneti permanenti. Questi motori sono noti per il loro elevato rapporto coppia-inerzia. I motori CC con spazzole sono in grado di fornire una coppia da tre a quattro volte superiore rispetto alla coppia nominale. Un motore CC con spazzole è costituito da sei diversi componenti: albero, commutatore, armatura, statore, magneti e spazzole.

I motori CC con spazzole hanno due terminali. Quando la tensione viene applicata a entrambi i terminali, la velocità proporzionale viene trasmessa all'albero del motore CC con spazzole. Un motore DC con spazzole è costituito da due parti: lo statore che comprende l'alloggiamento, i magneti permanenti e le spazzole, e il rotore costituito dall'albero di uscita, dagli avvolgimenti e dal commutatore. Il suo statore rimane fermo mentre il rotore ruota rispetto allo statore. Lo statore produce un campo magnetico stazionario attorno al rotore.

Il rotore, chiamato anche armatura, è costituito da uno o più avvolgimenti. Quando questi avvolgimenti sono energizzati, generano un campo magnetico. I poli di questo campo rotorico sono attratti dai poli opposti creati dallo statore, provocando la rotazione del rotore. Mentre il motore gira, gli avvolgimenti vengono continuamente energizzati in sequenze diverse in modo che i poli prodotti dal rotore non superino quelli prodotti dallo statore. Questa commutazione del campo magnetico negli avvolgimenti del rotore è chiamata commutazione.

Motore CC senza spazzole:

I motori CC senza spazzole hanno una struttura simile ai motori CC con spazzole, ma sono azionati da un controller ad anello chiuso e richiedono un inverter o un SMPS per l'alimentazione. Questi motori sono dotati di magneti permanenti che fissano in modo girevole l'armatura. Rispetto ai motori DC con spazzole, hanno un controller elettronico a circuito chiuso al posto del gruppo commutatore. Questi motori sono generalmente utilizzati nei robot industriali che richiedono un controllo preciso del movimento e del posizionamento. Tuttavia, questi motori sono molto costosi e coinvolgono strutture ed elettronica complesse.

Per scegliere i motori per il robot:

Per scegliere il motore giusto è necessario considerare molti parametri diversi, come il carico che un particolare motore può sopportare, la coppia necessaria per spostare il robot senza sovraccaricarlo, il numero di giri al minuto che il motore fa sotto carico, ecc.

Poiché esistono molti tipi di motore, è necessario selezionarne uno in base all'applicazione. Ad esempio, per azionare un braccio robotico, vengono spesso utilizzati i servo. I robot su ruote sono semplici nel design e utilizzano ruote elettriche per spostarsi sul terreno. Le ruote sono anche più facili da progettare e produrre rispetto ai cingoli o agli stabilizzatori. Ci sono alcuni svantaggi nell'usare le ruote, come superare ostacoli o aree a basso attrito che non sono ruote facili da usare.

I motori più comunemente utilizzati in tali robot sono i motori CC. I motori DC forniscono una coppia elevata con un'elevata efficienza. Applicando la coppia in risposta a un carico, un motore CC può essere caratterizzato da una curva di velocità e coppia. I motori CC utilizzati nei robot per hobby sono generalmente preferiti con tensioni nominali di 3, 6, 12 e 24 volt. Se la tensione applicata dal motore è inferiore a quella indicata nella scheda tecnica, la coppia non sarà in grado di superare l'attrito interno, principalmente quello delle spazzole. Inoltre, se si applica al motore una tensione superiore a quella supportata, potrebbe surriscaldarsi e danneggiarsi.

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