Qué actuadores son adecuados para su aplicación depende en gran medida del tipo de brazo de robot que desee construir. Una vez que haya decidido qué tipo de brazo desea, puede elegir un actuador adecuado para cada eje .
El brazo
Suponiendo a partir de su descripción que un robot de pórtico no sería viable, entonces, dependiendo de su aplicación específica, es posible que desee considerar un brazo SCARA sobre un brazo articulado , que es lo que la mayoría de las personas piensan cuando piensan en el brazo robótico .
La gran ventaja de un brazo SCARA es que la mayor parte de su fuerza de elevación está en sus rodamientos. Las articulaciones principales del hombro, el codo y la muñeca (guiñada) están en un plano, lo que significa que los motores solo necesitan ser lo suficientemente fuertes como para producir las fuerzas laterales requeridas, no necesitan soportar el peso de los ejes restantes.
El eje Z, cabeceo y balanceo (y obviamente el agarre) tienen que trabajar contra la gravedad, pero el eje Z es fácil de manejar lo suficientemente alto como para poder soportar mucho peso, y los ejes de cabeceo, balanceo y agarre solo tienen que soportar El peso de la carga útil, no el peso de otros ejes.
Compare esto con un brazo articulado, donde muchos de los ejes tienen que soportar el peso de todos los ejes más abajo de la cadena cinemática .
Los actuadores
Robots de pórtico
Normalmente, un robot de pórtico utilizará actuadores lineales para los ejes X, Y y Z principales. Estos pueden ser actuadores de bajo rendimiento, baja precisión y alta fuerza, como un tornillo de avance con servoaccionamiento o accionamiento paso a paso (la fuerza y el rendimiento pueden intercambiarse, pero la precisión siempre estará limitada por el contragolpe), hasta un alto rendimiento, alta precisión Motores lineales de accionamiento directo con codificadores de precisión.
El manipulador 3DOF restante generalmente requerirá un movimiento giratorio de precisión para cabeceo, balanceo y guiñada, por lo que generalmente será más adecuado un motor eléctrico (ya sea paso a paso o servo). Incluso un motor pequeño con un engranaje razonablemente alto puede resistir la gravedad contra cargas bastante altas.
Un aparte en los servomotores frente a los motores paso a paso
La diferencia entre servo (1) y paso a paso es una compensación entre la complejidad y la certeza en el control.
Un servomotor requiere un codificador para la retroalimentación de posición, mientras que un paso a paso no. Esto significa que un paso a paso es eléctricamente mucho más simple , y desde un punto de vista de control más simple si desea un bajo rendimiento.
Sin embargo, si desea aprovechar al máximo su motor (empujándolo cerca de su límite), entonces los steppers se vuelven mucho más difíciles de controlar de manera predecible. Con la retroalimentación de posición en un servo, puede ajustar el rendimiento de manera mucho más agresiva y, dado que sabe que si no alcanza su posición o velocidad objetivo, su servo loop lo descubrirá y lo corregirá.
Con un paso a paso, debe ajustar el sistema para garantizar que siempre pueda dar el paso, independientemente de la velocidad de movimiento deseada o el peso de la carga útil. Tenga en cuenta que algunas personas sugerirán agregar un codificador para detectar pasos perdidos en un motor paso a paso, pero si va a hacer eso, ¡también podría haber usado un servomotor en primer lugar!
Brazo SCARA
Con un brazo SCARA, el eje Z es probablemente el único eje lineal, mientras que los ejes restantes se pueden hacer con motor rotativo, por lo tanto, de nuevo paso a paso o servomotor. El dimensionamiento de estos motores es relativamente fácil porque el peso transportado es menos importante para muchos de ellos. El motor requerido para vencer la inercia de una carga es bastante menor que dimensionarlo para vencer la gravedad.
Brazo articulado
Con un brazo articulado, los cálculos son más complicados, ya que la mayoría de los ejes necesitarán actuadores dimensionados dependiendo tanto de mover la carga como de levantarla, pero nuevamente un motor eléctrico es el más fácil de controlar y usar.
La pinza
Finalmente está la pinza. Aquí es donde he visto la mayor variedad de actuadores. Dependiendo de sus aplicaciones, podría usar fácilmente cualquier número de actuadores diferentes.
He utilizado sistemas con pinzas accionadas por motor tradicionales, pinzas accionadas linealmente, pinzas piezoeléctricas , pinzas accionadas neumáticamente, aspiradoras y ranuras o ganchos simples, entre otros, muchos de los cuales eran específicos de la aplicación. Cuál es su carga útil típica podría cambiar significativamente el actuador que es mejor para usted. (2)
Haciendo tus calcs
Como sugiere Rocketmagnet, en última instancia, tendrá que romper su calculadora.
Deberá tener en cuenta la cinemática de su sistema, la carga máxima en cada motor (teniendo en cuenta el peor de los casos con el brazo completamente extendido si está utilizando un diseño de brazo articulado), la velocidad (un motor más pequeño con un engranaje más alto podría dar la fuerza que necesita sin la velocidad, pero un motor más robusto podría darle un par más alto con un engranaje más bajo y una velocidad más alta, etc.) y la precisión posicional que necesita.
En general, cuanto más dinero arroje al problema, mejor rendimiento (velocidad, precisión, consumo de energía) obtendrá. Pero analizar las especificaciones y tomar decisiones de compra inteligentes puede ayudar a optimizar el precio / rendimiento de su robot.
(1) Tenga en cuenta que mi experiencia es con servos industriales , típicamente motores de CC con escobillas o sin escobillas con un codificador rotatorio, por lo que esto puede o no aplicarse con los servos RC de hobby .
(2) Sugeriría publicar otra pregunta sobre esto.
