Carrière Press Inkoop
Carrière Press Inkoop
DC-motoren in robotica Hexapod micropositionering met maximale wendbaarheid en precisie

PI (Physik Instrumente) heeft ruim 30 jaar ervaring op dit gebied en heeft een naam opgebouwd als leverancier van krachtige systemen voor micropositionering. Highlights in het portfolio zijn revolutionaire zes-assige microrobots met parallelle kinematica, die geschikt zijn voor allerlei toepassingen.

Gespecialiseerde toepassingsgebieden zijn onder andere hanteringssystemen in de elektronicaproductie, productinspecties bij de productie van precisiegereedschappen, medische technologie en optische systemen, zoals ruimtetelescopen en systemen voor satellietontvangst.

DC-motoren in robotica Hexapod micropositionering met maximale wendbaarheid en precisie
De aandrijfsystemen in hexapods moeten zware omgevingscondities weerstaan, bijvoorbeeld als ze worden ingezet in satellietontvangstsystemen in afgelegen berggebieden of woestijnen.

Principe van een vluchtsimulator

Hexapodsystemen zijn gebaseerd op zes actuatoren met hoge resolutie, die één enkel platform aansturen. Het principe is afgekeken van vluchtsimulators, maar het is een stuk nauwkeuriger. Hexapods maken geen gebruik van hydraulische aandrijvingen, maar van extreem precieze aandrijfspindels en nauwkeurige bestuurbare elektromotoren. Omdat het bewegende platform minder zwaar is dan bij conventionele, stapelbare meerassige systemen, duurt het ook veel minder lang voordat een positionering stabiel is. Het draaipunt kan vrij worden bepaald met software en blijft onafhankelijk van de beweging, wat bijvoorbeeld voor aanpassingen van optische instrumenten van belang is.

De precieze microrobots met parallelle kinematica zijn leverbaar in drie basisversies voor verschillende toepassingen. De M-850 is het ideale systeem voor een volledig spectrum complexe positioneringstaken. Het kan werken met zware lasten tot 200 kg in verticale richting en heeft een grote nauwkeurigheid. Iedere as is individueel positioneerbaar met een resolutie tot 0,005 µm. De microrobot M-840 is ontworpen voor kleinere lasten en hogere snelheden. Met de M-840 is het mogelijk om lasten tot 10 kg in iedere willekeurige richting te positioneren met snelheden tot 50 mm/s en een nauwkeurigheid tot op de micrometer. Het meest recente model is de M-824, die werkt met "gevouwen" aandrijvingen en een extreem compact ontwerp, dankzij de speciale plaatsing van de aandrijvingen en de spindel. De drie systemen hebben één ding met elkaar gemeen: ze vragen om aandrijftechniek die perfect aansluit op de unieke vereisten van de hexapod. Ten eerste moeten de aandrijfcomponenten kunnen worden ingebouwd in de assen van de hexapods. Kortom: de aandrijvingen moeten zo klein mogelijk zijn, maar met 3 tot 19 Watt toch relatief veel vermogen leveren. Om de vereiste positioneringsnauwkeurigheid te bereiken, moeten de aandrijfsystemen gedurende hun lange levensduur ook met zo min mogelijk speling werken. Ook zware bedrijfsomstandigheden, zoals outdoor, moeten mogelijk zijn. Systemen voor micropositionering worden bijvoorbeeld ook ingezet in ruimtetelescopen en satellietontvangers, die vaak in ruige berggebieden of woestijnen staan.

Aandrijvingen voor hexapodsystemen voor micropositionering: klein, sterk en stevig

Voor veeleisende toepassingen is het standaard FAULHABER-portfolio van DC-precisiemotoren altijd klaar voor gebruik. De klassieke klokankermotor met ijzerloze rotorspoel en edelmetaalcommutatie levert bijzonder gunstige voorwaarden voor dit soort toepassingsgebieden. De kleine, lichtgewicht DC-aandrijvingen werken uitstekend onder zware omstandigheden. Ze zijn ideaal geschikt voor omgevingstemperaturen van -30 °C tot + 125 °C. En in speciale uitvoeringen is zelfs een luchtvochtigheid tot 98% geen probleem. Voor PI is het belangrijk dat de DC-motoren onmiddellijk en met een hoog koppel starten, zodra er spanning is. Dit zorgt ervoor dat de motor direct reageert op het controlesignaal. Het ontwerp met de zelfdragende koperen spoel maakt bijzonder lichte motoren mogelijk met een rendement van wel 80% of meer.

Afhankelijk van het ontwerpgebied van de toepassing, combineert het hexapod-positioneringssysteem de DC-motoren met reductietandwielen. De cilindrische tandwielconstructie met weinig speling is volledig van metaal gemaakt, wat zorgt voor een uniform bedrijf met weinig ruis. Meestal zijn de tandwielen voorgespannen om speling te voorkomen. De motor en tandwielkast vormen een compacte eenheid van 60 mm lang met een diameter van minder dan 25 mm. Zelfs in de relatief krappe installatieruimtes in de assen van de hexapod kunnen de aandrijvingen daardoor makkelijk worden ingebouwd. De elektrische aansluiting is ook bijzonder gebruiksvriendelijk. De DC-motoren met tandwielkast kunnen direct worden aangestuurd door PC-kaarten zonder extra boosters. In sommige gevallen werken ontwerpers van hexapod-micropositioneringssystemen echter met servo-boosters met input voor PWM-signalen, dicht bij de motor in het basisboard van de hexapods.

DC-motoren in robotica Hexapod micropositionering met maximale wendbaarheid en precisie
Hexapodsystemen voor positionering zijn gebaseerd op zes actuatoren met hoge resolutie, die één enkel platform aansturen.

Positiedetectie met magnetische pulsgeneratoren

Voor een nauwkeurige positionering is het onontbeerlijk om de huidige motorpositie te kennen. Ook hiervoor biedt FAULHABER een effectieve oplossing. De DC-micromotoren zijn ingebouwd in de hexapods en de huidige posities worden geregistreerd met magnetische pulsgeneratoren, die 512 pulsen afgeven per omwenteling. Resoluties tot 0,005 µm worden bereikt met viervoudige interpolatie, afhankelijk van de spindelhoek. De pulsgeneratoren zijn opgebouwd uit een meerpolige permanent magnetische schijf met een lage traagheid, die is aangebracht op de motoras of direct op de rotor, afhankelijk van het type. Magnetische sensoren registreren de veranderingen in magnetische flux. De uitvoer omvat twee incrementele uitgangssignalen met een faseverschuiving van 90°, die door de systeembesturing van de hexapods worden verwerkt. De voedingsspanning voor de pulsgeneratoren en de DC-micromotor, en ook de uitgangssignalen verlopen via een bandkabel met een stekkerconnector.

Parallelle kinematica versus seriële kinematica

DC-motoren in robotica Hexapod micropositionering met maximale wendbaarheid en precisie
DC-motoren in robotica Hexapod micropositionering met maximale wendbaarheid en precisie

Binnen de kinematica kan in principe een onderscheid worden gemaakt tussen parallelle en seriële kinematica. In seriële systemen is iedere actuator gericht op het eigen positioneringsplatform en toegewezen aan één as. Met deze benadering zijn eenvoudigere mechanische structuren en besturingstechnologie mogelijk. Bij dit soort "gestapelde" systemen stapelen echter ook eventuele fouten zich op, en dat maakt ze minder nauwkeurig dan parallelle systemen. Bij parallelle kinematica werken alle actuatoren direct op hetzelfde platform. Afgezien van de hogere nauwkeurigheid heeft dit nog diverse andere voordelen: een lagere massatraagheid en dus hogere dynamiek, geen bewegende kabel die frictieverliezen veroorzaakt, en een compactere opbouw. De aansturing van parallelle systemen is echter bijzonder veeleisend en vraagt om veel meer expertise.

Producten

DC-motoren
Geen restkoppel
Nauwkeurige positie- en koppelregeling
Zeer efficiënt
Laag geluidsniveau
Hoog koppel
Laag gewicht
Minimale massatraagheid van de rotor
Unieke dynamiek bij start-stopbedrijf
Details

Aanbevolen inhoud

Hier vindt u externe materialen van YouTube bij dit artikel. Klik om ze te bekijken.

Ik ga ermee akkoord om externe inhoud te zien. Ik ben me ervan bewust dat mijn persoonlijke gegevens kunnen worden gedeeld met externe platformen. Raadpleeg voor meer informatie ons privacybeleid.