Роботи обављају одређене унапред планиране задатке као што су рад на монтажној линији, хируршка помоћ, преузимање/преузимање из складишта, па чак и опасне задатке као што је уклањање нагазних мина Данашњи роботи су способни да се баве не само веома понављајућим задацима, већ и сложеним функцијама које захтевају флексибилност у правцу и кретање. Како технологија напредује, брзина и спретност се повећавају, а трошкови смањују, роботи ће постепено бити широко прихваћени. Предност у погледу трошкова што је нижа од радне снаге такође нам даје увид у индустрију роботике. Поред тога, напредак у машинском виду, рачунарској снази и умрежавању такође ће покренути популаризацију роботских апликација, а ове машине високих перформанси
Реализација човека је због следећих аспеката побољшања:
1. Комплексни сензори
2. Рачунарска снага и алгоритми који омогућавају доношење одлука и кретање у реалном времену.
3. Мотори који брзо и прецизно напредују механичку снагу за реализацију сложених задатака!
Када посебно бира тип мотора и модел, дизајнер мора узети у обзир три основна фактора које дизајнер мора узети у обзир.
1. Минимална и максимална брзина (и убрзање) мотора.
2. Максимални обртни момент који мотор може да испоручи, и однос између криве обртног момента и брзине.
3. тачност и поновљивост рада мотора (без сензора и управљања у затвореном кругу); наравно, постоји много других важних фактора које треба узети у обзир при избору мотора, као што су величина, тежина и цена. За скоро све мале и средње роботске актуаторе, избор погонских мотора је обично између брушених ДЦ мотора, ДЦ мотора без четкица (БЛДЦ) и корачних мотора. (Међутим, у неким случајевима хидрауличне у односу на пнеуматске пресе су најбољи избор.)
Брушени ДЦ мотори су најстарија технологија ДЦ мотора, најједноставнија и најјефтинија. Ротација ротора мотора пребацује (комутира) магнетно поље намотаја око ротора услед контакта између четкица и ротора. Брзина мотора је функција примењеног напона, тако да су захтеви за погон скромни, али је управљање обртним моментом тешко. Постоје и проблеми са поузданошћу приликом рада због фактора као што су хабање четкица, потребе за чишћењем и одржавањем и потенцијално извор електронске буке (електромагнетне сметње). Као резултат ових проблема, брушени ДЦ мотори су, углавном, најмање атрактивна опција за дизајн робота.
ДЦ мотори без четкица појавили су се 1860-их и имали су користи од два развоја: појава робусних, малих, јефтиних трајних магнета; и појава малих, ефикасних електронских прекидача (обично МОСФЕТ-а) за пребацивање струјног тока на намотаје." Електронска комутација" замењује механичку комутацију мотора четкице за контролу пребацивања магнетног поља, интеракцију између фиксног прекидачког намотаја около и магнети на ротирајућем језгру замењују механичку комутацију мотора четкице, тј. користи интеракцију између магнетног и електричног поља. Променом фреквенције пребацивања МОФСЕТ-а, брзина мотора се може контролисати. Поред тога, његов контролер мотора може боље да контролише перформансе мотора у поређењу са брушеним моторима.
Чак и бољи, напредни алгоритми као што су ПИД (пропорционално-интегрално-диференцијални) алгоритми корекције или ФОЦ (Фиелд Ориентед Цонтрол, који се понекад називају и векторска контрола) контролни алгоритми могу се учврстити у контролеру мотора. Ово омогућава да се идеалан рад мотора усклади са стварним оптерећењем и варијацијама оптерећења, што резултира робуснијим и прецизнијим перформансама мотора. На пример, алгоритми/програми за управљање мотором могу узети у обзир релевантне факторе као што је инерција ротора и омогућити погону мотора да се прилагоди и постепено смањи грешке услед механичких фактора. Такви алгоритми омогућавају прецизну контролу убрзања и обртног момента.
Мотори без четкица (БЛДЦ) захтевају сложенија контролна кола, али могу да покажу боље перформансе од брушених мотора. Типично, БЛДЦ мотори морају бити опремљени сензором повратне информације о положају, као што је сензор са Холовим ефектом, оптички енкодер или уређај за детекцију обрнутог потенцијала.
Други тип БЛДЦ мотора који се обично користи у роботима је корачни мотор, где се користи прекидачки електромагнет, који се налази поред централног језгра прстена трајног магнета. Корачни мотори се не "ротирају" на конвенционалан начин; уместо тога, постепено повећавају брзину уз помоћ осовине која се стално окреће, омогућавајући тако одређени угао ротације или континуирану ротацију. Корачни мотори имају поновљиву контролу кретања: могу се вратити у претходни положај када је потребно.
Углови корака се крећу од 1,8 степени (200 корака/окрет) до 30 степени (12 корака/окрета). Угао корака или број корака зависи од броја трајних магнета које мотор има, али су могуће и вредности изван овог опсега.
Код корачних мотора, ако се примени снага, али ниједан степеник није усмерен, они ће остати у свом првобитном положају; корачни мотори обезбеђују велики обртни момент при ниским обртајима. Најдиректнији начин да се корачни мотор окрене је да се електромагнет активира и искључује на уредан начин, али то може довести до подрхтавања или вибрације. Мотори без четкица и корачни мотори имају делимично преклапање подручја примене. Корачни мотори су погоднији за апликације које захтевају прецизне покрете улаза и излаза (као што је хватање и постављање) уместо дугих периода непрекидне ротације, као и за мање примене које не захтевају велики обртни момент или брзину од мотора. Поред тога, корачни мотори имају ниже захтеве енергетске ефикасности од ДЦ мотора без четкица. Поред мотора наведених овде, постоји много других типова доступних. Породице мотора су бројне и сложене, са много пододјељења. На пример, синхрони мотор са перманентним магнетом (ПМСМ) је комбинација ДЦ мотора без четкица (у односу на ротор) и АЦ индукционог мотора (у односу на структуру статора). Карактерише га висока енергетска ефикасност, висока релативна густина по јединици мале запремине, однос обртног момента и тежине, брзо време одзива и релативна лакоћа контроле, али је и релативно скуп.
Систем покрета робота укључује више од само мотора; обухвата три главна функционална модула.
1.Контролор у реалном времену, који се манифестује у следећа три облика.
Брзи рачунарски процесори опште намене, који користе фирмвер за контролу покрета.
ДСП оријентисани ФПГА за контролне апликације.
Специјализована ИЦ кола контролера са ожичењем и уграђеним алгоритмима.
2. Један или више драјверских слојева су каскадно слати сигнале ниског нивоа са излаза контролера и емитују високи напон/струју потребну за укључивање/искључивање контролне електронике.
3.МОСФЕТ (или други комутациони уређаји, као што су ИГБТ или биполарни транзистори), који контролише струјни ток до специфичних намотаја мотора
Избор МОСФЕТ-а зависи углавном од мотора и намотаја потребне величине струје и напона. МОСФЕТ модел да се одреди доле да изабере драјвер након избора МОСФЕТ драјвера према МОСФЕТ рејтингу: понекад може бити потребан низ узлазних одбојних драјвера, специфична одлука за одређивање драјвера. Понекад може бити потребан низ драјвера за појачавање, у зависности од величине МОСФЕТ-а.
4. Проблеми који се могу појавити при избору контролера
Избор модела контролера је такође веома стратешки и захтева да се донесе одлука пре избора одређеног продавца и модела. Постоји много компромиса када се одлучује да ли ћете користити процесор опште намене само за контролу мотора, ФПГА са локалном рачунарском снагом или специјализовано контролно ИЦ коло (обично од одређеног добављача контроле мотора). Дизајнери треба да узму у обзир факторе као што су.
Која сложеност контролног алгоритма вам је потребна и колико И/0 портова?
Ко ће обезбедити контролни алгоритам и код: добављач ИЦ-а, независни партнер или неповезани програмер треће стране? Како ће они верификовати и потврдити перформансе мотора и његову примену?
Колико вам је потребно корисничког програмирања? Чак и наменски, непрограмабилни контролери ће захтевати од корисника да изабере тип алгоритма, режим контроле затворене петље (положај, брзина или убрзање) и мораће да подеси низ радних параметара. Да ли мотор и апликација имају јединствена својства за подешавање? Ако је одговор да, онда би било боље изабрати програмабилни И. Насупрот томе, ако нема потребе за модификацијом алгоритама, наменски ИЦ са ожиченим, чврстим алгоритмима је пожељнији од потпуно програмабилног ИЦ-а. Да ли контролер треба да подржава више типова мотора? Чак и ако је истог типа, да ли контролер треба да подржава само једну величину мотора у том моделу или низ величина?
Који ниво техничке подршке пружа добављач? Какво практично искуство у развоју мотора имају? Да ли ће обезбедити специфичне референтне дизајне који су направљени и валидирани, укључујући кола интерфејса између управљачког склопа и МОСФЕТ драјвера?
Постоје ли нека регулаторна питања којих треба бити свестан? На пример, овлашћене процене енергетске ефикасности
(многе примене мотора сада морају да испуне различите „зелене“ еколошке захтеве). Ако јесте, да ли добављач разуме ове проблеме и да ли њихове компоненте и алгоритми испуњавају ове захтеве?
5. Развојни комплети демонстрирају перформансе контролера и интерфејса
За многе инжењере, спајање свих делова – контролера, драјвера, МОСФЕТ-а, итд. са чврстим или одвојеним алгоритмима – представља мултидисциплинарни задатак, онај који не желе да „почињу од нуле“. Из тог разлога, многи добављачи нуде плоче за процену или чак комплетне комплете са алгоритмима контролера узорка, драјверима и МОСФЕТ-овима. На пример, Фреесцале МТРЦКТСПНЗВМ128 трофазни ПМСМ комплет без сензора користи технологију контроле мотора без сензора за покретање трофазног БЛДЦ или ПМСМ мотора и дизајниран је за брзо прототиповање и евалуацију користећи инверзне потенцијале подржане интегрисаним АДЦ модулом уз помоћ микроконтролер. Поред тога, овај комплет (са микроконтролером МЦ9С12ЗВМЛ12) се такође може конфигурисати за процену рада засновану на сензорима помоћу Холових сензора или резолвера. Будућност роботике је такође веома обећавајућа јер ће напредак у технологији, укључујући прецизно активирање кроз побољшану контролу мотора и сенсинг, створити нове могућности. Револуције у кључним областима сензора, контроле и мотора наставиће да утичу на промене у роботици.