นวัตกรรมที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์สามารถจัดการกับความท้าทายในการออกแบบในการควบคุมการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ได้อย่างไร

มอเตอร์เป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบแอคทูเอเตอร์หุ่นยนต์และรับผิดชอบการเคลื่อนไหวและการควบคุมของหุ่นยนต์ ขึ้นอยู่กับหลักการแม่เหล็กไฟฟ้ามอเตอร์จะเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเชิงกลซึ่งจะทำให้เกิดการเคลื่อนไหวทางกายภาพของหุ่นยนต์ ทุกวันนี้หุ่นยนต์สามารถดำเนินการได้ตั้งแต่การหมุนล้ออย่างง่ายไปจนถึงการผ่าตัดทางการแพทย์ที่ซับซ้อนมากซึ่งเป็นกระบวนการที่ควบคุมโดยตัวควบคุมหุ่นยนต์ซึ่งส่งสัญญาณควบคุมไปยังมอเตอร์เพื่อจุดประสงค์ในการดำเนินการเหล่านี้ เป็นผลให้มอเตอร์ที่เลือกในหุ่นยนต์และโซลูชันไดรฟ์ของพวกเขาส่วนใหญ่กำหนดความแม่นยำความเร็วแรงบิดและคุณสมบัติที่สำคัญอื่น ๆ ของหุ่นยนต์

ประเภทของมอเตอร์ที่ใช้ในหุ่นยนต์

มีมอเตอร์หลายประเภทที่ใช้ในหุ่นยนต์รวมถึงมอเตอร์ดีซีมอเตอร์เซอร์โวและมอเตอร์สเต็ปเปอร์ ฯลฯ มอเตอร์แต่ละตัวเหล่านี้มีคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย

1. มอเตอร์ DC

มอเตอร์กระแสไฟฟ้าโดยตรง (DC) เป็นประเภทของมอเตอร์ที่ใช้ในหุ่นยนต์เป็นอย่างมากพวกมันใช้งานง่ายและควบคุมและมีความเร็วที่ดี มอเตอร์ DC ถูกจัดหมวดหมู่เพิ่มเติมเป็นประเภทแปรงและไร้แปรง

มอเตอร์ DC ที่ถูกแปรง: มอเตอร์เหล่านี้ประกอบด้วยเกราะหมุน, สเตเตอร์คงที่และผู้เดินทาง แปรงอยู่ในการสัมผัสทางกายภาพกับตัวเลือกและด้วยเหตุนี้มอเตอร์ประเภทนี้ค่อนข้างง่ายต่อการควบคุม อย่างไรก็ตามต้องเปลี่ยนแปรงเป็นครั้งคราวเนื่องจากพวกเขาสึกหรอเมื่อเวลาผ่านไปส่งผลให้ต้นทุนการบำรุงรักษาสูงขึ้น

มอเตอร์ DC ที่ไร้แปรง: มอเตอร์พู่กัน DC (BLDC) เป็นตัวอย่างของมอเตอร์ประเภทหนึ่งที่ใช้การสื่อสารทางอิเล็กทรอนิกส์ พวกเขาใช้คอนโทรลเลอร์เพื่อเปลี่ยนทิศทางของกระแสแทนที่จะใช้แปรง เนื่องจาก BLDC Motors ถอดแปรงออกและส่วนเดียวที่สึกหรอคือแบริ่งพวกเขามีประสิทธิภาพที่ดีขึ้นเสียงไฟฟ้าที่ต่ำกว่าและความน่าเชื่อถือที่สูงขึ้น ในการเปรียบเทียบมอเตอร์ DC ที่ไร้แปรงนั้นมีประสิทธิภาพมากขึ้นเชื่อถือได้มากขึ้นและมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่ามอเตอร์แปรง แต่มอเตอร์ DC ที่ไร้แปรงต้องใช้ระบบควบคุมฮาร์ดแวร์/ซอฟต์แวร์สำหรับการควบคุมความเร็วและแรงบิดที่เหมาะสม .

2, เซอร์โวมอเตอร์

Servo Motors ประกอบด้วยมอเตอร์ DC, กระปุกเกียร์, โพเทนชิออมิเตอร์และวงจรควบคุมและเป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องความแม่นยำ ตำแหน่งของเซอร์โวมอเตอร์สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำมากโดยใช้สัญญาณการปรับความกว้างพัลส์ (PWM) ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องใช้การควบคุมการเคลื่อนไหวที่แม่นยำ

3, Step Motor

มอเตอร์สเต็ปเปอร์ทำงานแตกต่างจากมอเตอร์ดีซีและมอเตอร์เซอร์โวซึ่งให้การควบคุมตำแหน่งและความเร็วที่ยอดเยี่ยมด้วยความแม่นยำในการเคลื่อนไหวสูง Stepper Motors ใช้รูปแบบการควบคุมดิจิตอลที่ให้แรงบิดสูงด้วยความเร็วต่ำทำให้เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องใช้โหลดในตำแหน่งที่เฉพาะเจาะจงเป็นระยะเวลานาน

ฉันแน่ใจว่าคุณสังเกตเห็นว่าคุณไม่ค่อยเห็นมอเตอร์ AC ที่ใช้ในหุ่นยนต์ มีเหตุผลหลักหลายประการสำหรับปรากฏการณ์นี้:

อันดับแรก,การควบคุมมีความซับซ้อน มอเตอร์ DC นั้นค่อนข้างง่ายต่อการควบคุม พวกเขาให้กระแสคงที่และเสถียรทำให้ง่ายต่อการจัดการความเร็วแรงบิดและทิศทาง Servo Motors และ Stepper Motors เป็นอุปกรณ์ DC ที่ให้การควบคุมตำแหน่งความเร็วและการเร่งความเร็วที่เหนือกว่า ในทางกลับกันมอเตอร์ AC จำเป็นต้องพึ่งพาความถี่ของแหล่งจ่ายไฟ AC เพื่อควบคุมพารามิเตอร์ของมอเตอร์ซึ่งทำให้มันซับซ้อนในการจัดการในแง่ของความเร็วและแรงบิด

ที่สอง,แหล่งจ่ายไฟไม่มีประสิทธิภาพ ระบบหุ่นยนต์ส่วนใหญ่ใช้แบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงานหลักโดยให้พลังงาน DC ส่วนประกอบเพิ่มเติมมีความจำเป็นในการแปลง DC เป็น AC ซึ่งเพิ่มความซับซ้อนของระบบควบคุมมอเตอร์ในมือข้างหนึ่งและลดประสิทธิภาพการใช้พลังงานในอีกด้านหนึ่ง

ที่สาม,ไม่มีข้อได้เปรียบในขนาดและน้ำหนัก มอเตอร์ DC โดยเฉพาะมอเตอร์ DC ที่ไร้แปรงสามารถให้อัตราส่วนแรงบิดต่อน้ำหนักสูงทำให้เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันหุ่นยนต์มือถือมากขึ้น การลดน้ำหนักคือการพิจารณาที่สำคัญในแอพพลิเคชั่นหุ่นยนต์มือถือ มอเตอร์ AC โดยเฉพาะมอเตอร์เหนี่ยวนำมีแนวโน้มที่จะหนักกว่าสำหรับกำลังไฟเดียวกัน

แม้จะมีข้อบกพร่องเหล่านี้บางครั้งมอเตอร์ AC ก็ถูกใช้ในหุ่นยนต์อุตสาหกรรมบางตัวสำหรับงานเฉพาะที่ต้องใช้พลังงานสูงและความเร็วสูงมากกว่าความแม่นยำสูง ตัวอย่างเช่นมอเตอร์เหนี่ยวนำ AC สามารถใช้ในการขับเคลื่อนสายพานลำเลียงในสายการผลิตโรงงานอัตโนมัติ

อนาคตของ Robot Motor Drives

อิเล็กทรอนิกส์มอเตอร์กำลังเคลื่อนที่ออกจากตู้ควบคุมและถูกรวมเข้ากับข้อต่อหุ่นยนต์โดยตรงลดน้ำหนักหุ่นยนต์ความซับซ้อนของสายไฟและค่าใช้จ่ายของระบบแนวโน้มนี้กำลังผลักดันผู้ผลิตส่วนประกอบเพื่อพัฒนาโซลูชัน ในเวลาเดียวกันข้อ จำกัด ด้านพื้นที่ยังต้องการความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นและประสิทธิภาพการใช้พลังงานสำหรับไดรฟ์มอเตอร์และการควบคุม Gan fets ที่มีไดรเวอร์ประตูแบบบูรณาการสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานเป็นมากกว่า 99% สำหรับมอเตอร์ไดรฟ์และโซลูชั่นควบคุมในหุ่นยนต์รุ่นต่อไป

Texas Instruments 'LMG3422R050 เป็น 600V GAN FET พร้อมไดรเวอร์และการป้องกันในตัว อุปกรณ์รวมไดรเวอร์ซิลิคอนและเปรียบเทียบกับวิธีการสามัญแบบดั้งเดิม, วิธีการทั่วไป-ประตู, สถาปัตยกรรมนี้ให้ประสิทธิภาพการสลับที่เหนือกว่าด้วยความเร็วในการสลับสูงถึง 150V/ns นอกจากนี้ไดรเวอร์ในตัวนี้ยังช่วยปกป้องอุปกรณ์ GAN จากกระแสไฟฟ้าลัดวงจรการยิงด้อยค่าและความร้อนสูงเกินไป

แอพพลิเคชั่นหุ่นยนต์ได้ขยายจากการผลิตไปจนถึงอุตสาหกรรมเช่นผู้บริโภคการแพทย์และแม้แต่รถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยตนเองและต่อไปเราจะเห็นโอกาสมากขึ้นสำหรับหุ่นยนต์และการควบคุมมอเตอร์ในนักวิจัยใหม่และนวัตกรรมที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดเพิ่งคิดค้นวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน ของมอเตอร์ไฟฟ้าโดยใช้แอคทูเอเตอร์ชนิดใหม่ที่ช่วยให้พวกเขาทำการเคลื่อนไหวแบบไดนามิกได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ด้วยมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นหุ่นยนต์จะสามารถเดินทางไกลและทำงานให้สำเร็จได้มากขึ้นและหุ่นยนต์อาจสามารถวิ่งได้ตลอดทั้งวันแทนที่จะเป็นเวลาหนึ่งหรือสองชั่วโมงก่อนที่จะต้องมีการชาร์จใหม่ สำหรับอนาคตของหุ่นยนต์!

จากการคาดการณ์และการวิเคราะห์โดยการวิจัยตลาดพันธมิตรขนาดของตลาดหุ่นยนต์ทั่วโลกคาดว่าจะอยู่ที่ 62.75 พันล้านเหรียญสหรัฐในปี 2562 และคาดว่าจะสูงถึง 189.36 พันล้านเหรียญสหรัฐภายในปี 2570 เพิ่มขึ้นที่ CAGR 13.5% จาก 2020 เป็น 2027

ในอุตสาหกรรมการดูแลสุขภาพเพื่อให้หุ่นยนต์ผ่าตัดทำงานได้อย่างถูกต้องพวกเขาจะต้องใช้มอเตอร์ไดรฟ์ขั้นสูงและโซลูชันการควบคุมที่ช่วยให้การเคลื่อนไหวที่แม่นยำเพื่อดำเนินการผ่าตัดที่ซับซ้อนและแม่นยำนอกเหนือจาก BLDC มอเตอร์เซอร์โวและมอเตอร์สเต็ปเปอร์จะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ใช้ในหุ่นยนต์อุตสาหกรรมรุ่นต่อไปเนื่องจากการควบคุมที่แม่นยำแรงบิดสูงและเวลาตอบสนองที่รวดเร็ว

เมื่อพื้นที่แอปพลิเคชันและตลาดแยกต่างหากหุ่นยนต์ไดรฟ์มอเตอร์และการควบคุมได้มีการเชื่อมโยงกันมากขึ้นในระบบโซลูชั่นมอเตอร์แบบแยกส่วนและปรับขนาดได้ก็กลายเป็นที่นิยมมากขึ้นในตลาดมอเตอร์หุ่นยนต์อุตสาหกรรมและมีตัวเลือกการปรับแต่งที่ยืดหยุ่น แพลตฟอร์มสามารถรวมเข้ากับระบบหุ่นยนต์ที่แตกต่างกันได้อย่างง่ายดายและปรับขนาดตามต้องการให้ประโยชน์ด้านต้นทุนที่สำคัญสำหรับการปรับใช้หุ่นยนต์รุ่นต่อไป!

ความต้องการตลาดหุ่นยนต์มอเตอร์เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญโดยได้รับแรงหนุนจากระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมและการยอมรับอย่างรวดเร็วในอุตสาหกรรม จากการวิจัยของอุตสาหกรรมตลาด Global Robot Motors มีมูลค่าอยู่ที่ 12.27 พันล้านเหรียญสหรัฐในปี 2565 และคาดว่าจะเติบโตที่ CAGR ที่ 22.44% ในช่วงระยะเวลาระหว่างปี 2566 ถึง 2571 ถึง 41.36 พันล้านเหรียญสหรัฐภายในปี 2571 โดยการค้นหาอย่างต่อเนื่องของอุตสาหกรรม เพื่อประสิทธิภาพสูงผลผลิตและความปลอดภัยหุ่นยนต์รุ่นใหม่ที่ติดตั้งมอเตอร์ขั้นสูง

แอปพลิเคชันจะเพิ่มขึ้นเพื่อขยายพื้นที่แอปพลิเคชันของหุ่นยนต์นอกเหนือจากการเลือกมอเตอร์ที่เพิ่มประสิทธิภาพของหุ่นยนต์และประสิทธิภาพที่ยืดหยุ่นยืดหยุ่นประสิทธิภาพและประหยัดค่าใช้จ่ายและโซลูชั่นควบคุมยังมีบทบาทสำคัญ