Una sensazione di contrazione
Gordon Moore, creatore della legge di Moore
In questo momento, è probabile che tu stia portando uno smartphone spesso meno di un centimetro con più potenza di elaborazione dei computer che sono stati utilizzati per guidare gli astronauti sulla luna. Come siamo arrivati qui?
Nel 1965, il cofondatore di Intel, Gordon Moore, dichiarò che il numero di transistor inseriti in un circuito integrato denso raddoppia ogni due anni. La "legge di Moore", come è stata chiamata, ha retto per oltre 50 anni di innovazione.
Mentre il tasso di riduzione ha iniziato a livellarsi negli ultimi anni, i circuiti elettronici continuano a diventare sempre più densi. Per quelli di noi che si occupano di controllo del movimento, questo significa fornire agli ingegneri soluzioni di servoazionamento più leggere, più piccole e più potenti.
Perché abbiamo bisogno di servoazionamenti più piccoli?
Sì, l'innovazione ci ha permesso di creare servoazionamenti molto piccoli. Azionamenti che non solo sono più compatti e intelligenti degli ingombranti amplificatori che sono venuti prima, ma anche con una densità di potenza più elevata in modo che possano ancora fornire la coppia e la velocità necessarie ai motori. Ma non produciamo servoazionamenti di dimensioni micro solo perché possiamo; ci sono vantaggi nell'avere soluzioni di servoazionamenti compatti.
Poiché i robot stanno diventando più piccoli, più eleganti e più intricati, abbiamo bisogno di soluzioni di servoazionamenti più piccoli che si adattino al loro interno, pur fornendo le stesse prestazioni. Non è solo una questione di estetica, i servoazionamenti più piccoli e leggeri sono migliori per le prestazioni.
Prendiamo l'esempio di un semplice braccio cobot con collegamenti multipli. Ogni segmento aggiuntivo significa un motore in più e un azionamento in più in ogni giunto. Ogni volta che un motore in un giunto ruota, deve fornire abbastanza coppia per sollevare i collegamenti che sono più lontani dal punto base del cobot. Pertanto, riducendo il peso dei soli servoazionamenti si riduce il consumo di energia necessario al robot e lo si rende più efficiente.
Avere servoazionamenti più leggeri nei giunti riduce la coppia richiesta per sollevare il braccio
Ora uno potrebbe dire, "perché non montare tutti i servoazionamenti alla base del robot invece che nei giunti? Questo è teoricamente possibile, ma non molto pratico. Installare i servoazionamenti con i loro rispettivi motori in ogni articolazione non solo è conveniente ai fini della manutenzione, ma allevia anche la necessità di far passare diverse lunghezze di cavi di fase del motore e cavi di feedback attraverso tutto il braccio del robot. Questo non solo eviterebbe l'incubo della manutenzione di dover tracciare una serie di cavi in tutto il braccio, ma eviterebbe anche problemi di feedback legati al rumore elettrico.
Ai fini della fabbricabilità e dell'affidabilità, è molto meglio avere servoazionamenti compatti e leggeri che possono essere montati con i motori in ogni giunto.
Servoazionamenti più piccoli significano meno peso morto che consuma i robot.
Oltre alla robotica fissa, i servoazionamenti più piccoli sono utili anche nelle applicazioni robotiche mobili. Simile all'esempio del cobot, avere servoazionamenti piccoli e leggeri a bordo può tagliare il peso superfluo per migliorare l'efficienza e/o consentire più spazio per una batteria più grande. In entrambi i casi, il risultato finale è un robot che può lavorare di più e più a lungo durante la giornata.
Tagliare il peso è spesso essenziale anche nelle industrie mediche e militari, in particolare con attrezzature che devono essere portatili. Nelle applicazioni aerospaziali, trovare soluzioni leggere è fondamentale per ridurre il consumo di carburante nella battaglia contro la gravità.
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Prodotto in evidenza: FlexPro®
Servoazionamento digitale FlexPro FE060-25-EM
FlexPro® è la più recente famiglia di servoazionamenti digitali della ADVANCED Motion Controls. La maggior parte di questi servoazionamenti sono di "micro dimensioni". Con un'ingegneria all'avanguardia, FlexPro ha lo scopo di espandere le capacità della già potente e diversificata selezione di prodotti AMC in applicazioni con vincoli di spazio ridotti.
Con appena 1,5 x 1 x 0,6 pollici (38 x 25 x 16 mm), l'ingombro di un micro drive FlexPro è approssimativamente lo stesso di due francobolli standard. In altre parole, quattro di questi drive possono stare su un biglietto da visita standard. Per esempio, l'FE060-60C-EM può alimentare servomotori brushed, brushless, stepper e lineari con una corrente continua fino a 60 ampere.
Le caratteristiche dei modelli FlexPro in formato micro includono:
- Correnti di picco e continue fino a 60 ampere
- Ingresso 10-55 VDC o 20-90 VDC
- Servoazionamenti con la più alta densità di potenza da ADVANCED Controlli di movimento fino ad oggi
- EtherCAT, Ethernet/IP, CANopen, RS485/232 Comunicazione
- Supporta l'encoder incrementale, il BISS C-mode, EnDat, Tamagawa e il feedback del sensore Hall
- Modalità operative di coppia, velocità e posizione
Ok, allora perché i servoazionamenti non sono tutti piccoli?
Nonostante i progressi nella densità di potenza, i servoazionamenti sono ancora disponibili in una varietà di dimensioni
Con molti servoazionamenti di dimensioni micro disponibili e i loro benefici evidenti, potreste chiedervi perché ADVANCED Motion Controls e altre aziende di servoazionamenti continuano a commercializzare e vendere servoazionamenti più grandi. È una domanda giusta, e ci sono un paio di ragioni.
Limitazioni della densità di potenza
Come osservato con la legge di Moore, l'elettronica sta diventando sempre più compatta. Tuttavia, a differenza della maggior parte dei componenti del computer, i servoazionamenti non devono solo eseguire funzioni logiche - devono effettivamente trasmettere abbastanza potenza attraverso il PCB per guidare un motore.
Per i motori ad alta potenza, questo richiede un sacco di corrente, e c'è solo tanta corrente che si può pompare attraverso un piccolo circuito senza che i componenti vengano danneggiati dal surriscaldamento, anche con ventole di raffreddamento, dissipatori di calore e altre tecniche di gestione termica.
Inoltre, con l'aumento della tensione, anche la spaziatura richiesta tra le tracce su un circuito stampato deve aumentare per evitare interferenze di rumore o addirittura archi elettrici.
Anche se la densità di potenza possibile all'interno del PCB stesso migliora, trovare connettori affidabili per il motore e l'alimentazione che possano gestire un'uscita di corrente elevata senza fondere, pur adattandosi perfettamente ai servoazionamenti, diventa un fattore limitante.
Per le applicazioni pesanti di controllo del movimento, avete semplicemente bisogno di servoazionamenti più grandi e pesanti.
Costo vs. Necessità
Nelle macchine di grandi dimensioni, i servoazionamenti di dimensioni micro non sono necessari e a volte sono poco pratici.
L'altro fattore è il costo rispetto alla necessità. In molti casi, le unità meno compatte possono essere più facili e meno costose da produrre, quindi naturalmente possono avere un prezzo inferiore. Le unità piccole possono essere molto belle, ma se l'applicazione non ha stretti vincoli di spazio, un'unità più grande ma di prezzo inferiore può essere sufficiente.
Se state progettando un grande sistema a portale che ha un sacco di spazio per montare un grande servoazionamento, allora non ha senso pagare i soldi in più per avere un piccolo servoazionamento che non avrà praticamente alcun effetto sulle prestazioni.
A volte, avere un servoazionamento più ingombrante non è solo accettabile, è addirittura preferibile. Immaginate di dover infilare il vostro corpo in profondità in una grande macchina di produzione per la manutenzione. Volete passare 10 minuti piegati a cercare di collegare dozzine di minuscoli connettori a clip con perni crimpati, armeggiando con loro nella cattiva illuminazione, o volete solo avvitare i cavi di alimentazione e un paio di connettori D-Sub e avere finito in 30 secondi?
La domanda e gli usi di unità più piccole si stanno certamente espandendo, ma la necessità di unità grandi certamente non sta andando via.
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Prodotto in evidenza: µZ
Un sottoinsieme della famiglia di servoazionamenti AxCent, i drive µZ (Micro-Z) sono piccoli servoazionamenti analogici montati su PCB. Per coloro che cercano una soluzione particolarmente leggera per applicazioni con schemi di controllo centralizzati, questi piccoli azionamenti sono la via da seguire.
I servoazionamenti µZ sono progettati per pilotare motori DC brushless e brushed ad un'alta frequenza di commutazione. Per aumentare l'affidabilità del sistema e ridurre i costi di cablaggio, gli azionamenti sono progettati per l'integrazione diretta nel PCB. Con un peso di soli 8,5 grammi, i servoazionamenti µZ emettono 10A di picco e 5A continui e funzionano con una gamma di tensione di bus di 10-36VDC.
μZ Servoazionamento analogico AZBDC10A4
Le caratteristiche includono:
- Progettato per l'integrazione diretta scheda-scheda.
- Nessun dissipatore di calore e nessuna necessità di ulteriore dissipazione di calore si traduce nel più piccolo volume installato
- Peso della piuma, 8,5 grammi
- Dimensioni: 1.50 x 1.50 x 0.29 in (38.1 x 38.1 x 7.34 mm)
- Compatibile con i motori a bassa induttanza
- ±10V o segnali di comando PWM/Direzione
- Frequenza di commutazione 40 kHz
Pensieri finali
Gli azionamenti di dimensioni micro sono perfetti per i cobot (robot collaborativi), AGV, robotica fissa, robotica mobile, animatronica, dispositivi portatili, automazione di laboratorio, attrezzature militari, aerospaziali, attrezzature mediche, e veramente qualsiasi applicazione che richiede una soluzione incorporata compatta e/o leggera.
Stai lavorando a un progetto che potrebbe utilizzare un servoazionamento di dimensioni micro? Contattateci e troveremo l'azionamento che funziona meglio per voi. I servoazionamenti µZ e FlexPro™ di ADVANCED Motion Controls sono tutti prodotti standard, ma se state cercando una soluzione di dimensioni micro, le vostre opzioni non sono limitate a questi. Siamo lieti di sviluppare servoazionamenti personalizzati di dimensioni micro, compresi quelli che utilizzano la stessa architettura IMPACT™ che rende possibile FlexPro™.
La necessità di servoazionamenti più piccoli è destinata ad aumentare nei prossimi anni, e chi ci conosce sa che siamo sempre pronti per il compito. Fatevi avanti.
da Jackson McKay, ingegnere di marketing
