Quali attuatori sono adatti per la tua applicazione dipende molto dal tipo di braccio del robot che vuoi costruire. Una volta deciso il tipo di braccio desiderato, è possibile decidere un attuatore adatto per ciascun asse .
Il braccio
Supponendo dalla tua descrizione che un robot a portale non sarebbe praticabile, quindi a seconda della tua specifica applicazione, potresti voler considerare un braccio SCARA su un braccio articolato , che è ciò che la maggior parte delle persone pensa quando pensa al braccio del robot .
Il grande vantaggio di un braccio SCARA è che la maggior parte della sua forza di sollevamento sta nei suoi cuscinetti. Le articolazioni principali della spalla, del gomito e del polso (imbardata) sono su un piano piatto, il che significa che i motori devono solo essere abbastanza forti da produrre le forze laterali richieste, non devono sostenere il peso degli assi rimanenti.
L'asse Z, il beccheggio e il rollio (e ovviamente l'impugnatura) devono lavorare tutti contro gravità, ma l'asse Z è facile da ingranare abbastanza da poter sostenere un sacco di peso, e gli assi di beccheggio, rollio e grip devono solo supportare il peso del carico utile, non il peso di altri assi.
Confronta questo con un braccio articolato, in cui molti degli assi devono sostenere il peso di tutti gli assi più in basso nella catena cinematica .
Gli attuatori
Robot a cavalletto
In genere un robot a portale utilizza attuatori lineari per gli assi X, Y e Z principali. Questi potrebbero essere attuatori a bassa prestazione, bassa precisione, ad alta forza come una vite di comando con un servo o un motore passo-passo (la forza e le prestazioni possono essere scambiate ma l'accuratezza sarà sempre limitata dal gioco), fino ad alte prestazioni, alta precisione motori lineari direct drive con encoder di precisione.
Il restante manipolatore 3DOF richiederà solitamente un movimento rotatorio di precisione per beccheggio, rollio e imbardata, quindi di solito un motore elettrico (sia stepper che servo) sarà più adatto. Anche un piccolo motore con una marcia ragionevolmente alta può resistere alla gravità contro carichi piuttosto elevati.
A parte i servomotori rispetto ai motori passo-passo
La differenza tra servo (1) e stepper è un compromesso tra complessità e certezza nel controllo.
Un servomotore richiede un encoder per il feedback di posizione, mentre uno stepper no. Ciò significa che uno stepper è elettricamente molto più semplice e, dal punto di vista del controllo, più semplice se si desidera prestazioni ridotte.
Se vuoi ottenere il massimo dal tuo motore (spingendolo vicino al limite), allora gli stepper diventano molto più difficili da controllare in modo prevedibile. Con il feedback di posizione su un servo puoi ottimizzare le prestazioni in modo molto più aggressivo e poiché sai se non riesce a raggiungere la sua posizione o velocità target, il tuo loop servo lo scoprirà e lo correggerà.
Con uno stepper devi mettere a punto il sistema in modo da poter garantire che possa sempre fare il passo, indipendentemente dalla velocità di spostamento desiderata o dal peso del carico utile. Nota che alcune persone suggeriranno di aggiungere un encoder per rilevare i passi persi su un motore passo-passo, ma se hai intenzione di farlo, potresti anche aver usato un servomotore in primo luogo!
Braccio SCARA
Con un braccio SCARA, l'asse Z è probabilmente l'unico asse lineare, mentre gli assi rimanenti possono essere tutti eseguiti con motore rotazionale, quindi di nuovo stepper o servomotore. Dimensionare questi motori è relativamente semplice perché il peso trasportato è meno importante per molti di essi. Il motore necessario per superare l'inerzia di un carico è piuttosto meno che dimensionarlo per superare la gravità.
Braccio articolato
Con un braccio articolato i calcoli sono più complicati, poiché la maggior parte degli assi avrà bisogno di attuatori dimensionati a seconda del movimento e del sollevamento del carico, ma un motore elettrico è ancora più facile da controllare e utilizzare.
La pinza
Finalmente c'è la pinza. È qui che ho visto la maggior varietà di attuatori. A seconda delle applicazioni, è possibile utilizzare facilmente un numero qualsiasi di attuatori diversi.
Ho usato sistemi con pinze tradizionali motorizzate, pinze lineari azionate, impugnature piezoelettriche , pinze pneumatiche, prese a vuoto e semplici scanalature o ganci tra gli altri, molti dei quali erano specifici per l'applicazione. Qual è il tuo payload tipico potrebbe cambiare in modo significativo l'attuatore che è meglio per te. (2)
Fare i tuoi calcoli
Come suggerisce Rocketmagnet, alla fine dovrai rompere la tua calcolatrice.
Dovrai prendere in considerazione la cinematica del tuo sistema, il carico massimo su ciascun motore (tenendo conto del caso peggiore con il braccio completamente esteso se stai usando un design del braccio articolato), la velocità (un motore più piccolo con ingranaggi più alti potrebbe dare la forza di cui hai bisogno senza la velocità, ma un motore più robusto potrebbe darti una coppia maggiore con una marcia più bassa e una velocità più alta ecc.) e la precisione di posizione che ti serve.
In generale, più soldi si lancia al problema, migliori saranno le prestazioni (velocità, precisione, consumo di energia). Ma analizzare le specifiche e prendere decisioni di acquisto intelligenti può aiutare a ottimizzare il prezzo / le prestazioni del tuo robot.
(1) Nota che la mia esperienza è con i servi industriali , in genere un motore DC brushed o brushless con encoder rotativo, quindi questo può o meno applicarsi con i servi RC hobby .
(2) Suggerirei di pubblicare un'altra domanda al riguardo.
