כמרכיב ההנעה המרכזי של מפרקי רובוט, על אילו מאפיינים של מפרקי רובוט שונים (מפרקי בסיס, מפרקי זרוע, מפרקי אפקטור קצה) יש להתמקד בעת בחירה והתאמת פרמטרים של מנועי סרוו? כיצד להשיג איזון בין דיוק תנועת מפרקים לביצועים דינמיים באמצעות אופטימיזציה של פרמטרים?
א. עקרון הליבה של הסתגלות סרוו-מוטורית: התאמה לדרישות מפרקים מובחנות
מנועי סרוו הם הבחירה המועדפת להנעת מפרקים של רובוטים שונים כגון רובוטים תעשייתיים ורובוטים שיתופיים, הודות ליתרונותיהם של דיוק גבוה, תגובה מהירה וצפיפות מומנט גבוהה. למפרקים שונים של רובוטים יש הבדלים משמעותיים במיקום פונקציונלי, תנאי נשיאת כוח ודרישות תנועה. לכן, יש להתאים את הבחירה והתאמת הפרמטרים לצרכים הספציפיים, ויש למטב את הפרמטרים כדי לפתור את הסתירה בין דיוק להספק, תוך הבטחת יציבות תפעולית כוללת של הרובוט.
II. אסטרטגיית בחירה ספציפית למפרקים: התאמת מאפיינים מוטוריים לדרישות ליבה
ראשית, יש צורך להבהיר את הדרישות המרכזיות לבחירה בהתבסס על מאפייני המפרקים השונים. כבסיס נושא העומס של הרובוט, מפרק הבסיס נושא את משקל המכונה כולה ואת מומנט העומס לאחר שהזרוע נמתחת. דרישות הליבה שלו הן מומנט גבוה ויציבות גבוהה, עם דרישות נמוכות יחסית למהירות סיבוב. בעת בחירת מנוע סרוו למפרק הבסיס, יש לתת עדיפות למומנט מדורג, מומנט שיא וזמן עבודה רציף. באופן כללי, נבחר מנוע סרוו עם מומנט מדורג גדול ומומנט אינרציה רוטור גדול, בשילוב עם מפחית פלנטרי מדויק כדי לשפר את תפוקת המומנט. במקביל, יש לאמת את מומנט העצירה של המנוע כדי למנוע אובדן צעד במהלך ההפעלה או נשיאת העומס. מפרק הזרוע אחראי על התאמת הכיוון ותנועת טווח הרובוט, דבר הדורש איזון בין מומנט לגמישות. מסלול התנועה שלו הוא בעיקר במצבי תאוצה משתנה ועומס משתנה. בעת בחירת מנוע למפרק הזרוע, שיקולים מרכזיים כוללים מהירות תגובה דינמית, התאמת מומנט אינרציה וקיבולת עומס יתר. מומלץ לבחור מנוע סרוו עם מומנט אינרציה רוטור קטן וביצועי תאוצה מצוינים כדי להבטיח שהמפרק יוכל לעקוב במהירות אחר פקודות בקרה. בינתיים, יש למטב את יחס ההעברה של המפחית כדי לאזן בין תפוקת המומנט לגמישות התנועה. מפרק האפקטור הקצה (כגון מפרק ההנעה של תופסן או מבער ריתוך) מתמקד בעיקר במיקום בדיוק גבוה ובתנועה מהירה בעומס קל, עם דרישות מומנט נמוכות אך דרישות גבוהות במיוחד לדיוק מיקום, דיוק מיקום חוזר ויציבות במהירות נמוכה. עבור מפרק זה, יש להעדיף מנוע סרוו בעל הספק נמוך עם מקודד ברזולוציה גבוהה (עם דיוק של לא פחות מ-23 סיביות). בנוסף, יש למטב את ביצועי הזחילה במהירות נמוכה של המנוע כדי למנוע ריצוד במהירות נמוכה המשפיע על דיוק הפעולה.
ג. נתיב אופטימיזציית פרמטרים: השגת איזון דינמי בין דיוק לביצועים דינמיים
שנית, השגת איזון בין דיוק לביצועים דינמיים באמצעות אופטימיזציה של פרמטרים מרכזיים כרוכה בשלושה ממדים. ראשית, אופטימיזציה של התאמת מומנט האינרציה. היחס בין מומנט האינרציה של הרוטור של המנוע למומנט האינרציה של העומס משפיע ישירות על מהירות תגובת המפרק ועל דיוק הבקרה, ויש לקבוע את יחס ההתאמה באופן שונה עבור מפרקים שונים: עבור מפרקי בסיס עם מומנט אינרציה של עומס גדול, ניתן לשלוט ביחס של 1:5~1:10; עבור מפרקי זרוע הדורשים איזון בין תגובה ליציבות, מומלץ שהיחס יהיה 1:3~1:5; עבור מפרקי קצה עם מומנט אינרציה של עומס קטן, היחס צריך להיות 1:1~1:3. התאמה סבירה מפחיתה את הפגיעה האינרציאלית ומשפרת את יציבות הבקרה. שנית, אופטימיזציה שיתופית של פרמטרי מומנט ומהירות סיבוב. חשב את מומנט העומס השיא ואת מומנט העומס המדורג על סמך מסלול תנועת המפרק כדי להבטיח שמומנט השיא של המנוע יוכל לכסות עומסי פגיעה מיידיים ושהמומנט המדורג יעמוד בדרישות העבודה הרציפות. בינתיים, יש להתאים את מהירות הסיבוב למהירות תנועת המפרק: מהירות הסיבוב של מפרק הבסיס נקבעת על 50~200 סל"ד, מפרק הזרוע על 200~500 סל"ד, וניתן להגדיל את מפרק הקצה ל-500~1500 סל"ד, תוך הימנעות מבזבוז חשמל עקב מהירות גבוהה מדי או יעילות פעולה מופחתת עקב מהירות נמוכה מדי. שלישית, כיול פרמטרי הבקרה. יש לייעל את הביצועים הדינמיים באמצעות כוונון ההגבר וקביעת פרמטרי הסינון של מנהל הסרוו. עבור מפרקי קצה עם דרישות דיוק גבוהות, יש להגדיל את הגבר לולאת המיקום כדי לשפר את דיוק המיקום ולהפעיל את פונקציית החלקה במהירות נמוכה כדי לדכא ריצוד. עבור מפרקי בסיס עם דרישות הספק גבוהות, יש להפחית את הגבר לולאת המיקום בצורה נכונה ולהגדיל את הגבר לולאת המהירות כדי לשפר את יכולת עמידות בפני הפרעות עומס, ולהשיג איזון דינמי בין דיוק להספק.
IV. נקודות הסתגלות עזר: התחשבות בתאימות סביבתית ושיתופית
בנוסף, יש לקחת בחשבון את יכולת ההסתגלות והאמינות הסביבתית בבחירה. רובוטים תעשייתיים עשויים לפעול בסביבות עם אבק ורעידות, לכן יש לבחור מנועי סרוו בעלי רמת הגנה של IP65 ומעלה ועמידות חזקה בפני רעידות. עבור רובוטים שיתופיים, בטיחות היא שיקול מרכזי, לכן יש לאמץ מנועי סרוו בעלי אינרציה נמוכה ובלימה מהירה, בשילוב עם מודולי גילוי מומנט כדי להשיג הגנה מפני עומס יתר. בינתיים, ההתאמה השיתופית של המנוע, המפחית והמקודד היא קריטית. יש צורך להבטיח תאימות פרמטרים בין השלושה ולמטב עוד יותר את דיוק התנועה והביצועים הדינמיים באמצעות ניפוי שגיאות משולב כדי לעמוד בדרישות העבודה המובחנות של מפרקי רובוט שונים.



