Kleine, krachtige servo aandrijvingen voor geavanceerde motion control-toepassingen

Whitepaper

Deze Nederlandstalige samenvatting geeft de essentie weer van de Engelstalige whitepaper Driving Robotics and Embedded Motion Applications With Next-generation Servo Technology van Copley Controls. Download de volledige Engelstalige  whitepaper voor meer informatie

Inleiding

Er is een groeiende behoefte aan kleine, krachtige servo aandrijvingen voor geavanceerde motion control-toepassingen. Deze servo aandrijvingen zijn essentieel voor veel moderne machines, waarin de beschikbare ruimte beperkt is en waar de aandrijving vaak direct op de motor of binnen een robotgewrichten gemonteerd is.

In een aantal toepassingen zijn compacte servo aandrijvingen cruciaal:

• Gezondheidszorg: bij geavanceerde chirurgische en diagnostische procedures
• Halfgeleiderproductie: hoge precisie bij de verwerking van fragiele componenten
• Logistiek: efficiënte navigatie van mobiele robots in magazijnen
• Luchtvaart, laboratoriumautomatisering, biomedische apparatuur: hanteren en transporteren van objecten met grote precisie

Vereisten waar servo aandrijvingen aan moeten voldoen zijn:

• Hoge nauwkeurigheid en herhaalbaarheid voor het garanderen van precieze bewegingen.
• Uitstekende dynamische prestaties, inclusief soepele bewegingsprofielen, snelle reactietijden en een nauwkeurige snelheids- en koppelregeling.
• Ondersteuning van realtime communicatieprotocollen (zoals EtherCAT) voor betrouwbare communicatie tussen aandrijving en besturingssysteem
• Compact formaat met voldoende vermogen: ondanks hun kleine formaat moeten ze krachtig genoeg zijn om robot onderdelen betrouwbaar en efficiënt te bewegen.

Koel blijven

Het ontwerpen van miniatuur servo aandrijvingen brengt aanzienlijke uitdagingen op het gebied van thermisch beheer met zich mee vanwege het verminderde oppervlak voor warmteafvoer. Er zijn verschillende strategieën om deze uitdagingen aan te pakken:

1. Circuitmaterialen - koperlegeringssubstraten: de Copley Nano-aandrijving gebruikt bijvoorbeeld een 4-laags gestapelde PCB met een koperlegeringssubstraat (TClad). Dit leidt tot een drievoudige verbetering in thermische geleidbaarheid ten opzichte van traditionele aluminium substraten.
2. Op maat ontworpen pinnen: deze pinnen zijn kleiner dan standaardconnectoren en zijn ontworpen om warmte van de aandrijving af te voeren, waardoor de warmteafvoercapaciteit wordt verbeterd.
3. Dynamische Gate Drive Tuning: gate driver IC en MOSFET: De selectie van compacte, hooguitgangsstroom gate driver IC’s en kleine, laag-thermische weerstand MOSFET’s is cruciaal. Dynamische gate drive tuning optimaliseert de timing tussen de werking van stroomapparaten om het stroomverbruik te minimaliseren en te voldoen aan de elektromagnetische compatibiliteit (EMC) eisen.
4. Stroommeting: Ultra-lage weerstanden: deze maken nauwkeurige stroommeting met minimale warmteontwikkeling mogelijk, waardoor de warmteafvoer verder wordt verminderd

Thermische beheerstrategieën

De kleinste, krachtigste servo aandrijvingen passen verschillende strategieën toe om warmteopbouw te minimaliseren:

• Constructie en lay-out: de algehele constructie en lay-out van stroomcomponenten op de printplaat zijn geoptimaliseerd voor warmtebeheer.
• Firmware-aanpassingen: functies zoals busklemmen kunnen de schakelverliezen met maximaal 33% verminderen.

Vermogensverbruik

De Nano serie van Copley Controls is een voorbeeld van servo aandrijvingen die de juiste vermogensdichtheid met thermisch beheer combineren. Kenmerken zijn onder andere:

• Compact format met een 35x30x23,4 mm footprint.
• Hoge vermogensdichtheid en efficiëntie: ingangsspanning van 9 tot 180V DC in combinatie met 35A continue stroom en 70A piekstroom.
• EtherCAT of CANopen communicatieprotocollen voor ondersteuning van realtime gegevensuitwisseling.
• Geavanceerd thermisch beheer door integratie van meerdere ontwerpprincipes voor effectieve warmteafvoer.
• Safe Torque Off (STO) mogelijkheid: Met Sil 3, Categorie 3, PLe conformiteit.
• Digitale ingangen en uitgangen: 6 digitale ingangen en 4 digitale uitgangen.
• naloog ingang: Eén ±10-volt (V) 12-bit analoge ingang.
• Encoder ondersteuning: BiSS-C unidirectional, SSI absolute encoders, CSR Resolver en digitale incrementele encoder.
• Frequentie-analysetools voor geavanceerde diagnostiek.
• Dubbele encoder feedback ondersteuning voor verbeterde precisie.
• Geavanceerde filters: 32-bit floating point filters en meerdere geavanceerde filters.

(Download de volledige whitepaper om het vermogensverbruik van de NES-090-70 en NES-18-10 te zien van zowel het PWM vermogen als het totale verbruik van PWM en V-logic vermogen.
Nano Serie)

Conclusie

Het succes van compacte servo aandrijvingen is afhankelijk van een combinatie van meerdere ontwerpprincipes om hoge vermogensdichtheid, efficiëntie en effectief thermisch beheer te bereiken. Deze aandrijvingen zijn geschikt voor een breed scala aan toepassingen in robotica en embedded motion control, en vertegenwoordigen de nieuwste generatie motion control technologie