Robo Věda

Web nejen o robotice

Lineární motory v robotice

Reklama:

Lineární motory představují klíčovou technologii pro robotiku, díky schopnosti přímého lineárního pohybu bez mechanických převodů. Pro domácí kutily jsou dostupné různé typy těchto motorů s odlišnými parametry a možnostmi řízení.

Dostupné typy lineárních motorů pro robotiku

1. Tubulární lineární motory

  • Elektronické parametry:
    • Provozní napětí: 12–24 V DC
    • Špičkový proud: 5 A
    • Proud bez zátěže: 0,5 A
    • Typická zátěž: 2–3 A
  • Mechanické vlastnosti:
    • Průměr hřídele: 10 mm
    • Rychlost: až 1 m/s (obousměrně)
    • Uchycení: flancové pomocí šroubů M4
    • Výhody: Vysoká hustota síly, kompaktní design3 12.

2. Železné lineární motory (Iron-core)

  • Elektronické parametry:
    • Napětí: 24–48 V DC
    • Špičkový proud: 10 A
    • Proud bez zátěže: 1 A
    • Zátěž: 4–6 A
  • Mechanické vlastnosti:
    • Rozměry hřídele: 30 × 15 mm (obdélníkový průřez)
    • Rychlost: až 2 m/s
    • Uchycení: šroubování do T-drážky
    • Výhody: Snížené cogging, vhodné pro vysoké zrychlení12 9.

3. Bezželezné lineární motory (Ironless)

  • Elektronické parametry:
    • Napětí: 12–24 V DC
    • Špičkový proud: 3 A
    • Proud bez zátěže: 0,3 A
    • Zátěž: 1–2 A
  • Mechanické vlastnosti:
    • Tenký profil (8 mm tloušťka)
    • Rychlost: 0,5 m/s
    • Uchycení: magnetické držáky
    • Výhody: Nulové cogging, tichý chod12 8.

4. Piezoelektrické lineární motory

  • Elektronické parametry:
    • Napětí: 3–5 V DC
    • Proud: 10–50 mA
  • Mechanické vlastnosti:
    • Miniaturní rozměry (průměr hřídele 1–2 mm)
    • Rychlost: 1–5 mm/s
    • Uchycení: lepení nebo mikrošrouby
    • Výhody: Submikronová přesnost, nízká spotřeba1 9.

5. Lineární indukční motory

  • Elektronické parametry:
    • Napětí: 12–24 V AC/DC
    • Špičkový proud: 8 A
    • Zátěž: 3–5 A
  • Mechanické vlastnosti:
    • Délka dráhy: až 2 m
    • Rychlost: 0,3 m/s
    • Uchycení: kolejnicový systém
    • Výhody: Odolnost proti přetížení, nízká cena2 9.

Metody řízení lineárních motorů

A. Zastaralé/neefektivní metody

  1. Reléové H-můstky
    • Komponenty: Relé SRD-05VDC-SL-C
    • Řízení rychlosti: Pouze ON/OFF (bez plynulé regulace)
    • Odezva: Zpoždění 10–20 ms
    • Vhodné pro: Motory do 2 A (např. piezoelektrické)
    • Nevýhody: Vysoké ztráty, omezená životnost6.
  2. Analogové PWM řadiče
    • Příklad: LM298 + potenciometr
    • Regulace: PWM s frekvencí 1–5 kHz
    • Proud: Až 3 A
    • Přesnost: ±10 % rychlosti
    • Aplikace: Menší železné motory14.

B. Standardní metody

  1. Mikrokontrolér + H-můstek
    • Komponenty: Arduino + L298N
    • Regulace: PID s enkodérem (např. AS5600)
    • Proud: Až 3 A
    • Komunikace: UART/GPIO
    • Výhody: Nízká cena, dostupnost10 13.
  2. Integrované řadiče s mikrosteppingem
    • Příklad: TMC2209
    • Regulace: 256 mikrokroků, SilentStepStick
    • Proud: 2 A (kontinuálně)
    • Rozhraní: SPI/I²C
    • Využití: Bezželezné motory12.

C. Moderní/efektivní metody

  1. FOC (Field-Oriented Control)
    • Hardware: ODrive nebo VESC
    • Proud: Až 50 A (špičkově)
    • Přesnost: 0,01 mm
    • Komunikace: CAN bus/Ethernet
    • Výhody: Optimalizace točivého momentu6 14.
  2. Precizní DAC řízení
    • Komponenty: AD5761R (16-bit DAC)
    • Rozlišení: 0,1 mV
    • Rychlost aktualizace: 1 MHz
    • Aplikace: CNC a vysokorychlostní motory14.

Srovnávací tabulka řídicích metod

Metoda Rychlost regulace Max. proud Přesnost Cena
Reléový H-můstek Nízká 2 A ±20 % Nízká
Mikrokontrolér PWM Střední 3 A ±5 % Střední
FOC řadiče Vysoká 50 A ±0,1 % Vysoká

Lineární motory pro robotiku vyžadují pečlivý výběr jak motoru, tak řídicí elektroniky. Zatímco jednodušší projekty mohou využívat H-můstky s mikrokontroléry, pokročilé aplikace profitují z FOC nebo precizních DAC systémů1 9 12.

  1. https://www.monolithicpower.com/en/learning/mpscholar/electric-motors/specialized-motor-types/linear-motors ↩↩

  2. https://www.smoothmotor.com/a-news-the-role-of-linear-electric-motors-in-robotics-and-automation ↩

  3. https://linmot.com/products/linear-motors/ ↩

  4. https://shape.stanford.edu/research/pneumaticReelActuator/Usevitch_IROS_2017_LAR.pdf ↩

  5. https://www.aerotech.com/wp-content/uploads/2020/12/linear-motors-application-en.pdf ↩

  6. https://www.microchip.com/en-us/development-tool/lphv-mc-board ↩↩

  7. https://global.yamaha-motor.com/business/robot/lineup/phaser/ ↩

  8. https://www.faulhaber.com/en/products/linear-motors/ ↩

  9. https://sntoom.net/comprehensive-guide-to-different-types-of-motors-used-in-robotics/ ↩↩↩↩

  10. https://ocw.snu.ac.kr/sites/default/files/NOTE/Chap09_Linear control of manipulators.pdf ↩

  11. https://www.linearmotiontips.com/rack-and-pinion-drives-a-new-look-at-an-old-technology/ ↩

  12. https://motioncontrolproducts.com/electric-motors/specialised-motors/linear-motors/ ↩↩↩↩↩

  13. https://www.nookindustries.com/resources/blog/archive/selecting-linear-actuators-for-robotics/ ↩

  14. https://www.analog.com/en/resources/technical-articles/precisely-control-a-linear-actuator-with-a-dac.html ↩↩↩

  15. https://www.smoothmotor.com/a-news-the-best-linear-electric-motors-for-prototyping-and-innovation ↩

  16. https://www.instructables.com/Complete-Motor-Guide-for-Robotics/ ↩

  17. https://circuitcellar.com/research-design-hub/projects/build-a-robotic-arm-with-linear-actuators/ ↩

  18. https://www.reddit.com/r/robotics/comments/z91sn8/looking_for_a_high_speed_linear_actuator/ ↩

  19. https://www.youngwonks.com/blog/Different-types-of-motors-used-by-makers-and-hobbyists ↩

  20. https://www.robotshop.com/collections/actuators ↩

  21. https://www.servomagazine.com/magazine/article/building-a-linear-actuator ↩

  22. https://www.qualcomm.com/developer/blog/2020/03/choosing-actuators-your-robotics-projects ↩

  23. https://www.igus.com/stepper-motors ↩

  24. https://www.nookindustries.com/resources/blog/archive/selecting-linear-actuators-for-robotics/ ↩

  25. https://www.reddit.com/r/robotics/comments/mvws7m/does_anyone_know_what_type_of_motorlinear/ ↩

  26. https://www.reddit.com/r/robotics/comments/14y6zb0/linear_actuator_for_diy_project/ ↩

  27. https://en.wikipedia.org/wiki/Linear_motor ↩

  28. https://www.wevolver.com/article/motion-control-in-robotics-4-types-of-motors-for-industrial-robots ↩

  29. https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:539128/FULLTEXT01.pdf ↩

  30. https://www.faulhaber.com/en/products/linear-motors/ ↩

  31. https://www.macrondynamics.com/job-stories/what-are-linear-robotics/ ↩

  32. https://www.automate.org/motion-control/industry-insights/trends-in-linear-actuators ↩

  33. https://www.hiwin.com/wp-content/uploads/HIWIN-Linear-Motor-Components-Catalog.pdf ↩

  34. https://acrome.net/post/synchronizing-linear-motors-and-dc-motors ↩

  35. https://www.controleng.com/linear-motors-and-controls/ ↩

  36. https://acuvi.com/technology/linear-motor-technologies/ ↩

  37. https://www.azorobotics.com/Article.aspx?ArticleID=188 ↩

  38. https://www.reddit.com/r/AskEngineers/comments/2efhnq/alternative_to_linear_actuator/ ↩

  39. https://www.elprocus.com/motors-used-in-industrial-robotics/ ↩

  40. https://www.instructables.com/DIY-IRONLESS-LINEAR-SERVO-MOTOR/ ↩