Robot embedded system, quali sono i micromotori più adatti

Il mondo dell’automazione sta andando verso la miniaturizzazione sempre più spinta, a tutto vantaggio dei robot, in particolare dei robot embedded system, senza i quali la robotica sarebbe praticamente impossibile. 

Questo trend verso soluzioni miniaturizzate è favorito soprattutto dall’evoluzione dei micromotori, i quali, in virtù dei continui miglioramenti tecnologici, vedono notevolmente ridotti sia lo spazio occupato sia il consumo di energia. Sono anche limitate le interferenze elettromagnetiche ed è prolungata la durata operativa, senza però avere negative ripercussioni sulle prestazioni in termini di accelerazione, velocità o coppia. 

Sempre più affidabili, migliorano la qualità della vita 

In una classica attività meccanica, i robot usano sensori, attuatori e software per percepire il loro ambiente ed eseguire in sicurezza gli obiettivi programmati.  

Un embedded system che risiede al loro interno lega insieme i diversi sottosistemi. Senza tale embedded system, i robot avrebbero bisogno di affidarsi a sistemi informatici esterni che potrebbero aumentare i rischi per la sicurezza a causa di ritardi e guasti nel collegamento tra il robot stesso e il suo sistema di controllo. 

A differenza di qualche tempo fa, oggi l’impiego dei robot embedded system non è più limitato all’automazione industriale.  

Questo perché sono sempre più affidabili, convenienti e facili da usare. Inoltre, migliorano la qualità della vita

Esempi in questo senso arrivano dai robot che eseguono compiti domestici quotidiani, come l’aspirapolvere, o che si comportano da personal assistant. L’industria dei dispositivi medici sta poi utilizzando microchip di controllo che traducono i movimenti muscolari in risposte protesiche che, in pratica, sono veri e propri robot. 

Robot embedded system e micromotori coreless, binomio vincente 

La corsa alla miniaturizzazione di cui si è parlato sta apportando benefici a tutti i tipi di micromotori usati nei robot embedded system, ma quelli che ne traggono i maggiori vantaggi sono sicuramente i micromotori elettrici. Alimentati con corrente continua, che fluisce attraverso un avvolgimento in rame, sfruttano i principi dell’elettromagnetismo per generare un campo magnetico attorno a un elemento capace di ruotare. Questo rotore entra in movimento a seguito dell’interazione con un magnete permanente. 

L’avvolgimento con filo di rame attorno a un nucleo in ferro è caratteristica distintiva dei modelli “tradizionali”. Nei casi però in cui il peso e dimensioni diventano un fattore determinante per il robot, la soluzione ideale è rappresentata dai micromotori coreless, che sono privi del nucleo in ferro nel rotore. Più leggeri e più facilmente miniaturizzabili, sono basati su una configurazione a cilindro che ruota esternamente a un magnete anch’esso di forma cilindrica. Questa struttura permette di avere un minore momento d’inerzia, con più rapide accelerazione e decelerazione e un’elevata costante di coppia.  

Altra peculiarità del micromotore coreless è l’eliminazione dell’effetto “cogging”, che fa posizionare l’elemento rotante in un punto ben preciso e quindi richiede una certa variazione nella forza di spinta per superare tale punto. In assenza di cogging, si ha una più rapida risposta alle regolazioni in tensione e corrente, la rotazione è più regolare e si riducono il rumore (meccanico ma anche elettrico). 

I micromotori coreless a corrente continua esistono in due versioni: con spazzole (brushed) e privi di spazzole (brushless).

I primi (BDC) usano tali spazzole per realizzare il contatto e l’uso ideale è in robot embedded system usati per applicazioni che richiedono alta precisione, rapida capacità di risposta (sia a bassa sia ad alta velocità), compattezza ed elevata efficienza

I micromotori coreless di tipo brushless (BLDC) eliminano invece le spazzole e sostituiscono il commutatore con un circuito elettrico (utilizzato per realizzare l’inversione di polarità).  

Si hanno così elevata risposta dinamica in accelerazione e velocità molto alte: 50-70 mila giri al minuto. 

micromotori BLDC hanno una notevole durata operativa e si dimostrano ideali per l’impiego in robot embedded system destinati ad applicazioni ad alte prestazioni in frequente sovraccarico o in servizio continuo. I micromotori coreless brushless, infine, consentono un’alta precisione nel controllo sia della posizione sia della velocità, che è permessa da un’ondulazione di coppia estremamente bassa. 

Tatuaggi, protesi e uso medicale 

Le doti di robustezza dei micromotori coreless consentono il loro impiego anche all’interno di robot embedded system per tatuaggi di tipo rotativo. Garantiscono un uso prolungato dell’albero di trasmissione che è sottoposto a sforzi intensi e continuativi, mentre la riduzione delle vibrazioni assicura il comfort dell’operatore.  

La possibilità di miniaturizzazione offerte dai micromotori coreless ha permesso anche la realizzazione di protesi della mano di ultima generazione. Per avere un controllo più preciso, ogni dito è stato dotato di un proprio motore elettrico. Questo comporta l’uso di quattro motori per le dita localizzati nel palmo della mano e di un quinto motore nel pollice.  

L’uso dei motori BLDC all’interno delle protesi è dovuto anche al fatto che hanno un elevato rapporto potenza/volume e un basso consumo energetico, permettendo l’uso della protesi per più giorni senza necessità di ricarica. 

Rimanendo in campo medico, il fatto di essere leggeri, piccoli e avere un limitato consumo di corrente ha fatto dei micromotori coreless i candidati ideali per l’impiego in robot embedded system destinati all’iniezione di farmaci liquidi, come per esempio insulina). 

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