Cómo calcular el torque en un brazo de robot

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El torque es una expresión de fuerza de torsión alrededor de un eje. Las unidades utilizadas para comunicar el torque describen tanto el tamaño de la fuerza tangencial como la longitud del brazo que aplica la fuerza en el eje. Por ejemplo, un peso de 100 libras (45 Kg) colgando en el extremo de un brazo de un pie (30,48 cm) con su otro extremo montado sobre un eje aplicaría 100 libras-pie (1,47 kilogramos por centímetro) de torsión al eje. Es posible calcular la torsión de un brazo de robot o bien mediante el análisis de las fuerzas de carga o de las fuerzas del motor que intentan girar el brazo que sujeta la carga.

Cálculos basados en la carga

Define la carga. Por ejemplo, si levantas una máquina de 250 libras (112,5 Kg) con un brazo robot de cuatro pies (121,92 cm) de largo hasta que el brazo esté completamente horizontal, toda la fuerza hacia abajo de la gravedad, de 250 libras, será transferida al torque en el eje del motor que sujeta el brazo.

Define las características del brazo. El brazo tiene efectivamente 4 pies (121,92 cm) de largo cuando está en posición horizontal, ya que la gravedad se aplica perpendicularmente a éste.

Multiplica la carga en libras por la longitud efectiva del brazo en pies para obtener el torque en libras-pie. 250 libras (112,5 Kg) multiplicado por 4 pies (121,92 cm) es igual a 1000 libras-pie (14,76 kilogramos por centímetro) de torque a partir del peso de la máquina.

Añade cualquier peso como resultado del peso del brazo del robot. Si el brazo del robot pesa 100 libras (45 Kg) y el brazo es uniforme, su centro de gravedad puede ser considerado que esté en la parte media del brazo, el cual está a 2 pies (60,96 cm) del eje en nuestro ejemplo. El momento del brazo para el peso del brazo del robot puede ser considerado como 2 pies. Multiplica 100 libras por 2 pies para obtener el torque adicional en el brazo del robot de 200 libras-pie (2,95 kilogramos por centímetro).

Añade 1000 libras-pie (14,76 kilogramos por centímetro) a 200 libras-pie (2,95 kilogramos por centímetro), como resultado de la máquina y el brazo, respectivamente, para obtener un torque total en el brazo del robot de 1200 libras-pie (17,71 kilogramos por centímetro).

Convierte a otras unidades de ingeniería, según sea necesario. Multiplica pies-libras por 12 pulgadas por pie para obtener libras, y además por 16 para obtener pulgadas-onzas. El torque de 1200 libras-pies (17,71 kilogramos por centímetro) en el ejemplo aquí sería 230.400 onzas-pulgadas (u onzas por pulgada). Multiplica pies-libras por 1,356 para obtener 1.627,2 Newton-metro (Nm), la unidad principal métrica de torque.

Cálculos basados ​​en el motor

Utiliza el torque deseado del brazo robótico y levanta la velocidad para determinar el torque de motor y la potencia. Si la velocidad de elevación es de 10 pies (304,8 cm) por minuto, entonces es posible especificar el torque del motor y la potencia. El círculo del brazo del robot de cuatro pies (121,92 cm) tiene una circunferencia de 25,13 pies (765,96 cm). Diez pies por minuto dividido por 25,13 pies daría una cifra en revoluciones por minuto (rpm) alrededor de 0,4 rpm.

Calcula la potencia requerida aplicando la fórmula del motor HP=Torque x rpm/5252. El cálculo sería 1200 libras-pie x .4/5252 o 0,09 caballos de fuerza. Los diseñadores suelen duplicar o triplicar esta cifra como medida de seguridad para especificar un motor, ya que un motor eléctrico sólo atraerá la energía necesaria para levantar la carga.

Calcula el torque entregado por el brazo robótico midiendo la energía aplicada. Si el motor utiliza la electricidad a razón de 67 vatios/hora para levantar el peso del ejemplo, multiplica por 746 vatios por caballos de fuerza para llegar a 0,09 caballos de fuerza generados para levantar el peso y el brazo. Esto daría 5.252 x 0.09/rpm o un torque de brazo de robot requerido de 1.200 libras-pie (17,71 kilogramos por centímetro).