¿Cómo elegir los motores para un rover marciano? ¿Por qué cada vez más proyectos de robótica eligen las soluciones de accionamiento de CubeMars?

Los Mars Rovers son un tipo de robot móvil que impone exigencias extremadamente altas al sistema de accionamiento.

En comparación con los robots con ruedas convencionales, los Mars Rovers necesitan operar en entornos más complejos, como:

• Terrenos de arena blanda

• Caminos de grava

• Obstáculos irregulares

• Desplazamientos de larga distancia

• Terrenos con pendientes pronunciadas

Estos entornos imponen mayores exigencias al sistema de accionamiento.

Una excelente solución de accionamiento para Mars Rovers no solo debe proporcionar un par de salida suficiente, sino que también debe tener en cuenta:

• Alta densidad de par

• Estructura compacta

• Control preciso del movimiento

• Alta fiabilidad

• Capacidad de funcionamiento estable a largo plazo

Por lo tanto, durante el proceso de selección de motores para un Mars Rover, los equipos de ingeniería normalmente no se centran en un único parámetro, como el par máximo o la velocidad máxima, sino que deben evaluar de forma integral si todo el sistema de accionamiento puede satisfacer los requisitos de movimiento en entornos complejos.

En los últimos años, cada vez más proyectos de robótica han comenzado a adoptar actuadores robóticos altamente integrados y soluciones de motores brushless de alto rendimiento, entre los cuales las soluciones de motores CubeMars ya se han aplicado a Mars Rovers, robots móviles y otras plataformas robóticas, proporcionando soporte de potencia para sistemas de movimiento complejos.

¿Por qué los Mars Rovers necesitan motores de accionamiento especiales?

Los Mars Rovers suelen adoptar estructuras de tracción de múltiples ruedas, como configuraciones de cuatro ruedas, seis ruedas o incluso más ruedas.

Durante el funcionamiento real, el vehículo necesita hacer frente a:

• Cambios en la resistencia del terreno

• Aumento de la carga durante el ascenso

• Impactos de los obstáculos

• Riesgo de deslizamiento de las ruedas

• Limitaciones de espacio y peso

Por lo tanto, los motores de accionamiento de los Mars Rovers no pueden centrarse simplemente en lograr un alto rendimiento a alta velocidad, sino que deben prestar atención a los siguientes aspectos.

1. Alto par de salida: garantizar la capacidad de atravesar terrenos complejos

Los Mars Rovers necesitan depender de sus ruedas para generar una fuerza de tracción suficiente para superar:

• Su propio peso

• La fricción con el terreno

• La resistencia de las pendientes

• La resistencia de los obstáculos

El par de salida en el extremo de la rueda suele verse afectado por los siguientes factores:

Par de salida = Par del motor × Relación de reducción × Eficiencia de transmisión

Por lo tanto, aumentar el par de salida dentro de un espacio limitado es una dirección importante en el diseño de sistemas de accionamiento robótico.

2. Alta densidad de par: lograr una mayor potencia con un peso limitado

Para los Mars Rovers, el peso afecta directamente a:

• Consumo de energía

• Tiempo de funcionamiento

• Carga estructural

• Capacidad todoterreno

En comparación con simplemente aumentar el tamaño del motor, un diseño con alta densidad de par puede proporcionar una mayor capacidad de salida con un volumen más pequeño y un peso menor.

Esta es también una razón importante por la que los módulos de accionamiento altamente integrados están recibiendo cada vez más atención en el campo de la robótica.

3. Control preciso: permitir el movimiento coordinado de múltiples ruedas

Los Mars Rovers normalmente tienen múltiples ruedas motrices.

Para garantizar un movimiento estable del vehículo, los motores deben proporcionar:

• Retroalimentación de posición

• Control de velocidad

• Control de par

• Capacidad de control de movimiento en lazo cerrado

Una retroalimentación precisa puede ayudar al sistema de control a:

• Ajustar la velocidad de las ruedas

• Reducir el deslizamiento

• Mejorar la capacidad para superar obstáculos

• Mejorar la estabilidad del movimiento

4. Alta fiabilidad: satisfacer los requisitos de funcionamiento a largo plazo

Los Mars Rovers, los rovers lunares y los robots móviles para exteriores normalmente necesitan funcionar durante largos períodos de tiempo.

Por lo tanto, el sistema de accionamiento debe proporcionar:

• Estructura mecánica estable

• Buena capacidad de disipación térmica

• Rendimiento de control fiable

• Capacidad de carga continua

Especificaciones clave para la selección de motores para Mars Rovers

1. Par del motor

El par determina cuánta fuerza de tracción puede generar el robot.

Para los robots móviles, el par máximo puede ayudar al sistema a afrontar:

• Ascenso de pendientes

• Cargas repentinas

• Superación de obstáculos

Sin embargo, la selección real del motor no puede centrarse únicamente en el par máximo; también debe tenerse en cuenta la capacidad de salida continua.

2. Relación de reducción

El mecanismo de reducción determina la velocidad y el par en la salida del motor.

Una relación de reducción más alta puede proporcionar generalmente:

• Mayor par de salida

• Mejor capacidad de conducción a baja velocidad

Mientras que una relación de reducción más baja puede proporcionar:

• Respuesta más rápida

• Mayor velocidad de movimiento

Por lo tanto, la adaptación debe realizarse de acuerdo con el peso del vehículo, el diámetro de las ruedas y la velocidad objetivo.

3. Tamaño y peso del motor

Los Mars Rovers suelen ser muy sensibles al espacio y al peso.

Los sistemas de accionamiento tradicionales pueden requerir:

• Motor

• Reductor

• Encoder

• Driver

Múltiples componentes se instalan por separado.

Esta solución aumenta:

• La complejidad estructural

• La dificultad de montaje

• El peso del sistema

Por lo tanto, los actuadores robóticos altamente integrados se han convertido en la opción de un número cada vez mayor de proyectos.

¿Por qué los proyectos de Mars Rovers eligen los motores CubeMars?

1. Alta densidad de par: una fuerte fuerza de tracción en un tamaño reducido

Las soluciones tradicionales normalmente requieren:

Motor + Reductor externo + Encoder + Driver

Esta estructura puede provocar:

• Mayor volumen

• Instalación más compleja

• Mayor peso del sistema

En cambio, la serie AK de CubeMars adopta un diseño integrado que integra múltiples componentes principales, haciendo que los diseños de robots sean más compactos.

Para los Mars Rovers, esto significa:

• Menor espacio de instalación

• Menor peso total del vehículo

• Mayor eficiencia de salida de potencia
  
  

Esta también es una razón importante por la que los equipos de robótica eligen CubeMars como solución de accionamiento.

2. Estructura de reducción planetaria: equilibrio entre par y fiabilidad

Los Mars Rovers necesitan operar a bajas velocidades y bajo cargas elevadas.

La estructura de reducción planetaria ofrece ventajas como:

• Alta capacidad de carga

• Alta eficiencia de transmisión

• Tamaño compacto

• Relación de reducción relativamente alta

y otras ventajas.

La serie AK de CubeMars adopta una estructura de reducción planetaria integrada, que puede ayudar a los robots móviles a lograr un mayor par de salida en el extremo de la rueda.

Por ejemplo:

AK70-10 KV100 adopta una estructura de reducción planetaria de 10:1, que mejora la capacidad de salida mientras mantiene una respuesta dinámica, lo que la hace adecuada para aplicaciones como articulaciones robóticas y robots móviles.

3. Control preciso: satisfacer los requisitos del movimiento coordinado de múltiples ruedas

Los Mars Rovers no solo necesitan “moverse”, sino también “moverse con precisión”.

Los motores CubeMars admiten múltiples métodos de control, entre ellos:

• Control de posición

• Control de velocidad

• Control de par

• Modo de control MIT

Al mismo tiempo, se integran encoders de alta precisión para lograr una retroalimentación del movimiento en tiempo real.

Para un Mars Rover de seis ruedas, una retroalimentación precisa puede ayudar a:

• Sincronizar las velocidades de las ruedas

• Mejorar la capacidad para superar obstáculos

• Reducir el deslizamiento

• Mejorar la estabilidad del movimiento

CubeMars impulsa el Mars Rover de RoboTeam Twente

Introducción al proyecto Mars Rover de RoboTeam Twente

Para desarrollar un Mars Rover capaz de adaptarse a terrenos complejos, RoboTeam Twente seleccionó los motores CubeMars como solución de accionamiento robótico.

RoboTeam Twente es un equipo interdisciplinario de estudiantes de robótica de los Países Bajos, compuesto por estudiantes de la Universidad de Twente y de Saxion University of Applied Sciences. Los miembros del equipo abarcan múltiples campos, entre ellos el diseño mecánico, los sistemas electrónicos, el control embebido, el desarrollo de software y la inteligencia artificial. El equipo se dedica al desarrollo de sistemas robóticos avanzados y a la participación en competiciones internacionales de Rovers.

En el proyecto Mars Rover, el robot necesita completar desafíos similares a los encontrados en misiones reales de exploración planetaria, incluyendo:

• Movimiento en terrenos complejos

• Navegación autónoma

• Exploración del entorno

• Ejecución de tareas del robot

   

Por lo tanto, el sistema de accionamiento necesita proporcionar simultáneamente:

• Alto par de salida

• Estructura compacta

• Control estable

• Fiabilidad operativa a largo plazo

Estos requisitos hacen que la selección de motores y actuadores sea una parte clave del desarrollo del proyecto.

Diferentes combinaciones de actuadores con distintas relaciones de reducción para equilibrar potencia y respuesta

Durante el funcionamiento, los diferentes requisitos de movimiento del Mars Rover imponen distintas exigencias al sistema de accionamiento.

Por ejemplo, al enfrentarse a:

• Ascenso de pendientes
• Terreno blando
• Obstáculos de grava

y otras situaciones, el robot necesita un par de salida más elevado;

Mientras que al realizar:

• Ajuste de velocidad
• Control preciso del movimiento
• Operación coordinada de múltiples ruedas

se requiere una mejor capacidad de respuesta dinámica.

Por lo tanto, RoboTeam Twente adoptó una combinación de actuadores CubeMars con diferentes relaciones de reducción para lograr un equilibrio entre potencia y flexibilidad de acuerdo con los distintos requisitos de rendimiento.

AK45-36 KV80: proporciona una alta relación de reducción y una gran capacidad de salida

CubeMars AK45-36 KV80 adopta un diseño con una relación de reducción de 36:1.

Una relación de reducción más alta puede aumentar eficazmente el par de salida, proporcionando al robot una mayor capacidad de conducción a baja velocidad y una mayor capacidad de carga.

Para el Mars Rover, cuando opera en entornos complejos, el vehículo necesita superar:

• Resistencia del terreno
• Cargas de las pendientes
• Impactos de los obstáculos

Por lo tanto, un alto par de salida es muy importante para mejorar la capacidad del robot para atravesar terrenos.

Las características del AK45-36 KV80 lo hacen adecuado para escenarios de accionamiento que requieren una gran potencia de salida, proporcionando un soporte de movimiento estable y fiable para el Rover.

AK70-10 KV100: equilibrando la potencia de salida y la respuesta dinámica

CubeMars AK70-10 KV100 adopta un diseño con una relación de reducción de 10:1.

En comparación con las soluciones con una relación de reducción más alta, una relación de reducción más baja puede proporcionar:

• Mayor velocidad de respuesta
• Control de movimiento más flexible
• Mejor rendimiento dinámico

Para los robots móviles, no todos los escenarios requieren el par máximo.

En aplicaciones que requieren un ajuste rápido del estado de movimiento y una mayor flexibilidad de control, el AK70-10 KV100 puede proporcionar un mejor rendimiento dinámico.

Video del proyecto:

¿Por qué RoboTeam Twente elige los motores CubeMars?

1. El alto par de salida satisface los requisitos de movimiento en terrenos complejos

Durante el funcionamiento, el Mars Rover necesita enfrentarse a:

• Arena

• Grava

• Pendientes

• Terreno irregular

En comparación con los robots móviles convencionales, el Rover impone mayores exigencias sobre la potencia en el extremo de las ruedas.

Los actuadores de la serie AK de CubeMars combinan motores brushless con estructuras de reducción planetaria, ayudando a los robots móviles a obtener una mayor fuerza de tracción mediante un mayor par de salida, al mismo tiempo que mantienen un tamaño compacto.

Para los proyectos de Rover, este diseño de alta densidad de par puede ayudar al robot a lograr mayores capacidades de movimiento dentro de un espacio limitado.

2. El diseño altamente integrado reduce la dificultad del desarrollo del sistema

Las soluciones tradicionales de accionamiento robótico normalmente requieren seleccionar por separado:

• Motor

• Reductor

• Encoder

• Driver

A continuación, se realiza la adaptación mecánica y de control.

Para los equipos de robótica estudiantil o los proyectos de investigación, esto aumenta:

• La carga de trabajo del diseño mecánico

• El tiempo de depuración

• La dificultad de integración del sistema

Los actuadores robóticos CubeMars integran componentes principales de movimiento, incluyendo:

• Motor brushless

• Mecanismo de reducción

• Encoder

• Control de accionamiento

Proporcionando una solución de potencia más modular.

Este diseño puede ayudar al equipo a centrarse más en:

• Diseño estructural del Rover

• Desarrollo de algoritmos de control

• Sistemas de navegación autónoma

En lugar de dedicar una gran cantidad de tiempo a resolver problemas básicos de integración del accionamiento.

3. El control preciso mejora la estabilidad del movimiento del Rover

Los Mars Rovers normalmente utilizan múltiples ruedas motrices para realizar movimientos coordinados.

En entornos complejos, el robot necesita ajustar en tiempo real:

• Velocidad de las ruedas

• Par de salida

• Estado de movimiento

Los actuadores CubeMars admiten control en lazo cerrado y proporcionan información del movimiento en tiempo real mediante la retroalimentación del encoder, permitiendo que el sistema de control logre una gestión más precisa del movimiento.

Esto es muy importante para los Rovers que necesitan completar tareas en terrenos complejos.

¿Para qué tipos de robots son adecuadas las soluciones de accionamiento CubeMars?

Además de los Mars Rovers, los motores y actuadores CubeMars también son adecuados para:

1. Robots móviles

Por ejemplo:

• UGV

• Robots de inspección

• Robots para exteriores

2. Robots industriales

Por ejemplo:

• AGV

• Equipos de automatización

• Robots logísticos inteligentes

3. Robots de alto rendimiento

Por ejemplo:

• Robots humanoides

• Robots cuadrúpedos

• Brazos robóticos

¿Cómo elegir el motor adecuado para su Mars Rover?

Al seleccionar un motor para un Mars Rover, puede seguir los siguientes pasos:

1. Determinar el peso del robot

Incluyendo:

• Cuerpo del vehículo

• Batería

• Carga útil

• Estructura mecánica

2. Determinar los parámetros de las ruedas

Incluyendo:

• Diámetro de la rueda

• Tipo de neumático

• Área de contacto

3. Calcular el par requerido

Considerar:

• Pendiente máxima

• Resistencia del terreno

• Carga máxima

4. Adaptar la relación de reducción

De acuerdo con:

• Requisitos de velocidad

• Requisitos de par

• Respuesta dinámica

Seleccione la solución adecuada.

5. Confirmar los requisitos de control

Seleccionar:

• Control de velocidad

• Control de posición

• Control de par

Conclusión

La selección de motores para un Mars Rover no consiste simplemente en encontrar un motor con el par máximo, sino en encontrar el mejor equilibrio entre rendimiento de potencia, tamaño estructural, peso, precisión de control y fiabilidad general del sistema.

Para robots móviles complejos como los Mars Rovers, el sistema de accionamiento no solo determina si el robot puede moverse, sino que también afecta a su capacidad para atravesar terrenos, estabilidad y rendimiento general en entornos de misión reales.

CubeMars ha desarrollado soluciones de control de movimiento altamente integradas para aplicaciones robóticas mediante la combinación de:

• Motores brushless de alto rendimiento

• Mecanismos de reducción planetaria

• Retroalimentación mediante encoder

• Métodos de control flexibles

Proporcionando un soporte de potencia fiable para Mars Rovers, UGV, robots móviles y otras plataformas robóticas inteligentes.

La aplicación en el proyecto Mars Rover de RoboTeam Twente demuestra el valor práctico de la solución de accionamiento CubeMars en el campo de la exploración robótica. Para los equipos que desarrollan proyectos relacionados con Mars Rovers, rovers lunares, plataformas móviles no tripuladas o robots de investigación, seleccionar motores robóticos y soluciones de actuadores adecuados es un paso importante para mejorar el rendimiento del sistema y acortar el ciclo de desarrollo.

En el futuro, a medida que la tecnología robótica continúe desarrollándose, los sistemas de accionamiento de alto rendimiento, altamente integrados y fáciles de implementar desempeñarán un papel cada vez más importante en la exploración planetaria, la automatización industrial y la robótica móvil autónoma.

CubeMars se compromete a proporcionar soluciones de potencia fiables para desarrolladores de robots de todo el mundo, permitiendo que los robots logren mayores capacidades de movimiento y exploración.