Direct Drive

• Detto anche: Direct Drive Motor, Direct Drive Actuator, DD Motor
• Categoria: Actuation & drivetrain › Transmission
• Tag: motors, actuation, torque-control, backdrivability

Motore collegato direttamente al carico senza ingranaggi, con gioco nullo ed elevata trasparenza della forza.

Definizione

I motori Direct Drive si collegano direttamente al carico senza ingranaggi o cinghie, offrendo gioco nullo, banda passante elevata e un'eccellente trasparenza della forza. Si usano comunemente nei giunti dei robot ad alte prestazioni, dove sono fondamentali un controllo della coppia preciso e la reversibilità. Tra gli esempi ci sono i motori torque frameless nei robot collaborativi. I vantaggi includono minore complessità meccanica e manutenzione, mentre tra gli svantaggi c'è una densità di coppia inferiore rispetto ai sistemi con riduttore.

Perché è importante

Il direct drive accoppia il motore al giunto senza alcun riduttore. Eliminare gli ingranaggi elimina il gioco, l'attrito e l'inerzia riflessa che la riduzione moltiplica, lasciando un giunto realmente reversibile: può essere spinto a mano e può percepire il contatto attraverso la sola corrente del motore. Il prezzo è la coppia: senza riduzione il motore deve fornire direttamente la coppia del giunto, quindi i giunti direct drive richiedono motori grandi, pesanti e che assorbono molta corrente, ed è per questo che l'approccio è diffuso in ambiti specifici e non ovunque.

Applicazioni principali

• Dispositivi aptici e interfacce a ritorno di forza che richiedono trasparenza
• Bracci di ricerca controllati in forza per lo studio della manipolazione ricca di contatti
• Motori nel mozzo che azionano direttamente le ruote dei robot mobili
• Slitte di precisione ad alta velocità in cui il gioco non è ammissibile
• Tavole rotanti e gimbal che richiedono una rotazione fluida e senza cogging
• Banchi di prova che misurano forze senza una trasmissione nel percorso

In pratica

Il direct drive compare dove la trasparenza conta più della densità di coppia: dispositivi aptici, bracci di ricerca controllati in forza e motori nel mozzo delle basi mobili, dove il carico è la ruota. La sua conseguenza più visibile in robotica riguarda sicurezza e percezione: un giunto direct drive avverte subito una collisione perché nulla smorza la forza tra il punto di contatto e il motore, mentre un giunto con riduzione ad alto rapporto nasconde lo stesso contatto dietro l'attrito. La maggior parte dei robot con gambe ripiega sul quasi-direct drive (QDD) invece di rinunciare del tutto agli ingranaggi.

Idee sbagliate comuni

• Il direct drive è semplicemente migliore: sacrifica la densità di coppia e richiede motori molto più grandi a parità di coppia al giunto
• Nessun riduttore significa nessun problema di manutenzione: la gestione termica diventa invece il problema dominante
• Direct drive significa quasi-direct drive: il QDD usa un rapporto di riduzione basso, che è un compromesso deliberato, non la stessa cosa
• Elimina la necessità di misurare la coppia: la stima della coppia basata sulla corrente è buona ma resta indiretta

Chi dovrebbe saperlo

• Ingegneri che progettano giunti in cui contano la reversibilità o la misura della forza
• Chiunque confronti scelte di attuazione per robot con gambe o controllati in forza
• Costruttori che scelgono motori nel mozzo per una base mobile
• Studenti che imparano perché la riduzione è un compromesso e non un miglioramento
• Chiunque valuti se un robot può essere spinto a mano in sicurezza

Tecnologie correlate

• Quasi-direct drive (QDD)
• Motore brushless ad alta densità di coppia
• Attuatore propriocettivo
• Controllo di impedenza
• Reversibilità
• Attuatore elastico in serie (SEA)
• Riduttore armonico (come termine di confronto)
• Stima della coppia basata sulla corrente

Termini correlati

• Quasi Direct Drive
• BLDC Motor
• Servo Motor
• Harmonic Drive
• Backlash
• Backdrivability
• Gear Ratio

Progetti correlati

• TriFinger: Open-source 9-DOF tri-finger dexterous manipulation platform for RL and robotics research
• Solo12: Lightweight 12-DOF torque-controlled quadruped robot for legged locomotion research

Prodotti correlati

• ISMT Direct Drive Motor: Inovance Technology
• DD6015-6 Direct Drive Motor: SteadyWin
• DD7010 Direct Drive Motor: SteadyWin

Video

• What is a direct drive rotary motor?: Design World