El mòdul d'articulació del robot és la unitat d'execució bàsica dels robots industrials, responsable de funcions clau com ara la transmissió de potència, l'ajust de l'actitud i el control de precisió. La seva composició determina directament la capacitat de càrrega del robot, la precisió del moviment, la velocitat de resposta i la fiabilitat. Els mòduls d'articulació de grau industrial solen dissenyar-se de manera integrada (diferent de les estructures dividides de grau civil o d'investigació) i els seus components bàsics es poden dividir en quatre mòduls: estructura mecànica, sistema d'accionament, sistema de retroalimentació de detecció, sistema de lubricació i protecció. Cada mòdul treballa conjuntament per aconseguir un-bucle tancat complet de "control de precisió de conversió de moviment d'entrada d'energia". El següent és un desmuntatge detallat:
1, mòdul d'estructura mecànica (coixinet de càrrega del nucli-i transmissió de moviment)
L'estructura mecànica és la base física del mòdul d'articulació, que ha de complir els tres requisits de "transmissió d'alta rigidesa, lleugeresa i{0}}alta precisió" simultàniament. Els components bàsics inclouen:
1. Reductor harmònic/reductor RV (component de transmissió bàsica)
Funció: Converteix la sortida de parell de baixa -velocitat del motor en un parell elevat-de baixa velocitat, alhora que garanteix la precisió i la rigidesa de la transmissió. És el "nucli d'amplificació de potència" del mòdul conjunt.
Tipus i escenaris d'aplicació:
Reductor harmònic: format per un generador d'ones, rodes flexibles i rodes rígides, amb un rang de relació de transmissió de 50-320 i una distància de retorn inferior o igual a 1 minut d'arc. És lleuger, d'estructura compacta i apte per a articulacions com l'avantbraç i el canell de robots de càrrega petita i mitjana (amb una càrrega de 10-50 kg);
Reductor RV: compost per molinet cicloïdal, porta planetari i carcassa de l'engranatge d'agulla, amb un rang de relació de transmissió de 30-120 i una distància de retorn inferior o igual a 0,5 minuts d'arc. Té una gran rigidesa i una resistència a l'impacte excepcional, i és adequat per a articulacions clau com la base, la pluma i les espatlles de robots resistents (amb una càrrega de més de 50 kg).
2. Eix de sortida del motor i acoblament
Eix de sortida del motor: fet d'acer aliat-d'alta resistència, superfície tractada amb cementació i trempada per garantir la resistència al desgast i la resistència a la torsió, connectat rígidament a l'extrem d'entrada del reductor;
Acoblament: s'utilitza per compensar l'error de coaxialitat entre l'eix del motor i l'eix d'entrada del reductor, es divideix en acoblaments rígids (com connexions clau, mànigues d'expansió) i acoblaments elàstics (com coixinets de goma, tipus de tub ondulat). Els acoblaments rígids s'utilitzen habitualment en robots industrials per evitar el retard de transmissió.
3. Carcassa i brida d'instal·lació
Shell: fet d'aliatge d'alumini, l'aliatge d'alumini és adequat per a requisits de pes lleuger i el ferro colat és adequat per a escenaris d'alta rigidesa; El disseny intern de la carcassa inclou una cambra d'instal·lació reductora, un seient d'instal·lació del motor, una ranura d'instal·lació del sensor i costelles de dissipació de calor reservades externes i ranures de segellat;
Brida d'instal·lació: utilitzant interfícies estàndard per connectar mòduls d'articulació i segments de braç robot, la superfície de la brida està mecanitzada amb precisió (planitud inferior o igual a 0,01 mm) per garantir la precisió de la instal·lació.
4. Components de l'eix de sortida i del coixinet
Eix de sortida: connectat a l'extrem de sortida del reductor, que s'utilitza per transmetre el parell a la secció del braç del robot, la superfície s'ha de mecanitzar amb precisió i l'extrem està dissenyat amb clau, forat roscat o interfície de màniga d'expansió;
Components dels coixinets: normalment s'utilitzen coixinets de rodets creuats o coixinets harmònics. Els coixinets de rodets creuats tenen una gran capacitat de càrrega-(càrrega composta radial+axial) i una gran rigidesa. Els coixinets harmònics són adequats per combinar reductors harmònics i el nivell de precisió dels coixinets ha d'arribar a P4 o superior per garantir la precisió de la rotació de les articulacions.
2, mòdul del sistema d'accionament (sortida d'energia i nucli de control)
El sistema d'accionament proporciona potència al mòdul d'articulació, aconseguint un ajust precís de velocitat i parell. Els components bàsics inclouen:
1. Servomotor (font d'alimentació)
Tipus: Tots els mòduls conjunts dels robots industrials utilitzen servomotors síncrons d'imants permanents, que tenen les característiques d'alta densitat de potència, alta velocitat de resposta, baixa inèrcia, etc. Segons el mètode d'instal·lació, es divideixen en tipus intern (el motor i el reductor estan integrats a la carcassa) i tipus extern (el motor està connectat a la carcassa mitjançant una brida);
Paràmetres clau: potència nominal (100 W-15 kW), velocitat nominal (3000-6000 rpm), inèrcia del rotor (0,01-0,5 kg · m²), constant de parell (0,1-5 N · m/A), que es combina amb la relació de transmissió de la caixa de canvis (parell de sortida del motor x relació de transmissió =).
2. Servoaccionament (unitat de control)
Funció: Rebre instruccions de control (posició, velocitat, senyals de parell) de l'ordinador superior (controlador de robot), emet senyals PWM mitjançant la regulació PID per fer funcionar el servomotor i aconseguir funcions de protecció com ara sobreintensitat, sobretensió, sobrecàrrega i sobreescalfament;
Tecnologia bàsica: admet el mode de posició (control de l'angle de rotació de l'articulació), el mode de velocitat (control de la velocitat de l'articulació) i el mode de parell (control del parell de sortida). Alguns controladors-de gamma alta integren caixes de canvis electròniques, supressió de vibracions i algorismes de control adaptatiu per millorar la suavitat i la precisió del moviment.
3. Cables d'alimentació i interfícies
Cable d'alimentació: transmet la font d'alimentació trifàsica (U/V/W) i els senyals de fre del servomotor, utilitzant cables flexibles (amb una resistència a la flexió superior o igual a 10 milions de vegades), i el material exterior de la pell és PVC o PUR, amb característiques de resistència a l'oli, resistència al desgast i anti-interferències;
Interfície: adoptant una interfície estàndard industrial, la interfície d'alimentació i la interfície de senyal estan dissenyades per separat per evitar interferències electromagnètiques.
3, Mòdul del sistema de retroalimentació del sensor (control de precisió i seguiment de l'estat)
El sistema de retroalimentació del sensor recull dades-en temps real sobre la posició de l'articulació, la velocitat, el parell, etc., proporcionant una base per al control de llaç-tancat i és la clau per garantir la precisió del moviment del robot. Els components bàsics inclouen:
1. Sensor de posició (component de retroalimentació del nucli)
Tipus: el corrent principal adopta codificadors de valor absolut, que es divideixen en tipus fotoelèctric, magnetoelèctric i capacitiu. En els robots industrials, s'utilitzen principalment codificadors de valor absolut fotoelèctric (resolució superior o igual a 17 bits, alguns productes-de gamma alta fins a 25 bits);
Mètode d'instal·lació: instal·lat directament a la cua del servomotor (per detectar la velocitat del motor) o acoblat a través de l'eix de sortida del reductor (per detectar directament la posició real de l'articulació i eliminar errors de transmissió);
Funció: sortida en temps real de la informació de posició absoluta (valor de l'angle) de les articulacions. L'ordinador superior calcula l'error de posició a partir d'aquestes dades i ajusta l'estat de funcionament del servomotor per garantir la precisió de posicionament conjunta (precisió de posicionament repetida Menor o igual a ± 0,02 mm).
2. Sensor de velocitat
Generalment integrat amb sensors de posició (com ara la funció de mesura de velocitat dels codificadors), la velocitat conjunta es calcula detectant la freqüència del senyal de pols del codificador. Alguns mòduls d'unió-de gamma alta instal·laran, a més, sensors Hall o generadors de velocitat per millorar la precisió de la detecció de velocitat durant l'operació a baixa-velocitat.
3. Sensor de parell (component opcional)
Funció: detecteu el parell de sortida de les articulacions per al control de càrrega, detecció de col·lisions i operacions de control de força (com ara muntatge i poliment);
Tipus: Extensometre, magnetoelàstic i òptic. Els sensors de parell extensomètrics tenen un baix cost i una alta precisió (± 0,5% FS) i són l'opció principal per als robots industrials. S'instal·len entre l'eix de sortida i la secció del braç o dins del reductor.
4. Sensors de temperatura i sensors de vibració
Sensor de temperatura: instal·lat al bobinat del motor i a la carcassa del reductor per detectar la temperatura dels components. Quan la temperatura supera el llindar (normalment 80-100 graus), el servoaccionament activa la protecció contra el sobreescalfament;
Sensor de vibració: s'utilitza un sensor d'acceleració per detectar l'amplitud i la freqüència de la vibració durant el funcionament de l'articulació, que s'utilitza per a l'advertència d'errors (com ara el desgast del reductor, el dany dels coixinets), només configurat en mòduls d'articulació de robots industrials de gamma alta-.
4, mòdul del sistema de lubricació i protecció (assegurament de la fiabilitat)
El sistema de lubricació i protecció s'utilitza per allargar la vida útil dels mòduls d'articulació i adaptar-se a entorns durs en llocs industrials. Els components bàsics inclouen:
1. Components de lubricació
Lubricant: s'utilitza greix especial amb un alt índex de viscositat, característiques anti-desgast i anti-envelliment per al reductor, i oli o greix lubricant per al coixinet del motor;
Estructura de lubricació: el reductor està dissenyat amb forats d'injecció d'oli i forats de descàrrega d'oli a l'interior, i alguns productes-de gamma alta estan equipats amb sistemes de lubricació automàtics (injecció d'oli temporal i quantitativa). Una finestra d'observació del greix lubricant està reservada fora de la carcassa per facilitar el manteniment.
2. Components de segellat
Segellat estàtic: utilitzant l'anell O- i la junta plana per a la connexió entre la carcassa i la brida, el motor i la carcassa, per evitar l'entrada de pols i fuites d'oli lubricant;
Segellat dinàmic: utilitzant segells d'oli d'esquelet i anells de segellat en forma de V-, utilitzats per a les parts giratòries de l'eix de sortida i la carcassa. Els segells d'oli d'esquelet són adequats per a escenaris de velocitat mitjana i baixa-.
3. Revestiment protector i estructura de dissipació de calor
Recobriment protector: la superfície de la carcassa està tractada amb anodització (aliatge d'alumini) i pintura (ferro colat), que té característiques anticorrosió i resistent al desgast-. Alguns productes utilitzen un recobriment de tres proves (anti esprai de sal, anti humitat, anti motlle), adequat per a entorns exteriors o tallers durs;
Estructura de dissipació de calor: la carcassa del motor està dissenyada amb nervadures de dissipació de calor i alguns mòduls d'unió-d'alta potència estan equipats amb ventiladors de dissipació de calor o canals refrigerats per aigua-per garantir una temperatura estable del motor i del controlador durant el funcionament-a llarg termini.