З’єднувальний модуль робота — це основна виконавча одиниця промислових роботів, яка відповідає за ключові функції, такі як передача енергії, регулювання положення та точне керування. Його склад безпосередньо визначає вантажопідйомність, точність руху, швидкість реакції та надійність робота. З’єднувальні модулі промислового класу зазвичай розробляються комплексно (на відміну від роз’ємних конструкцій цивільного або дослідницького класу), і їх основні компоненти можна розділити на чотири модулі: механічну структуру, систему приводу, систему зворотного зв’язку, систему змащення та захисту. Кожен модуль працює разом, щоб досягти повного замкнутого-циклу «контролю точності перетворення вхідної потужності в рух». Нижче наведено детальний розбір:
1, Модуль механічної конструкції (основне навантаження-несіння та передача руху)
Механічна структура є фізичною основою з’єднаного модуля, який має одночасно відповідати трьом вимогам: «висока жорсткість, легкість і висока{0}}точність передачі». Основні компоненти включають:
1. Гармонічний редуктор/редуктор RV (основний компонент трансмісії)
Функція: перетворює високошвидкісний низький крутний момент двигуна на низьку-високий крутний момент, забезпечуючи при цьому точність і жорсткість передачі. Це «ядро підсилення потужності» спільного модуля.
Види та сценарії застосування:
Гармонійний редуктор: складається з генератора хвиль, гнучких коліс і жорстких коліс з діапазоном передавального числа 50-320 і зворотним зазором Менше або дорівнює 1 кутовій хвилині. Він легкий, компактний за структурою та підходить для таких суглобів, як передпліччя та зап’ястя малих і середніх навантажувальних роботів (з навантаженням 10-50 кг);
Редуктор RV: складається з циклоїдної вертушки, планетарного водила та корпусу голчастої шестерні з діапазоном передавального числа 30-120 і зворотним зазором Менше або дорівнює 0,5 кутових хвилин. Він має високу жорсткість і виняткову стійкість до ударів і підходить для ключових з’єднань, таких як основа, стріла та плечі важких роботів (з навантаженням понад 50 кг).
2. Вихідний вал двигуна і муфта
Вихідний вал двигуна: виготовлений із високо-легованої сталі, поверхня оброблена цементацією та гартом для забезпечення зносостійкості та міцності на кручення, жорстко з’єднана з вхідним кінцем редуктора;
Муфта: використовується для компенсації похибки коаксіальності між валом двигуна та вхідним валом редуктора, вона поділяється на жорсткі муфти (такі як шпонкові з’єднання, розширювальні втулки) та пружні муфти (такі як гумові прокладки, гофровані трубки). Жорсткі з’єднання зазвичай використовуються в промислових роботах, щоб уникнути затримки передачі.
3. Оболонка та монтажний фланець
Корпус: виготовлений із алюмінієвого сплаву, алюмінієвий сплав підходить для потреб легкої ваги, а чавун підходить для сценаріїв високої жорсткості; Внутрішня конструкція корпусу включає камеру установки редуктора, гніздо установки двигуна, канавку установки датчика, а також зовнішні резервні тепловідвідні ребра і ущільнювальні канавки;
Установчий фланець: за допомогою стандартних інтерфейсів для з’єднання з’єднувальних модулів і сегментів манипулятора робота поверхня фланця оброблена з високою точністю (площинність менше або дорівнює 0,01 мм), щоб забезпечити точність встановлення.
4. Вихідний вал і деталі підшипника
Вихідний вал: під’єднаний до вихідного кінця редуктора, використовується для передачі крутного моменту до секції манипулятора робота, поверхня має бути точно оброблена, а кінець має шпонкову канавку, різьбовий отвір або інтерфейс розширювальної втулки;
Компоненти підшипників: зазвичай використовуються поперечні роликові підшипники або гармонічні підшипники. Поперечні роликові підшипники мають високу -несучу здатність (радіальне+осьове повне навантаження) і високу жорсткість. Гармонічні підшипники підходять для узгодження гармонічних редукторів, а рівень точності підшипників повинен досягати P4 або вище, щоб забезпечити точність обертання шарнірів.
2, модуль системи приводу (вихідна потужність і ядро керування)
Система приводу забезпечує живлення шарнірного модуля, досягаючи точного регулювання швидкості та крутного моменту. Основні компоненти включають:
1. Серводвигун (джерело живлення)
Тип: усі з’єднані модулі промислових роботів використовують синхронні серводвигуни з постійними магнітами, які мають характеристики високої питомої потужності, високої швидкості відгуку, низької інерції тощо. За способом встановлення вони поділяються на внутрішній тип (двигун і редуктор інтегровані в корпус) і зовнішній тип (двигун з’єднаний з корпусом через фланець);
Основні параметри: номінальна потужність (100-15 кВт), номінальна швидкість (3000-6000 об/хв), інерція ротора (0,01-0,5 кг · м²), постійний крутний момент (0,1-5 Н · м/А), які повинні бути узгоджені з передавальним числом коробки передач (вихідний крутний момент двигуна х передавальне відношення=вихідний крутний момент шарніра).
2. Сервопривід (блок управління)
Функція: Отримувати керуючі інструкції (сигнали позиції, швидкості, крутного моменту) від верхнього комп’ютера (контролера робота), виводити ШІМ-сигнали через ПІД-регулювання для керування серводвигуном для роботи та досягнення таких функцій захисту, як перевантаження по струму, перенапруга, перевантаження та перегрів;
Основна технологія: підтримує режим положення (керування кутом повороту шарніра), режим швидкості (контроль швидкості шарніра) і режим крутного моменту (керування вихідним крутним моментом). Деякі-драйвери високого класу інтегрують електронні коробки передач, придушення вібрації та адаптивні алгоритми керування для покращення плавності та точності руху.
3. Силові кабелі та інтерфейси
Кабель живлення: він передає три{0}}фазне джерело живлення (U/V/W) і сигнали гальмування серводвигуна за допомогою гнучких кабелів (із опором на згин більше або дорівнює 10 мільйонам разів), а матеріал зовнішньої оболонки — ПВХ або PUR, має маслостійкість, зносостійкість і захист-перешкод;
Інтерфейс. Приймаючи промисловий стандартний інтерфейс, інтерфейс живлення та інтерфейс сигналу розроблені окремо, щоб уникнути електромагнітних перешкод.
3, модуль системи зворотного зв'язку датчиків (точне керування та моніторинг стану)
Система зворотного зв’язку від датчиків збирає-дані в реальному часі про положення з’єднання, швидкість, крутний момент тощо, забезпечуючи основу для-керування циклом і є ключем до забезпечення точності руху робота. Основні компоненти включають:
1. Датчик положення (компонент зворотного зв'язку ядра)
Тип: Основні кодери абсолютних значень поділяються на фотоелектричні, магнітоелектричні та ємнісні. У промислових роботах в основному використовуються фотоелектричні кодери абсолютного значення (роздільна здатність більше або дорівнює 17 біт, деякі високо-кінцеві продукти до 25 біт);
Спосіб встановлення: безпосередньо встановлений у хвості серводвигуна (для визначення швидкості двигуна) або з’єднаний через вихідний вал редуктора (для безпосереднього визначення фактичного положення шарніра та усунення помилок передачі);
Функція: виведення в режимі реального часу інформації про абсолютне положення (значення кута) суглобів. Верхній комп’ютер обчислює похибку позиціонування на основі цих даних і регулює робочий стан серводвигуна, щоб забезпечити точність позиціонування з’єднання (точність повторного позиціонування менше або дорівнює ± 0,02 мм).
2. Датчик швидкості
Зазвичай інтегрована з датчиками положення (такими як функція вимірювання швидкості кодерів), спільна швидкість обчислюється шляхом визначення частоти імпульсного сигналу кодера. Деякі з’єднані-модулі високого класу додатково встановлюють датчики Холла або генератори швидкості, щоб підвищити точність визначення швидкості під час роботи на низькій{2}}швидкості.
3. Датчик крутного моменту (додатковий компонент)
Функція: визначення вихідного крутного моменту з’єднань для моніторингу навантаження, виявлення зіткнень і операцій керування зусиллям (таких як складання та полірування);
Типи: тензодатчики, магнітопружні та оптичні. Тензометричні датчики крутного моменту мають низьку вартість і високу точність (± 0,5% повної шкали) і є основним вибором для промислових роботів. Вони встановлюються між вихідним валом і секцією важеля або всередині редуктора.
4. Датчики температури і датчики вібрації
Датчик температури: встановлений на обмотці двигуна та корпусі редуктора для визначення температури компонентів. Коли температура перевищує порогове значення (зазвичай 80-100 градусів), сервопривод спрацьовує захист від перегріву;
Датчик вібрації: використання датчика прискорення для визначення амплітуди та частоти вібрації під час роботи з’єднання, використовується для попередження про несправності (наприклад, знос редуктора, пошкодження підшипника), налаштовано лише в -модулях з’єднань промислових роботів високого класу.
4, модуль системи змащення та захисту (забезпечення надійності)
Система змащення та захисту використовується для продовження терміну служби з’єднувальних модулів та адаптації до важких умов на промислових об’єктах. Основні компоненти включають:
1. Компоненти мастила
Мастило: для редуктора використовується спеціальне мастило з високим індексом в’язкості, протизношуваними та анти-старіючими властивостями, а для підшипників двигуна – мастило або мастило;
Конструкція змащування: редуктор розроблено з отворами для впорскування масла та отворами для випуску масла всередині, а деякі-продукти високого класу оснащено автоматичними системами змащування (часове та кількісне впорскування масла). Віконце для огляду мастила зарезервовано поза корпусом для зручного обслуговування.
2. Ущільнювальні компоненти
Статичне ущільнення: використання ущільнювального кільця та плоскої прокладки для з’єднання між корпусом і фланцем, двигуном і корпусом, щоб запобігти витоку мастила та проникненню пилу;
Динамічне ущільнення: використання каркасних масляних ущільнень і V--подібних ущільнювальних кілець, які використовуються для обертових частин вихідного вала та корпусу. Скелетні масляні ущільнювачі підходять для сценаріїв середньої та низької-швидкості.
3. Захисне покриття та структура розсіювання тепла
Захисне покриття: поверхня корпусу оброблена анодуванням (алюмінієвий сплав) і фарбуванням (чавун), що має анти-корозійні та-зносостійкі властивості. У деяких продуктах використовується тристійке покриття (захист від сольових бризок, захист від вологи, захист від плісняви), придатне для зовнішніх умов або в суворих умовах майстерні;
Структура розсіювання тепла: корпус двигуна розроблено з ребрами розсіювання тепла, а деякі-модулі з’єднань високої потужності обладнано вентиляторами розсіювання тепла або каналами з-водяним охолодженням, щоб забезпечити стабільну температуру двигуна та драйвера під час тривалої-роботи.