Il modulo di giunzione del robot è l'unità di esecuzione principale dei robot industriali, responsabile di funzioni chiave come la trasmissione di potenza, la regolazione dell'assetto e il controllo di precisione. La sua composizione determina direttamente la capacità di carico del robot, la precisione del movimento, la velocità di risposta e l'affidabilità. I moduli congiunti di livello industriale sono generalmente progettati in modo integrato (diverso dalle strutture divise di livello civile o di ricerca) e i loro componenti principali possono essere suddivisi in quattro moduli: struttura meccanica, sistema di azionamento, sistema di feedback di rilevamento, sistema di lubrificazione e protezione. Ciascun modulo lavora insieme per ottenere un ciclo chiuso-completo di "controllo di precisione della conversione del movimento in ingresso di potenza". Quello che segue è uno smontaggio dettagliato:
1, modulo della struttura meccanica (carico principale-cuscinetto e trasmissione del movimento)
La struttura meccanica è la base fisica del modulo articolare, che deve soddisfare contemporaneamente i tre requisiti di "elevata rigidità, leggerezza e alta-trasmissione di precisione". I componenti principali includono:
1. Riduttore armonico/riduttore RV (componente di trasmissione principale)
Funzione: converte la coppia a bassa{0}}velocità erogata dal motore in coppia elevata a bassa{{1}velocità, garantendo al contempo precisione e rigidità della trasmissione. È il "nucleo di amplificazione di potenza" del modulo comune.
Tipi e scenari applicativi:
Riduttore armonico: composto da un generatore di onde, ruote flessibili e ruote rigide, con un intervallo di rapporti di trasmissione di 50-320 e un gioco di ritorno inferiore o uguale a 1 minuto d'arco. È leggero, compatto nella struttura e adatto per articolazioni come l'avambraccio e il polso di robot di carico di piccole e medie dimensioni (con un carico di 10-50 kg);
Riduttore RV: composto da girandola cicloidale, portasatelliti e alloggiamento dell'ingranaggio ad aghi, con un intervallo di rapporti di trasmissione di 30-120 e un gioco di ritorno inferiore o uguale a 0,5 minuti d'arco. Presenta una forte rigidità e un'eccezionale resistenza agli urti ed è adatto per giunti chiave come la base, il braccio e le spalle di robot pesanti (con un carico superiore a 50 kg).
2. Albero di uscita del motore e giunto
Albero di uscita del motore: realizzato in acciaio legato ad alta-resistenza, superficie trattata con cementazione e tempra per garantire resistenza all'usura e resistenza alla torsione, collegato rigidamente all'estremità di ingresso del riduttore;
Giunto: Utilizzato per compensare l'errore di coassialità tra l'albero motore e l'albero ingresso del riduttore, si divide in giunti rigidi (come collegamenti a chiavetta, manicotti ad espansione) e giunti elastici (come tamponi in gomma, tipo a tubo corrugato). I giunti rigidi sono comunemente utilizzati nei robot industriali per evitare ritardi nella trasmissione.
3. Guscio e flangia di installazione
Scocca: realizzata in lega di alluminio, la lega di alluminio è adatta per requisiti di leggerezza e la ghisa è adatta per scenari ad alta rigidità; Il design interno del guscio comprende una camera di installazione del riduttore, una sede di installazione del motore, una scanalatura di installazione del sensore e nervature esterne riservate di dissipazione del calore e scanalature di tenuta;
Flangia di installazione: utilizzando interfacce standard per collegare moduli di giunzione e segmenti di braccio robot, la superficie della flangia è lavorata con precisione (planarità inferiore o uguale a 0,01 mm) per garantire la precisione di installazione.
4. Albero di uscita e componenti dei cuscinetti
Albero di uscita: collegato all'estremità di uscita del riduttore, utilizzato per trasmettere la coppia alla sezione del braccio del robot, la superficie deve essere lavorata con precisione e l'estremità è progettata con interfaccia per chiavetta, foro filettato o manicotto di espansione;
Componenti dei cuscinetti: solitamente vengono utilizzati cuscinetti a rulli incrociati o cuscinetti armonici. I cuscinetti a rulli incrociati hanno un'elevata capacità di carico-(carico composito radiale+assiale) e un'elevata rigidità. I cuscinetti armonici sono adatti per abbinare i riduttori armonici e il livello di precisione dei cuscinetti deve raggiungere P4 o superiore per garantire la precisione della rotazione del giunto.
2, modulo del sistema di azionamento (potenza e nucleo di controllo)
Il sistema di azionamento fornisce potenza al modulo articolare, ottenendo una regolazione precisa di velocità e coppia. I componenti principali includono:
1. Servomotore (fonte di alimentazione)
Tipo: i moduli comuni dei robot industriali utilizzano tutti servomotori sincroni a magneti permanenti, che hanno le caratteristiche di elevata densità di potenza, alta velocità di risposta, bassa inerzia, ecc. In base al metodo di installazione, sono suddivisi in tipo interno (il motore e il riduttore sono integrati nell'alloggiamento) e tipo esterno (il motore è collegato all'alloggiamento tramite una flangia);
Parametri chiave: potenza nominale (100 W-15 kW), velocità nominale (3000-6000 giri/min), inerzia del rotore (0,01-0,5 kg · m ²), costante di coppia (0,1-5 N · m/A), da abbinare al rapporto di trasmissione del cambio (coppia di uscita del motore x rapporto di trasmissione=coppia di uscita del giunto).
2. Servoazionamento (unità di controllo)
Funzione: ricevere istruzioni di controllo (segnali di posizione, velocità, coppia) dal computer superiore (controller del robot), inviare segnali PWM attraverso la regolazione PID per far funzionare il servomotore e ottenere funzioni di protezione come sovracorrente, sovratensione, sovraccarico e surriscaldamento;
Tecnologia principale: supporta la modalità posizione (controllo dell'angolo di rotazione del giunto), modalità velocità (controllo della velocità del giunto) e modalità coppia (controllo della coppia di uscita). Alcuni driver-di fascia alta integrano cambi elettronici, soppressione delle vibrazioni e algoritmi di controllo adattivo per migliorare la fluidità e la precisione del movimento.
3. Cavi di alimentazione e interfacce
Cavo di alimentazione: trasmette l'alimentazione trifase- (U/V/W) e i segnali di freno del servomotore, utilizzando cavi flessibili (con una resistenza alla flessione maggiore o uguale a 10 milioni di volte) e il materiale del rivestimento esterno è in PVC o PUR, con caratteristiche di resistenza all'olio, all'usura e anti-interferenza;
Interfaccia: adottando un'interfaccia standard industriale, l'interfaccia di alimentazione e l'interfaccia di segnale sono progettate separatamente per evitare interferenze elettromagnetiche.
3, modulo del sistema di feedback del sensore (controllo di precisione e monitoraggio dello stato)
Il sistema di feedback dei sensori raccoglie dati in tempo reale- su posizione articolare, velocità, coppia, ecc., fornendo una base per il controllo a circuito chiuso-ed è la chiave per garantire la precisione del movimento del robot. I componenti principali includono:
1. Sensore di posizione (componente di feedback principale)
Tipo: il mainstream adotta encoder a valore assoluto, che sono suddivisi in tipi fotoelettrici, magnetoelettrici e capacitivi. Nei robot industriali vengono utilizzati principalmente encoder fotoelettrici a valore assoluto (risoluzione maggiore o uguale a 17 bit, alcuni prodotti di fascia alta-fino a 25 bit);
Metodo di installazione: installato direttamente sulla coda del servomotore (per rilevare la velocità del motore), o accoppiato attraverso l'albero di uscita del riduttore (per rilevare direttamente la posizione effettiva del giunto ed eliminare errori di trasmissione);
Funzione: output in tempo reale delle informazioni sulla posizione assoluta (valore angolare) dei giunti. Il computer superiore calcola l'errore di posizione in base a questi dati e regola lo stato operativo del servomotore per garantire la precisione di posizionamento del giunto (precisione di posizionamento ripetuto inferiore o uguale a ± 0,02 mm).
2. Sensore di velocità
Solitamente integrata con sensori di posizione (come la funzione di misurazione della velocità degli encoder), la velocità articolare viene calcolata rilevando la frequenza del segnale dell'impulso dell'encoder. Alcuni-moduli comuni di fascia alta installeranno inoltre sensori Hall o generatori di velocità per migliorare la precisione del rilevamento della velocità durante il funzionamento a bassa-velocità.
3. Sensore di coppia (componente opzionale)
Funzione: rileva la coppia di uscita dei giunti per il monitoraggio del carico, il rilevamento delle collisioni e le operazioni di controllo della forza (come assemblaggio e lucidatura);
Tipi: estensimetri, magnetoelastici e ottici. I sensori di coppia estensimetrici hanno un costo contenuto e un'elevata precisione (± 0,5% FS) e rappresentano la scelta principale per i robot industriali. Vengono installati tra l'albero di uscita e la sezione del braccio o all'interno del riduttore.
4. Sensori di temperatura e sensori di vibrazione
Sensore di temperatura: installato sull'avvolgimento del motore e sulla custodia del riduttore per rilevare la temperatura dei componenti. Quando la temperatura supera la soglia (solitamente 80-100 gradi), il servoazionamento attiva la protezione da surriscaldamento;
Sensore di vibrazioni: utilizza un sensore di accelerazione per rilevare l'ampiezza e la frequenza delle vibrazioni durante il funzionamento del giunto, utilizzato per l'avviso di guasti (come usura del riduttore, danni ai cuscinetti), configurato solo in moduli di giunto per robot industriali di fascia alta-.
4, Modulo del sistema di lubrificazione e protezione (garanzia di affidabilità)
Il sistema di lubrificazione e protezione viene utilizzato per prolungare la durata dei moduli di giunzione e adattarsi agli ambienti difficili nei siti industriali. I componenti principali includono:
1. Componenti di lubrificazione
Lubrificante: per il riduttore viene utilizzato grasso speciale con indice di viscosità elevato, caratteristiche anti-usura e ant-invecchiamento, mentre per i cuscinetti del motore viene utilizzato olio o grasso lubrificante;
Struttura di lubrificazione: il riduttore è progettato con fori di iniezione dell'olio e fori di scarico dell'olio all'interno e alcuni-prodotti di fascia alta sono dotati di sistemi di lubrificazione automatica (iniezione di olio temporizzata e quantitativa). Una finestra di osservazione del grasso lubrificante è riservata all'esterno dell'alloggiamento per una facile manutenzione.
2. Componenti di tenuta
Sigillatura statica: utilizzo di O-ring e guarnizione piatta per il collegamento tra guscio e flangia, motore e guscio, per impedire perdite di olio lubrificante e ingresso di polvere;
Tenuta dinamica: utilizzo di paraolio scheletrati e anelli di tenuta a forma di V-, utilizzati per le parti rotanti dell'albero di uscita e dell'alloggiamento. I paraolio scheletrati sono adatti per scenari a media e bassa-velocità.
3. Rivestimento protettivo e struttura di dissipazione del calore
Rivestimento protettivo: la superficie del guscio è trattata con anodizzazione (lega di alluminio) e verniciatura (ghisa), che ha caratteristiche anti-corrosione e resistente all'usura-. Alcuni prodotti utilizzano un rivestimento a tre prove (anti nebbia salina, anti umidità, anti muffa), adatto per ambienti esterni o di officina difficili;
Struttura di dissipazione del calore: l'alloggiamento del motore è progettato con nervature di dissipazione del calore e alcuni moduli giunti ad alta-potenza sono dotati di ventole di dissipazione del calore o canali di raffreddamento ad acqua-per garantire una temperatura stabile del motore e del driver durante il funzionamento a lungo-termine.