Съвместният модул на робота е основната изпълнителна единица на индустриалните роботи, отговаряща за ключови функции като предаване на мощност, регулиране на позицията и прецизен контрол. Неговият състав пряко определя товароносимостта на робота, точността на движение, скоростта на реакция и надеждността. Индустриалните съвместни модули обикновено са проектирани по интегриран начин (различен от цивилни или изследователски разделени структури) и техните основни компоненти могат да бъдат разделени на четири модула: механична структура, задвижваща система, сензорна система за обратна връзка, система за смазване и защита. Всеки модул работи заедно, за да постигне пълен затворен-контур на „прецизен контрол на преобразуването на входяща мощност“. Следното е подробно разглобяване:
1, Механичен структурен модул (ядрено натоварване-носене и предаване на движение)
Механичната структура е физическата основа на съвместния модул, който трябва да отговаря едновременно на трите изисквания за „висока твърдост, леко и високо{0}}прецизно предаване“. Основните компоненти включват:
1. Хармоничен редуктор/RV редуктор (основен трансмисионен компонент)
Функция: Преобразувайте високо{0}}скоростния нисък въртящ момент на двигателя в ниско{1}}висок въртящ момент, като същевременно гарантирате точност и твърдост на трансмисията. Това е "ядрото за усилване на мощността" на съвместния модул.
Видове и сценарии на приложение:
Хармоничен редуктор: съставен от генератор на вълни, гъвкави колела и твърди колела, с диапазон на предавателно отношение от 50-320 и хлабина на връщане от По-малко или равно на 1 дъгова минута. Той е лек, компактен по структура и подходящ за стави като предмишницата и китката на малки и средни товарни роботи (с товар от 10-50 кг);
RV редуктор: съставен от циклоидално въртящо се колело, планетарен носач и корпус на иглено зъбно колело, с диапазон на предавателно отношение от 30-120 и хлабина на връщане от По-малко или равно на 0,5 дъгови минути. Той има силна твърдост и изключителна устойчивост на удар и е подходящ за ключови съединения като основата, стрелата и раменете на тежкотоварни роботи (с товар над 50 кг).
2. Изходен вал на двигателя и съединител
Изходен вал на мотора: изработен от-легирана стомана с висока якост, повърхностно обработена с карбуризиране и закаляване, за да се осигури устойчивост на износване и якост на усукване, здраво свързан към входния край на редуктора;
Съединител: Използва се за компенсиране на грешката на коаксиалността между вала на двигателя и входящия вал на редуктора, той се разделя на твърди съединители (като шпонкови връзки, разширителни втулки) и еластични съединители (като гумени подложки, видове гофрирани тръби). Твърдите съединители обикновено се използват в промишлени роботи, за да се избегне забавяне на предаването.
3. Корпус и монтажен фланец
Черупка: Изработена от алуминиева сплав, алуминиевата сплав е подходяща за изисквания за леко тегло, а чугунът е подходящ за сценарии с висока твърдост; Вътрешният дизайн на корпуса включва инсталационна камера на редуктора, монтажна седалка на двигателя, инсталационен жлеб на сензора и външни запазени ребра за разсейване на топлината и уплътнителни жлебове;
Фланец за монтаж: С помощта на стандартни интерфейси за свързване на модули за свързване и сегменти на ръката на робота, повърхността на фланеца е прецизно обработена (равнинност По-малка или равна на 0,01 mm), за да се гарантира точност на монтажа.
4. Изходящ вал и компоненти на лагера
Изходен вал: свързан към изходния край на редуктора, използван за предаване на въртящ момент към секцията на рамото на робота, повърхността трябва да бъде прецизно обработена, а краят е проектиран с шпонков канал, отвор с резба или интерфейс на разширителна втулка;
Лагерни компоненти: Обикновено се използват напречни ролкови лагери или хармонични лагери. Напречните ролкови лагери имат силна-носеща способност (радиално+аксиално комбинирано натоварване) и висока твърдост. Хармоничните лагери са подходящи за съвпадение на хармонични редуктори и нивото на точност на лагерите трябва да достигне P4 или по-високо, за да се осигури точност на въртене на ставите.
2, Модул на задвижващата система (изходна мощност и контролно ядро)
Задвижващата система осигурява мощност на шарнирния модул, като постига прецизно регулиране на скоростта и въртящия момент. Основните компоненти включват:
1. Серво мотор (източник на захранване)
Тип: Всички съвместни модули на индустриални роботи използват синхронни серво двигатели с постоянен магнит, които имат характеристиките на висока плътност на мощността, висока скорост на реакция, ниска инерция и т.н. Според метода на инсталиране те се разделят на вътрешен тип (моторът и редукторът са интегрирани в корпуса) и външен тип (моторът е свързан към корпуса чрез фланец);
Ключови параметри: номинална мощност (100W-15kW), номинална скорост (3000-6000rpm), инерция на ротора (0,01-0,5kg · m²), константа на въртящия момент (0,1-5N · m/A), които трябва да бъдат съгласувани с предавателното отношение на скоростната кутия (изходен въртящ момент на двигателя x предавателно отношение=съединителен изходен въртящ момент).
2. Серво задвижване (блок за управление)
Функция: Получаване на инструкции за управление (позиция, скорост, сигнали за въртящ момент) от горния компютър (робот контролер), извеждане на PWM сигнали чрез PID регулиране за задвижване на серво мотора да работи и постигане на защитни функции като свръхток, пренапрежение, претоварване и прегряване;
Основна технология: Поддържа режим на позициониране (контролиращ ъгъла на въртене на шарнира), скоростен режим (контролиращ скоростта на шарнира) и режим на въртящ момент (контролиращ изходния въртящ момент). Някои-драйвери от висок клас интегрират електронни скоростни кутии, потискане на вибрациите и адаптивни алгоритми за управление, за да подобрят плавността и точността на движението.
3. Захранващи кабели и интерфейси
Захранващ кабел: Той предава три{0}}фазното захранване (U/V/W) и спирачните сигнали на сервомотора, като използва гъвкави кабели (с устойчивост на огъване по-голяма или равна на 10 милиона пъти), а външният материал на обвивката е PVC или PUR, с характеристики за устойчивост на масло, устойчивост на износване и против-смущения;
Интерфейс: Приемайки индустриален стандартен интерфейс, захранващият интерфейс и сигналният интерфейс са проектирани отделно, за да се избегнат електромагнитни смущения.
3, модул на системата за обратна връзка на сензора (прецизен контрол и мониторинг на състоянието)
Системата за обратна връзка на сензора събира-данни в реално време за позицията на ставата, скоростта, въртящия момент и т.н., осигурявайки основа за управление на затворен-контур и е ключът към осигуряване на точност на движението на робота. Основните компоненти включват:
1. Сензор за позиция (основен компонент за обратна връзка)
Тип: Основният поток приема енкодери на абсолютна стойност, които са разделени на фотоелектрически, магнитоелектрически и капацитивен тип. В индустриалните роботи се използват главно фотоелектрични енкодери на абсолютни стойности (разделителна способност, по-голяма или равна на 17 бита, някои високо-крайни продукти до 25 бита);
Метод на инсталиране: директно инсталиран в опашката на серво мотора (за откриване на скоростта на двигателя) или свързан през изходящия вал на редуктора (за директно откриване на действителната позиция на шарнира и елиминиране на грешки при предаване);
Функция: Извеждане в реално време на информация за абсолютната позиция (стойност на ъгъла) на ставите. Горният компютър изчислява грешката на позицията въз основа на тези данни и настройва работния статус на сервомотора, за да осигури точност на позициониране на ставата (повтаряща се точност на позициониране По-малка или равна на ± 0,02 mm).
2. Сензор за скорост
Обикновено интегрирана със сензори за позиция (като функцията за измерване на скоростта на енкодерите), съвместната скорост се изчислява чрез откриване на честотата на импулсния сигнал на енкодера. Някои-съединителни модули от висок клас ще инсталират допълнително сензори на Хол или генератори на скорост, за да подобрят точността на откриване на скоростта по време на-работа с ниска скорост.
3. Сензор за въртящ момент (опционален компонент)
Функция: Откриване на изходящия въртящ момент на ставите за наблюдение на натоварването, откриване на сблъсък и операции за контрол на силата (като сглобяване и полиране);
Видове: Тензодатчик, магнито-еластичен и оптичен. Сензорите за тензометричен въртящ момент имат ниска цена и висока точност (± 0,5% FS) и са основният избор за индустриални роботи. Те се монтират между изходния вал и секцията на рамото или вътре в редуктора.
4. Температурни сензори и сензори за вибрации
Температурен сензор: монтиран на намотката на двигателя и корпуса на редуктора за отчитане на температурата на компонента. Когато температурата надвиши прага (обикновено 80-100 градуса), серво задвижването задейства защита от прегряване;
Сензор за вибрации: използване на сензор за ускорение за откриване на амплитудата и честотата на вибрациите по време на съвместна работа, използван за предупреждение за неизправности (като износване на редуктора, повреда на лагера), конфигуриран само в модули за шарнири на индустриални роботи от висок клас.
4, Модул на системата за смазване и защита (осигуряване на надеждност)
Системата за смазване и защита се използва за удължаване на експлоатационния живот на съединителните модули и адаптиране към тежки условия в промишлени обекти. Основните компоненти включват:
1. Компоненти за смазване
Лубрикант: специална грес с висок индекс на вискозитет, характеристики против -износване и -стареене се използва за редуктор, а смазочно масло или грес се използва за лагер на двигателя;
Структура на смазване: Редукторът е проектиран с отвори за впръскване на масло и отвори за изпускане на масло вътре, а някои-продукти от висок клас са оборудвани с автоматични системи за смазване (впръскване на масло във време и количество). Прозорец за наблюдение на смазващата грес е запазен извън корпуса за лесна поддръжка.
2. Уплътнителни компоненти
Статично уплътнение: използване на О-пръстен и плоско уплътнение за връзката между корпуса и фланеца, двигателя и корпуса, за предотвратяване на изтичане на смазочно масло и навлизане на прах;
Динамично уплътнение: използване на скелетни маслени уплътнения и V-образни уплътнителни пръстени, използвани за въртящите се части на изходния вал и корпуса. Скелетните маслени уплътнения са подходящи за средни и ниски-скоростни сценарии.
3. Защитно покритие и структура за разсейване на топлината
Защитно покритие: Повърхността на корпуса е обработена с анодиране (алуминиева сплав) и боядисване (чугун), което има анти{0}}корозионни и -износоустойчиви характеристики. Някои продукти използват триустойчиво покритие (против солен спрей, против влага, против мухъл), подходящо за външна или тежка работна среда;
Структура за разсейване на топлината: Корпусът на двигателя е проектиран с ребра за разсейване на топлината, а някои високо{0}}мощни съединителни модули са оборудвани с вентилатори за разсейване на топлината или канали с водно{1}}охлаждане, за да осигурят стабилна температура на двигателя и драйвера по време на дългосрочна-работа.