Modul kloubu robota je hlavní prováděcí jednotka průmyslových robotů, která je zodpovědná za klíčové funkce, jako je přenos síly, nastavení polohy a přesné řízení. Jeho složení přímo určuje nosnost robota, přesnost pohybu, rychlost odezvy a spolehlivost. Průmyslové kloubové moduly jsou obvykle navrženy integrovaným způsobem (odlišným od civilních nebo výzkumných dělených struktur) a jejich základní komponenty lze rozdělit do čtyř modulů: mechanická struktura, pohonný systém, snímací zpětnovazební systém, mazací a ochranný systém. Každý modul spolupracuje, aby bylo dosaženo úplné uzavřené-smyčky „přesného řízení konverze vstupního pohybu“. Následuje podrobná demontáž:
1, Modul mechanické struktury (ložisko jádra-a přenos pohybu)
Mechanická struktura je fyzickým základem modulu kloubu, který musí současně splňovat tři požadavky: „vysoká tuhost, nízká hmotnost a vysoce{0}}přesný převod“. Mezi základní komponenty patří:
1. Harmonický reduktor/RV reduktor (součást jádra převodovky)
Funkce: Přeměňte vysokootáčkový výstup motoru s nízkým točivým momentem na nízký-rychlostní vysoký točivý moment, přičemž je zajištěna přesnost a tuhost převodovky. Je to "jádro zesílení výkonu" společného modulu.
Typy a scénáře aplikací:
Harmonický reduktor: skládá se z generátoru vln, pružných kol a pevných kol s rozsahem převodového poměru 50-320 a vratnou vůlí menší nebo rovnou 1 obloukové minutě. Je lehký, má kompaktní konstrukci a je vhodný pro klouby, jako je předloktí a zápěstí malých a středně velkých zátěžových robotů (se zátěží 10-50 kg);
Reduktor RV: skládá se z cykloidního větrníku, planetového unašeče a pouzdra jehlového převodu, s rozsahem převodového poměru 30-120 a vratnou vůlí menší nebo rovnou 0,5 obloukové minuty. Má vysokou tuhost a vynikající odolnost proti nárazu a je vhodný pro klíčové spoje, jako je základna, výložník a ramena robotů pro velké zatížení (se zatížením přes 50 kg).
2. Výstupní hřídel motoru a spojka
Výstupní hřídel motoru: vyrobena z vysoce{0}}legované oceli, povrchově upravena nauhličením a kalením, aby byla zajištěna odolnost proti opotřebení a torzní pevnost, pevně připojená ke vstupnímu konci reduktoru;
Spojka: Používá se ke kompenzaci chyby souososti mezi hřídelí motoru a vstupní hřídelí reduktoru, dělí se na tuhé spojky (jako jsou perové spoje, expanzní pouzdra) a elastické spojky (jako jsou pryžové podložky, typy vlnitých trubek). Pevné spojky se běžně používají v průmyslových robotech, aby se zabránilo zpoždění přenosu.
3. Plášť a instalační příruba
Plášť: Vyrobeno z hliníkové slitiny, hliníková slitina je vhodná pro požadavky na nízkou hmotnost a litina je vhodná pro scénáře s vysokou tuhostí; Vnitřní provedení pláště obsahuje instalační komoru reduktoru, montážní sedlo motoru, montážní drážku snímače a vnější vyhrazená žebra pro odvod tepla a těsnicí drážky;
Instalační příruba: Pomocí standardních rozhraní pro připojení kloubových modulů a segmentů ramen robota je povrch příruby přesně opracován (rovinnost menší nebo rovna 0,01 mm), aby byla zajištěna přesnost instalace.
4. Výstupní hřídel a součásti ložisek
Výstupní hřídel: připojen k výstupnímu konci reduktoru, který se používá k přenosu točivého momentu na sekci ramena robota, povrch musí být přesně opracován a konec je navržen s drážkou pro pero, závitovým otvorem nebo rozhraním expanzní objímky;
Ložiskové součásti: Obvykle se používají křížová válečková ložiska nebo harmonická ložiska. Křížová válečková ložiska mají vysokou-únosnost (radiální + axiální kompozitní zatížení) a vysokou tuhost. Harmonická ložiska jsou vhodná pro přizpůsobení harmonických reduktorů a úroveň přesnosti ložisek musí dosáhnout P4 nebo vyšší, aby byla zajištěna přesnost otáčení kloubu.
2, Modul pohonného systému (výkonový výstup a řídicí jádro)
Pohonný systém dodává energii kloubovému modulu a dosahuje tak přesného nastavení rychlosti a točivého momentu. Mezi základní komponenty patří:
1. Servomotor (zdroj energie)
Typ: Všechny kloubové moduly průmyslových robotů používají synchronní servomotory s permanentními magnety, které se vyznačují vysokou hustotou výkonu, vysokou rychlostí odezvy, nízkou setrvačností atd. Podle způsobu instalace se dělí na vnitřní typ (motor a redukce jsou integrovány do pouzdra) a externí typ (motor je ke skříni připojen přes přírubu);
Klíčové parametry: jmenovitý výkon (100W-15kW), jmenovité otáčky (3000-6000 ot./min.), setrvačnost rotoru (0,01-0,5kg · m²), konstanta točivého momentu (0,1-5N · m/A), v souladu s převodovým poměrem převodovky (výstupní moment motoru x převodový poměr=kloubový výstupní moment).
2. Servopohon (řídicí jednotka)
Funkce: Příjem řídicích instrukcí (signály polohy, rychlosti, točivého momentu) z horního počítače (řadiče robota), výstup signálů PWM prostřednictvím regulace PID pro pohon servomotoru k provozu a dosažení ochranných funkcí, jako je nadproud, přepětí, přetížení a přehřátí;
Základní technologie: Podporuje režim polohy (řízení úhlu natočení kloubu), režim rychlosti (řízení rychlosti kloubu) a režim točivého momentu (řízení výstupního točivého momentu). Některé špičkové-ovladače integrují elektronické převodovky, potlačení vibrací a adaptivní řídicí algoritmy pro zlepšení plynulosti a přesnosti pohybu.
3. Napájecí kabely a rozhraní
Napájecí kabel: Přenáší třífázové napájení (U/V/W) a brzdové signály servomotoru pomocí ohebných kabelů (s odporem v ohybu větším nebo rovným 10 milionkrát) a materiál vnějšího pláště je PVC nebo PUR s odolností vůči oleji, opotřebení a odolností proti rušení-;
Rozhraní: Přijetím průmyslového standardního rozhraní jsou napájecí rozhraní a signálové rozhraní navrženy samostatně, aby se zabránilo elektromagnetickému rušení.
3, modul systému zpětné vazby senzoru (přesné řízení a monitorování stavu)
Systém zpětné vazby senzoru shromažďuje v reálném čase-data o poloze kloubu, rychlosti, točivém momentu atd., což poskytuje základ pro řízení v uzavřeném-smyčku a je klíčem k zajištění přesnosti pohybu robota. Mezi základní komponenty patří:
1. Snímač polohy (složka zpětné vazby jádra)
Typ: Mainstream přijímá kodéry absolutní hodnoty, které se dělí na fotoelektrické, magnetoelektrické a kapacitní typy. V průmyslových robotech se používají hlavně fotoelektrické kodéry absolutní hodnoty (rozlišení větší nebo rovné 17 bitům, některé špičkové -výrobky až 25 bitů);
Způsob instalace: přímo nainstalovaný na zadní části servomotoru (pro detekci rychlosti motoru) nebo připojený přes výstupní hřídel reduktoru (pro přímou detekci skutečné polohy kloubu a eliminaci chyb přenosu);
Funkce: Výstup informací o absolutní poloze (hodnota úhlu) kloubů v reálném čase. Horní počítač na základě těchto dat vypočítá chybu polohy a upraví provozní stav servomotoru tak, aby byla zajištěna přesnost polohování kloubu (přesnost opakovaného polohování menší nebo rovna ± 0,02 mm).
2. Snímač rychlosti
Obvykle integrovaná se snímači polohy (jako je funkce měření rychlosti u kodérů) se kloubová rychlost vypočítává na základě detekce frekvence pulzního signálu kodéru. Některé špičkové-kloubové moduly navíc instalují Hallovy senzory nebo generátory rychlosti, aby se zlepšila přesnost detekce rychlosti při nízké-rychlosti.
3. Snímač točivého momentu (volitelná součást)
Funkce: Detekce výstupního krouticího momentu spojů pro monitorování zatížení, detekci kolizí a ovládání síly (jako je montáž a leštění);
Typy: tenzometr, magnetoelastický a optický. Tenzometrické snímače momentu mají nízkou cenu a vysokou přesnost (± 0,5 % FS) a jsou hlavní volbou pro průmyslové roboty. Instalují se mezi výstupní hřídel a část ramene nebo uvnitř reduktoru.
4. Snímače teploty a snímače vibrací
Teplotní snímač: instalovaný na vinutí motoru a pouzdru reduktoru pro detekci teploty součástí. Když teplota překročí prahovou hodnotu (obvykle 80-100 stupňů), servopohon spustí ochranu proti přehřátí;
Senzor vibrací: pomocí senzoru zrychlení zjišťuje amplitudu a frekvenci vibrací během provozu kloubu, používá se k varování před poruchami (jako je opotřebení reduktoru, poškození ložisek), konfigurováno pouze v kloubových modulech průmyslových robotů vyšší{0}}třídy.
4, Modul systému mazání a ochrany (zajištění spolehlivosti)
Systém mazání a ochrany se používá k prodloužení životnosti spojovacích modulů a přizpůsobení se drsnému prostředí v průmyslových areálech. Mezi základní komponenty patří:
1. Komponenty mazání
Mazivo: pro reduktor se používá speciální mazivo s vysokým viskozitním indexem, vlastnostmi proti{0}}opotřebení a stárnutí{1}} a pro ložiska motoru se používá mazací olej nebo mazivo;
Struktura mazání: Reduktor je navržen s otvory pro vstřikování oleje a otvory pro vypouštění oleje uvnitř a některé-výrobky vyšší třídy jsou vybaveny automatickými mazacími systémy (časované a kvantitativní vstřikování oleje). Pro snadnou údržbu je vně krytu vyhrazeno okénko pro pozorování mazacího tuku.
2. Těsnící součásti
Statické těsnění: použití O-kroužku a plochého těsnění pro spojení mezi pláštěm a přírubou, motorem a pláštěm, aby se zabránilo úniku mazacího oleje a vnikání prachu;
Dynamické těsnění: pomocí skeletových olejových těsnění a těsnicích kroužků ve tvaru V-, které se používají pro rotující části výstupního hřídele a skříně. Skeletová olejová těsnění jsou vhodná pro scénáře střední a nízké-rychlosti.
3. Ochranný povlak a struktura odvádějící teplo
Ochranný nátěr: Povrch skořepiny je ošetřen eloxováním (slitina hliníku) a lakováním (litina), který má vlastnosti proti-korozi a opotřebení-. Některé produkty používají tři odolné nátěry (proti solnému spreji, proti vlhkosti, proti plísním), vhodné pro venkovní nebo drsné dílenské prostředí;
Struktura odvodu tepla: Skříň motoru je navržena s žebry pro odvod tepla a některé -kloubové moduly s vysokým výkonem jsou vybaveny ventilátory pro odvod tepla nebo vodou{1}}chlazenými kanály, které zajišťují stabilní teplotu motoru a měniče během-dlouhodobého provozu.