Возможности перемещения шарнирного роботизированного манипулятора в значительной степени зависят от конструкции и реализации его силовой установки.
В конструктивном отношении силовая система роботизированной руки не сложна, но требует высокой стабильности и точности. Ее основные компоненты можно суммировать следующим образом: привод двигателя + редуктор + структура передачи крутящего момента.
Эта система напрямую определяет грузоподъемность роботизированной руки, точность работы и долговременную стабильность.
Моторная система: серводвигатели и шаговые двигатели.
Двигатель является источником энергии для каждого сустава роботизированной руки и отвечает за преобразование электрической энергии в механическое движение.
Сервомотор
Современная основная конфигурация промышленных роботизированных манипуляторов.
Функции:
- Поддерживает управление с обратной связью (положение, скорость, крутящий момент).
- Быстрое время отклика
- Высокая точность управления
Применимо к:
- Многоосевое управление звеньями
- Высокоточная траекторная обработка
- Роботизированная рука средней и высокой грузоподъемности
В шарнирных роботизированных манипуляторах большинство ключевых суставов (плечевой, локтевой, запястный) приводятся в движение сервомоторами.
Шаговый двигатель
В основном используется в недорогих или малонагруженных приложениях:
- Простой метод управления
- Более низкая стоимость
Однако существуют ограничения в следующих аспектах:
- Низкая производительность на высоких скоростях.
- Легко потерять ступеньки
- Трудности в достижении высокоточной замкнутой системы управления.
Поэтому он реже используется в промышленных роботах и чаще встречается в учебном оборудовании или системах легкой автоматизации.
Редукционная система: редуктор RV и редуктор гармоник.
Электродвигатель обеспечивает высокую скорость вращения и низкий крутящий момент, но не может напрямую приводить в движение шарниры роботизированной руки. Поэтому в каждом критически важном месте шарнира устанавливается редуктор для снижения скорости вращения, увеличения крутящего момента и повышения точности управления.
Работоспособность редуктора напрямую определяет стабильность и точность роботизированной руки.
Редуктор RV (Rotary Vector)
В основном используется для шарниров, подверженных высоким нагрузкам, в роботизированных манипуляторах, например:
- База
- Плечевой сустав
- Локтевой сустав
Функции:
- Высокая жесткость и высокая ударопрочность
- Высокая несущая способность
- Длительный срок службы
Применимо к:
- Условия работы при высокой нагрузке
- сценарии с высоким крутящим моментом
Однако его структура относительно сложна и требует высокой точности при изготовлении и сборке.
Гармоническая дорога
В основном используется для шарниров с малой нагрузкой или высокой точностью в роботизированных манипуляторах, например:
- Запястный сустав
- Завершение корректировки положения.
Функции:
- Небольшие размеры и компактная конструкция
- Высокая точность передачи
- Практически нулевое время в пути туда и обратно.
Применимо к:
- Точная работа
- Высокоточное управление траекторией
Однако по несущей способности и ударопрочности он уступает редуктору RV.
Путь передачи крутящего момента: от двигателя к движению роботизированной руки.
В роботизированной руке необходимо не только генерировать и усиливать энергию, но и стабильно передавать ее различным конструктивным элементам, чтобы в конечном итоге привести в движение всю машину.
Типичный путь передачи крутящего момента можно упростить следующим образом: Двигатель → Редуктор → Выходной вал → Шарнирная конструкция → Рычажный механизм → Концевой привод
Каждый этап влияет на конечную точность и стабильность.
Ключевые компоненты трансмиссии
В реальных конструкциях передача крутящего момента основана на скоординированной работе множества основных механических компонентов:
- Выходной вал (вал): передает вращательную мощность.
- Подшипники: обеспечивают вращение и снижают трение.
- Шестерни или трансмиссионные конструкции: обеспечивают преобразование энергии.
- Жилье: Обеспечивает и гарантирует структурную устойчивость.
- Соединительные фланцы и крепежные элементы: обеспечивают жесткое соединение различных компонентов.
В совокупности эти компоненты определяют:
- Стабильна ли передача крутящего момента?
- Достаточно ли жёсткая конструкция?
- Проявляется ли в движении отклонение или вибрация?
Термическая деформация и влияние материалов
В системах электропитания роботизированных манипуляторов, помимо конструктивных особенностей и точности передачи энергии, существует еще одна часто упускаемая из виду проблема: термическая деформация.
В реальных условиях эксплуатации:
- При непрерывной работе двигатель будет выделять тепло.
- Внутреннее трение в редукторе приведет к его нагреву.
- В высоконагруженных соединениях может наблюдаться локальное повышение температуры.
Это тепло будет постепенно передаваться на соединительную конструкцию и детали, вызывая небольшое расширение материала.
Фактическое воздействие термической деформации
Для обычных механических конструкций это изменение может оказать незначительное влияние, но в роботизированных манипуляторах оно напрямую повлияет на точность:
- Изменения в зазоре при посадке
- Смещение коаксиальности
- Снижение стабильности передачи
Итоговый результат:
- Колебания повторяемости
- Точность снижается при длительной эксплуатации.
- Нестабильная траектория на высоких скоростях
Ключевая роль выбора материалов
Для смягчения последствий термической деформации и структурной нестабильности ключевые компоненты роботизированных манипуляторов, как правило, требуют тщательного выбора материалов.
- Коэффициент теплового расширения (устойчивость)
- Прочность и жесткость (сопротивление деформации)
- Износостойкость (стабильная при длительной эксплуатации)
К распространённым вариантам относятся:
- Алюминиевый сплав (легкий, с хорошим теплоотводом)
- Легированная сталь/инструментальная сталь (высокая прочность, высокая жесткость)
- Титановый сплав (для высокотехнологичных применений, отличное соотношение прочности и веса)
- Конструкционные пластмассы (для снижения веса или обеспечения теплоизоляции)
Точность обработки и используемые материалы определяются одновременно.
Сами по себе материалы — это лишь основа; если процесс обработки не контролируется должным образом, гарантировать стабильность также невозможно.
Например:
- контроль деформации при термической обработке
- Стабильность размеров после завершения работ
- Стабильность в многопроцессном производстве
Эти факторы напрямую влияют на конечный результат.
В энергетических системах, чем выше нагрузка, тем выше требования к материалам и технологическим возможностям, особенно к опорным и соединительным элементам, высокомоментным трансмиссионным конструкциям и основным компонентам, работающим в течение длительного времени. Если выбор материала или точность обработки недостаточны, проблема, как правило, не проявляется сразу, а постепенно усугубляется в процессе эксплуатации.
Высокоточная обработка деталей роботизированной руки
Если вам требуется механическая обработка компонентов для систем привода роботизированных манипуляторов или элементов шарнирных конструкций, мы можем предоставить вам услуги высокоточной обработки на станках с ЧПУ . Мы обладаем обширным опытом в производстве ключевых компонентов роботов, особенно высоконагруженных шарниров, трансмиссионных конструкций и высокоточных сопрягаемых деталей, для которых у нас разработаны отлаженные решения в области механической обработки.
В зависимости от требований к материалам и конструкции мы можем контролировать ключевые размеры и геометрические допуски, чтобы обеспечить стабильность и единообразие компонентов в реальных условиях эксплуатации.
Если вы разрабатываете проект робота, вы можете напрямую отправить нам свои чертежи или требования. Мы можем предложить варианты технологических процессов и расценки, чтобы помочь вам быстрее продвинуть ваш проект.