На современных промышленных производственных линиях промышленные роботы выполняют задачи, требующие высокой повторяемости и строгих требований к точности. Ключом к стабильной работе этих 24-часовых безостановочных устройств является точная механическая система передачи. В этой статье будут рассмотрены основные технологии и практическое применение систем трансмиссии промышленных роботов.
Характеристики и применение распространенных методов передачи
Система передачи промышленных роботов состоит из нескольких режимов передачи, каждый из которых имеет свои уникальные характеристики и применимые сценарии.
Зубчатая передача является одним из наиболее широко используемых методов передачи. Он передает мощность через зацепление между шестернями с КПД передачи более 98 % и обеспечивает высокоточное-управление движением. На сварочной станции в автомобилестроении роботизированная рука использует прецизионную зубчатую передачу для выполнения сварочных задач с точностью повторяемости ± 0,1 миллиметра. Однако зубчатая передача требует чрезвычайно высокой точности установки, а чрезмерные ошибки при сборке могут привести к повышенному рабочему шуму и ненормальному износу, что потребует привлечения профессиональных технических специалистов для установки и наладки.
Синхронные ремни — наиболее распространенный тип ременной передачи, обычно используемый в сценариях,-чувствительных к шуму и-цене. Например, сортировочный робот на линии по производству упаковки для пищевых продуктов оснащен синхронным ременным приводом, который может обеспечить скорость сортировки десятки раз в минуту и контролировать рабочий шум ниже 60 децибел. Однако ременная передача имеет свои дефекты, которые могут легко вызвать проскальзывание при перегрузке или сильных пусковых ударах, что ограничивает ее применение в тяжелых-сценариях.
Цепной привод стал предпочтительным выбором для тяжелых-погрузочно-разгрузочных роботов благодаря своей превосходной-несущей способности. На сверхмощных кранах-штабелерах-на логистических складах роликовая цепная передача может легко передавать крутящий момент в сотни Ньютон-метров, обеспечивая вертикальный подъем грузов тоннами. Однако цепь нуждается в регулярной смазке и обслуживании, иначе из-за износа шаг может увеличиться, что повлияет на точность передачи и даже приведет к поломке.
Червячная передача имеет уникальные самоблокирующиеся-характеристики и обычно используется в ситуациях, когда требуется поддержание положения. Например, поворотная платформа робота-распылителя оснащена червячной передачей для автоматической блокировки своего положения в случае сбоя питания, предотвращая несчастные случаи, вызванные случайным покачиванием распылителя. Но эффективность его передачи относительно низка, обычно около 70–80%.
Совместное проектирование системы передачи
Система передачи шестиосного промышленного робота представляет собой интеграцию нескольких технологий. Серводвигатель обеспечивает выходную мощность, редуктор отвечает за снижение скорости и увеличение крутящего момента, а такие компоненты, как шестерни и муфты, обеспечивают передачу мощности и преобразование движения.
Различные детали выбирают разные схемы передачи в зависимости от нагрузочных характеристик: в базе робота обычно используются редукторы RV, которые имеют компактную конструкцию и выдерживают крутящий момент до 1500 Н·м; Из-за ограниченного пространства в области запястья обычно используются гармонические редукторы, объем которых составляет всего одну-треть объема редукторов RV той же спецификации, но при этом они могут достигать точности позиционирования ± 15 угловых минут; Конечный эффектор может приводиться в движение микросинхронным ремнем, что обеспечивает гибкость и легкость движения.
На сборочной линии автомобилей конструкция системы трансмиссии определенной модели робота весьма показательна: в основании используется конструкция с двойным зазором шестерни, которая устраняет люфт шестерни за счет предварительной затяжки и обеспечивает вращение с нулевым люфтом; В верхнем рычаге используются пары шариковых винтов и линейные направляющие для достижения позиционирования на уровне миллиметра для линейного движения; Гармонический редуктор лучезапястного сустава в сочетании с высокоточными-подшипниками обеспечивает точную регулировку ± 0,02 градуса.
Баланс между производительностью и стоимостью
В конструкции трансмиссионных систем промышленных роботов всегда сбалансированы точность, срок службы и стоимость. Погрешность передачи высокоточных-редукторов гармоник можно контролировать в пределах 1 угловой минуты, но сложная гибкая конструкция колеса приводит к высоким производственным затратам и требует использования специальных легированных сталей. В области производства полупроводников ежегодные затраты на техническое обслуживание регуляторов гармоник для роботов, работающих с пластинами, достигают 300 000 юаней, что составляет 40% от общей стоимости обслуживания оборудования.
В общепромышленных приложениях инженеры уделяют больше внимания экономической-эффективности. За счет оптимизации процесса термообработки зубчатых передач, использования износостойких-материалов и использования долговечной-смазки цикл технического обслуживания можно увеличить до более чем 3000 часов. Робот для точечной сварки в одном автомобильном сварочном цеху был усовершенствован, чтобы обеспечить непрерывную-безотказную работу в течение 20 000 часов, что эффективно снижает затраты на техническое обслуживание во время простоев.
Правильное техническое обслуживание и уход имеют решающее значение для продления срока службы трансмиссионной системы. На одном предприятии пищевой промышленности строго соблюдается система замены смазочного масла редуктора каждые 2000 часов. Робот-укладчик паллетов работает непрерывно уже 8 лет и до сих пор сохраняет хорошую производительность, что на 30% дольше, чем обычный цикл технического обслуживания.
Тенденции технологического развития
С развитием промышленной автоматизации системы механической трансмиссии развиваются в сторону интеллекта и интеграции. Интеллектуальный редуктор со встроенными-датчиками может отслеживать температуру, вибрацию и другие параметры в режиме реального времени и загружать данные в систему управления с помощью технологии Интернета вещей для обеспечения профилактического обслуживания. Применение самосмазывающихся материалов увеличивает интервал технического обслуживания компонентов трансмиссии до более чем 10 000 часов.
Интегрированная конструкция объединяет такие компоненты, как двигатели, редукторы, энкодеры и т. д., в один модуль. Уменьшая объем шарнирного модуля коллаборативного робота определенной марки на 40 %, он также интегрирует функцию обратной связи по крутящему моменту, обеспечивая более безопасное взаимодействие человека и машины. Применение этих инновационных технологий стимулирует разработку систем трансмиссии промышленных роботов в сторону повышения производительности и снижения затрат.