O módulo conjunto do robô é a unidade central de execução dos robôs industriais, responsável por funções importantes como transmissão de energia, ajuste de atitude e controle de precisão. Sua composição determina diretamente a capacidade de carga, precisão de movimento, velocidade de resposta e confiabilidade do robô. Os módulos conjuntos de nível industrial são geralmente projetados de maneira integrada (diferente das estruturas divididas de nível civil ou de pesquisa), e seus componentes principais podem ser divididos em quatro módulos: estrutura mecânica, sistema de acionamento, sistema de feedback de detecção, sistema de lubrificação e proteção. Cada módulo trabalha em conjunto para obter um circuito-fechado completo de "controle de precisão de conversão de movimento de entrada de energia". A seguir está uma desmontagem detalhada:
1, Módulo de estrutura mecânica (rolamento de carga central-e transmissão de movimento)
A estrutura mecânica é a base física do módulo de junta, que precisa atender aos três requisitos de "alta rigidez, leveza e transmissão de alta-precisão" simultaneamente. Os componentes principais incluem:
1. Redutor harmônico/redutor RV (componente principal de transmissão)
Função: Converte a saída de torque baixo de alta-velocidade do motor em torque alto-de baixa velocidade, garantindo precisão e rigidez da transmissão. É o "núcleo de amplificação de potência" do módulo conjunto.
Tipos e cenários de aplicação:
Redutor harmônico: composto por gerador de ondas, rodas flexíveis e rodas rígidas, com faixa de relação de transmissão de 50-320 e folga de retorno menor ou igual a 1 minuto de arco. É leve, de estrutura compacta e adequado para articulações como antebraço e punho de robôs de carga de pequeno e médio porte (com carga de 10-50kg);
Redutor RV: composto por cata-vento cicloidal, transportador planetário e carcaça de engrenagem de agulha, com faixa de relação de transmissão de 30-120 e folga de retorno menor ou igual a 0,5 minutos de arco. Possui forte rigidez e excelente resistência ao impacto e é adequado para juntas importantes, como base, lança e ombros de robôs pesados (com carga superior a 50 kg).
2. Eixo de saída do motor e acoplamento
Eixo de saída do motor: fabricado em liga de aço-de alta resistência, com superfície tratada com cementação e têmpera para garantir resistência ao desgaste e resistência à torção, conectado rigidamente à extremidade de entrada do redutor;
Acoplamento: Utilizado para compensar o erro de coaxialidade entre o eixo do motor e o eixo de entrada do redutor, é dividido em acoplamentos rígidos (como conexões chave, mangas de expansão) e acoplamentos elásticos (como almofadas de borracha, tipos de tubo corrugado). Acoplamentos rígidos são comumente usados em robôs industriais para evitar atraso na transmissão.
3. Invólucro e flange de instalação
Shell: Feito de liga de alumínio, a liga de alumínio é adequada para requisitos leves e o ferro fundido é adequado para cenários de alta rigidez; O design interno do invólucro inclui uma câmara de instalação do redutor, um assento de instalação do motor, uma ranhura de instalação do sensor e nervuras externas de dissipação de calor reservadas e ranhuras de vedação;
Flange de instalação: Usando interfaces padrão para conectar módulos de junta e segmentos de braço robótico, a superfície do flange é usinada com precisão (planicidade menor ou igual a 0,01 mm) para garantir a precisão da instalação.
4. Eixo de saída e componentes do rolamento
Eixo de saída: conectado à extremidade de saída do redutor, usado para transmitir torque à seção do braço do robô, a superfície precisa ser usinada com precisão e a extremidade é projetada com rasgo de chaveta, furo roscado ou interface de luva de expansão;
Componentes do rolamento: Geralmente são usados rolamentos de rolos transversais ou rolamentos harmônicos. Os rolamentos de rolos transversais têm forte capacidade de carga-(carga composta radial+axial) e alta rigidez. Os rolamentos harmônicos são adequados para redutores harmônicos correspondentes, e o nível de precisão dos rolamentos precisa atingir P4 ou superior para garantir a precisão da rotação da junta.
2, módulo do sistema de acionamento (saída de energia e núcleo de controle)
O sistema de acionamento fornece energia ao módulo de junta, conseguindo um ajuste preciso de velocidade e torque. Os componentes principais incluem:
1. Servo motor (fonte de energia)
Tipo: Todos os módulos conjuntos de robôs industriais utilizam servomotores síncronos de ímã permanente, que possuem as características de alta densidade de potência, alta velocidade de resposta, baixa inércia, etc. De acordo com o método de instalação, eles são divididos em tipo interno (o motor e o redutor são integrados na carcaça) e tipo externo (o motor é conectado à carcaça através de um flange);
Parâmetros principais: potência nominal (100W-15kW), velocidade nominal (3000-6000rpm), inércia do rotor (0,01-0,5kg · m²), constante de torque (0,1-5N · m/A), para ser compatível com a relação de transmissão da caixa de engrenagens (torque de saída do motor x relação de transmissão=torque de saída da junta).
2. Servo acionamento (unidade de controle)
Função: Receber instruções de controle (posição, velocidade, sinais de torque) do computador superior (controlador do robô), emitir sinais PWM por meio da regulação PID para acionar o servo motor para operar e obter funções de proteção como sobrecorrente, sobretensão, sobrecarga e superaquecimento;
Tecnologia central: Suporta modo de posição (controlando o ângulo de rotação da junta), modo de velocidade (controlando a velocidade da junta) e modo de torque (controlando o torque de saída). Alguns drivers-de última geração integram caixas de câmbio eletrônicas, supressão de vibração e algoritmos de controle adaptativos para melhorar a suavidade e a precisão do movimento.
3. Cabos de alimentação e interfaces
Cabo de alimentação: transmite a fonte de alimentação trifásica (U/V/W) e os sinais de freio do servo motor, utilizando cabos flexíveis (com resistência à flexão maior ou igual a 10 milhões de vezes), e o material da camada externa é PVC ou PUR, com resistência a óleo, resistência ao desgaste e características anti-interferência;
Interface: Adotando interface padrão industrial, a interface de alimentação e a interface de sinal são projetadas separadamente para evitar interferência eletromagnética.
3, módulo do sistema de feedback do sensor (controle de precisão e monitoramento de status)
O sistema de feedback do sensor coleta dados-em tempo real sobre posição da articulação, velocidade, torque, etc., fornecendo uma base para controle de circuito-fechado e é a chave para garantir a precisão do movimento do robô. Os componentes principais incluem:
1. Sensor de posição (componente de feedback central)
Tipo: O mainstream adota codificadores de valor absoluto, que são divididos em tipos fotoelétricos, magnetoelétricos e capacitivos. Em robôs industriais, são usados principalmente codificadores fotoelétricos de valor absoluto (resolução maior ou igual a 17 bits, alguns produtos-de última geração até 25 bits);
Método de instalação: instalado diretamente na cauda do servo motor (para detectar a velocidade do motor), ou acoplado através do eixo de saída do redutor (para detectar diretamente a posição real da junta e eliminar erros de transmissão);
Função: Saída em tempo real de informações de posição absoluta (valor do ângulo) das juntas. O computador superior calcula o erro de posição com base nesses dados e ajusta o status de operação do servo motor para garantir a precisão do posicionamento da junta (precisão de posicionamento repetido menor ou igual a ± 0,02 mm).
2. Sensor de velocidade
Geralmente integrado com sensores de posição (como a função de medição de velocidade dos encoders), a velocidade conjunta é calculada detectando a frequência do sinal de pulso do encoder. Alguns-módulos de junta de alta tecnologia instalarão adicionalmente sensores Hall ou geradores de velocidade para melhorar a precisão da detecção de velocidade durante operação-de baixa velocidade.
3. Sensor de torque (componente opcional)
Função: Detectar o torque de saída das juntas para monitoramento de carga, detecção de colisão e operações de controle de força (como montagem e polimento);
Tipos: Strain gage, magnetoelástico e óptico. Sensores de torque extensômetros têm baixo custo e alta precisão (± 0,5% FS) e são a escolha principal para robôs industriais. Eles são instalados entre o eixo de saída e a seção do braço ou dentro do redutor.
4. Sensores de temperatura e sensores de vibração
Sensor de temperatura: instalado no enrolamento do motor e na carcaça do redutor para detectar a temperatura dos componentes. Quando a temperatura excede o limite (geralmente 80-100 graus), o servo aciona a proteção contra superaquecimento;
Sensor de vibração: usando um sensor de aceleração para detectar a amplitude e frequência da vibração durante a operação conjunta, usado para aviso de falhas (como desgaste do redutor, danos ao rolamento), configurado apenas em-módulos conjuntos de robôs industriais de alta tecnologia.
4, Módulo do sistema de lubrificação e proteção (garantia de confiabilidade)
O sistema de lubrificação e proteção é utilizado para prolongar a vida útil dos módulos articulados e se adaptar a ambientes agressivos em instalações industriais. Os componentes principais incluem:
1. Componentes de lubrificação
Lubrificante: graxa especial com alto índice de viscosidade, características anti{0}}desgaste e anti{1}}envelhecimento é usada para redutor, e óleo lubrificante ou graxa é usado para rolamento do motor;
Estrutura de lubrificação: o redutor é projetado com orifícios de injeção de óleo e orifícios de descarga de óleo internos, e alguns produtos-de última geração são equipados com sistemas de lubrificação automática (injeção de óleo cronometrada e quantitativa). Uma janela de observação de graxa lubrificante é reservada fora da carcaça para facilitar a manutenção.
2. Componentes de vedação
Vedação estática: utilizando O-ring e junta plana para a conexão entre carcaça e flange, motor e carcaça, para evitar vazamento de óleo lubrificante e entrada de poeira;
Vedação dinâmica: usando retentores de esqueleto e anéis de vedação em formato de V-, usados para as partes rotativas do eixo de saída e da carcaça. Os retentores esqueleto são adequados para cenários de velocidade-média e baixa.
3. Revestimento protetor e estrutura de dissipação de calor
Revestimento protetor: A superfície da carcaça é tratada com anodização (liga de alumínio) e pintura (ferro fundido), que possui características anti-corrosão e resistência ao desgaste-. Alguns produtos usam um revestimento de três provas (anti-spray salino, anti-umidade, anti-mofo), adequado para ambientes externos ou de oficinas agressivas;
Estrutura de dissipação de calor: a carcaça do motor é projetada com nervuras de dissipação de calor, e alguns módulos de junta de alta-potência são equipados com ventiladores de dissipação de calor ou canais-resfriados a água para garantir a temperatura estável do motor e do acionador durante a operação-de longo prazo.