El módulo de articulación del robot es la unidad de ejecución central de los robots industriales, responsable de funciones clave como la transmisión de potencia, el ajuste de actitud y el control de precisión. Su composición determina directamente la capacidad de carga, la precisión del movimiento, la velocidad de respuesta y la confiabilidad del robot. Los módulos de juntas de grado industrial generalmente se diseñan de manera integrada (a diferencia de las estructuras divididas de grado civil o de investigación), y sus componentes principales se pueden dividir en cuatro módulos: estructura mecánica, sistema de transmisión, sistema de retroalimentación de detección, sistema de lubricación y protección. Cada módulo trabaja en conjunto para lograr un circuito cerrado-completo de "control de precisión de conversión de movimiento de entrada de energía". El siguiente es un desmontaje detallado:
1, módulo de estructura mecánica (carga central-rodamiento y transmisión de movimiento)
La estructura mecánica es la base física del módulo de unión, que debe cumplir los tres requisitos de "alta rigidez, peso ligero y transmisión de alta-precisión" simultáneamente. Los componentes principales incluyen:
1. Reductor de armónicos/reductor RV (componente de transmisión central)
Función: convierte la salida de par bajo de alta-velocidad del motor en par alto de baja-velocidad, al tiempo que garantiza la precisión y rigidez de la transmisión. Es el "núcleo de amplificación de potencia" del módulo conjunto.
Tipos y escenarios de aplicación:
Reductor armónico: compuesto por un generador de ondas, ruedas flexibles y ruedas rígidas, con un rango de relación de transmisión de 50-320 y un juego de retorno menor o igual a 1 minuto de arco. Es liviano, de estructura compacta y adecuado para articulaciones como el antebrazo y la muñeca de robots de carga pequeña y mediana (con una carga de 10 a 50 kg);
Reductor RV: compuesto por molinete cicloidal, portaplanetarios y carcasa de engranajes de agujas, con un rango de relación de transmisión de 30-120 y un espacio de retorno menor o igual a 0,5 minutos de arco. Tiene una gran rigidez y una excelente resistencia al impacto, y es adecuado para uniones clave como la base, la pluma y los hombros de robots pesados (con una carga de más de 50 kg).
2. Eje de salida del motor y acoplamiento.
Eje de salida del motor: hecho de acero de aleación de alta-resistencia, superficie tratada con cementación y enfriamiento para garantizar resistencia al desgaste y resistencia a la torsión, conectado rígidamente al extremo de entrada del reductor;
Acoplamiento: se utiliza para compensar el error de coaxialidad entre el eje del motor y el eje de entrada del reductor, se divide en acoplamientos rígidos (como conexiones de llave, manguitos de expansión) y acoplamientos elásticos (como almohadillas de goma, tipos de tubos corrugados). Los acoplamientos rígidos se utilizan comúnmente en robots industriales para evitar retrasos en la transmisión.
3. Carcasa y brida de instalación
Carcasa: hecha de aleación de aluminio, la aleación de aluminio es adecuada para requisitos de peso ligero y el hierro fundido es adecuado para escenarios de alta rigidez; El diseño interno de la carcasa incluye una cámara de instalación del reductor, un asiento de instalación del motor, una ranura de instalación del sensor y nervaduras de disipación de calor y ranuras de sellado externas reservadas;
Brida de instalación: utilizando interfaces estándar para conectar módulos de articulación y segmentos de brazo robótico, la superficie de la brida se mecaniza con precisión (planitud menor o igual a 0,01 mm) para garantizar la precisión de la instalación.
4. Eje de salida y componentes del cojinete.
Eje de salida: conectado al extremo de salida del reductor, utilizado para transmitir torque a la sección del brazo del robot, la superficie debe mecanizarse con precisión y el extremo está diseñado con una interfaz de chavetero, orificio roscado o manguito de expansión;
Componentes del rodamiento: Generalmente se utilizan rodamientos de rodillos transversales o rodamientos armónicos. Los rodamientos de rodillos transversales tienen una gran capacidad de carga-(carga compuesta radial+axial) y una alta rigidez. Los rodamientos armónicos son adecuados para combinar reductores armónicos y el nivel de precisión de los rodamientos debe alcanzar P4 o superior para garantizar la precisión de la rotación de la junta.
2, módulo del sistema de accionamiento (salida de alimentación y núcleo de control)
El sistema de accionamiento proporciona potencia al módulo de articulación, logrando un ajuste preciso de velocidad y par. Los componentes principales incluyen:
1. Servomotor (fuente de energía)
Tipo: Todos los módulos de unión de robots industriales utilizan servomotores síncronos de imanes permanentes, que tienen las características de alta densidad de potencia, alta velocidad de respuesta, baja inercia, etc. Según el método de instalación, se dividen en tipo interno (el motor y el reductor están integrados en la carcasa) y tipo externo (el motor está conectado a la carcasa a través de una brida);
Parámetros clave: potencia nominal (100 W-15 kW), velocidad nominal (3000-6000 rpm), inercia del rotor (0,01-0,5 kg · m ²), constante de par (0,1-5 N · m/A), que se combinará con la relación de transmisión de la caja de cambios (par de salida del motor x relación de transmisión=par de salida de la junta).
2. Servoaccionamiento (unidad de control)
Función: recibir instrucciones de control (posición, velocidad, señales de par) desde la computadora superior (controlador de robot), emitir señales PWM a través de la regulación PID para hacer funcionar el servomotor y lograr funciones de protección como sobrecorriente, sobretensión, sobrecarga y sobrecalentamiento;
Tecnología central: admite el modo de posición (controlando el ángulo de rotación de la articulación), el modo de velocidad (controlando la velocidad de la articulación) y el modo de torsión (controlando el torque de salida). Algunos conductores-de gama alta integran cajas de cambios electrónicas, supresión de vibraciones y algoritmos de control adaptativo para mejorar la suavidad y precisión del movimiento.
3. Cables e interfaces de alimentación
Cable de alimentación: Transmite las señales de alimentación trifásica (U/V/W) y de freno del servomotor, mediante cables flexibles (con una resistencia a la flexión mayor o igual a 10 millones de veces), y el material de la piel exterior es PVC o PUR, con características de resistencia al aceite, resistencia al desgaste y anti-interferencias;
Interfaz: Al adoptar una interfaz estándar industrial, la interfaz de alimentación y la interfaz de señal están diseñadas por separado para evitar interferencias electromagnéticas.
3, módulo del sistema de retroalimentación del sensor (control de precisión y monitoreo de estado)
El sistema de retroalimentación del sensor recopila datos-en tiempo real sobre la posición, velocidad, torsión, etc. de las articulaciones, lo que proporciona una base para el control de bucle cerrado-y es la clave para garantizar la precisión del movimiento del robot. Los componentes principales incluyen:
1. Sensor de posición (componente de retroalimentación central)
Tipo: La corriente principal adopta codificadores de valor absoluto, que se dividen en tipos fotoeléctricos, magnetoeléctricos y capacitivos. En los robots industriales, se utilizan principalmente codificadores fotoeléctricos de valor absoluto (resolución mayor o igual a 17 bits, algunos productos de gama alta-hasta 25 bits);
Método de instalación: instalado directamente en la cola del servomotor (para detectar la velocidad del motor), o acoplado a través del eje de salida del reductor (para detectar directamente la posición real de la junta y eliminar errores de transmisión);
Función: Salida en tiempo real de información de posición absoluta (valor de ángulo) de las articulaciones. La computadora superior calcula el error de posición basándose en estos datos y ajusta el estado de funcionamiento del servomotor para garantizar la precisión del posicionamiento de la articulación (precisión de posicionamiento repetido menor o igual a ± 0,02 mm).
2. Sensor de velocidad
Generalmente integrada con sensores de posición (como la función de medición de velocidad de los codificadores), la velocidad conjunta se calcula detectando la frecuencia de la señal de pulso del codificador. Algunos-módulos de juntas de alta gama instalarán además sensores Hall o generadores de velocidad para mejorar la precisión de la detección de velocidad durante el funcionamiento a baja-velocidad.
3. Sensor de par (componente opcional)
Función: Detectar el par de salida de las juntas para operaciones de monitoreo de carga, detección de colisiones y control de fuerza (como montaje y pulido);
Tipos: Galgas extensométricas, magnetoelásticas y ópticas. Los sensores de torsión con galgas extensométricas tienen bajo costo y alta precisión (± 0,5 % FS) y son la opción principal para los robots industriales. Se instalan entre el eje de salida y la sección del brazo o dentro del reductor.
4. Sensores de temperatura y sensores de vibración.
Sensor de temperatura: instalado en el devanado del motor y en la carcasa del reductor para detectar la temperatura de los componentes. Cuando la temperatura excede el umbral (generalmente entre 80 y 100 grados), el servoaccionamiento activa la protección contra sobrecalentamiento;
Sensor de vibración: utiliza un sensor de aceleración para detectar la amplitud y frecuencia de la vibración durante el funcionamiento de la articulación, se usa para advertir de fallas (como desgaste del reductor, daño del rodamiento), solo se configura en módulos de articulación de robot industrial-de alta gama.
4, módulo del sistema de lubricación y protección (garantía de confiabilidad)
El sistema de lubricación y protección se utiliza para prolongar la vida útil de los módulos de unión y adaptarse a entornos hostiles en sitios industriales. Los componentes principales incluyen:
1. Componentes de lubricación
Lubricante: para el reductor se utiliza grasa especial con alto índice de viscosidad, características anti-desgaste y anti-envejecimiento, y aceite lubricante o grasa para los cojinetes del motor;
Estructura de lubricación: el reductor está diseñado con orificios de inyección de aceite y orificios de descarga de aceite en su interior, y algunos-productos de alta gama están equipados con sistemas de lubricación automática (inyección de aceite cuantitativa y temporizada). Fuera de la carcasa se reserva una ventana de observación de grasa lubricante para facilitar el mantenimiento.
2. Componentes de sellado
Sellado estático: utilizando junta tórica y junta plana para la conexión entre la carcasa y la brida, el motor y la carcasa, para evitar fugas de aceite lubricante y la entrada de polvo;
Sellado dinámico: utilizando sellos de aceite esqueleto y anillos de sellado en forma de V-, utilizados para las partes giratorias del eje de salida y la carcasa. Los sellos de aceite esqueléticos son adecuados para escenarios de velocidad media y baja-.
3. Revestimiento protector y estructura de disipación de calor.
Recubrimiento protector: la superficie de la carcasa está tratada con anodizado (aleación de aluminio) y pintura (hierro fundido), que tiene características anti-corrosión y resistencia al desgaste-. Algunos productos utilizan un revestimiento de tres capas (antisalino, antihumedad, antimoho), adecuado para entornos exteriores o de taller hostiles;
Estructura de disipación de calor: la carcasa del motor está diseñada con nervaduras de disipación de calor y algunos módulos de unión de alta-potencia están equipados con ventiladores de disipación de calor o canales-enfriados por agua para garantizar una temperatura estable del motor y del controlador durante un funcionamiento a largo plazo-.