En las líneas de producción industriales modernas, los robots industriales realizan tareas con alta repetibilidad y estrictos requisitos de precisión. La clave para el funcionamiento estable de estos dispositivos ininterrumpidos las 24-horas radica en un sistema de transmisión mecánica preciso. Este artículo profundizará en las tecnologías centrales y las aplicaciones prácticas de los sistemas de transmisión de robots industriales.
Características y aplicaciones de métodos de transmisión comunes
El sistema de transmisión de los robots industriales consta de múltiples modos de transmisión, cada uno con su rendimiento único y escenarios aplicables.
La transmisión por engranajes es uno de los métodos de transmisión más utilizados. Transmite potencia a través del engranaje entre engranajes, con una eficiencia de transmisión superior al 98 %, y puede lograr un control de movimiento de alta-precisión. En la estación de soldadura de la fabricación de automóviles, el brazo robótico se basa en una transmisión de engranajes de precisión para completar las tareas de soldadura con una precisión de repetibilidad de ± 0,1 milímetros. Sin embargo, la transmisión de engranajes requiere una precisión de instalación extremadamente alta y los errores excesivos de ensamblaje pueden provocar un aumento del ruido de funcionamiento y un desgaste anormal, lo que requiere técnicos profesionales para la instalación y depuración.
Las correas síncronas son el tipo más común de transmisión por correa y se utilizan comúnmente en escenarios sensibles al ruido-y a los costos-. Por ejemplo, el robot clasificador en la línea de producción de envases de alimentos adopta una transmisión por correa síncrona, que puede garantizar una velocidad de clasificación de docenas de veces por minuto y controlar el ruido de funcionamiento por debajo de 60 decibeles. Sin embargo, existen defectos inherentes en la transmisión por correa, que pueden causar fácilmente deslizamiento cuando se sobrecarga o se somete a importantes impactos de arranque, lo que limita su aplicación en escenarios de trabajo pesado-.
La transmisión por cadena se ha convertido en la opción preferida para los robots de manipulación-de trabajo pesado debido a su excelente capacidad de carga-. En los transelevadores-de servicio pesado en almacenes logísticos, la transmisión por cadena de rodillos puede transmitir fácilmente cientos de Newton metros de torque, logrando una elevación vertical de mercancías a nivel de toneladas. Sin embargo, la cadena necesita lubricación y mantenimiento periódicos; de lo contrario, el paso puede alargarse debido al desgaste, afectando la precisión de la transmisión e incluso provocando roturas.
La transmisión de tornillo sin fin tiene características únicas de autobloqueo-y se usa comúnmente en situaciones donde se requiere mantenimiento de posición. Por ejemplo, la plataforma giratoria del robot pulverizador adopta una transmisión de tornillo sin fin para bloquear automáticamente su posición en caso de un corte de energía, evitando accidentes de seguridad causados por el balanceo accidental de la pistola pulverizadora. Pero su eficiencia de transmisión es relativamente baja, normalmente alrededor del 70% -80%.
Diseño colaborativo del sistema de transmisión.
El sistema de transmisión de un robot industrial de seis ejes es una integración de múltiples tecnologías. El servomotor proporciona potencia de salida, el reductor es responsable de reducir la velocidad y aumentar el par, y componentes como engranajes y acoplamientos completan la transmisión de potencia y la conversión de movimiento.
Las diferentes partes eligen diferentes esquemas de transmisión según las características de carga: la base del robot suele utilizar reductores RV, que tienen una estructura compacta y pueden soportar hasta 1500 N·m de par; Debido al espacio limitado en el área de la muñeca, se usan comúnmente reductores armónicos, que tienen un volumen de solo un-tercio del de los reductores RV de la misma especificación, pero pueden lograr una precisión de posicionamiento de ± 15 minutos de arco; El efector final puede ser impulsado por una correa microsincrónica para cumplir con los requisitos de movimiento flexible y liviano.
En la línea de montaje de automóviles, el diseño del sistema de transmisión de un determinado modelo de robot es muy representativo: la base adopta una estructura de separación de doble engranaje, que elimina el juego del engranaje mediante un ajuste previo y logra una rotación con juego cero; El brazo superior utiliza pares de husillos de bolas y guías lineales para lograr un posicionamiento a nivel milimétrico para el movimiento lineal; El reductor armónico de la articulación de la muñeca, combinado con rodamientos de alta-precisión, puede lograr un ajuste fino de ± 0,02 grados.
Equilibrio entre rendimiento y costo
El diseño de los sistemas de transmisión de robots industriales siempre equilibra la precisión, la vida útil y el costo. El error de transmisión de los reductores armónicos de alta-precisión se puede controlar en 1 minuto de arco, pero la compleja estructura flexible de la rueda genera altos costos de fabricación y requiere el uso de materiales de aleación de acero especiales. En el campo de la fabricación de semiconductores, el costo de mantenimiento anual de los reductores de armónicos para robots de manipulación de obleas alcanza los 300.000 yuanes, lo que representa el 40% del costo total de mantenimiento del equipo.
Para aplicaciones industriales generales, los ingenieros ponen mayor énfasis en la rentabilidad-. Al optimizar el proceso de tratamiento térmico de los engranajes, utilizar materiales-muy resistentes al desgaste y combinarlos con grasa lubricante de larga duración-, el ciclo de mantenimiento se puede extender a más de 3000 horas. El robot de soldadura por puntos de un determinado taller de soldadura de automóviles se ha mejorado para lograr un funcionamiento continuo-libre de fallos durante 20.000 horas, lo que reduce eficazmente los costes de mantenimiento del tiempo de inactividad.
El mantenimiento y la conservación adecuados son cruciales para prolongar la vida útil del sistema de transmisión. Cierta fábrica de procesamiento de alimentos implementa estrictamente el sistema de reemplazo del aceite lubricante del reductor cada 2000 horas. Un robot paletizador lleva 8 años funcionando de forma ininterrumpida y aún mantiene un buen rendimiento, lo que supone un 30% más que el ciclo de mantenimiento convencional.
Tendencias de desarrollo tecnológico.
Con el desarrollo de la automatización industrial, los sistemas de transmisión mecánica están evolucionando hacia la inteligencia y la integración. El reductor inteligente con sensores-incorporados puede monitorear la temperatura, la vibración y otros parámetros en tiempo real, y cargar datos al sistema de gestión a través de la tecnología IoT para lograr un mantenimiento predictivo. La aplicación de materiales autolubricantes extiende el intervalo de mantenimiento de los componentes de la transmisión a más de 10000 horas.
El diseño integrado integra componentes como motores, reductores, codificadores, etc., en un solo módulo. Si bien reduce el volumen del módulo de articulación de una determinada marca de robot colaborativo en un 40 %, también integra una función de retroalimentación de par, lo que permite una cooperación entre humanos-máquina más segura. La aplicación de estas tecnologías innovadoras está impulsando el desarrollo de sistemas de transmisión de robots industriales hacia un mayor rendimiento y un menor coste.