โมดูลข้อต่อหุ่นยนต์เป็นหน่วยควบคุมหลักของหุ่นยนต์อุตสาหกรรม ซึ่งรับผิดชอบการทำงานหลัก เช่น การส่งกำลัง การปรับทัศนคติ และการควบคุมที่แม่นยำ องค์ประกอบจะกำหนดความสามารถในการรับน้ำหนัก ความแม่นยำในการเคลื่อนที่ ความเร็วในการตอบสนอง และความน่าเชื่อถือของหุ่นยนต์โดยตรง โดยทั่วไปโมดูลข้อต่อระดับอุตสาหกรรมได้รับการออกแบบในลักษณะบูรณาการ (แตกต่างจากโครงสร้างการแยกเกรดพลเรือนหรือการวิจัย) และส่วนประกอบหลักสามารถแบ่งออกเป็นสี่โมดูล: โครงสร้างทางกล ระบบขับเคลื่อน ระบบป้อนกลับการตรวจจับ ระบบหล่อลื่น และระบบป้องกัน แต่ละโมดูลทำงานร่วมกันเพื่อให้ได้-วงปิดที่สมบูรณ์ของ "การควบคุมความแม่นยำในการแปลงการเคลื่อนที่ของอินพุตกำลัง" ต่อไปนี้เป็นการถอดแยกชิ้นส่วนโดยละเอียด:
1 โมดูลโครงสร้างทางกล (โหลดหลัก-แบริ่งและการส่งผ่านการเคลื่อนไหว)
โครงสร้างทางกลเป็นรากฐานทางกายภาพของโมดูลข้อต่อ ซึ่งต้องเป็นไปตามข้อกำหนดสามประการของ "การส่งผ่านที่มีความแข็งแกร่ง น้ำหนักเบา และมีความแม่นยำสูง-" ไปพร้อมๆ กัน ส่วนประกอบหลักได้แก่:
1. ตัวลดฮาร์มอนิก / ตัวลด RV (ส่วนประกอบการส่งผ่านหลัก)
ฟังก์ชั่น: แปลงแรงบิดเอาท์พุตแรงบิดสูง-ความเร็วต่ำของมอเตอร์ให้เป็นแรงบิดสูงความเร็วต่ำ- ในขณะเดียวกันก็รับประกันความแม่นยำและความแข็งแกร่งในการส่งผ่าน มันคือ "แกนขยายกำลัง" ของโมดูลร่วม
ประเภทและสถานการณ์การใช้งาน:
ตัวลดฮาร์มอนิก: ประกอบด้วยเครื่องกำเนิดคลื่น ล้อที่ยืดหยุ่น และล้อที่แข็ง โดยมีช่วงอัตราส่วนการส่งผ่าน 50-320 และระยะห่างกลับน้อยกว่าหรือเท่ากับ 1 อาร์คนาที มีน้ำหนักเบา โครงสร้างกะทัดรัด และเหมาะสำหรับข้อต่อ เช่น ปลายแขนและข้อมือของหุ่นยนต์รับน้ำหนักขนาดเล็กและขนาดกลาง (ที่มีน้ำหนัก 10-50 กก.)
ตัวลด RV: ประกอบด้วยกังหันหมุนแบบไซโคลลอยด์ ตัวพาดาวเคราะห์ และตัวเรือนเฟืองแบบเข็ม โดยมีช่วงอัตราส่วนการส่งผ่าน 30-120 และระยะห่างกลับน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.5 อาร์คนาที มีความแข็งแกร่งและทนต่อแรงกระแทกได้ดีเยี่ยม และเหมาะสำหรับข้อต่อหลัก เช่น ฐาน บูม และไหล่ของหุ่นยนต์งานหนัก (ที่มีน้ำหนักมากกว่า 50 กก.)
2. เพลาขับมอเตอร์และข้อต่อ
เพลาเอาท์พุตของมอเตอร์: ทำจากเหล็กโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง- พื้นผิวที่ผ่านการเคลือบด้วยคาร์บูไรซิ่งและการชุบแข็งเพื่อให้มั่นใจถึงความทนทานต่อการสึกหรอและความต้านทานแรงบิด โดยเชื่อมต่ออย่างแน่นหนากับปลายอินพุตของตัวลด
ข้อต่อ: ใช้เพื่อชดเชยข้อผิดพลาดด้านโคแอกเชียลระหว่างเพลามอเตอร์และเพลาอินพุตของตัวลด โดยแบ่งออกเป็นข้อต่อแบบแข็ง (เช่น ข้อต่อหลัก ปลอกต่อขยาย) และข้อต่อแบบยืดหยุ่น (เช่น แผ่นยาง ประเภทท่อลูกฟูก) ข้อต่อแบบแข็งมักใช้ในหุ่นยนต์อุตสาหกรรมเพื่อหลีกเลี่ยงความล่าช้าในการส่งผ่าน
3. เปลือกและหน้าแปลนการติดตั้ง
เปลือก: ทำจากอลูมิเนียมอัลลอยด์ อลูมิเนียมอัลลอยด์เหมาะสำหรับความต้องการน้ำหนักเบา และเหล็กหล่อเหมาะสำหรับสถานการณ์ที่มีความแข็งแกร่งสูง การออกแบบภายในของเปลือกประกอบด้วยห้องติดตั้งตัวลด ที่นั่งสำหรับติดตั้งมอเตอร์ ร่องติดตั้งเซ็นเซอร์ และซี่โครงกระจายความร้อนที่สงวนไว้ภายนอกและร่องปิดผนึก
หน้าแปลนการติดตั้ง: การใช้อินเทอร์เฟซมาตรฐานสำหรับการเชื่อมต่อโมดูลข้อต่อและส่วนแขนหุ่นยนต์ พื้นผิวหน้าแปลนได้รับการกลึงอย่างแม่นยำ (ความเรียบน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.01 มม.) เพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำในการติดตั้ง
4. ส่วนประกอบเพลาส่งออกและแบริ่ง
เพลาเอาท์พุต: เชื่อมต่อกับปลายเอาท์พุตของตัวลด ใช้ในการส่งแรงบิดไปยังส่วนแขนหุ่นยนต์ พื้นผิวจะต้องมีการตัดเฉือนอย่างแม่นยำ และส่วนปลายได้รับการออกแบบด้วยรูสลัก รูเกลียว หรือส่วนต่อประสานปลอกขยาย
ส่วนประกอบแบริ่ง: มักใช้แบริ่งลูกกลิ้งข้ามหรือแบริ่งฮาร์มอนิก แบริ่งลูกกลิ้งแบบไขว้มีความสามารถในการรับน้ำหนัก-ที่แข็งแกร่ง (โหลดคอมโพสิตแนวรัศมี+แนวแกน) และมีความแข็งแกร่งสูง ตลับลูกปืนฮาร์มอนิกเหมาะสำหรับการจับคู่ตัวลดฮาร์มอนิก และระดับความแม่นยำของตลับลูกปืนต้องถึง P4 หรือสูงกว่าเพื่อให้แน่ใจว่าการหมุนข้อต่อมีความแม่นยำ
2, โมดูลระบบขับเคลื่อน (กำลังขับและแกนควบคุม)
ระบบขับเคลื่อนจ่ายกำลังให้กับโมดูลข้อต่อ ทำให้สามารถปรับความเร็วและแรงบิดได้อย่างแม่นยำ ส่วนประกอบหลักได้แก่:
1. เซอร์โวมอเตอร์ (แหล่งพลังงาน)
ประเภท: โมดูลร่วมของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมทั้งหมดใช้เซอร์โวมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร ซึ่งมีลักษณะของความหนาแน่นของกำลังสูง ความเร็วตอบสนองสูง ความเฉื่อยต่ำ ฯลฯ ตามวิธีการติดตั้ง จะแบ่งออกเป็นประเภทภายใน (มอเตอร์และตัวลดขนาดรวมอยู่ในตัวเรือน) และประเภทภายนอก (มอเตอร์เชื่อมต่อกับตัวเรือนผ่านหน้าแปลน)
พารามิเตอร์หลัก: กำลังพิกัด (100W-15kW) ความเร็วพิกัด (3,000-6,000 รอบต่อนาที) ความเฉื่อยของโรเตอร์ (0.01-0.5 กก. · ม. ²) ค่าคงที่แรงบิด (0.1-5N · ม./A) เพื่อให้จับคู่กับอัตราส่วนการส่งผ่านของกระปุกเกียร์ (แรงบิดเอาท์พุตของมอเตอร์ x อัตราส่วนการส่งผ่าน=แรงบิดเอาท์พุตข้อต่อ)
2. เซอร์โวไดรฟ์ (ชุดควบคุม)
ฟังก์ชั่น: รับคำสั่งควบคุม (ตำแหน่ง ความเร็ว สัญญาณแรงบิด) จากคอมพิวเตอร์ส่วนบน (ตัวควบคุมหุ่นยนต์) ส่งสัญญาณ PWM ผ่านการควบคุม PID เพื่อขับเคลื่อนเซอร์โวมอเตอร์ให้ทำงาน และบรรลุฟังก์ชันการป้องกัน เช่น กระแสเกิน แรงดันไฟฟ้าเกิน โอเวอร์โหลด และความร้อนสูงเกินไป
เทคโนโลยีหลัก: รองรับโหมดตำแหน่ง (ควบคุมมุมการหมุนของข้อต่อ), โหมดความเร็ว (ควบคุมความเร็วของข้อต่อ) และโหมดแรงบิด (ควบคุมแรงบิดเอาท์พุต) ไดรเวอร์ระดับไฮเอนด์-บางตัวรวมกระปุกเกียร์อิเล็กทรอนิกส์ ระบบลดการสั่นสะเทือน และอัลกอริธึมการควบคุมแบบปรับเปลี่ยนได้เพื่อปรับปรุงความนุ่มนวลและความแม่นยำของการเคลื่อนไหว
3. สายไฟและอินเทอร์เฟซ
สายไฟ: ส่งสัญญาณแหล่งจ่ายไฟสามเฟส (U/V/W) และสัญญาณเบรกของเซอร์โวมอเตอร์ โดยใช้สายเคเบิลแบบยืดหยุ่น (ที่มีความต้านทานการโค้งงอมากกว่าหรือเท่ากับ 10 ล้านครั้ง) และวัสดุผิวด้านนอกเป็น PVC หรือ PUR ซึ่งมีความทนทานต่อน้ำมัน ทนทานต่อการสึกหรอ และ-มีลักษณะป้องกันการรบกวน
อินเทอร์เฟซ: การใช้อินเทอร์เฟซมาตรฐานอุตสาหกรรม อินเทอร์เฟซพลังงานและอินเทอร์เฟซสัญญาณได้รับการออกแบบแยกต่างหากเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า
3, โมดูลระบบตอบรับเซ็นเซอร์ (การควบคุมความแม่นยำและการตรวจสอบสถานะ)
ระบบตอบรับของเซ็นเซอร์รวบรวมข้อมูล-แบบเรียลไทม์เกี่ยวกับตำแหน่งข้อต่อ ความเร็ว แรงบิด ฯลฯ ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการควบคุมลูปปิด- และเป็นกุญแจสำคัญในการรับรองความแม่นยำในการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ ส่วนประกอบหลักได้แก่:
1. เซ็นเซอร์ตำแหน่ง (ส่วนประกอบป้อนกลับหลัก)
ประเภท: กระแสหลักใช้ตัวเข้ารหัสค่าสัมบูรณ์ซึ่งแบ่งออกเป็นประเภทโฟโตอิเล็กทริก แมกนีโตไฟฟ้า และประเภทตัวเก็บประจุ ในหุ่นยนต์อุตสาหกรรม ส่วนใหญ่จะใช้ตัวเข้ารหัสค่าสัมบูรณ์แบบโฟโตอิเล็กทริก (ความละเอียดสูงกว่าหรือเท่ากับ 17 บิต ผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์-บางตัวอาจมีขนาดสูงสุด 25 บิต)
วิธีการติดตั้ง: ติดตั้งโดยตรงที่ส่วนท้ายของเซอร์โวมอเตอร์ (เพื่อตรวจจับความเร็วของมอเตอร์) หรือเชื่อมต่อผ่านเพลาเอาท์พุตของตัวลด (เพื่อตรวจจับตำแหน่งที่แท้จริงของข้อต่อโดยตรงและกำจัดข้อผิดพลาดในการส่ง)
ฟังก์ชัน: เอาต์พุตแบบเรียลไทม์ของข้อมูลตำแหน่งสัมบูรณ์ (ค่ามุม) ของข้อต่อ คอมพิวเตอร์ส่วนบนจะคำนวณข้อผิดพลาดของตำแหน่งตามข้อมูลนี้ และปรับสถานะการทำงานของเซอร์โวมอเตอร์เพื่อให้แน่ใจว่าการวางตำแหน่งข้อต่อมีความแม่นยำ (ความแม่นยำของตำแหน่งซ้ำน้อยกว่าหรือเท่ากับ ± 0.02 มม.)
2. เซ็นเซอร์ความเร็ว
โดยปกติจะรวมเข้ากับเซ็นเซอร์ตำแหน่ง (เช่น ฟังก์ชันการวัดความเร็วของตัวเข้ารหัส) ความเร็วของข้อต่อจะคำนวณโดยการตรวจจับความถี่ของสัญญาณพัลส์ของตัวเข้ารหัส โมดูลข้อต่อระดับสูง-บางโมดูลจะติดตั้งเซ็นเซอร์ฮอลล์หรือตัวสร้างความเร็วเพิ่มเติม เพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการตรวจจับความเร็วระหว่างการทำงานที่ความเร็วต่ำ-
3. เซ็นเซอร์แรงบิด (ส่วนประกอบเสริม)
ฟังก์ชั่น: ตรวจจับแรงบิดเอาท์พุตของข้อต่อสำหรับการตรวจสอบโหลด การตรวจจับการชน และการควบคุมแรง (เช่น การประกอบและการขัดเงา)
ประเภท: สเตรนเกจ แมกนีโตอีลาสติก และออปติคัล เซ็นเซอร์แรงบิดสเตรนเกจมีต้นทุนต่ำและมีความแม่นยำสูง (± 0.5% FS) และเป็นตัวเลือกหลักสำหรับหุ่นยนต์อุตสาหกรรม มีการติดตั้งระหว่างเพลาส่งออกและส่วนแขนหรือภายในตัวลดขนาด
4. เซ็นเซอร์อุณหภูมิและเซ็นเซอร์สั่นสะเทือน
เซ็นเซอร์อุณหภูมิ: ติดตั้งบนขดลวดมอเตอร์และตัวเรือนลดเพื่อตรวจจับอุณหภูมิส่วนประกอบ เมื่ออุณหภูมิสูงเกินเกณฑ์ (ปกติคือ 80-100 องศา) เซอร์โวไดรฟ์จะกระตุ้นการป้องกันความร้อนสูงเกินไป
เซ็นเซอร์สั่นสะเทือน: ใช้เซ็นเซอร์เร่งความเร็วเพื่อตรวจจับแอมพลิจูดและความถี่การสั่นสะเทือนระหว่างการทำงานของข้อต่อ ซึ่งใช้สำหรับเตือนข้อผิดพลาด (เช่น การสึกหรอของตัวลด ความเสียหายของตลับลูกปืน) กำหนดค่าในโมดูลข้อต่อหุ่นยนต์อุตสาหกรรมระดับสูง-เท่านั้น
4, โมดูลระบบหล่อลื่นและป้องกัน (การประกันความน่าเชื่อถือ)
ระบบหล่อลื่นและป้องกันใช้เพื่อยืดอายุการใช้งานของโมดูลข้อต่อและปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงในพื้นที่อุตสาหกรรม ส่วนประกอบหลักได้แก่:
1. ส่วนประกอบการหล่อลื่น
น้ำมันหล่อลื่น: จาระบีชนิดพิเศษที่มีดัชนีความหนืดสูง คุณสมบัติป้องกัน-การสึกหรอและการต่อต้าน- จะใช้เป็นตัวลด และใช้น้ำมันหล่อลื่นหรือจาระบีสำหรับแบริ่งมอเตอร์
โครงสร้างการหล่อลื่น: ตัวลดได้รับการออกแบบให้มีรูฉีดน้ำมันและรูระบายน้ำมันอยู่ข้างใน และผลิตภัณฑ์ระดับสูง-บางรายการมีระบบหล่อลื่นอัตโนมัติ (การฉีดน้ำมันตามเวลาและเชิงปริมาณ) หน้าต่างสังเกตจาระบีหล่อลื่นถูกสงวนไว้ด้านนอกตัวเครื่องเพื่อให้ง่ายต่อการบำรุงรักษา
2. ส่วนประกอบการซีล
การปิดผนึกแบบคงที่: การใช้โอริงและปะเก็นแบนสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างเปลือกและหน้าแปลน มอเตอร์และเปลือก เพื่อป้องกันการรั่วไหลของน้ำมันหล่อลื่นและฝุ่นไม่ให้เข้าไป
การซีลแบบไดนามิก: การใช้ซีลน้ำมันโครงกระดูกและวงแหวนซีลรูปตัว V- ซึ่งใช้สำหรับชิ้นส่วนที่หมุนได้ของเพลาส่งออกและตัวเรือน ซีลน้ำมันโครงกระดูกเหมาะสำหรับสถานการณ์ความเร็วปานกลางและต่ำ-
3. โครงสร้างการเคลือบป้องกันและการกระจายความร้อน
การเคลือบป้องกัน: พื้นผิวของเปลือกเคลือบด้วยอโนไดซ์ (อะลูมิเนียมอัลลอยด์) และการทาสี (เหล็กหล่อ) ซึ่งมีคุณสมบัติป้องกัน-การกัดกร่อนและการสึกหรอ- ผลิตภัณฑ์บางชนิดใช้การเคลือบสามชั้น (สเปรย์ป้องกันเกลือ ป้องกันความชื้น ป้องกันเชื้อรา) เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมการทำงานกลางแจ้งหรือในโรงงานที่รุนแรง
โครงสร้างการกระจายความร้อน: ตัวเรือนมอเตอร์ได้รับการออกแบบให้มีโครงกระจายความร้อน และโมดูลข้อต่อกำลังสูง-บางโมดูลมีพัดลมกระจายความร้อนหรือช่องระบายความร้อนด้วยน้ำ- เพื่อให้มั่นใจว่าอุณหภูมิของมอเตอร์และไดรเวอร์จะคงที่ในระหว่าง-การทำงานในระยะยาว