Mô-đun khớp robot là đơn vị thực thi cốt lõi của robot công nghiệp, chịu trách nhiệm về các chức năng chính như truyền lực, điều chỉnh tư thế và điều khiển độ chính xác. Thành phần của nó quyết định trực tiếp đến khả năng chịu tải, độ chính xác chuyển động, tốc độ phản hồi và độ tin cậy của robot. Các mô-đun chung cấp công nghiệp thường được thiết kế theo cách tích hợp (khác với cấu trúc phân chia cấp dân dụng hoặc nghiên cứu) và các thành phần cốt lõi của chúng có thể được chia thành bốn mô-đun: cấu trúc cơ khí, hệ thống truyền động, hệ thống phản hồi cảm biến, hệ thống bôi trơn và bảo vệ. Mỗi mô-đun hoạt động cùng nhau để đạt được một vòng-đóng hoàn chỉnh về "điều khiển chính xác chuyển đổi chuyển động đầu vào nguồn". Sau đây là phần tháo gỡ chi tiết:
1, Mô-đun cấu trúc cơ khí (lõi-chịu tải và truyền chuyển động)
Cấu trúc cơ khí là nền tảng vật lý của mô-đun khớp, cần phải đáp ứng đồng thời ba yêu cầu về "truyền động có độ cứng cao, nhẹ và có độ chính xác cao". Các thành phần cốt lõi bao gồm:
1. Bộ giảm sóng hài/Bộ giảm RV (thành phần truyền lõi)
Chức năng: Chuyển đổi đầu ra mô-men xoắn tốc độ thấp-tốc độ cao của động cơ thành mô-men xoắn cao-tốc độ thấp, đồng thời đảm bảo độ chính xác và độ cứng của hộp số. Nó là "lõi khuếch đại công suất" của mô-đun chung.
Các loại và kịch bản ứng dụng:
Bộ giảm sóng hài: bao gồm một bộ tạo sóng, bánh xe linh hoạt và bánh xe cứng, có phạm vi tỷ số truyền là 50-320 và khoảng hở quay trở lại Nhỏ hơn hoặc bằng 1 phút cung. Nó có trọng lượng nhẹ, kết cấu nhỏ gọn, phù hợp với các khớp như cẳng tay, cổ tay của robot tải trọng vừa và nhỏ (có tải trọng 10-50kg);
Bộ giảm tốc RV: bao gồm chong chóng tròn, bộ phận mang hành tinh và vỏ bánh răng kim, với phạm vi tỷ số truyền là 30-120 và khoảng hở hồi chuyển Nhỏ hơn hoặc bằng 0,5 phút cung. Nó có độ cứng chắc và khả năng chống va đập vượt trội, phù hợp với các khớp quan trọng như chân đế, cần, vai của robot hạng nặng (có tải trọng trên 50kg).
2. Trục đầu ra và khớp nối động cơ
Trục đầu ra của động cơ: được làm bằng thép hợp kim có độ bền-cao, bề mặt được xử lý bằng phương pháp cacbon hóa và làm nguội để đảm bảo khả năng chống mài mòn và độ bền xoắn, được kết nối cứng nhắc với đầu vào của bộ giảm tốc;
Khớp nối: Dùng để bù lỗi đồng trục giữa trục động cơ và trục đầu vào của hộp giảm tốc, nó được chia thành khớp nối cứng (như khớp nối then chốt, ống mở rộng) và khớp nối đàn hồi (như miếng đệm cao su, các loại ống lượn sóng). Khớp nối cứng được sử dụng phổ biến trong robot công nghiệp để tránh độ trễ truyền động.
3. Vỏ và mặt bích lắp đặt
Vỏ: Được làm bằng hợp kim nhôm, hợp kim nhôm phù hợp với yêu cầu nhẹ và gang phù hợp với các tình huống có độ cứng cao; Thiết kế bên trong của vỏ bao gồm buồng lắp hộp giảm tốc, ghế lắp động cơ, rãnh lắp cảm biến, các gân tản nhiệt dành riêng bên ngoài và các rãnh bịt kín;
Mặt bích lắp đặt: Sử dụng các giao diện tiêu chuẩn để kết nối các mô-đun khớp và các phân đoạn cánh tay robot, bề mặt mặt bích được gia công chính xác (độ phẳng Nhỏ hơn hoặc bằng 0,01mm) để đảm bảo độ chính xác khi lắp đặt.
4. Trục đầu ra và các bộ phận ổ trục
Trục đầu ra: được kết nối với đầu ra của bộ giảm tốc, dùng để truyền mô-men xoắn đến phần cánh tay robot, bề mặt cần được gia công chính xác và phần cuối được thiết kế với rãnh then, lỗ ren hoặc giao diện ống mở rộng;
Thành phần vòng bi: Vòng bi lăn chéo hoặc vòng bi điều hòa thường được sử dụng. Vòng bi lăn chữ thập có khả năng chịu tải-mạnh (tải trọng hỗn hợp hướng tâm+trục) và độ cứng cao. Vòng bi điều hòa phù hợp để kết hợp các bộ giảm tốc điều hòa và mức độ chính xác của vòng bi cần đạt P4 trở lên để đảm bảo độ chính xác khi quay của khớp.
2, Mô-đun hệ thống truyền động (đầu ra nguồn và lõi điều khiển)
Hệ thống truyền động cung cấp năng lượng cho mô-đun khớp, đạt được sự điều chỉnh chính xác về tốc độ và mô-men xoắn. Các thành phần cốt lõi bao gồm:
1. Động cơ servo (nguồn điện)
Loại: Các mô-đun chung của robot công nghiệp đều sử dụng động cơ servo đồng bộ nam châm vĩnh cửu, có đặc điểm là mật độ công suất cao, tốc độ phản hồi cao, quán tính thấp, v.v. Theo phương pháp lắp đặt, chúng được chia thành loại bên trong (động cơ và bộ giảm tốc được tích hợp vào vỏ) và loại bên ngoài (động cơ được kết nối với vỏ thông qua mặt bích);
Các thông số chính: công suất định mức (100W-15kW), tốc độ định mức (3000-6000 vòng/phút), quán tính rôto (0,01-0,5kg · m 2), hằng số mô-men xoắn (0,1-5N · m/A), phù hợp với tỷ số truyền của hộp số (mô-men xoắn đầu ra của động cơ x tỷ số truyền=mô-men xoắn đầu ra chung).
2. Bộ truyền động servo (bộ điều khiển)
Chức năng: Nhận hướng dẫn điều khiển (vị trí, tốc độ, tín hiệu mô-men xoắn) từ máy tính phía trên (bộ điều khiển robot), xuất tín hiệu điều chỉnh PID để điều khiển động cơ servo hoạt động và đạt được các chức năng bảo vệ như quá dòng, quá áp, quá tải và quá nhiệt;
Công nghệ lõi: Hỗ trợ chế độ vị trí (điều khiển góc quay khớp), chế độ tốc độ (điều khiển tốc độ khớp) và chế độ mô-men xoắn (điều khiển mô-men xoắn đầu ra). Một số-trình điều khiển cao cấp tích hợp hộp số điện tử, tính năng chống rung và thuật toán điều khiển thích ứng để cải thiện độ mượt mà và độ chính xác của chuyển động.
3. Cáp nguồn và giao diện
Cáp nguồn: Nó truyền tín hiệu nguồn điện ba pha (U/V/W) và phanh của mô tơ servo, sử dụng cáp linh hoạt (có khả năng chống uốn lớn hơn hoặc bằng 10 triệu lần) và chất liệu vỏ bên ngoài là PVC hoặc PUR, có đặc tính kháng dầu, chống mài mòn và chống{2}}nhiễu;
Giao diện: Áp dụng giao diện tiêu chuẩn công nghiệp, giao diện nguồn và giao diện tín hiệu được thiết kế riêng biệt để tránh nhiễu điện từ.
3, Mô-đun hệ thống phản hồi cảm biến (điều khiển độ chính xác và giám sát trạng thái)
Hệ thống phản hồi cảm biến thu thập dữ liệu-thời gian thực về vị trí khớp, vận tốc, mô-men xoắn, v.v., cung cấp cơ sở cho việc điều khiển vòng-đóng và là chìa khóa để đảm bảo độ chính xác của chuyển động của rô-bốt. Các thành phần cốt lõi bao gồm:
1. Cảm biến vị trí (thành phần phản hồi lõi)
Loại: Dòng chính sử dụng bộ mã hóa giá trị tuyệt đối, được chia thành các loại quang điện, điện từ và điện dung. Trong robot công nghiệp, bộ mã hóa giá trị tuyệt đối quang điện chủ yếu được sử dụng (độ phân giải Lớn hơn hoặc bằng 17 bit, một số-sản phẩm cao cấp lên tới 25 bit);
Phương pháp lắp đặt: lắp trực tiếp ở đuôi mô tơ servo (để phát hiện tốc độ động cơ) hoặc ghép nối qua trục đầu ra của bộ giảm tốc (để phát hiện trực tiếp vị trí thực tế của khớp và loại bỏ lỗi truyền động);
Chức năng: Đầu ra thời gian thực của thông tin vị trí tuyệt đối (giá trị góc) của khớp. Máy tính phía trên tính toán sai số vị trí dựa trên dữ liệu này và điều chỉnh trạng thái hoạt động của mô tơ servo để đảm bảo độ chính xác định vị khớp (độ chính xác định vị lặp lại Nhỏ hơn hoặc bằng ± 0,02mm).
2. Cảm biến tốc độ
Thường được tích hợp với các cảm biến vị trí (chẳng hạn như chức năng đo tốc độ của bộ mã hóa), tốc độ khớp được tính bằng cách phát hiện tần số tín hiệu xung của bộ mã hóa. Một số mô-đun chung-cao cấp sẽ cài đặt thêm cảm biến Hall hoặc bộ tạo tốc độ để cải thiện độ chính xác của việc phát hiện tốc độ khi vận hành ở tốc độ-thấp.
3. Cảm biến mô-men xoắn (thành phần tùy chọn)
Chức năng: Phát hiện mô-men xoắn đầu ra của các khớp để theo dõi tải trọng, phát hiện va chạm và các hoạt động kiểm soát lực (như lắp ráp và đánh bóng);
Các loại: Máy đo biến dạng, đàn hồi từ tính và quang học. Cảm biến mô-men xoắn đo biến dạng có chi phí thấp và độ chính xác cao (± 0,5% FS) và là lựa chọn chủ yếu cho robot công nghiệp. Chúng được lắp đặt giữa trục đầu ra và phần cánh tay hoặc bên trong bộ giảm tốc.
4. Cảm biến nhiệt độ và cảm biến rung
Cảm biến nhiệt độ: được lắp trên cuộn dây động cơ và vỏ hộp giảm tốc để phát hiện nhiệt độ linh kiện. Khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng (thường là 80-100 độ), bộ điều khiển servo sẽ kích hoạt bảo vệ quá nhiệt;
Cảm biến rung: sử dụng cảm biến gia tốc để phát hiện biên độ và tần số rung trong quá trình vận hành khớp, dùng để cảnh báo lỗi (như mòn bộ giảm tốc, hư hỏng vòng bi), chỉ được định cấu hình trong-mô-đun khớp robot công nghiệp cao cấp.
4, Mô-đun hệ thống bôi trơn và bảo vệ (đảm bảo độ tin cậy)
Hệ thống bôi trơn và bảo vệ được sử dụng để kéo dài tuổi thọ của các mô-đun khớp nối và thích ứng với môi trường khắc nghiệt ở các khu công nghiệp. Các thành phần cốt lõi bao gồm:
1. Linh kiện bôi trơn
Chất bôi trơn: mỡ đặc biệt có chỉ số độ nhớt cao, đặc tính chống-mài mòn và chống{1} lão hóa được sử dụng cho bộ giảm tốc và dầu hoặc mỡ bôi trơn được sử dụng cho ổ trục động cơ;
Cấu trúc bôi trơn: Hộp giảm tốc được thiết kế có lỗ phun dầu và lỗ xả dầu bên trong, đồng thời một số-sản phẩm cao cấp được trang bị hệ thống bôi trơn tự động (bơm dầu theo thời gian và định lượng). Cửa sổ quan sát dầu bôi trơn được đặt bên ngoài vỏ để dễ dàng bảo trì.
2. Thành phần niêm phong
Bịt kín tĩnh: sử dụng vòng chữ O{0}} và miếng đệm phẳng để kết nối giữa vỏ và mặt bích, động cơ và vỏ, nhằm ngăn chặn rò rỉ dầu bôi trơn và bụi lọt vào;
Bịt kín động: sử dụng phớt dầu dạng khung và vòng đệm hình chữ V{0}}, dùng cho các bộ phận quay của trục đầu ra và vỏ. Phớt dầu khung xương phù hợp với các tình huống tốc độ trung bình và{2}}thấp.
3. Cấu trúc lớp phủ bảo vệ và tản nhiệt
Lớp phủ bảo vệ: Bề mặt vỏ được xử lý bằng anodizing (hợp kim nhôm) và sơn (gang), có đặc tính chống-ăn mòn và chống mài mòn-. Một số sản phẩm sử dụng lớp phủ ba lớp chống muối (chống muối, chống ẩm, chống nấm mốc), phù hợp với môi trường ngoài trời hoặc nhà xưởng khắc nghiệt;
Cấu trúc tản nhiệt: Vỏ động cơ được thiết kế với các gân tản nhiệt và một số mô-đun khớp nối công suất cao được trang bị quạt tản nhiệt hoặc các kênh làm mát bằng nước để đảm bảo nhiệt độ ổn định của động cơ và trình điều khiển trong quá trình hoạt động lâu dài.