Trên các dây chuyền sản xuất công nghiệp hiện đại, robot công nghiệp đảm nhận các công việc có độ lặp lại cao và yêu cầu khắt khe về độ chính xác. Chìa khóa cho sự hoạt động ổn định của các thiết bị hoạt động liên tục 24{2}} giờ này nằm ở hệ thống truyền động cơ học chính xác. Bài viết này sẽ đi sâu vào các công nghệ cốt lõi và ứng dụng thực tế của hệ thống truyền động robot công nghiệp.
Đặc điểm và ứng dụng của các phương thức truyền dẫn phổ biến
Hệ thống truyền dẫn của rô-bốt công nghiệp bao gồm nhiều chế độ truyền, mỗi chế độ có hiệu suất riêng và các tình huống áp dụng.
Truyền bánh răng là một trong những phương pháp truyền động được sử dụng rộng rãi nhất. Nó truyền công suất thông qua việc chia lưới giữa các bánh răng, với hiệu suất truyền động trên 98% và có thể đạt được khả năng điều khiển chuyển động có độ chính xác-cao. Tại trạm hàn trong sản xuất ô tô, cánh tay robot dựa vào hộp số chính xác để hoàn thành các nhiệm vụ hàn với độ chính xác lặp lại là ± 0,1 mm. Tuy nhiên, truyền bánh răng yêu cầu độ chính xác lắp đặt cực cao và lỗi lắp ráp quá mức có thể dẫn đến tiếng ồn khi vận hành tăng lên và độ mòn bất thường, đòi hỏi các kỹ thuật viên chuyên nghiệp phải lắp đặt và gỡ lỗi.
Dây đai đồng bộ là loại truyền động dây đai phổ biến nhất, thường được sử dụng trong các trường hợp nhạy cảm về tiếng ồn và nhạy cảm về chi phí-. Ví dụ, robot phân loại trong dây chuyền sản xuất bao bì thực phẩm sử dụng bộ truyền động dây đai đồng bộ, có thể đảm bảo tốc độ phân loại hàng chục lần mỗi phút và kiểm soát tiếng ồn hoạt động dưới 60 decibel. Tuy nhiên, bộ truyền đai có những khiếm khuyết cố hữu, có thể dễ gây trượt khi quá tải hoặc chịu tác động khởi động đáng kể, hạn chế ứng dụng của bộ truyền động này trong các tình huống tải nặng.
Bộ truyền động xích đã trở thành lựa chọn ưa thích của các rô-bốt xử lý-công suất nặng do khả năng chịu tải-tuyệt vời của nó. Trên-cần cẩu hạng nặng trong kho hậu cần, bộ truyền xích con lăn có thể dễ dàng truyền mô-men xoắn hàng trăm Newton mét, giúp nâng hàng hóa theo phương thẳng đứng. Tuy nhiên, xích cần được bôi trơn và bảo dưỡng thường xuyên, nếu không, bước xích có thể dài hơn do mòn, ảnh hưởng đến độ chính xác của bộ truyền động và thậm chí gây đứt xích.
Hộp số bánh răng trục có đặc điểm tự khóa-độc nhất và thường được sử dụng trong những trường hợp cần bảo trì vị trí. Ví dụ, bệ quay của robot phun sử dụng hộp số bánh răng sâu để tự động khóa vị trí của nó trong trường hợp mất điện, ngăn ngừa tai nạn an toàn do vô tình vung súng phun. Nhưng hiệu suất truyền tải của nó tương đối thấp, thường khoảng 70% -80%.
Hợp tác thiết kế hệ thống truyền tải
Hệ thống truyền động của robot công nghiệp sáu trục là sự tích hợp của nhiều công nghệ. Động cơ servo cung cấp công suất đầu ra, bộ giảm tốc chịu trách nhiệm giảm tốc độ và tăng mô-men xoắn, và các bộ phận như bánh răng và khớp nối hoàn thành việc truyền tải điện và chuyển đổi chuyển động.
Các bộ phận khác nhau chọn sơ đồ truyền động khác nhau dựa trên đặc điểm tải: đế robot thường sử dụng bộ giảm tốc RV, có cấu trúc nhỏ gọn và có thể chịu được mô-men xoắn lên tới 1500N · m; Do không gian hạn chế ở khu vực cổ tay nên các bộ giảm tốc điều hòa thường được sử dụng, có âm lượng chỉ bằng một-so với các bộ giảm tốc RV có cùng thông số kỹ thuật nhưng có thể đạt được độ chính xác định vị là ± 15 phút cung; Bộ tác động cuối có thể được điều khiển bằng đai đồng bộ vi mô để đáp ứng các yêu cầu chuyển động linh hoạt và nhẹ.
Trên dây chuyền lắp ráp ô tô, thiết kế hệ thống truyền động của một mẫu robot nhất định có tính đại diện cao: đế sử dụng cấu trúc khe hở bánh răng kép, giúp loại bỏ phản ứng ngược của bánh răng thông qua việc siết chặt trước và đạt được độ quay phản ứng bằng không; Cánh tay trên sử dụng cặp vít bi và dẫn hướng tuyến tính để đạt được vị trí ở mức milimet cho chuyển động tuyến tính; Bộ giảm tốc điều hòa của khớp cổ tay, kết hợp với vòng bi-có độ chính xác cao, có thể đạt được mức điều chỉnh tinh tế ± 0,02 độ .
Cân bằng hiệu suất và chi phí
Việc thiết kế hệ thống truyền động robot công nghiệp luôn cân bằng giữa độ chính xác, tuổi thọ và chi phí. Lỗi truyền động của bộ giảm tốc điều hòa có độ chính xác cao-có thể được kiểm soát trong vòng 1 phút cung, nhưng cấu trúc bánh xe linh hoạt phức tạp dẫn đến chi phí sản xuất cao và đòi hỏi phải sử dụng vật liệu thép hợp kim đặc biệt. Trong lĩnh vực sản xuất chất bán dẫn, chi phí bảo trì hàng năm của bộ giảm sóng hài cho robot xử lý tấm bán dẫn lên tới 300.000 nhân dân tệ, chiếm 40% tổng chi phí bảo trì thiết bị.
Đối với các ứng dụng công nghiệp nói chung, các kỹ sư chú trọng hơn đến hiệu quả chi phí{0}}. Bằng cách tối ưu hóa quy trình xử lý nhiệt bánh răng, sử dụng vật liệu-có khả năng chống mài mòn cao và kết hợp với mỡ bôi trơn-có tuổi thọ cao, chu kỳ bảo trì có thể kéo dài đến hơn 3000 giờ. Robot hàn điểm trong một xưởng hàn ô tô nào đó đã được cải tiến để có thể vận hành liên tục-không có lỗi trong 20000 giờ, giúp giảm hiệu quả chi phí bảo trì khi ngừng hoạt động.
Việc bảo trì và bảo dưỡng đúng cách là rất quan trọng để kéo dài tuổi thọ của hệ thống truyền động. Một nhà máy chế biến thực phẩm nào đó thực hiện nghiêm túc hệ thống thay dầu bôi trơn hộp giảm tốc sau mỗi 2000 giờ. Một robot xếp hàng đã hoạt động liên tục trong 8 năm mà vẫn duy trì hiệu suất tốt, dài hơn 30% so với chu kỳ bảo trì thông thường.
Xu hướng phát triển công nghệ
Với sự phát triển của tự động hóa công nghiệp, các hệ thống truyền động cơ khí đang phát triển theo hướng thông minh và tích hợp. Bộ giảm tốc thông minh có-cảm biến tích hợp có thể theo dõi nhiệt độ, độ rung và các thông số khác trong thời gian thực, đồng thời tải dữ liệu lên hệ thống quản lý thông qua công nghệ IoT để đạt được mục tiêu bảo trì dự đoán. Việc áp dụng vật liệu tự bôi trơn giúp kéo dài thời gian bảo trì của các bộ phận truyền động lên hơn 10000 giờ.
Thiết kế tích hợp tích hợp các thành phần như động cơ, bộ giảm tốc, bộ mã hóa, v.v. vào một mô-đun. Trong khi giảm 40% khối lượng mô-đun chung của một thương hiệu robot cộng tác nhất định, nó cũng tích hợp chức năng phản hồi mô-men xoắn, cho phép con người-hợp tác với máy móc an toàn hơn. Việc ứng dụng những công nghệ tiên tiến này đang thúc đẩy sự phát triển của hệ thống truyền động robot công nghiệp hướng tới hiệu suất cao hơn và chi phí thấp hơn.