Le module d'articulation du robot est l'unité d'exécution centrale des robots industriels, responsable de fonctions clés telles que la transmission de puissance, l'ajustement d'attitude et le contrôle de précision. Sa composition détermine directement la capacité de charge, la précision des mouvements, la vitesse de réponse et la fiabilité du robot. Les modules communs de qualité industrielle sont généralement conçus de manière intégrée (différente des structures divisées de qualité civile ou de recherche), et leurs composants principaux peuvent être divisés en quatre modules : structure mécanique, système d'entraînement, système de rétroaction de détection, système de lubrification et de protection. Chaque module fonctionne ensemble pour réaliser une boucle fermée complète-de "contrôle de précision de conversion de mouvement d'entrée de puissance". Voici un démontage détaillé :
1, module de structure mécanique (support de charge principal-et transmission de mouvement)
La structure mécanique constitue la base physique du module d'articulation, qui doit répondre simultanément aux trois exigences : "transmission de haute rigidité, légèreté et haute-précision". Les composants de base comprennent :
1. Réducteur d'harmoniques/réducteur RV (composant de transmission principal)
Fonction : Convertit le couple de sortie à faible vitesse et à haute-du moteur en couple élevé à basse-vitesse, tout en garantissant la précision et la rigidité de la transmission. C'est le « noyau d'amplification de puissance » du module commun.
Types et scénarios d'application :
Réducteur d'harmoniques : composé d'un générateur d'ondes, de roues flexibles et de roues rigides, avec une plage de rapport de transmission de 50-320 et un jeu de retour inférieur ou égal à 1 minute d'arc. Il est léger, de structure compacte et adapté aux articulations telles que l'avant-bras et le poignet des robots à charge de petite et moyenne taille (avec une charge de 10 à 50 kg) ;
Réducteur RV : composé d'un moulinet cycloïdal, d'un support planétaire et d'un boîtier d'engrenage à aiguilles, avec une plage de rapport de transmission de 30-120 et un jeu de retour inférieur ou égal à 0,5 minute d'arc. Il présente une forte rigidité et une résistance aux chocs exceptionnelle et convient aux articulations clés telles que la base, la flèche et les épaules des robots lourds (avec une charge supérieure à 50 kg).
2. Arbre de sortie du moteur et accouplement
Arbre de sortie du moteur : fabriqué en acier allié à haute résistance-, surface traitée par carburation et trempe pour garantir la résistance à l'usure et à la torsion, relié rigidement à l'extrémité d'entrée du réducteur ;
Accouplement : utilisé pour compenser l'erreur de coaxialité entre l'arbre du moteur et l'arbre d'entrée du réducteur, il est divisé en accouplements rigides (tels que les connexions à clé, les manchons d'expansion) et les accouplements élastiques (tels que les patins en caoutchouc, les types de tubes ondulés). Les accouplements rigides sont couramment utilisés dans les robots industriels pour éviter le décalage de transmission.
3. Coque et bride d'installation
Coque : fabriquée en alliage d'aluminium, l'alliage d'aluminium convient aux exigences de légèreté et la fonte convient aux scénarios de rigidité élevée ; La conception interne de la coque comprend une chambre d'installation du réducteur, un siège d'installation du moteur, une rainure d'installation du capteur et des nervures de dissipation thermique et des rainures d'étanchéité externes réservées ;
Bride d'installation : à l'aide d'interfaces standard pour connecter les modules de joint et les segments de bras de robot, la surface de la bride est usinée avec précision (planéité inférieure ou égale à 0,01 mm) pour garantir la précision de l'installation.
4. Arbre de sortie et composants de roulement
Arbre de sortie : connecté à l'extrémité de sortie du réducteur, utilisé pour transmettre le couple à la section du bras du robot, la surface doit être usinée avec précision et l'extrémité est conçue avec une rainure de clavette, un trou fileté ou une interface de manchon d'expansion ;
Composants de roulement : Des roulements à rouleaux croisés ou des roulements harmoniques sont généralement utilisés. Les roulements à rouleaux croisés ont une forte capacité de charge - (charge composite radiale + axiale) et une rigidité élevée. Les roulements harmoniques conviennent aux réducteurs harmoniques correspondants, et le niveau de précision des roulements doit atteindre P4 ou plus pour garantir la précision de la rotation du joint.
2, module du système d'entraînement (puissance de sortie et noyau de contrôle)
Le système d'entraînement fournit de la puissance au module commun, permettant un réglage précis de la vitesse et du couple. Les composants de base comprennent :
1. Servomoteur (source d'alimentation)
Type : Les modules communs des robots industriels utilisent tous des servomoteurs synchrones à aimant permanent, qui présentent les caractéristiques d'une densité de puissance élevée, d'une vitesse de réponse élevée, d'une faible inertie, etc. Selon la méthode d'installation, ils sont divisés en type interne (le moteur et le réducteur sont intégrés dans le boîtier) et type externe (le moteur est connecté au boîtier par une bride) ;
Paramètres clés : puissance nominale (100 W-15 kW), vitesse nominale (3 000-6 000 tr/min), inertie du rotor (0,01-0,5 kg · m²), constante de couple (0,1-5 N · m/A), à adapter au rapport de transmission de la boîte de vitesses (couple de sortie du moteur x rapport de transmission=couple de sortie du joint).
2. Servomoteur (unité de commande)
Fonction : recevoir des instructions de contrôle (signaux de position, de vitesse, de couple) de l'ordinateur supérieur (contrôleur de robot), émettre des signaux PWM via la régulation PID pour faire fonctionner le servomoteur et réaliser des fonctions de protection telles que la surintensité, la surtension, la surcharge et la surchauffe ;
Technologie de base : prend en charge le mode position (contrôle de l'angle de rotation de l'articulation), le mode vitesse (contrôle de la vitesse de l'articulation) et le mode couple (contrôle du couple de sortie). Certains pilotes haut de gamme intègrent des boîtes de vitesses électroniques, une suppression des vibrations et des algorithmes de contrôle adaptatif pour améliorer la fluidité et la précision des mouvements.
3. Câbles d'alimentation et interfaces
Câble d'alimentation : il transmet l'alimentation triphasée (U/V/W) et les signaux de freinage du servomoteur, à l'aide de câbles flexibles (avec une résistance à la flexion supérieure ou égale à 10 millions de fois), et le matériau de la peau extérieure est en PVC ou en PUR, avec des caractéristiques de résistance à l'huile, à l'usure et anti- ;
Interface : adoptant une interface standard industrielle, l'interface d'alimentation et l'interface de signal sont conçues séparément pour éviter les interférences électromagnétiques.
3, module du système de retour de capteur (contrôle de précision et surveillance de l'état)
Le système de retour des capteurs collecte des-données en temps réel sur la position des articulations, la vitesse, le couple, etc., fournissant une base pour le contrôle en boucle fermée-et constitue la clé pour garantir la précision des mouvements du robot. Les composants de base comprennent :
1. Capteur de position (composant de rétroaction principal)
Type : Le courant dominant adopte des codeurs à valeur absolue, qui sont divisés en types photoélectriques, magnétoélectriques et capacitifs. Dans les robots industriels, les codeurs photoélectriques à valeur absolue sont principalement utilisés (résolution supérieure ou égale à 17 bits, certains produits haut de gamme -jusqu'à 25 bits) ;
Méthode d'installation : directement installé à la queue du servomoteur (pour détecter la vitesse du moteur), ou couplé via l'arbre de sortie du réducteur (pour détecter directement la position réelle du joint et éliminer les erreurs de transmission) ;
Fonction : Sortie en temps réel des informations de position absolue (valeur d'angle) des articulations. L'ordinateur supérieur calcule l'erreur de position sur la base de ces données et ajuste l'état de fonctionnement du servomoteur pour garantir la précision du positionnement des articulations (précision de positionnement répétée inférieure ou égale à ± 0,02 mm).
2. Capteur de vitesse
Généralement intégrée à des capteurs de position (comme la fonction de mesure de vitesse des encodeurs), la vitesse commune est calculée en détectant la fréquence du signal d'impulsion de l'encodeur. Certains modules communs haut de gamme installeront en outre des capteurs à effet Hall ou des générateurs de vitesse pour améliorer la précision de la détection de vitesse lors d'un fonctionnement à faible vitesse-.
3. Capteur de couple (composant en option)
Fonction : Détecter le couple de sortie des joints pour les opérations de surveillance de la charge, de détection des collisions et de contrôle de la force (telles que l'assemblage et le polissage) ;
Types : Jauge de contrainte, magnéto-élastique et optique. Les capteurs de couple à jauge de contrainte ont un faible coût et une grande précision (± 0,5 % FS) et constituent le choix courant pour les robots industriels. Ils sont installés entre l'arbre de sortie et la section du bras ou à l'intérieur du réducteur.
4. Capteurs de température et capteurs de vibrations
Capteur de température : installé sur l'enroulement du moteur et le boîtier du réducteur pour détecter la température des composants. Lorsque la température dépasse le seuil (généralement 80-100 degrés), le servomoteur déclenche une protection contre la surchauffe ;
Capteur de vibrations : utilisation d'un capteur d'accélération pour détecter l'amplitude et la fréquence des vibrations pendant le fonctionnement des articulations, utilisé pour l'avertissement de défauts (tels que l'usure du réducteur, l'endommagement des roulements), configuré uniquement dans les modules d'articulation de robots industriels-haut de gamme.
4, module du système de lubrification et de protection (assurance fiabilité)
Le système de lubrification et de protection permet de prolonger la durée de vie des modules de joint et de s'adapter aux environnements difficiles des sites industriels. Les composants de base comprennent :
1. Composants de lubrification
Lubrifiant : une graisse spéciale avec un indice de viscosité élevé, des caractéristiques anti-usure et anti-vieillissement est utilisée pour le réducteur, et de l'huile lubrifiante ou de la graisse est utilisée pour le roulement du moteur ;
Structure de lubrification : le réducteur est conçu avec des trous d'injection d'huile et des trous d'évacuation d'huile à l'intérieur, et certains -produits haut de gamme sont équipés de systèmes de lubrification automatique (injection d'huile chronométrée et quantitative). Une fenêtre d'observation de la graisse lubrifiante est réservée à l'extérieur du boîtier pour faciliter l'entretien.
2. Composants d'étanchéité
Étanchéité statique : utilisation d'un joint torique- et d'un joint plat pour la connexion entre la coque et la bride, le moteur et la coque, pour empêcher les fuites d'huile lubrifiante et la pénétration de poussière ;
Étanchéité dynamique : utilisation de joints d'huile squelettiques et de bagues d'étanchéité en forme de V-, utilisés pour les parties rotatives de l'arbre de sortie et du boîtier. Les joints d'huile squelette conviennent aux scénarios de vitesse moyenne et basse-.
3. Revêtement protecteur et structure de dissipation thermique
Revêtement protecteur : la surface de la coque est traitée par anodisation (alliage d'aluminium) et peinture (fonte), qui présente des caractéristiques anti-corrosion et de résistance à l'usure-. Certains produits utilisent un revêtement triple résistance (anti brouillard salin, anti humidité, anti moisissure), adapté aux environnements extérieurs ou d'atelier difficiles ;
Structure de dissipation thermique : le boîtier du moteur est conçu avec des nervures de dissipation thermique, et certains modules de joint haute-puissance sont équipés de ventilateurs de dissipation thermique ou de canaux-refroidis par eau pour garantir une température stable du moteur et du pilote pendant un fonctionnement à long-terme.