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Creado 09.11
Tecnología clave y aplicación del robot industrial
1. Tecnologías clave en el diseño del cuerpo del robot
(1) Diseño de la estructura de transmisión
Desarrollar el esquema de diseño general, determinar la configuración estructural del robot y llevar a cabo el diseño preliminar de la estructura de transmisión, el diseño de la estructura de los componentes y el modelado 3D. Se requiere que los diseñadores tengan un conocimiento profundo de las configuraciones estructurales comunes de los robots, los principios y mecanismos de transmisión estándar, así como los tipos y características de los reductores. Son esenciales una sólida capacidad de diseño estructural y experiencia práctica.
(2) Selección del reductor
Los ingenieros deben tener un conocimiento exhaustivo de los tipos de reductores y los parámetros de rendimiento, y ser capaces de seleccionar, calcular y verificar el reductor adecuado. También se requiere la prueba y validación de los reductores, cubriendo parámetros clave que incluyen ruido, vibración, par de salida, rigidez torsional, juego, precisión de posicionamiento repetitivo y precisión de posicionamiento absoluto.
La vibración del reductor causa directamente el temblor del efector final y reduce la precisión de la trayectoria del robot. Entre las muchas causas de vibración del reductor, la resonancia es uno de los problemas más comunes. Los fabricantes de robots deben dominar métodos probados para suprimir o evitar la resonancia.
(3) Selección del motor
Los ingenieros deben tener un conocimiento exhaustivo de las características de funcionamiento del motor y ser capaces de calcular y verificar el par, la potencia y la coincidencia de inercia del motor.
(4) Análisis de simulación
Realizar análisis de simulación estática y dinámica para verificar la selección de motores y reductores, comprobar la resistencia y rigidez de los componentes del cuerpo, reducir el peso total, mejorar la eficiencia operativa y disminuir los costos de fabricación. El análisis modal del modelo 3D y el cálculo de la frecuencia natural son esenciales para identificar y suprimir la resonancia.
(5) Diseño de Confiabilidad
- El diseño estructural sigue el principio de diseño viable más simple;
- Las piezas fundidas de hierro para carrocería utilizan hierro fundido dúctil por sus excelentes propiedades mecánicas integrales; las piezas fundidas de aluminio utilizan aleaciones de fundición de alta fluidez producidas mediante fundición en molde permanente;
- Se proporcionan instrucciones detalladas del proceso de ensamblaje, y se realizan pruebas a nivel de componente y de eje único durante el ensamblaje;
- Después del ensamblaje completo, se llevan a cabo pruebas de rendimiento de la máquina completa y pruebas de resistencia;
- Se optimiza el grado de protección de la máquina completa y se mejora la capacidad antiinterferencia del gabinete eléctrico para garantizar un funcionamiento fiable en diversos entornos de trabajo.
2. Tecnologías clave en sistemas de motor y servo
(1) Diseño del motor
① Diseño ligero
Para aplicaciones robóticas, el tamaño y el peso del motor son parámetros extremadamente sensibles. Una tecnología clave es mejorar la eficiencia del servomotor y reducir el tamaño y el peso mediante la investigación de materiales magnéticos de alto rendimiento, el diseño de optimización integrada y técnicas avanzadas de procesamiento y ensamblaje.
② Capacidad de alta velocidad
Cuando la relación de reducción no se puede ajustar significativamente, la velocidad máxima del motor determina directamente la velocidad del efector final y el tiempo del ciclo de trabajo del robot. Además, una relación de velocidad insuficiente afecta negativamente la coincidencia de inercia. Por lo tanto, aumentar la velocidad máxima del motor es una tecnología crítica para los motores de robots.
③ Diseño de accionamiento directo y eje hueco
Con la creciente madurez y adopción de los robots colaborativos, la demanda de estructuras robóticas ligeras y compactas sigue aumentando. El desarrollo de motores especializados para robots —como los motores de accionamiento directo de alto par y los motores de eje hueco tipo disco— representa una tendencia clave para el futuro.
(2) Tecnología de accionamiento servo
① Respuesta rápida y posicionamiento preciso
El tiempo de respuesta del servo afecta directamente el rendimiento de arranque y parada rápidos del robot, lo que a su vez determina la eficiencia general del trabajo y el tiempo de ciclo.
② Detección de colisión elástica sin sensores
La seguridad es un indicador de rendimiento crítico para los robots. Agregar sensores de fuerza o par aumenta la complejidad estructural y el costo. La tecnología de colisión elástica sin sensores, basada en la relación de acoplamiento de corriente entre el codificador y el motor, puede mejorar la seguridad del robot sin modificar la estructura del cuerpo ni aumentar el costo.
③ Accionamiento y control integrados
Tecnología de integración de accionamiento multieje — con CPU multinúcleo y arquitectura combinada de control de accionamiento — mejora el rendimiento del sistema mientras reduce el volumen y el costo del accionamiento.
④ Supresión adaptativa en línea de vibraciones por chatter
La estructura en voladizo de los robots industriales es propensa al chatter durante el movimiento coordinado de múltiples ejes, las operaciones con cargas pesadas y los ciclos rápidos de arranque y parada. La rigidez del cuerpo del robot debe coincidir con los parámetros de rigidez del servomotor: una rigidez excesiva provoca vibraciones, mientras que una rigidez insuficiente da como resultado una respuesta de arranque y parada lenta. Dado que la rigidez del robot varía según las diferentes posiciones, posturas y cargas de utillaje, un valor de rigidez del servo preestablecido fijo no puede satisfacer todas las condiciones de trabajo.
La tecnología de supresión adaptativa en línea de vibraciones por chatter proporciona una estrategia de control inteligente que no requiere ajuste manual de parámetros, equilibrando la coincidencia de rigidez y la supresión de vibraciones por chatter para reducir eficazmente el jitter del efector final y mejorar la precisión de posicionamiento.
3. Tecnologías clave de control
(1) Resolución de movimiento y planificación de trayectorias
Los algoritmos avanzados de resolución de movimiento y planificación óptima de rutas mejoran significativamente la precisión de movimiento y la eficiencia de trabajo del robot.
(2) Compensación dinámica
Los robots industriales de propósito general presentan una estructura de voladizo en serie con una rigidez relativamente baja, patrones de movimiento complejos y una tendencia a deformarse y vibrar durante la operación. Mejorar el rendimiento dinámico y la precisión del movimiento requiere que el sistema de control establezca un modelo dinámico para la compensación en tiempo real, que incluye:
- Compensación de gravedad
- Compensación de inercia
- Compensación de fricción
- Compensación de acoplamiento
(3) Compensación de calibración
Debido a las tolerancias de mecanizado y los errores de ensamblaje, el robot real inevitablemente se desvía del modelo matemático teórico, lo que reduce tanto la precisión del TCP como la precisión de la trayectoria. Esto es particularmente crítico en aplicaciones como la soldadura y la programación fuera de línea. La solución implica detectar y calibrar los parámetros del modelo del robot para restaurar la precisión.
(4) Paquetes de procesos integrales
El sistema de control debe estar estrechamente alineado con las aplicaciones de ingeniería del mundo real. Más allá de las actualizaciones continuas del sistema y la expansión de funciones, es esencial desarrollar y refinar paquetes de procesos específicos para cada aplicación según las necesidades industriales. Este enfoque ayuda a acumular experiencia en procesos industriales, haciendo que la operación sea más conveniente para los clientes, más simple de ejecutar y más eficiente en la producción.
4. Escenarios clave de aplicación
(1) Paletización
En fábricas de diversos sectores industriales, se despliegan ampliamente robots paletizadores altamente automatizados. El paletizado manual es intensivo en mano de obra y físicamente exigente: los trabajadores enfrentan un esfuerzo físico considerable mientras logran una eficiencia relativamente baja. Basándose en las características de los objetos transportados y sus puntos de clasificación designados, el robot paletizador puede realizar una manipulación eficiente y categorizada mientras mantiene la forma y la integridad de los productos. Esto permite que los equipos de empaque completen tareas de apilamiento a velocidades de cientos de unidades por hora, desempeñando un papel vital en las operaciones de descarga de líneas de producción y manipulación de contenedores.
(2) Soldadura
Los robots de soldadura realizan principalmente tareas de soldadura automatizadas. Diferentes industrias tienen requisitos de soldadura variados, lo que ha llevado al desarrollo de robots de soldadura especializados, incluyendo robots de soldadura por puntos, robots de soldadura por arco y robots de soldadura láser. La industria de fabricación automotriz es el usuario más grande y extendido de robots de soldadura, donde estas máquinas ofrecen ventajas inigualables en dificultad de soldadura, volumen de soldadura y consistencia de la calidad de soldadura.
(3) Ensamblaje
En la producción industrial, el ensamblaje de componentes es una tarea masiva que tradicionalmente requiere una cantidad significativa de mano de obra. El ensamblaje manual ha sido reemplazado gradualmente por robots industriales debido a su alta tasa de error y baja eficiencia. El desarrollo de robots de ensamblaje integra múltiples tecnologías, incluyendo tecnología de comunicación, control automático, principios ópticos y microelectrónica. Los ingenieros programan el robot de acuerdo con el proceso de ensamblaje específico y lo aplican a las tareas de ensamblaje designadas. Las características definitorias de los robots de ensamblaje son una alta precisión de instalación, una flexibilidad excepcional y una larga vida útil. Dada la complejidad y precisión requeridas en el trabajo de ensamblaje, estos robots son especialmente adecuados para el ensamblaje de componentes electrónicos y la instalación de piezas automotrices de precisión.
(4) Inspección y Detección
Los robots equipados con capacidades de detección multidimensional pueden reemplazar a los trabajadores humanos en roles especializados y peligrosos. Las aplicaciones incluyen:
- Inspección de zonas de alto riesgo — zonas con contaminación nuclear, entornos tóxicos y áreas peligrosas desconocidas;
- Detección de ubicaciones inaccesibles — inspección interna de la anatomía del paciente en entornos médicos, detección de defectos industriales y operaciones de búsqueda y rescate en sitios de desastre como zonas sísmicas.
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