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Créé le 09.11
Technologie clé et application du robot industriel
1. Technologies clés dans la conception du corps du robot
(1) Conception de la structure de transmission
Développer le schéma de conception global, déterminer la configuration structurelle du robot, et réaliser la conception préliminaire de la structure de transmission, la conception de la structure des composants et la modélisation 3D. Les concepteurs doivent avoir une connaissance approfondie des configurations structurelles courantes des robots, des principes et mécanismes de transmission standard, ainsi que des types et caractéristiques des réducteurs. Une solide capacité de conception structurelle et une expérience pratique sont essentielles.
(2) Sélection du réducteur
Les ingénieurs doivent avoir une compréhension approfondie des types de réducteurs et des paramètres de performance, et être capables de sélectionner, calculer et vérifier le réducteur approprié. Des tests et une validation des réducteurs sont également requis, couvrant des paramètres clés incluant le bruit, les vibrations, le couple de sortie, la rigidité torsionnelle, le jeu, la précision de positionnement répétable et la précision de positionnement absolue.
Les vibrations du réducteur provoquent directement des oscillations de l'effecteur terminal et réduisent la précision de trajectoire du robot. Parmi les nombreuses causes de vibration du réducteur, la résonance est l'un des problèmes les plus courants. Les fabricants de robots doivent maîtriser des méthodes éprouvées pour supprimer ou éviter la résonance.
(3) Sélection du moteur
Les ingénieurs doivent avoir une compréhension globale des caractéristiques de fonctionnement du moteur et être capables de calculer et de vérifier le couple, la puissance et l'adaptation d'inertie du moteur.
(4) Analyse de simulation
Effectuer une analyse de simulation statique et dynamique pour vérifier la sélection des moteurs et des réducteurs, contrôler la résistance et la rigidité des composants du corps, réduire le poids global, améliorer l'efficacité opérationnelle et diminuer les coûts de fabrication. L'analyse modale du modèle 3D et le calcul de la fréquence propre sont essentiels pour identifier et supprimer la résonance.
(5) Conception de fiabilité
- La conception structurelle suit le principe de conception viable la plus simple ;
- Les pièces moulées en fonte utilisent de la fonte ductile pour ses excellentes propriétés mécaniques globales ; les pièces moulées en aluminium utilisent des alliages de moulage à haute fluidité produits par moulage en coquille ;
- Des instructions détaillées du processus d'assemblage sont fournies, et des tests au niveau des composants et sur un seul axe sont effectués pendant l'assemblage ;
- Après l'assemblage complet, des tests de performance de la machine complète et des tests d'endurance sont effectués ;
- L'indice de protection de la machine entière est optimisé, et la capacité d'anti-interférence de l'armoire électrique est renforcée pour garantir un fonctionnement fiable dans divers environnements de travail.
2. Technologies clés des systèmes moteur et servo
(1) Conception du moteur
① Conception légère
Pour les applications robotiques, la taille et le poids du moteur sont des paramètres extrêmement sensibles. Une technologie clé consiste à améliorer l'efficacité des servomoteurs et à réduire leur taille et leur poids grâce à la recherche sur des matériaux magnétiques à haute performance, une conception d'optimisation intégrée et des techniques avancées de traitement et d'assemblage.
② Capacité à haute vitesse
Lorsque le rapport de réduction ne peut pas être ajusté de manière significative, la vitesse maximale du moteur détermine directement la vitesse de l'effecteur terminal et le temps de cycle de travail du robot. De plus, un rapport de vitesse insuffisant affecte négativement l'appariement d'inertie. Par conséquent, augmenter la vitesse maximale du moteur est une technologie critique pour les moteurs de robots.
③ Conception à entraînement direct et arbre creux
Avec la maturité et l'adoption croissantes des robots collaboratifs, la demande de structures robotiques légères et compactes ne cesse d'augmenter. Le développement de moteurs robotiques spécialisés — tels que les moteurs à entraînement direct à couple élevé et les moteurs à arbre creux de type disque — représente une tendance clé pour l'avenir.
(2) Technologie de servocommande
① Réponse rapide et positionnement précis
Le temps de réponse du servomoteur affecte directement les performances de démarrage et d'arrêt rapides du robot, ce qui détermine à son tour l'efficacité globale du travail et le temps de cycle.
② Détection de collision élastique sans capteur
La sécurité est un indicateur de performance critique pour les robots. L'ajout de capteurs de force ou de couple augmente la complexité structurelle et le coût. La technologie de collision élastique sans capteur, basée sur la relation de couplage de courant entre l'encodeur et le moteur, peut améliorer la sécurité du robot sans modifier la structure du corps ni augmenter le coût.
③ Entraînement et commande intégrés
Technologie d'intégration d'entraînement multi-axes — dotée de CPU multicœurs et d'une architecture combinée de commande d'entraînement — améliore les performances du système tout en réduisant le volume et le coût de l'entraînement.
④ Suppression en ligne adaptative des broutements
La structure en porte-à-faux des robots industriels est sujette au broutement lors des mouvements coordonnés multi-axes, des opérations à forte charge et des cycles rapides de démarrage-arrêt. La rigidité du corps du robot doit être adaptée aux paramètres de rigidité servo du moteur — une rigidité excessive provoque des vibrations, tandis qu'une rigidité insuffisante entraîne une réponse de démarrage-arrêt languissante. Étant donné que la rigidité du robot varie selon les différentes positions, postures et charges d'outillage, une valeur de rigidité servo prédéfinie fixe ne peut satisfaire toutes les conditions de travail.
La technologie de suppression en ligne adaptative des broutements fournit une stratégie de contrôle intelligente qui ne nécessite aucun réglage manuel des paramètres, équilibrant l'adaptation de rigidité et la suppression des broutements pour réduire efficacement les vibrations de l'effecteur terminal et améliorer la précision de positionnement.
3. Technologies clés de contrôle
(1) Résolution de mouvement et planification de trajectoire
Les algorithmes avancés de résolution de mouvement et de planification de trajectoire optimale améliorent considérablement la précision de mouvement et l'efficacité de travail du robot.
(2) Compensation dynamique
Les robots industriels polyvalents présentent une structure en porte-à-faux série avec une rigidité relativement faible, des schémas de mouvement complexes et une tendance à se déformer et à vibrer pendant le fonctionnement. L'amélioration des performances dynamiques et de la précision de mouvement nécessite que le système de contrôle établisse un modèle dynamique pour une compensation en temps réel, comprenant :
- Compensation de gravité
- Compensation d'inertie
- Compensation de frottement
- Compensation de couplage
(3) Compensation de calibration
En raison des tolérances d'usinage et des erreurs d'assemblage, le robot réel s'écarte inévitablement du modèle mathématique théorique, ce qui réduit à la fois la précision du TCP et la précision de la trajectoire. Cela est particulièrement critique dans des applications telles que le soudage et la programmation hors ligne. La solution consiste à détecter et calibrer les paramètres du modèle du robot pour restaurer la précision.
(4) Packages de processus complets
Le système de contrôle doit être étroitement aligné sur les applications d'ingénierie réelles. Au-delà des mises à niveau continues du système et de l'extension des fonctionnalités, il est essentiel de développer et d'affiner des packages de processus spécifiques aux applications en fonction des besoins industriels. Cette approche permet d'accumuler l'expertise des processus industriels, rendant l'opération plus pratique pour les clients, plus simple à exécuter et plus efficace en production.
4. Scénarios d'application clés
(1) Palettisation
Dans les usines de divers secteurs, des robots de palettisation hautement automatisés sont largement déployés. La palettisation manuelle est une tâche exigeante en main-d'œuvre et physiquement éprouvante — les travailleurs subissent une contrainte physique importante tout en atteignant une efficacité relativement faible. En fonction des caractéristiques des objets transportés et de leurs points de classification désignés, le robot de palettisation peut effectuer une manutention efficace et catégorisée tout en préservant la forme et l'intégrité des produits. Cela permet aux équipements d'emballage d'accomplir des tâches d'empilage à des cadences de plusieurs centaines d'unités par heure, jouant un rôle essentiel dans le déchargement des lignes de production et les opérations de manutention de conteneurs.
(2) Soudage
Les robots de soudage effectuent principalement des tâches de soudage automatisées. Les différentes industries ont des exigences de soudage variées, ce qui a conduit au développement de robots de soudage spécialisés, notamment des robots de soudage par points, des robots de soudage à l'arc et des robots de soudage laser. L'industrie de la fabrication automobile est le plus grand et le plus répandu des utilisateurs de robots de soudage, où ces machines offrent des avantages inégalés en termes de difficulté de soudage, de volume de soudage et de cohérence de la qualité de soudage.
(3) Assemblage
Dans la production industrielle, l'assemblage de composants est une tâche massive qui nécessite traditionnellement une main-d'œuvre importante. L'assemblage manuel a été progressivement remplacé par des robots industriels en raison de son taux d'erreur élevé et de sa faible efficacité. Le développement des robots d'assemblage intègre de multiples technologies, notamment les technologies de communication, le contrôle automatique, les principes optiques et la microélectronique. Les ingénieurs programment le robot en fonction du processus d'assemblage spécifique et l'appliquent aux tâches d'assemblage désignées. Les caractéristiques déterminantes des robots d'assemblage sont une grande précision d'installation, une flexibilité exceptionnelle et une longue durée de vie. Compte tenu de la complexité et de la précision requises dans les travaux d'assemblage, ces robots sont particulièrement bien adaptés à l'assemblage de composants électroniques et à l'installation de pièces automobiles de précision.
(4) Inspection et détection
Les robots dotés de capacités de détection multidimensionnelles peuvent remplacer les travailleurs humains dans des rôles spécialisés et dangereux. Les applications incluent :
- Inspection des zones à haut risque — zones contaminées par des radiations nucléaires, environnements toxiques et zones dangereuses inconnues ;
- Détection des emplacements inaccessibles — inspection interne de l'anatomie des patients dans les environnements médicaux, détection de défauts industriels et opérations de recherche et sauvetage sur les sites de catastrophes tels que les zones sismiques.
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