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Creato il 09.11
Tecnologia chiave e applicazione del robot industriale
1. Tecnologie chiave nella progettazione del corpo del robot
(1) Progettazione della struttura di trasmissione
Sviluppare lo schema di progettazione complessivo, determinare la configurazione strutturale del robot ed eseguire la progettazione preliminare della struttura di trasmissione, la progettazione della struttura dei componenti e la modellazione 3D. I progettisti devono avere una conoscenza approfondita delle comuni configurazioni strutturali dei robot, dei principi e dei meccanismi di trasmissione standard, nonché dei tipi e delle caratteristiche dei riduttori. Sono essenziali una solida capacità di progettazione strutturale e un'esperienza pratica.
(2) Selezione del riduttore
Gli ingegneri devono avere una conoscenza approfondita dei tipi di riduttore e dei parametri prestazionali, ed essere in grado di selezionare, calcolare e verificare il riduttore appropriato. È inoltre richiesto il collaudo e la validazione dei riduttori, coprendo parametri chiave tra cui rumorosità, vibrazioni, coppia di uscita, rigidità torsionale, gioco, precisione di posizionamento ripetuto e precisione di posizionamento assoluto.
Le vibrazioni del riduttore causano direttamente oscillazioni dell'effettore finale e riducono la precisione della traiettoria del robot. Tra le molte cause di vibrazione del riduttore, la risonanza è uno dei problemi più comuni. I produttori di robot devono padroneggiare metodi comprovati per sopprimere o evitare la risonanza.
(3) Selezione del motore
Gli ingegneri devono avere una comprensione completa delle caratteristiche operative del motore ed essere in grado di calcolare e verificare coppia, potenza e adattamento dell'inerzia del motore.
(4) Analisi di simulazione
Condurre analisi di simulazione statica e dinamica per verificare la selezione di motori e riduttori, controllare la resistenza e la rigidità dei componenti del corpo, ridurre il peso complessivo, migliorare l'efficienza operativa e abbassare i costi di produzione. L'analisi modale del modello 3D e il calcolo della frequenza naturale sono essenziali per identificare e sopprimere la risonanza.
(5) Progettazione dell'affidabilità
- La progettazione strutturale segue il principio della soluzione più semplice possibile;
- I getti del corpo utilizzano ghisa duttile per le sue eccellenti proprietà meccaniche complessive; i getti in alluminio utilizzano leghe da fonderia ad alta fluidità prodotte tramite colata in conchiglia;
- Vengono fornite istruzioni dettagliate sul processo di assemblaggio e durante l'assemblaggio vengono eseguiti test a livello di componente e su singolo asse;
- Dopo l'assemblaggio completo, vengono eseguiti test completi delle prestazioni della macchina e test di durata;
- Il grado di protezione dell'intera macchina è ottimizzato e la capacità anti-interferenza del quadro elettrico è potenziata per garantire un funzionamento affidabile in diversi ambienti di lavoro.
2. Tecnologie chiave nei sistemi motore e servo
(1) Progettazione del motore
① Progettazione leggera
Per le applicazioni robotiche, le dimensioni e il peso del motore sono parametri estremamente sensibili. Una tecnologia chiave consiste nel migliorare l'efficienza dei servomotori e ridurre dimensioni e peso attraverso la ricerca su materiali magnetici ad alte prestazioni, la progettazione integrata ottimizzata e tecniche avanzate di lavorazione e assemblaggio.
② Capacità ad alta velocità
Quando il rapporto di riduzione non può essere regolato in modo significativo, la velocità massima del motore determina direttamente la velocità dell'effettore finale e il tempo del ciclo di lavoro del robot. Inoltre, un rapporto di velocità insufficiente influisce negativamente sull'abbinamento dell'inerzia. Pertanto, aumentare la velocità massima del motore è una tecnologia critica per i motori dei robot.
③ Azionamento diretto e design ad albero cavo
Con la crescente maturità e adozione dei robot collaborativi, la domanda di strutture robotiche leggere e compatte continua a crescere. Lo sviluppo di motori specializzati per robot — come i motori a trasmissione diretta ad alta coppia e i motori a disco con albero cavo — rappresenta una tendenza chiave per il futuro.
(2) Tecnologia dei servoazionamenti
① Risposta rapida e posizionamento preciso
Il tempo di risposta del servo influisce direttamente sulle prestazioni di avvio e arresto rapidi del robot, che a loro volta determinano l'efficienza complessiva e il tempo di ciclo.
② Rilevamento di collisioni elastiche senza sensori
La sicurezza è un indicatore prestazionale critico per i robot. L'aggiunta di sensori di forza o coppia aumenta la complessità strutturale e i costi. La tecnologia di collisione elastica senza sensori, basata sulla relazione di accoppiamento di corrente tra encoder e motore, può migliorare la sicurezza del robot senza modificare la struttura del corpo o aumentare i costi.
③ Azionamento e controllo integrati
Tecnologia di integrazione multi-asse per azionamenti — con CPU multi-core e architettura combinata di controllo degli azionamenti — migliora le prestazioni del sistema riducendo al contempo volume e costo degli azionamenti.
④ Soppressione adattiva online del chatter
La struttura a sbalzo dei robot industriali è soggetta a vibrazioni durante il movimento coordinato multiasse, le operazioni con carichi pesanti e i cicli rapidi di avvio-arresto. La rigidità del corpo del robot deve essere abbinata ai parametri di rigidità servo del motore — una rigidità eccessiva causa vibrazioni, mentre una rigidità insufficiente comporta una risposta lenta all'avvio e all'arresto. Poiché la rigidità del robot varia in base alle diverse posizioni, posture e carichi degli utensili, un valore di rigidità servo preimpostato fisso non può soddisfare tutte le condizioni operative.
La tecnologia di soppressione adattiva online del chatter fornisce una strategia di controllo intelligente che non richiede regolazione manuale dei parametri, bilanciando l'adattamento della rigidità e la soppressione del chatter per ridurre efficacemente il jitter dell'effettore finale e migliorare la precisione di posizionamento.
3. Tecnologie chiave di controllo
(1) Risoluzione del moto e pianificazione della traiettoria
Algoritmi avanzati di risoluzione del moto e pianificazione ottimale del percorso migliorano significativamente la precisione di movimento e l'efficienza operativa del robot.
(2) Compensazione dinamica
I robot industriali di uso generale presentano una struttura a sbalzo seriale con rigidità relativamente bassa, schemi di movimento complessi e una tendenza a deformarsi e vibrare durante il funzionamento. Migliorare le prestazioni dinamiche e la precisione di movimento richiede che il sistema di controllo stabilisca un modello dinamico per la compensazione in tempo reale, tra cui:
- Compensazione della gravità
- Compensazione dell'inerzia
- Compensazione dell'attrito
- Compensazione dell'accoppiamento
(3) Compensazione della calibrazione
A causa delle tolleranze di lavorazione e degli errori di assemblaggio, il robot reale inevitabilmente si discosta dal modello matematico teorico, riducendo sia la precisione del TCP che la precisione della traiettoria. Ciò è particolarmente critico in applicazioni come la saldatura e la programmazione offline. La soluzione prevede il rilevamento e la calibrazione dei parametri del modello del robot per ripristinare la precisione.
(4) Pacchetti di processo completi
Il sistema di controllo deve essere strettamente allineato con le applicazioni ingegneristiche reali. Oltre agli aggiornamenti continui del sistema e all'espansione delle funzionalità, è essenziale sviluppare e perfezionare pacchetti di processo specifici per l'applicazione in base alle esigenze industriali. Questo approccio aiuta ad accumulare competenze sui processi industriali, rendendo l'operazione più conveniente per i clienti, più semplice da eseguire e più efficiente in produzione.
4. Scenari applicativi chiave
(1) Palletizzazione
Nelle fabbriche di diversi settori, i robot di pallettizzazione altamente automatizzati sono ampiamente impiegati. La pallettizzazione manuale è ad alta intensità di manodopera e fisicamente impegnativa — i lavoratori affrontano un notevole sforzo fisico ottenendo al contempo un'efficienza relativamente bassa. In base alle caratteristiche degli oggetti trasportati e ai loro punti di classificazione designati, il robot di pallettizzazione può eseguire una movimentazione efficiente e categorizzata, mantenendo al contempo la forma e l'integrità dei prodotti. Ciò consente alle attrezzature di imballaggio di completare le attività di impilamento a velocità di centinaia di unità all'ora, svolgendo un ruolo vitale nelle operazioni di scarico delle linee di produzione e di movimentazione dei container.
(2) Saldatura
I robot di saldatura eseguono principalmente compiti di saldatura automatizzata. Le diverse industrie hanno requisiti di saldatura variabili, portando allo sviluppo di robot di saldatura specializzati tra cui robot per saldatura a punti, robot per saldatura ad arco e robot per saldatura laser. L'industria manifatturiera automobilistica è il più grande e diffuso utilizzatore di robot di saldatura, dove queste macchine offrono vantaggi impareggiabili in termini di difficoltà di saldatura, volume di saldatura e coerenza della qualità della saldatura.
(3) Assemblaggio
Nella produzione industriale, l'assemblaggio dei componenti è un'impresa enorme che tradizionalmente richiede molta manodopera. L'assemblaggio manuale è stato gradualmente sostituito dai robot industriali a causa del suo alto tasso di errore e della bassa efficienza. Lo sviluppo dei robot di assemblaggio integra molteplici tecnologie, tra cui la tecnologia di comunicazione, il controllo automatico, i principi ottici e la microelettronica. Gli ingegneri programmano il robot in base al processo di assemblaggio specifico e lo applicano ai compiti di assemblaggio designati. Le caratteristiche distintive dei robot di assemblaggio sono l'elevata precisione di installazione, l'eccezionale flessibilità e la lunga durata. Data la complessità e la precisione richieste nel lavoro di assemblaggio, questi robot sono particolarmente adatti per l'assemblaggio di componenti elettronici e l'installazione di parti automobilistiche di precisione.
(4) Ispezione e rilevamento
Robot dotati di capacità di rilevamento multidimensionale possono sostituire i lavoratori umani in ruoli specializzati e pericolosi. Le applicazioni includono:
- Ispezione di aree ad alto rischio — zone contaminate nucleari, ambienti tossici e aree pericolose sconosciute;
- Rilevamento di luoghi inaccessibili — ispezione interna dell'anatomia del paziente in ambito medico, rilevamento di difetti industriali e operazioni di ricerca e soccorso in siti di disastri come zone sismiche.
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