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Criado em 09.11
Tecnologia chave e aplicação de robô industrial
1. Tecnologias-Chave no Design do Corpo do Robô
(1) Design da Estrutura de Transmissão
Desenvolver o esquema de design geral, determinar a configuração estrutural do robô e realizar o design preliminar da estrutura de transmissão, o design da estrutura dos componentes e a modelagem 3D. Os designers devem ter conhecimento aprofundado das configurações estruturais comuns de robôs, princípios e mecanismos de transmissão padrão, bem como os tipos e características dos redutores. Forte capacidade de design estrutural e experiência prática são essenciais.
(2) Seleção do Redutor
Os engenheiros devem ter um conhecimento profundo dos tipos de redutores e parâmetros de desempenho, e ser capazes de selecionar, calcular e verificar o redutor adequado. Também é necessário realizar testes e validação de redutores, abrangendo parâmetros-chave incluindo ruído, vibração, torque de saída, rigidez torcional, folga, precisão de posicionamento repetitivo e precisão de posicionamento absoluto.
A vibração do redutor causa diretamente oscilação no efetuador final e reduz a precisão da trajetória do robô. Entre as muitas causas de vibração do redutor, a ressonância é um dos problemas mais comuns. Os fabricantes de robôs devem dominar métodos comprovados para suprimir ou evitar a ressonância.
(3) Seleção do Motor
Os engenheiros devem ter um conhecimento abrangente das características de operação do motor e ser capazes de calcular e verificar o torque, a potência e a correspondência de inércia do motor.
(4) Análise de Simulação
Realizar análise de simulação estática e dinâmica para verificar a seleção de motores e redutores, verificar a resistência e rigidez dos componentes do corpo, reduzir o peso geral, melhorar a eficiência operacional e diminuir os custos de fabricação. A análise modal do modelo 3D e o cálculo da frequência natural são essenciais para identificar e suprimir ressonância.
(5) Design de Confiabilidade
- O design estrutural segue o princípio do design mais simples viável;
- As fundições de ferro para o corpo utilizam ferro fundido dúctil pelas suas excelentes propriedades mecânicas globais; as fundições de alumínio utilizam ligas de fundição de alta fluidez produzidas por fundição em molde permanente;
- São fornecidas instruções detalhadas do processo de montagem e são realizados testes ao nível dos componentes e de eixo único durante a montagem;
- Após a montagem completa, são realizados testes de desempenho da máquina completa e testes de resistência;
- A classificação de proteção da máquina inteira é otimizada, e a capacidade de anti-interferência do painel elétrico é aprimorada para garantir operação confiável em diversos ambientes de trabalho.
2. Tecnologias-Chave em Sistemas de Motor e Servo
(1) Design do Motor
① Design Leve
Para aplicações robóticas, o tamanho e o peso do motor são parâmetros extremamente sensíveis. Uma tecnologia fundamental é melhorar a eficiência do servomotor e reduzir o tamanho e o peso por meio de pesquisa em materiais magnéticos de alto desempenho, design de otimização integrada e técnicas avançadas de processamento e montagem.
② Capacidade de Alta Velocidade
Quando a relação de redução não pode ser ajustada significativamente, a velocidade máxima do motor determina diretamente a velocidade do efetuador final e o tempo de ciclo de trabalho do robô. Além disso, uma relação de velocidade insuficiente afeta negativamente a correspondência de inércia. Portanto, aumentar a velocidade máxima do motor é uma tecnologia crítica para motores de robôs.
③ Design de Acionamento Direto e Eixo Oco
Com a crescente maturidade e adoção de robôs colaborativos, a demanda por estruturas de robôs leves e compactas continua a aumentar. O desenvolvimento de motores especializados para robôs — como motores de acionamento direto de alto torque e motores de eixo oco tipo disco — representa uma tendência chave para o futuro.
(2) Tecnologia de Acionamento Servo
① Resposta Rápida e Posicionamento Preciso
O tempo de resposta do servo afeta diretamente o desempenho de partida e parada rápida do robô, o que por sua vez determina a eficiência geral do trabalho e o tempo de ciclo.
② Detecção de Colisão Elástica sem Sensor
A segurança é um indicador de desempenho crítico para robôs. Adicionar sensores de força ou torque aumenta a complexidade estrutural e o custo. A tecnologia de colisão elástica sem sensor, baseada na relação de acoplamento de corrente entre o encoder e o motor, pode melhorar a segurança do robô sem modificar a estrutura do corpo ou aumentar o custo.
③ Acionamento e Controle Integrados
Tecnologia de integração de acionamento multi-eixo — apresentando CPUs multi-núcleo e arquitetura combinada de controle de acionamento — melhora o desempenho do sistema enquanto reduz o volume e o custo do acionamento.
④ Supressão Adaptativa de Chatter Online
A estrutura em balanço dos robôs industriais é propensa a vibrações durante o movimento coordenado multi-eixos, operações de carga pesada e ciclos rápidos de partida e parada. A rigidez do corpo do robô deve ser compatível com os parâmetros de rigidez do servo do motor — rigidez excessiva causa vibração, enquanto rigidez insuficiente resulta em resposta lenta de partida e parada. Como a rigidez do robô varia em diferentes posições, posturas e cargas de ferramentas, um valor fixo de rigidez do servo pré-definido não pode satisfazer todas as condições de trabalho.
A tecnologia de supressão adaptativa de chatter online fornece uma estratégia de controle inteligente que não requer ajuste manual de parâmetros, equilibrando a correspondência de rigidez e a supressão de chatter para efetivamente reduzir a vibração do efetuador final e melhorar a precisão de posicionamento.
3. Tecnologias-Chave de Controle
(1) Resolução de Movimento e Planejamento de Trajetória
Algoritmos avançados de resolução de movimento e planejamento de caminho ótimo melhoram significativamente a precisão de movimento e a eficiência de trabalho do robô.
(2) Compensação Dinâmica
Os robôs industriais de uso geral apresentam uma estrutura em balanço serial com rigidez relativamente baixa, padrões de movimento complexos e tendência a deformar e vibrar durante a operação. Melhorar o desempenho dinâmico e a precisão do movimento exige que o sistema de controle estabeleça um modelo dinâmico para compensação em tempo real, incluindo:
- Compensação de gravidade
- Compensação de inércia
- Compensação de atrito
- Compensação de acoplamento
(3) Compensação de Calibração
Devido a tolerâncias de usinagem e erros de montagem, o robô real inevitavelmente se desvia do modelo matemático teórico, reduzindo tanto a precisão do TCP quanto a precisão da trajetória. Isso é particularmente crítico em aplicações como soldagem e programação offline. A solução envolve detectar e calibrar os parâmetros do modelo do robô para restaurar a precisão.
(4) Pacotes de Processos Abrangentes
O sistema de controle deve estar intimamente alinhado com aplicações de engenharia do mundo real. Além de atualizações contínuas do sistema e expansão de recursos, é essencial desenvolver e refinar pacotes de processos específicos para aplicações com base nas necessidades industriais. Essa abordagem ajuda a acumular experiência em processos industriais, tornando a operação mais conveniente para os clientes, mais simples de executar e mais eficiente na produção.
4. Principais Cenários de Aplicação
(1) Paletização
Em fábricas de diversos setores, robôs paletizadores altamente automatizados são amplamente implantados. A paletização manual é intensiva em mão de obra e fisicamente exigente — os trabalhadores enfrentam grande desgaste físico enquanto alcançam uma eficiência relativamente baixa. Com base nas características dos objetos transportados e seus pontos de classificação designados, o robô paletizador pode realizar um manuseio eficiente e categorizado, mantendo a forma e a integridade dos produtos. Isso permite que os equipamentos de empacotamento completem tarefas de empilhamento a taxas de centenas de unidades por hora, desempenhando um papel vital nas operações de descarga de linhas de produção e manuseio de contêineres.
(2) Soldagem
Os robôs de soldagem realizam principalmente tarefas de soldagem automatizadas. Diferentes indústrias têm requisitos de soldagem variados, levando ao desenvolvimento de robôs de soldagem especializados, incluindo robôs de soldagem por pontos, robôs de soldagem a arco e robôs de soldagem a laser. A indústria de fabricação automotiva é o maior e mais amplo usuário de robôs de soldagem, onde essas máquinas oferecem vantagens incomparáveis em dificuldade de soldagem, volume de soldagem e consistência da qualidade da soldagem.
(3) Montagem
Na produção industrial, a montagem de componentes é uma tarefa massiva que tradicionalmente exige muita mão de obra. A montagem manual foi gradualmente substituída por robôs industriais devido à sua alta taxa de erro e baixa eficiência. O desenvolvimento de robôs de montagem integra múltiplas tecnologias, incluindo tecnologia de comunicação, controle automático, princípios ópticos e microeletrônica. Os engenheiros programam o robô de acordo com o processo de montagem específico e o aplicam às tarefas de montagem designadas. As características definidoras dos robôs de montagem são alta precisão de instalação, flexibilidade excepcional e longa vida útil. Dada a complexidade e a precisão exigidas no trabalho de montagem, esses robôs são especialmente adequados para a montagem de componentes eletrônicos e a instalação de peças automotivas de precisão.
(4) Inspeção e Detecção
Robôs equipados com capacidades de deteção multidimensional podem substituir trabalhadores humanos em funções especializadas e perigosas. As aplicações incluem:
- Inspeção de zonas de alto risco — zonas contaminadas nuclearmente, ambientes tóxicos e áreas perigosas desconhecidas;
- Deteção de locais inacessíveis — inspeção interna da anatomia do paciente em contextos médicos, deteção de defeitos industriais e operações de busca e salvamento em locais de catástrofe, como zonas sísmicas.
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