מודול המשותף של הרובוט הוא יחידת הביצוע המרכזית של רובוטים תעשייתיים, האחראי על פונקציות מפתח כגון העברת כוח, התאמת גישה ובקרת דיוק. הרכבו קובע ישירות את כושר העומס של הרובוט, דיוק התנועה, מהירות התגובה והאמינות. מודולים מפרקים בדרגה תעשייתית מתוכננים בדרך כלל בצורה משולבת (שונה ממבנים מפוצלים בדרגה אזרחית או מחקרית), וניתן לחלק את רכיבי הליבה שלהם לארבעה מודולים: מבנה מכני, מערכת הנעה, מערכת משוב חישה, מערכת שימון והגנה. כל מודול עובד יחד כדי להשיג לולאה סגורה-שלמה של "בקרת דיוק של המרת תנועת הספק". להלן פירוק מפורט:
1, מודול מבנה מכני (נושא-עומס ליבה והעברת תנועה)
המבנה המכני הוא הבסיס הפיזי של המודול המשותף, שצריך לעמוד בשלוש הדרישות של "קשיחות גבוהה, קל משקל ודיוק-גבוה" בו זמנית. מרכיבי הליבה כוללים:
1. מפחית הרמוני/מפחית RV (רכיב תמסורת ליבה)
פונקציה: המר את תפוקת המומנט-במהירות הנמוכה של המנוע למומנט-במהירות גבוהה, תוך הבטחת דיוק וקשיחות ההילוכים. זוהי "ליבת הגברת ההספק" של המודול המשותף.
סוגים ותרחישי יישומים:
מפחית הרמוני: מורכב מחולל גלים, גלגלים גמישים וגלגלים קשיחים, עם טווח יחס העברה של 50-320 ומרווח חזרה של פחות או שווה לדקת קשת אחת. הוא קל משקל, קומפקטי במבנהו ומתאים למפרקים כמו האמה והשורש של רובוטי עומס קטנים ובינוניים (עם עומס של 10-50 ק"ג);
מפחית רכבי פנאי: מורכב מגלגל שיכה ציקלואידי, מנשא פלנטרי ובית גלגלי שיניים מחט, עם טווח יחס העברה של 30-120 ומרווח חזרה של פחות או שווה ל-0.5 דקות קשת. יש לו קשיחות חזקה ועמידות בפני פגיעות יוצאת דופן, והוא מתאים למפרקים מרכזיים כמו בסיס, בום וכתפיים של רובוטים כבדים (עם עומס של מעל 50 ק"ג).
2. פיר יציאת מנוע וצימוד
ציר פלט מנוע: עשוי מפלדת סגסוגת חוזק- גבוה, משטח מטופל בפחמימות ומרווה כדי להבטיח עמידות בפני שחיקה וחוזק פיתול, מחובר בקשיחות לקצה הקלט של המפחית;
צימוד: משמש כדי לפצות על שגיאת הקואקסיאליות בין פיר המנוע לבין פיר הכניסה של המפחית, הוא מחולק לחיבורים קשיחים (כגון חיבורי מפתח, שרוולי הרחבה) ומצמדים אלסטיים (כגון רפידות גומי, סוגי צינורות גליים). צימודים קשיחים נמצאים בשימוש נפוץ ברובוטים תעשייתיים כדי למנוע פיגור שידור.
3. מעטפת ואוגן התקנה
מעטפת: עשוי מסגסוגת אלומיניום, סגסוגת אלומיניום מתאימה לדרישות קלות משקל, וברזל יצוק מתאים לתרחישים של קשיחות גבוהה; העיצוב הפנימי של המעטפת כולל תא התקנת מפחית, מושב התקנת מנוע, חריץ להתקנת חיישן, וצלעות פיזור חום שמורות חיצוניות וחריצי איטום;
אוגן התקנה: באמצעות ממשקים סטנדרטיים לחיבור מודולי מפרקים ומקטעי זרועות רובוטים, משטח האוגן מעובד במדויק (שטוח פחות או שווה ל-0.01 מ"מ) כדי להבטיח דיוק בהתקנה.
4. רכיבי גל פלט ומיסב
פיר פלט: מחובר לקצה הפלט של המפחית, משמש להעברת מומנט לקטע זרוע הרובוט, המשטח צריך להיות מדויק במכונה, והקצה מתוכנן עם מפתח, חור הברגה או ממשק שרוול הרחבה;
רכיבי מיסבים: בדרך כלל משתמשים במיסבים צולבים או במיסבים הרמוניים. למיסבי גלילה צולבים יש יכולת נשיאת עומס- חזקה (עומס מרוכב רדיאלי+צירי) וקשיחות גבוהה. מיסבים הרמוניים מתאימים להתאמת מצמצמים הרמוניים, ורמת הדיוק של המיסבים צריכה להגיע ל-P4 ומעלה כדי להבטיח דיוק בסיבוב המפרק.
2, מודול מערכת כונן (תפוקת כוח ולבת בקרה)
מערכת ההנעה מספקת כוח למודול המפרק, ומשיגה התאמה מדויקת של המהירות והמומנט. מרכיבי הליבה כוללים:
1. מנוע סרוו (מקור כוח)
סוג: המודולים המשותפים של רובוטים תעשייתיים משתמשים כולם במנועי סרוו סינכרוניים מגנט קבוע, בעלי המאפיינים של צפיפות הספק גבוהה, מהירות תגובה גבוהה, אינרציה נמוכה וכו'. לפי שיטת ההתקנה, הם מחולקים לסוג פנימי (המנוע והמפחית משולבים במארז) וסוג חיצוני (המנוע מחובר לבית באמצעות אוגן);
פרמטרים מרכזיים: הספק נקוב (100W-15kW), מהירות מדורגת (3000-6000 סל"ד), אינרציה של הרוטור (0.01-0.5 ק"ג · מ"ר), קבוע מומנט (0.1-5N · m/A), להתאמה ליחס ההעברה של תיבת ההילוכים (מומנט תפוקת מנוע x יחס תפוקת העברה=משותף).
2. כונן סרוו (יחידת בקרה)
פונקציה: קבלת הוראות בקרה (אותות מיקום, מהירות, מומנט) מהמחשב העליון (בקר רובוט), פלט אותות PWM באמצעות ויסות PID כדי להניע את מנוע הסרוו לפעולה, ולהשיג פונקציות הגנה כגון זרם יתר, מתח יתר, עומס יתר והתחממות יתר;
טכנולוגיית ליבה: תומך במצב מיקום (שליטה בזווית סיבוב המפרק), מצב מהירות (שליטה במהירות המפרק) ומצב מומנט (שליטה במומנט המוצא). כמה מנהלי התקנים-מתקדמים משלבים תיבות הילוכים אלקטרוניות, דיכוי רעידות ואלגוריתמי בקרה אדפטיביים כדי לשפר את חלקות התנועה והדיוק.
3. כבלי חשמל וממשקים
כבל חשמל: הוא מעביר את אותות אספקת החשמל התלת--פאזי (U/V/W) ואת אותות הבלמים של מנוע הסרוו, באמצעות כבלים גמישים (עם התנגדות כיפוף של יותר או שווה ל-10 מיליון פעמים), וחומר העור החיצוני הוא PVC או PUR, עם עמידות בשמן, עמידות בפני שחיקה ומאפיינים נגד-הפרעות;
ממשק: תוך אימוץ ממשק סטנדרטי תעשייתי, ממשק הכוח וממשק האות מתוכננים בנפרד כדי למנוע הפרעות אלקטרומגנטיות.
3, מודול מערכת משוב חיישן (בקרת דיוק וניטור מצב)
מערכת המשוב של החיישנים אוספת-נתונים בזמן אמת על מיקום המפרק, מהירות, מומנט וכו', מה שמספק בסיס לבקרת-לולאה סגורה ומהווה את המפתח להבטחת דיוק תנועת הרובוט. מרכיבי הליבה כוללים:
1. חיישן מיקום (רכיב משוב ליבה)
סוג: המיינסטרים מאמץ מקודדים בעלי ערך מוחלט, המחולקים לסוגים פוטו-אלקטריים, מגנטו חשמליים וקיבוליים. ברובוטים תעשייתיים, נעשה שימוש בעיקר במקודדי ערך אבסולוטי פוטו-אלקטרי (רזולוציה גדולה מ-17 סיביות או שווה ל-17 סיביות, חלק מהמוצרים הגבוהים- עד 25 סיביות);
שיטת התקנה: מותקן ישירות בזנב של מנוע הסרוו (כדי לזהות את מהירות המנוע), או מחובר דרך פיר הפלט של המפחית (כדי לזהות ישירות את המיקום בפועל של המפרק ולחסל שגיאות שידור);
פונקציה: פלט בזמן אמת של מידע מיקום מוחלט (ערך זווית) של מפרקים. המחשב העליון מחשב את שגיאת המיקום בהתבסס על נתונים אלה ומתאים את מצב הפעולה של מנוע הסרוו כדי להבטיח דיוק מיקום משותף (דיוק מיקום חוזר קטן מ-0.02 מ"מ או שווה לו).
2. חיישן מהירות
בדרך כלל משולב עם חיישני מיקום (כגון פונקציית מדידת המהירות של מקודדים), מהירות המשותפת מחושבת על ידי זיהוי התדירות של אות הדופק של המקודד. כמה מודולים משותפים-מתקדמים יתקינו בנוסף חיישני הול או מחוללי מהירות כדי לשפר את דיוק זיהוי המהירות במהלך פעולה-במהירות נמוכה.
3. חיישן מומנט (רכיב אופציונלי)
פונקציה: זיהוי מומנט המוצא של מפרקים לצורך ניטור עומס, זיהוי התנגשות ופעולות בקרת כוח (כגון הרכבה וליטוש);
סוגים: מד מתח, מגנטו אלסטי ואופטי. חיישני מומנט של מד מתח הם בעלי עלות נמוכה ודיוק גבוה (± 0.5% FS), והם הבחירה המרכזית לרובוטים תעשייתיים. הם מותקנים בין פיר הפלט וחלק הזרוע או בתוך המפחית.
4. חיישני טמפרטורה וחיישני רעידות
חיישן טמפרטורה: מותקן על מתפתל המנוע ובבית המפחית כדי לזהות את טמפרטורת הרכיב. כאשר הטמפרטורה עולה על הסף (בדרך כלל 80-100 מעלות), כונן הסרוו מפעיל הגנת התחממות יתר;
חיישן רטט: שימוש בחיישן תאוצה לזיהוי משרעת ותדירות הרטט במהלך פעולה משותפת, המשמש להתרעת תקלות (כגון בלאי מפחית, נזק למיסבים), המוגדר רק במודולי מפרק רובוט תעשייתי-מתקדמים.
4, מודול מערכת סיכה והגנה (הבטחת אמינות)
מערכת הסיכה וההגנה משמשת להארכת חיי השירות של מודולים מפרקים ולהסתגלות לסביבות קשות באתרי תעשייה. מרכיבי הליבה כוללים:
1. רכיבי שימון
חומר סיכה: גריז מיוחד עם אינדקס צמיגות גבוה, מאפיינים נגד-בלאי ואנטי-הזדקנות משמש למפחית, ושמן סיכה או גריז משמשים למיסב מנוע;
מבנה סיכה: המפחית מתוכנן עם חורי הזרקת שמן וחורי פריקת שמן בפנים, וחלק מהמוצרים הגבוהים- מצוידים במערכות סיכה אוטומטיות (הזרקת שמן מתוזמנת וכמותית). חלון תצפית שומני סיכה שמור מחוץ לבית לתחזוקה קלה.
2. איטום רכיבים
איטום סטטי: שימוש בטבעת O- ואטם שטוח לחיבור בין המעטפת והאוגן, המנוע והמעטפת, כדי למנוע דליפת שמן סיכה ואבק מלהיכנס;
איטום דינמי: באמצעות אטמי שמן שלד וטבעות איטום בצורת V-, המשמשות לחלקים המסתובבים של פיר הפלט והבית. אטמי שמן שלד מתאימים לתרחישים במהירות בינונית ונמוכה-.
3. ציפוי מגן ומבנה פיזור חום
ציפוי מגן: פני המעטפת מטופלים באנודיזציה (סגסוגת אלומיניום) וצביעה (ברזל יצוק), שיש לו מאפיינים עמידים בפני-קורוזיה ובלאי-. חלק מהמוצרים משתמשים בציפוי בעל שלוש הוכחות (תרסיס נגד מלח, נגד לחות, נגד עובש), מתאים לסביבות סדנאות חיצוניות או קשות;
מבנה פיזור חום: בית המנוע מתוכנן עם צלעות פיזור חום, וכמה מודולים של מפרקים-בהספק גבוה מצוידים במאווררי פיזור חום או בתעלות מקוררות- במים כדי להבטיח טמפרטורה יציבה של המנוע והנהג במהלך-פעולה ארוכת טווח.