الوحدة المشتركة للروبوت هي وحدة التنفيذ الأساسية للروبوتات الصناعية، وهي مسؤولة عن الوظائف الرئيسية مثل نقل الطاقة، وتعديل الوضع، والتحكم الدقيق. ويحدد تكوينه بشكل مباشر سعة تحميل الروبوت ودقة الحركة وسرعة الاستجابة والموثوقية. عادة ما يتم تصميم الوحدات المشتركة من الدرجة الصناعية بطريقة متكاملة (تختلف عن الهياكل المقسمة المدنية أو البحثية)، ويمكن تقسيم مكوناتها الأساسية إلى أربع وحدات: الهيكل الميكانيكي، ونظام القيادة، ونظام التغذية المرتدة الاستشعار، ونظام التشحيم والحماية. تعمل كل وحدة معًا لتحقيق حلقة مغلقة كاملة-من "التحكم الدقيق في تحويل حركة مدخلات الطاقة". وفيما يلي التفكيك التفصيلي:
1، وحدة الهيكل الميكانيكي (الحمل الأساسي-المحمل ونقل الحركة)
الهيكل الميكانيكي هو الأساس المادي للوحدة المشتركة، والتي تحتاج إلى تلبية المتطلبات الثلاثة "الصلابة العالية، وخفة الوزن، وناقل الحركة-العالي الدقة" في وقت واحد. المكونات الأساسية تشمل:
1. المخفض التوافقي / مخفض RV (مكون النقل الأساسي)
الوظيفة: تحويل خرج عزم الدوران المنخفض-عالي السرعة للمحرك إلى عزم دوران عالي السرعة-عالي السرعة، مع ضمان دقة وصلابة النقل. إنه "قلب تضخيم الطاقة" للوحدة المشتركة.
أنواع وسيناريوهات التطبيق:
المخفض التوافقي: يتكون من مولد موجة، وعجلات مرنة، وعجلات صلبة، مع نطاق نسبة نقل يبلغ 50-320 وخلوص عودة أقل من أو يساوي 1 دقيقة قوسية. إنها خفيفة الوزن وصغيرة الحجم ومناسبة للمفاصل مثل الساعد والمعصم لروبوتات التحميل الصغيرة والمتوسطة الحجم (مع حمولة 10-50 كجم) ؛
مخفض RV: يتكون من دولاب الهواء الدائري، والحامل الكوكبي، ومبيت تروس الإبرة، مع نطاق نسبة نقل يبلغ 30-120 وخلوص عودة أقل من أو يساوي 0.5 دقيقة قوسية. إنه يتمتع بصلابة قوية ومقاومة رائعة للصدمات، وهو مناسب للمفاصل الرئيسية مثل القاعدة، وذراع الرافعة، وأكتاف الروبوتات الثقيلة (مع حمولة تزيد عن 50 كجم).
2. عمود إخراج المحرك والاقتران
عمود إخراج المحرك: مصنوع من سبائك فولاذية عالية القوة-، وتمت معالجة سطحه بالكربنة والتبريد لضمان مقاومة التآكل وقوة الالتواء، ومتصل بشكل صارم بطرف إدخال المخفض؛
الاقتران: يستخدم للتعويض عن خطأ المحورية بين عمود المحرك وعمود الإدخال للمخفض، وهو مقسم إلى وصلات صلبة (مثل الوصلات الرئيسية وأكمام التمدد) ووصلات مرنة (مثل الوسادات المطاطية وأنواع الأنابيب المموجة). تُستخدم أدوات التوصيل الصلبة بشكل شائع في الروبوتات الصناعية لتجنب تأخر الإرسال.
3. شل وشفة التثبيت
الهيكل الخارجي: مصنوع من سبائك الألومنيوم، وسبائك الألومنيوم مناسبة لمتطلبات الوزن الخفيف، والحديد الزهر مناسب لسيناريوهات الصلابة العالية؛ يشتمل التصميم الداخلي للقشرة على غرفة تركيب مخفض، ومقعد تركيب المحرك، وأخدود تركيب المستشعر، وأضلاع تبديد الحرارة الخارجية المحجوزة وأخاديد الختم؛
شفة التثبيت: باستخدام الواجهات القياسية لتوصيل وحدات المفاصل وقطاعات ذراع الروبوت، يتم تشكيل سطح الحافة بدقة (التسطيح أقل من أو يساوي 0.01 مم) لضمان دقة التثبيت.
4. عمود الإخراج ومكونات المحمل
عمود الخرج: متصل بنهاية الخرج للمخفض، يستخدم لنقل عزم الدوران إلى قسم ذراع الروبوت، يحتاج السطح إلى تشكيل دقيق، والنهاية مصممة بمجرى المفتاح، أو الفتحة الملولبة أو واجهة غلاف التوسيع؛
مكونات المحامل: عادة ما يتم استخدام المحامل المتقاطعة أو المحامل التوافقية. تتمتع المحامل المتقاطعة بقدرة تحمل قوية- (حمل مركب شعاعي + محوري) وصلابة عالية. المحامل التوافقية مناسبة لمطابقة المخفضات التوافقية، ويجب أن يصل مستوى دقة المحامل إلى P4 أو أعلى لضمان دقة دوران المفصل.
2، وحدة نظام القيادة (إخراج الطاقة وقلب التحكم)
يوفر نظام القيادة الطاقة للوحدة المشتركة، مما يحقق ضبطًا دقيقًا للسرعة وعزم الدوران. المكونات الأساسية تشمل:
1. محرك سيرفو (مصدر الطاقة)
النوع: تستخدم جميع الوحدات المشتركة للروبوتات الصناعية محركات مؤازرة متزامنة ذات مغناطيس دائم، والتي تتميز بخصائص كثافة الطاقة العالية، وسرعة الاستجابة العالية، والقصور الذاتي المنخفض، وما إلى ذلك. وفقًا لطريقة التثبيت، يتم تقسيمها إلى نوع داخلي (يتم دمج المحرك والمخفض في الهيكل) ونوع خارجي (يتم توصيل المحرك بالإسكان من خلال شفة)؛
المعلمات الرئيسية: الطاقة المقدرة (100 وات - 15 كيلو وات)، والسرعة المقدرة (3000 - 6000 دورة في الدقيقة)، والقصور الذاتي للدوار (0.01 - 0.5 كجم · م ²)، وثبات عزم الدوران (0.1 - 5 نيوتن · م / أ)، لتتوافق مع نسبة ناقل الحركة في علبة التروس (عزم دوران المحرك الناتج × نسبة النقل =عزم الدوران الناتج المشترك).
2. محرك سيرفو (وحدة التحكم)
الوظيفة: تلقي تعليمات التحكم (الموضع، والسرعة، وإشارات عزم الدوران) من الكمبيوتر العلوي (وحدة تحكم الروبوت)، وإخراج إشارات PWM من خلال تنظيم PID لدفع محرك سيرفو للعمل، وتحقيق وظائف الحماية مثل التيار الزائد، والجهد الزائد، والحمل الزائد، وارتفاع درجة الحرارة؛
التقنية الأساسية: تدعم وضع الوضع (التحكم في زاوية دوران المفصل)، ووضع السرعة (التحكم في سرعة المفصل)، ووضع عزم الدوران (التحكم في عزم الدوران الناتج). تدمج بعض برامج التشغيل المتطورة-صناديق التروس الإلكترونية، وقمع الاهتزاز، وخوارزميات التحكم التكيفية لتحسين سلاسة الحركة ودقتها.
3. كابلات الطاقة والواجهات
كابل الطاقة: ينقل مصدر الطاقة -ثلاثي الطور (U/V/W) وإشارات الفرامل للمحرك المؤازر، باستخدام كابلات مرنة (مع مقاومة انحناء أكبر من أو تساوي 10 ملايين مرة)، وتكون مادة الغلاف الخارجي PVC أو PUR، مع مقاومة الزيت، ومقاومة التآكل، وخصائص مضادة للتداخل-.
الواجهة: اعتماد واجهة قياسية صناعية، تم تصميم واجهة الطاقة وواجهة الإشارة بشكل منفصل لتجنب التداخل الكهرومغناطيسي.
3 ، وحدة نظام ردود الفعل الاستشعار (التحكم الدقيق ومراقبة الحالة)
يقوم نظام ردود فعل المستشعر بجمع بيانات في الوقت الفعلي-حول موضع المفصل والسرعة وعزم الدوران وما إلى ذلك، مما يوفر أساسًا للتحكم في الحلقة-المغلقة وهو المفتاح لضمان دقة حركة الروبوت. المكونات الأساسية تشمل:
1. مستشعر الموضع (مكون التغذية الراجعة الأساسي)
النوع: يستخدم الاتجاه السائد أجهزة ترميز القيمة المطلقة، والتي تنقسم إلى أنواع كهروضوئية، وكهربائية مغناطيسية، وأنواع سعوية. في الروبوتات الصناعية، تُستخدم أجهزة تشفير القيمة المطلقة الكهروضوئية بشكل أساسي (دقة أكبر من أو تساوي 17 بت، وبعض المنتجات-عالية الجودة تصل إلى 25 بت)؛
طريقة التثبيت: مثبتة مباشرة في ذيل محرك سيرفو (للكشف عن سرعة المحرك)، أو مقترنة من خلال عمود الخرج للمخفض (للكشف المباشر عن الموضع الفعلي للمفصل والقضاء على أخطاء النقل)؛
الوظيفة: إخراج معلومات الموقع المطلقة (قيمة الزاوية) للمفاصل في الوقت الحقيقي. يقوم الكمبيوتر العلوي بحساب خطأ الموضع بناءً على هذه البيانات وضبط حالة تشغيل محرك سيرفو لضمان دقة تحديد موضع المفصل (دقة تحديد الموضع المتكررة أقل من أو تساوي ± 0.02 مم).
2. مستشعر السرعة
عادة ما يتم دمجها مع أجهزة استشعار الموضع (مثل وظيفة قياس السرعة لأجهزة التشفير)، ويتم حساب سرعة المفصل عن طريق الكشف عن تردد إشارة نبض التشفير. ستقوم بعض الوحدات المشتركة-المتطورة أيضًا بتثبيت مستشعرات Hall أو مولدات السرعة لتحسين دقة اكتشاف السرعة أثناء التشغيل-بسرعة منخفضة.
3. مستشعر عزم الدوران (مكون اختياري)
الوظيفة: كشف عزم الدوران الناتج للمفاصل لمراقبة الحمل، واكتشاف الاصطدام، وعمليات التحكم في القوة (مثل التجميع والتلميع)؛
الأنواع: مقياس الضغط، ومرن مغناطيسي، وبصري. تتميز أجهزة استشعار عزم الدوران بمقياس الضغط بتكلفة منخفضة ودقة عالية (± 0.5% FS)، وهي الخيار السائد للروبوتات الصناعية. يتم تثبيتها بين عمود الإخراج وقسم الذراع أو داخل المخفض.
4. أجهزة استشعار درجة الحرارة وأجهزة استشعار الاهتزاز
مستشعر درجة الحرارة: مثبت على لف المحرك ومبيت المخفض للكشف عن درجة حرارة المكونات. عندما تتجاوز درجة الحرارة العتبة (عادة 80-100 درجة)، يقوم محرك المؤازرة بتشغيل الحماية من الحرارة الزائدة؛
مستشعر الاهتزاز: يستخدم مستشعر التسارع لاكتشاف مدى الاهتزاز وتردده أثناء تشغيل المفصل، ويستخدم للتحذير من الأخطاء (مثل تآكل المخفض وتلف المحامل)، ويتم تكوينه فقط في -وحدات مفصل الروبوت الصناعي المتطورة.
4، وحدة نظام التشحيم والحماية (ضمان الموثوقية)
يتم استخدام نظام التشحيم والحماية لإطالة عمر خدمة الوحدات المشتركة والتكيف مع البيئات القاسية في المواقع الصناعية. المكونات الأساسية تشمل:
1. مكونات التشحيم
مادة التشحيم: يتم استخدام شحم خاص بمؤشر لزوجة عالي، وخصائص مقاومة-التآكل ومقاومة-التقادم في المخفض، ويتم استخدام زيت التشحيم أو الشحوم في محمل المحرك؛
هيكل التشحيم: تم تصميم المخفض بفتحات حقن الزيت وفتحات تفريغ الزيت بالداخل، وبعض المنتجات -المتطورة مجهزة بأنظمة تشحيم أوتوماتيكية (حقن الزيت الكمي والموقوت). يتم حجز نافذة مراقبة شحوم التشحيم خارج الهيكل لسهولة الصيانة.
2. مكونات الختم
الختم الثابت: استخدام الحلقة الدائرية والحشية المسطحة للتوصيل بين الغلاف والشفة، والمحرك والغطاء، لمنع تسرب زيت التشحيم والغبار من الدخول؛
الختم الديناميكي: استخدام موانع تسرب الزيت الهيكلية وحلقات الغلق على شكل حرف V، المستخدمة في الأجزاء الدوارة لعمود الإخراج والمبيت. تُعد موانع تسرب الزيت الهيكلية مناسبة لسيناريوهات السرعة المتوسطة والمنخفضة-.
3. طلاء وقائي وهيكل تبديد الحرارة
الطبقة الواقية: تتم معالجة سطح الهيكل بالأكسدة (سبائك الألومنيوم) والطلاء (الحديد الزهر)، الذي يتمتع بخصائص مقاومة للتآكل-والتآكل-. تستخدم بعض المنتجات طبقة مقاومة ثلاثية (مضادة لرذاذ الملح، ومضادة للرطوبة، ومضادة للعفن)، وهي مناسبة لبيئات ورش العمل الخارجية أو القاسية؛
هيكل تبديد الحرارة: تم تصميم مبيت المحرك بأضلاع تبديد الحرارة، وتم تجهيز بعض وحدات الوصلات عالية القدرة- بمراوح تبديد الحرارة أو قنوات تبريد بالماء- لضمان درجة حرارة ثابتة للمحرك والسائق أثناء التشغيل على المدى الطويل-.