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            1. 淺談多關節機械手電機選型經驗

               時間: 2023-06-02   瀏覽量: 0   來源:

              多關節工業機器人從傳動角度可以另述為4到6關節工業手臂。做為人類手臂的延伸,廣泛用于搬運、打磨、焊接、沖壓等工作。多關機工業機器人可以單獨工作,也可以多臺協調工作。其可以作為生產機械的主體單獨完成任務,也可以配合機床,塑膠機械,自動化生產線等其它機械完成上下料工作。

              始初我國沒有此類設備的制造能力,少量的生產需求全靠歐洲和日本廠商提供或者跟隨我國引進生產線配套進入國內。隨著中國產業升級對自動化,少人化的不斷推進,國內對多關節機械手臂的需求越來越大。我國多關節工業機械手臂的研發及生產企業也如雨后春筍般遍地開花。

              作為機械人制造企業而言,要從機械本體、傳動機械機構、減速機構、平衡儲能機構、伺服電機、伺服驅動器、控制電腦系統等各個方面分別從總體到局部加以研究,方能設計制造出一個合適的產品。作為一個產業,單靠單一企業的能力很難承擔機械手臂所需的所有關鍵零部件的研發與生產,一個專業人員也無法掌握所有關鍵的技術,因為專業分工已經非常之細了。

              本人及所在的企業便是專門從事機械手臂所需的關鍵零部件——伺服電機的研究、設計和制造。下面就僅從伺服電機在6關節機器人上的應用角度談談我對機器人電機的一點看法及經驗分享。由于水平所限,文中難免疏漏錯誤,望讀者見諒,權且視為拋磚引玉,提起大家討論這個專題的興致。

              多關節機械手最多有7個自由度。第七軸通常在應用二次開發時接入,機械手本體制造常涉及到4軸或6軸。機械手臂電機的慣量特點

              J1、J2軸負擔整個機構的重量,在手臂工作過程中,機構會隨機打開和收縮。從J1、J2電機的應用角度來看,負載的機械慣量是實時變化的。根據以往經驗,負載的慣量變化范圍在7倍以內。

              J3、J4、J5負載的機械慣量也是變化的,只是變化的范圍沒有J1和J2大。這樣從控制的角度的角度來看,對電機的要求是慣量要足夠大,系統才容易進入穩定區。所以軸1,軸2要選用大慣量電機,軸3、軸4、軸5選用中慣量電機。

              軸6的電機一般安裝在機械手臂內部,更看重小體積,低發熱的功率密度特性。以上就是6關節機械手臂不同軸在電機選型方面對慣量的要求。

              關節手臂電機的工作特性及要求

              多關節機械手的各個電機是多軸聯動工作的,總體上屬于S3間歇工作制,從某一個動作的完成來看,屬于恒扭矩高加減速性質。為了減小工作機構的體積,往往通過小體積大速比的RV減速箱鏈接傳動機構。這樣對高速響應的機器人而言,必然要求高速,高響應,小體積的電機,為了配合高慣量,軸1到軸3的電機從外形上看必然是比較粗短的。

              安全機械抱閘的需求

              6關節機械手電機大多需要機械抱閘來保證安全,由于受到重力和運動慣性的影響,抱閘力矩的安全系數要較通用機械的要求為大,按使用環境的不同安全系數要求也從1.5到2.0不等??傊?,任何情況下要保證不能夠溜車。另外,為了保證機械手臂的總體安全性,抱閘信號從控制系統直接給出,而不是從伺服驅動器給出。具體控制信號的協調和抱閘的保護就不再這里展開了。

              伺服電機編碼器和可靠重復定位

              由于多軸聯動的空間運動特點,關節電機選擇多圈絕對位置編碼器最好。目前流行由齒輪機構保證的多圈位置記憶型編碼器和由電池供電通過電路記憶多圈位置型編碼器兩類。從長期便于維護的角度來看,第一類編碼器是比較好的,但從初次投入成本考慮,第二類編碼器是比較合適的。

              登奇GK9伺服電機常用產品

              從2009年開始,我公司立項研究機械手臂的運動特性,并特別關注機械手臂所需伺服電機的特點,歷時8年,開發出了一系列適合此類設備的GK系列伺服電機。而在原有的R-GK6、R-GK8基礎上新推出的R-GK9系列永磁伺服電機就是專門針對6關節機械手臂應用而開發的。與原有系列產品相比,新一代的產品使用了新的材料及最新的磁場設計技術,使得電機功率密度更高,體積也更為小巧。

              以上產品廣泛使用在國內知名廠商和部分國外機器人制造廠商的機械手臂上。具體的轉速和轉動慣量基于不同的機械設計做針對性調整。

              總之,機械手臂是一個高度機電一體化集成的機構,需要機械工程師和伺服電機提供單位緊密溝通,才能開發出最為合理的產品。

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