Das Robotergelenkmodul ist die zentrale Ausführungseinheit von Industrierobotern und verantwortlich für Schlüsselfunktionen wie Kraftübertragung, Lageanpassung und Präzisionssteuerung. Seine Zusammensetzung bestimmt direkt die Tragfähigkeit, Bewegungsgenauigkeit, Reaktionsgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit des Roboters. Gelenkmodule in Industriequalität sind in der Regel integriert konzipiert (im Gegensatz zu geteilten Strukturen für zivile oder Forschungszwecke) und ihre Kernkomponenten können in vier Module unterteilt werden: mechanische Struktur, Antriebssystem, Sensor-Feedback-System, Schmier- und Schutzsystem. Jedes Modul arbeitet zusammen, um einen vollständigen geschlossenen -Kreislauf der „Präzisionssteuerung der Bewegungsumwandlung der Leistungsaufnahme“ zu erreichen. Das Folgende ist eine detaillierte Demontage:
1, Modul der mechanischen Struktur (Kernlast-Lagerung und Bewegungsübertragung)
Die mechanische Struktur ist die physikalische Grundlage des Gelenkmoduls, das die drei Anforderungen „hohe Steifigkeit, geringes Gewicht und hochpräzise Übertragung“ gleichzeitig erfüllen muss. Zu den Kernkomponenten gehören:
1. Harmonischer Reduzierer/RV-Reduzierer (Kernübertragungskomponente)
Funktion: Wandelt die hohe Drehmomentabgabe des Motors bei hoher Drehzahl in hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl um und gewährleistet dabei die Genauigkeit und Steifigkeit der Übertragung. Es ist der „Leistungsverstärkungskern“ des gemeinsamen Moduls.
Typen und Anwendungsszenarien:
Harmonischer Reduzierer: bestehend aus einem Wellengenerator, flexiblen Rädern und starren Rädern, mit einem Übersetzungsverhältnisbereich von 50-320 und einem Rücklaufspiel von weniger als oder gleich 1 Bogenminute. Es ist leicht, kompakt aufgebaut und eignet sich für Gelenke wie Unterarm und Handgelenk kleiner und mittlerer Lastroboter (mit einer Last von 10–50 kg);
RV-Untersetzungsgetriebe: bestehend aus zykloidischem Windrad, Planetenträger und Nadelgetriebegehäuse, mit einem Übersetzungsverhältnisbereich von 30-120 und einem Rücklaufspiel von weniger als oder gleich 0,5 Bogenminuten. Es verfügt über eine hohe Steifigkeit und hervorragende Schlagfestigkeit und eignet sich für wichtige Gelenke wie Basis, Ausleger und Schultern von Schwerlastrobotern (mit einer Last von über 50 kg).
2. Motorausgangswelle und Kupplung
Motorausgangswelle: Hergestellt aus hochfestem legiertem Stahl, oberflächenbehandelt durch Aufkohlen und Abschrecken, um Verschleißfestigkeit und Torsionsfestigkeit zu gewährleisten, starr mit dem Eingangsende des Untersetzungsgetriebes verbunden;
Kupplung: Wird zum Ausgleich des Koaxialitätsfehlers zwischen der Motorwelle und der Eingangswelle des Untersetzungsgetriebes verwendet und ist in starre Kupplungen (z. B. Passfederverbindungen, Spreizhülsen) und elastische Kupplungen (z. B. Gummipads, Wellrohrtypen) unterteilt. Bei Industrierobotern werden häufig starre Kupplungen eingesetzt, um Übertragungsverzögerungen zu vermeiden.
3. Gehäuse und Installationsflansch
Schale: Hergestellt aus einer Aluminiumlegierung. Die Aluminiumlegierung eignet sich für leichte Anforderungen und Gusseisen eignet sich für Szenarien mit hoher Steifigkeit. Das Innendesign des Gehäuses umfasst eine Reduzierer-Installationskammer, einen Motor-Installationssitz, eine Sensor-Installationsnut sowie externe, reservierte Wärmeableitungsrippen und Dichtungsnuten;
Installationsflansch: Unter Verwendung von Standardschnittstellen zum Verbinden von Gelenkmodulen und Roboterarmsegmenten wird die Flanschoberfläche präzisionsbearbeitet (Ebenheit kleiner oder gleich 0,01 mm), um Installationsgenauigkeit sicherzustellen.
4. Abtriebswelle und Lagerkomponenten
Abtriebswelle: mit dem Abtriebsende des Untersetzungsgetriebes verbunden, dient zur Übertragung des Drehmoments auf den Roboterarmabschnitt, die Oberfläche muss präzisionsbearbeitet sein und das Ende ist mit einer Keilnut, einem Gewindeloch oder einer Spreizhülsenschnittstelle ausgestattet;
Lagerkomponenten: Üblicherweise kommen Kreuzrollenlager oder Harmonic-Lager zum Einsatz. Kreuzrollenlager haben eine hohe Tragfähigkeit (radiale + axiale Verbundlast) und eine hohe Steifigkeit. Harmonic-Lager eignen sich für passende Harmonic-Reduzierer, und die Genauigkeit der Lager muss P4 oder höher erreichen, um die Genauigkeit der Gelenkrotation sicherzustellen.
2, Antriebssystemmodul (Leistungsausgang und Steuerkern)
Das Antriebssystem versorgt das Gelenkmodul mit Strom und ermöglicht so eine präzise Einstellung von Geschwindigkeit und Drehmoment. Zu den Kernkomponenten gehören:
1. Servomotor (Stromquelle)
Typ: Die Gelenkmodule von Industrierobotern verwenden alle Permanentmagnet-Synchronservomotoren, die sich durch hohe Leistungsdichte, hohe Reaktionsgeschwindigkeit, geringe Trägheit usw. auszeichnen. Je nach Installationsmethode werden sie in interne Typen (Motor und Untersetzungsgetriebe sind in das Gehäuse integriert) und externe Typen (Motor ist über einen Flansch mit dem Gehäuse verbunden) unterteilt.
Schlüsselparameter: Nennleistung (100 W–15 kW), Nenndrehzahl (3000–6000 U/min), Rotorträgheit (0,01–0,5 kg·m²), Drehmomentkonstante (0,1–5 N·m/A), passend zum Getriebeübersetzungsverhältnis (Motorausgangsdrehmoment x Übersetzungsverhältnis=gemeinsames Ausgangsdrehmoment).
2. Servoantrieb (Steuergerät)
Funktion: Empfangen Sie Steueranweisungen (Positions-, Geschwindigkeits-, Drehmomentsignale) vom übergeordneten Computer (Robotersteuerung), geben Sie PWM-Signale über die PID-Regelung aus, um den Servomotor zum Laufen zu bringen, und erreichen Sie Schutzfunktionen wie Überstrom, Überspannung, Überlast und Überhitzung;
Kerntechnologie: Unterstützt den Positionsmodus (Steuerung des Gelenkdrehwinkels), den Geschwindigkeitsmodus (Steuerung der Gelenkgeschwindigkeit) und den Drehmomentmodus (Steuerung des Ausgangsdrehmoments). Einige High-End-Treiber integrieren elektronische Getriebe, Vibrationsunterdrückung und adaptive Steuerungsalgorithmen, um die Bewegungsglätte und -genauigkeit zu verbessern.
3. Stromkabel und Schnittstellen
Stromkabel: Es überträgt die dreiphasige Stromversorgung (U/V/W) und die Bremssignale des Servomotors mithilfe flexibler Kabel (mit einer Biegefestigkeit von mindestens 10 Millionen Mal). Das Außenhautmaterial besteht aus PVC oder PUR mit Ölbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Anti-Interferenz-Eigenschaften.
Schnittstelle: Die Stromschnittstelle und die Signalschnittstelle basieren auf einer Industriestandardschnittstelle und sind separat ausgelegt, um elektromagnetische Störungen zu vermeiden.
3, Sensor-Feedback-Systemmodul (Präzisionssteuerung und Statusüberwachung)
Das Sensor-Feedbacksystem sammelt Echtzeitdaten zu Gelenkposition, Geschwindigkeit, Drehmoment usw. und stellt eine Grundlage für die Regelung im geschlossenen Regelkreis dar und ist der Schlüssel zur Sicherstellung der Bewegungsgenauigkeit des Roboters. Zu den Kernkomponenten gehören:
1. Positionssensor (Kern-Feedback-Komponente)
Typ: Der Mainstream verwendet Absolutwertgeber, die in fotoelektrische, magnetoelektrische und kapazitive Typen unterteilt werden. In Industrierobotern werden hauptsächlich fotoelektrische Absolutwertgeber eingesetzt (Auflösung größer oder gleich 17 Bit, einige High-End-Produkte bis zu 25 Bit);
Installationsmethode: direkt am Heck des Servomotors installiert (zur Erkennung der Motorgeschwindigkeit) oder über die Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes gekoppelt (zur direkten Erkennung der tatsächlichen Position des Gelenks und zur Beseitigung von Übertragungsfehlern);
Funktion: Echtzeitausgabe absoluter Positionsinformationen (Winkelwerte) von Gelenken. Der obere Computer berechnet den Positionsfehler auf der Grundlage dieser Daten und passt den Betriebsstatus des Servomotors an, um die Genauigkeit der Gelenkpositionierung sicherzustellen (wiederholte Positionierungsgenauigkeit kleiner oder gleich ± 0,02 mm).
2. Geschwindigkeitssensor
Normalerweise in Positionssensoren integriert (z. B. die Geschwindigkeitsmessfunktion von Encodern) wird die Gelenkgeschwindigkeit durch Erfassen der Frequenz des Encoder-Impulssignals berechnet. Einige High-End-Verbindungsmodule werden zusätzlich Hall-Sensoren oder Geschwindigkeitsgeneratoren installieren, um die Geschwindigkeitserkennungsgenauigkeit bei Betrieb mit niedriger{2}}Geschwindigkeit zu verbessern.
3. Drehmomentsensor (optionale Komponente)
Funktion: Erkennen des Ausgangsdrehmoments von Gelenken zur Lastüberwachung, Kollisionserkennung und Kraftsteuerungsvorgängen (z. B. Montage und Polieren);
Typen: Dehnungsmessstreifen, magnetoelastisch und optisch. Dehnmessstreifen-Drehmomentsensoren zeichnen sich durch geringe Kosten und eine hohe Genauigkeit (± 0,5 % FS) aus und sind die gängige Wahl für Industrieroboter. Sie werden zwischen der Abtriebswelle und dem Armabschnitt oder im Inneren des Untersetzungsgetriebes installiert.
4. Temperatursensoren und Vibrationssensoren
Temperatursensor: Wird an der Motorwicklung und am Getriebegehäuse angebracht, um die Komponententemperatur zu erfassen. Wenn die Temperatur den Schwellenwert (normalerweise 80–100 Grad) überschreitet, löst der Servoantrieb einen Überhitzungsschutz aus;
Vibrationssensor: Verwendung eines Beschleunigungssensors zur Erkennung der Vibrationsamplitude und -frequenz während des Gelenkbetriebs, zur Fehlerwarnung (z. B. Getriebeverschleiß, Lagerschaden), nur in High-End-Industrieroboter-Gelenkmodulen konfiguriert.
4, Schmier- und Schutzsystemmodul (Zuverlässigkeitssicherung)
Das Schmier- und Schutzsystem dient zur Verlängerung der Lebensdauer von Gelenkmodulen und zur Anpassung an raue Umgebungen in Industriestandorten. Zu den Kernkomponenten gehören:
1. Schmierkomponenten
Schmiermittel: Für das Untersetzungsgetriebe wird ein Spezialfett mit hohem Viskositätsindex sowie Anti-{0}}Verschleiß- und Anti-{1}}Eigenschaften verwendet, und Schmieröl oder -fett wird für die Motorlager verwendet;
Schmierstruktur: Das Reduzierstück ist mit Öleinspritzlöchern und Ölauslasslöchern im Inneren ausgestattet, und einige High-End-Produkte sind mit automatischen Schmiersystemen (zeitgesteuerte und quantitative Öleinspritzung) ausgestattet. Für eine einfache Wartung befindet sich außerhalb des Gehäuses ein Schmierfett-Beobachtungsfenster.
2. Dichtungskomponenten
Statische Abdichtung: Verwendung eines O--Rings und einer Flachdichtung für die Verbindung zwischen Gehäuse und Flansch, Motor und Gehäuse, um das Austreten von Schmieröl und das Eindringen von Staub zu verhindern;
Dynamische Abdichtung: Verwendung von Skelett-Öldichtungen und V--förmigen Dichtungsringen, die für die rotierenden Teile der Abtriebswelle und des Gehäuses verwendet werden. Skelettöldichtungen eignen sich für Szenarien mittlerer und niedriger -Geschwindigkeit.
3. Schutzbeschichtung und Wärmeableitungsstruktur
Schutzbeschichtung: Die Oberfläche des Gehäuses ist eloxiert (Aluminiumlegierung) und lackiert (Gusseisen), was korrosions- und verschleißfeste Eigenschaften aufweist. Einige Produkte verfügen über eine dreischichtige Beschichtung (Anti-Salzsprühnebel, Anti-Feuchtigkeit, Anti-Schimmel), die für den Einsatz im Freien oder in rauen Werkstattumgebungen geeignet ist.
Wärmeableitungsstruktur: Das Motorgehäuse ist mit Wärmeableitungsrippen ausgestattet, und einige Hochleistungsverbindungsmodule sind mit Wärmeableitungsventilatoren oder wassergekühlten Kanälen ausgestattet, um eine stabile Temperatur des Motors und des Treibers während des Langzeitbetriebs zu gewährleisten.