Роботизированные суставы являются одним из самых базовых компонентов, составляющих механическую структуру робота. Все действия робота выполняются за счет соединительных тяг и суставов, из которых состоит вся система. Производительность суставов робота напрямую влияет на общую производительность робота, такую как жесткость суставов, гистерезис, точность позиционирования, скорость и уровень шума во время работы, а также другие показатели производительности.

Модуль роботизированного сустава — это прецизионный компонент, объединяющий привод, передачу, сенсорику и управление. Его функция аналогична опорно-двигательной системе организма, и он отвечает за приведение в движение и управление движением различных суставов и компонентов робота. Энергия подается от двигателя, после изменения скорости и увеличения крутящего момента редуктором энкодер предоставляет обратную связь по позиции, а драйвер обеспечивает точное управление. В этой статье мы вместе разберем модуль роботизированного сустава.

Состав и функции модуля сустава

Магнитоэлектрический энкодер:Основная часть состоит из считывающей головки и магнитной решетки. На магнитной решетке нанесены небольшие магнитные полюса, а датчик регистрирует изменение магнитного поля при вращении диска. Чип считывающей головки может быть устройством на эффекте Холла, чувствительным к изменению напряжения, или магниторезистивным устройством, реагирующим на изменение магнитного поля. Сигнал умножается, делится или интерполируется для получения требуемого выходного сигнала, что позволяет достичь цели измерения.

Фотоэлектрический энкодер:Он состоит из источника света, оптического кодового диска и светочувствительного элемента. Решетка фактически представляет собой диск с прозрачными и непрозрачными линиями. Световой поток, воспринимаемый светочувствительным элементом, изменяется синхронно с прозрачными линиями. Выходной сигнал светочувствительного элемента преобразуется в импульсный сигнал. Один импульс выдается за каждый оборот. По изменению импульсов можно точно измерить и контролировать перемещение оборудования, отражая текущую скорость.

Инкрементальный энкодер:Инкрементальный энкодер напрямую использует принцип фотоэлектрического преобразования для вывода трех групп квадратурных импульсов фаз A, B и Z; разность фаз между импульсами A и B составляет 90°, что позволяет легко определить направление вращения, а фаза Z выдает один импульс за оборот для позиционирования опорной точки. Его преимущества — простота принципа и конструкции, средний механический срок службы более десятков тысяч часов, высокая помехоустойчивость, надежность и пригодность для передачи на большие расстояния. Недостаток — невозможность вывода абсолютной информации о положении вала.

Абсолютный энкодер:

Абсолютный энкодер — это датчик, который напрямую выводит цифровые данные. На его круглом кодовом диске по радиальному направлению расположены несколько концентрических кодовых дорожек. Каждая дорожка состоит из прозрачных и непрозрачных секторов. Количество секторов на соседних дорожках удваивается. Число кодовых дорожек на диске соответствует разрядности его двоичного кода. С одной стороны диска находится источник света, а с другой — светочувствительные элементы, соответствующие каждой дорожке. При разных положениях диска каждый элемент преобразует уровень сигнала в зависимости от освещенности, формируя двоичное число. Особенность этого энкодера — отсутствие необходимости в счетчике, а фиксированный цифровой код, соответствующий позиции, можно считать в любом положении вала. Очевидно, что чем больше кодовых дорожек, тем выше точность.

DC-привод и датчик температуры

DC-привод может изменять напряжение двигателя для управления скоростью бесщеточного DC-двигателя.

(Управление вращением двигателя)

Датчик температуры может измерять температуру и преобразовывать ее в полезный выходной сигнал.

(Сбор обратной связи по текущей температуре)

Сервоприводный модуль:

Высокопроизводительный, компактный и полностью цифровой универсальный сервопривод, разработанный и произведенный в рамках интегрированных исследований модулей суставов, отлично соответствует требованиям вашего коллаборативного робота к высокой точности, плавности работы, быстрому отклику и управлению моментом. Подходит для высокоточных сценариев работы, таких как коллаборативные роботы, экзоскелеты, медицинское и автоматизированное оборудование.

(Управление вращением двигателя с учетом момента, тока и абсолютного положения)

Тормозной фиксатор:

Фиксирующий тормоз — это электромагнитное устройство, состоящее из электромагнита, тормозной колодки, прижимной пластины и пружины. При остановке двигателя электромагнит создает магнитное поле, притягивая колодку к пластине. Одновременно пластина сжимает пружину, создавая трение между колодкой и ротором, фиксируя положение двигателя.

Бесрамный моментный двигатель:

Моментные двигатели могут работать даже на низкой скорости или в остановленном состоянии (когда ротор не вращается), не повреждая двигатель. В этом режиме двигатель обеспечивает стабильный момент нагрузки (отсюда и название). Также могут создавать момент в противоположном направлении (тормозной момент). Вал моментного двигателя выдает не постоянную мощность, а постоянный момент.

Датчик момента:

Датчик момента, также называемый преобразователем или измерителем момента, делится на динамические и статические типы. Динамические датчики могут также называться датчиками момента и скорости, бесконтактными датчиками момента, ротационными датчиками момента и т.д. Датчик момента — это устройство для измерения крутящего момента, приложенного к вращающимся или неподвижным механическим компонентам.

Это прецизионное оборудование для измерения различных моментов, скоростей и механической мощности

(Используется для измерения момента двигателя, обычно заменяется инкрементальными и абсолютными энкодерами)

Гармонический редуктор:

Гармонический редуктор — это понижающее устройство, состоящее из трех основных компонентов: фиксированной внутренней шестерни, гибкого колеса (эластичной тонкостенной втулки с зубчатым венцом) и волнового генератора, вызывающего радиальную деформацию гибкого колеса.

(Скорость двигателя снижается за счет различных передаточных отношений)

Каковы преимущества модулей суставов?

Модульность

Интегрированные модули суставов обычно имеют модульную конструкцию, позволяя свободно комбинировать их для создания многозвенных манипуляторов или каркасов сервисных роботов.

Сокращение сроков и снижение затрат

Они уменьшают затраты времени и персонала на подбор и сборку механики. Упрощают управление цепочкой поставок и контроль качества, сокращая циклы НИОКР и производства роботов.

Расширение функциональности

Дополнительные сенсорные устройства могут быть интегрированы для повышения точности координации движений и обеспечения безопасности.

Массовое производство

Стандартизированные системы производства помогают снизить затраты. Единые системы контроля качества обеспечивают стабильность характеристик суставов роботов.

Каково будущее модулей суставов?

Мехатронные суставы имеют всего несколько десятилетий истории развития с момента создания Университетом Карнеги-Меллона первого прототипа для NASA в 1988 году.

В настоящее время модули суставов успешно применяются в:Аэрокосмической отрасли,Автоматизированных упаковочных машинах,Промышленных системах лазерной резки,Компонентах промышленной робототехники,Медицинском роботизированном оборудовании,Измерительных и испытательных устройствах,Медиа и коммуникационном оборудовании,Мобильных гуманоидных роботах,Оптическом оборудовании и телескопах,Фотоэлектрических системах,Производстве печатных плат,Полупроводниковом производстве. Искусственный интеллект, робототехника и цифровые технологии трансформируют глобальные стандарты безопасности и гигиены труда.

Эти технологии улучшают благополучие работников за счет:Автоматизации опасных задач,Оптимизации логистики,Улучшения возможностей мониторинга.Будущее развитие модулей суставов расширится с новыми применениями, поддерживая кастомизацию по:Материалам,Конструктивным решениям,Уровням точности

HONPINE стремится предоставлять клиентам комплексные услуги и решения.