Robotledsdesign är ett problem med avvägning mellan flera mål. Inom ett begränsat utrymme måste den samtidigt uppfylla krav på vridmoment, precision, hastighet, tillförlitlighet och kostnadskontroll. En mogen robotledsmodulär ett integrerat elektromekaniskt system som redan tar hänsyn till hög vridmomentsdensitet, hög integrationsgrad, lättviktsdesign och värmehantering.

Kraftkälla för ledsmodulen

För att uppnå maximal vridmomenteffekt och effektiv värmeavledning inom en kompakt volym använder moderna robotleder vanligtvis inte traditionella inramade motorer. I stället används ramlösa vridmomentsmotorer i stor utsträckning.

En ramlös motor består endast av en stator och rotor, som integreras direkt i ledens mekaniska hölje. Anledningen till att välja denna design är att den ger extremt hög effekttäthet och utmärkt dynamisk respons.

Transmissionssystem för ledsmodulen

Motorn arbetar vanligtvis med hög hastighet men ger otillräckligt vridmoment, så en växelreducerare krävs för att förstärka vridmomentet. Valet av växelreducerare avgör direkt ledens slagtålighet och backlash-prestanda.

Vanliga typer inkluderar:

(1) Harmonisk växelreducerare

Harmoniska växelreducerare kännetecknas av noll backlash, kompakt storlek och höga reduktionsförhållanden (vanligtvis 50:1 to 160:1). De är för närvarande standardlösningen för högprecisionsrobotleder. Deras slagtålighet är dock relativt begränsad.

(2) Planetväxelreducerare / cykloidreducerare

För konstruktioner som gepardinspirerade kvasi-direktdrivna robotar används ofta planetväxellådareducerare med låg utväxling. Dessa ger utmärkt slagtålighet och hög transparens i vridmomentet.

Kodare och sensorer i ledsmoduler

Högkvalitativ ledstyrning bygger på exakt återkoppling i sluten slinga. De flesta vanliga konstruktioner använder en arkitektur med dubbla kodare:

(1) Kodare på motorsidan

Monterad på motorrotorns sida, vanligtvis en optisk eller magnetisk kodare med hög upplösning. Den används för motorkommutering och varvtalsreglering i sluten slinga.

(2) Absolutkodare på utgångssidan

Installerad vid växelreducerarens utgång, mäter den direkt ledens verkliga fysiska position och eliminerar positionsfel som orsakas av flexibilitet i transmissionen.

(3) Vridmomentsensor för led

Vanligtvis integrerad mellan växelreducerarens utgång och robotlänken. Den är avgörande för impedansstyrning, hybridstyrning av kraft och position samt för att säkerställa säkerhet i interaktion mellan människa och robot.

Driv- och styrsystem för ledsmodulen

För att minska komplexiteten i robotens kabeldragning integrerar de flesta moderna konstruktioner motordrivaren direkt i leden.

(1) Högintegrerad driv- / motorstyrkort

Detta kort bearbetar sensorsignaler och utför styralgoritmer som strömslinga, hastighetsslinga och positionsslinga. Det implementeras ofta som ett ringformat kretskort monterat runt motoraxeln eller det bakre höljet.

(2) Kommunikationsbussgränssnitt

Protokoll som EtherCAT eller CANopen används för höghastighetsdatautbyte med robotens centrala styrenhet.

Säkerhets- och hjälpmekanismer

En viktig säkerhetskomponent som ofta används är bromsen (hållbroms vid strömavbrott). När roboten förlorar ström eller ett fel uppstår låser bromsen omedelbart motoraxeln för att förhindra att roboten kollapsar under sin egen vikt.

Mekanisk struktur och värmehantering för ledsmodulen

(1) Korsrullager

Denna komponent ger stöd och skydd och används vanligtvis som ledens huvudsakliga utgående lager. Den kan samtidigt tåla radiella belastningar, axiella belastningar och vältmoment, vilket gör den idealisk för komplexa krafter i robotleder.

(2) Lättviktshölje och termisk design

Höljen för humanoida robotar tillverkas vanligtvis av aluminiumlegeringar av flygkvalitet (såsom 7075 aluminum). Eftersom den ramlösa motorn är direkt kopplad till höljet fungerar själva strukturen som en primär kylfläns. Därför krävs en väl utformad strukturell topologi för att effektivt leda värmeavledning.