Hur hanterar HONPINE JRM planetariska robotledmodul temperaturökning vid kontinuerlig drift?

I takt med att robotar i allt högre grad används i smarta fabriker, automatiserad logistik, obemannad inspektion och specialiserade arbetsuppgifter blir kontinuerlig drift dygnet runt ett allt vanligare krav. Förväntningarna på robotar utvecklas också från att enbart utföra grundläggande rörelser till att bibehålla stabil och tillförlitlig prestanda under långa driftperioder.

Som en central rörelsekomponent påverkar den termiska prestandan hos en robotledmodul driftstabiliteten hos hela robotsystemet direkt. Ökade krav på långvarig drift med hög belastning ställer därför högre krav på temperaturregleringen i lederna.

För att hantera den vanliga utmaningen med temperaturökning i robotleder fokuserar HONPINE på den grundläggande konstruktionen av ledmodulen, i stället för att främst förlita sig på extern kylning som en korrigerande åtgärd. Med hög energiomvandlingseffektivitet och drift med låga förluster som viktiga konstruktionsmål utvecklar HONPINE integrerade robotledmoduler (JRM Planetary Joint Module) utformade för låg temperaturökning, hög tillförlitlighet och skalbar produktion, och tillhandahåller centrala rörelsekomponenter för robotsystem som arbetar under krävande förhållanden.

Vid långvarig drift med hög belastning är förluster från motorn, transmissionen och drivenheten de främsta källorna till värmeansamling i en robotled. Den kompakta strukturen hos en ledmodul begränsar också det tillgängliga utrymmet för värmeavledning, vilket gör värmehanteringen särskilt utmanande vid kontinuerlig drift.

För att hantera denna utmaning har HONPINE utvecklat en egenutvecklad metod för värmehantering som bygger på att minska förluster i hela ledmodulen och kontrollera värmealstringen vid källorna. Med utgångspunkt i modulens grundläggande konstruktion syftar metoden till att minska värmealstringen och förbättra den termiska stabiliteten vid kontinuerlig drift.

1. Konstruktionsstrategi: Kontrollera temperaturökningen vid källan

HONPINE fokuserar på att optimera de primära värmealstrande komponenterna i robotledmodulen i stället för att enbart förlita sig på efterföljande kylåtgärder.

Genom effektivitetsförbättringar i motorn, den planetariska växellådan och drivenheten minskar HONPINE elektromagnetiska förluster, mekaniska friktionsförluster och kopplingsförluster i effektenheter under drift. Genom att minska värmealstringen vid källan kan ledmodulen bibehålla lägre värmeansamling i sin kompakta integrerade struktur.

Denna systemomfattande konstruktion med låga förluster är avsedd att stödja stabil termisk prestanda vid långvarig kontinuerlig drift.

2. Motoroptimering: Flerdimensionell elektromagnetisk konstruktion

Motorn är en av de primära värmealstrande komponenterna i en robotledmodul. Kopparförluster och järnförluster har direkt inverkan på modulens grundläggande egenskaper för temperaturökning. HONPINE optimerar därför motorn ur flera aspekter, bland annat magnetkretskonstruktion, materialval och lindningsprocesser, för att förbättra effektiviteten i den elektromagnetiska energiomvandlingen.

Elektromagnetisk konstruktion

HONPINE optimerar pol-spår-kombinationen för att förbättra lindningsfaktorn samtidigt som magnetkretsen och luftgapsstrukturen förfinas.

Vid drift med låg hastighet kontrolleras kuggningsmomentet till inom 1 % av märkvridmomentet, vilket bidrar till jämn rörelse och stabil drift vid låg hastighet.

Vid drift med hög hastighet kontrolleras övertonsdistorsionen i mot-EMK till inom 1 %, vilket bidrar till att minska järnförluster och förbättra effektiviteten vid drift med hög hastighet.

Högpresterande material

Statorn och rotorn använder 0,2 mm högklassigt icke-orienterat elektriskt stål, vilket bidrar till att minska virvelströmsförluster och förbättra egenskaperna för magnetisk mättnad.

Motorn använder även högklassiga permanentmagneter i UH-serien med hög temperaturbeständighet, som ger hög remanens och hög koercivitet för att minska risken för avmagnetisering under driftsförhållanden med hög belastning.

Viktiga material, inklusive elektromagnetisk tråd, isoleringskomponenter och lim, väljs i högtemperaturspecifikationer. Kärnkomponenterna tål temperaturer på upp till 180°C, vilket stödjer långvarig kontinuerlig drift.

Lindningsprocess

Motorn använder en automatiserad kontinuerlig lindningsprocess med flera spår, vilket ökar spårfyllnadsgraden till 80%.

Vid samma vridmomentsutgång kan en högre spårfyllnadsgrad bidra till att minska strömrelaterad värmealstring. Lindningsprocessen minskar också antalet lödfogar, vilket förbättrar den övergripande drifttillförlitligheten.

Med dessa kombinerade optimeringar uppnår motorn en total verkningsgrad på upp till 92%, vilket bidrar till att minska värmealstringen vid en av de primära värmekällorna i ledmodulen.

3. Transmissions- och drivverkningsgrad: Minska förluster i hela drivlinan

Utöver motorförluster kan mekanisk friktion i den planetariska växellådan och kopplingsförluster i drivenheten också påverka den termiska prestandan hos en robotledmodul vid kontinuerlig drift.

Planetarisk transmissionsverkningsgrad

På transmissionssidan optimerar HONPINE den planetariska växellådans struktur och anpassningsprecision.

Verkningsgraden för den enstegiga planetariska växellådan kan nå upp till 97%, medan verkningsgraden för den tvåstegiga planetariska växellådan ligger kvar på omkring 95% under de angivna driftsförhållandena.

Högre transmissionsverkningsgrad bidrar till att minska mekaniska förluster och den tillhörande värme som uppstår vid kuggingrepp och friktion.

Drivverkningsgrad

På drivsidan använder ledmodulen tredje generationens galliumnitridbaserade (GaN) effektenheter.

Jämfört med konventionella effektenheter kan GaN-enheter avsevärt minska lednings- och kopplingsförluster. Drivenheten uppnår en total driftverkningsgrad på över 95%, vilket bidrar till att minska värmealstringen från elektrisk högfrekvenskoppling.

Genom samordnad optimering av transmissions- och drivsystemen är ledmodulen utformad för att uppnå effektiv drift i hela drivlinan.

4. Validering vid full belastning: Temperaturökning under 1 K efter 30 minuter

De egenskaper med låga förluster och låg temperaturökning som uppnås genom teoretisk konstruktion måste slutligen verifieras under faktiska belastningsförhållanden.

För att simulera de kontinuerliga driftsförhållandena för robotar som arbetar under krävande belastningar genomförde HONPINE ett rygg-mot-rygg-test vid full belastning på den planetariska robotledmodulen C6345.

C6345-modulen har ett märkvridmoment på 12 N·m och ett märkhastighet på 120 rpm. En servobaserad rygg-mot-rygg-testuppställning användes för att återskapa kontinuerlig drift under belastning.

Efter 90 minuters kontinuerlig drift vid full belastning uppnådde ledmodulen en stabil termisk jämvikt.

Vid en omgivningstemperatur på 25°C var temperaturökningsskillnaden efter 30 minuter under 1 K, medan den slutliga jämviktstemperaturen stabiliserades vid 61.42°C.

Även under driftsförhållanden med full belastning bibehöll ledmodulen en stabil termisk jämvikt, vilket bidrar till att förhindra kontinuerlig temperaturstegring under långvarig drift.

5. Grundläggande prestanda för långvarig kontinuerlig robotdrift

Från flerdimensionell motoroptimering och minskning av elektromagnetiska förluster vid källan till effektivitetsförbättringar i transmissions- och drivsystemen hanterar HONPINE värmehantering genom att minska värmealstringen i hela ledmodulen.

Fullbelastningstestet av den planetariska robotledmodulen C6345 visar ytterligare dess termiska beteende under kontinuerliga driftsförhållanden.

Genom att kombinera hög motorverkningsgrad, effektiv planetarisk transmission, högeffektiv GaN-drivteknik och systemomfattande konstruktion med låga förluster utvecklar HONPINE planetariska robotledmoduler utformade för att minska utmaningarna inom värmehantering för systemintegratörer av robotsystem.

Denna metod är avsedd att stödja robotar som arbetar under långvariga, högbelastade och kontinuerliga driftförhållanden, samtidigt som den ger en stabil termisk grund för tillförlitlig robotrörelse.