German 
English 
French 
Spanish 
Portuguese 
Dutch 
Italian 
Russian 
Chinese 
Japanese 
Korean 
Indonesian 
Thai 
Vietnamese 
Arabic 
Turkish 
Hebrew 
Hindi 
Welche Eigenschaften verschiedener Robotergelenke (Basisgelenke, Armgelenke, Endeffektorgelenke) sollten bei der Auswahl und Parameteranpassung von Servomotoren als zentrale Antriebskomponente von Robotergelenken berücksichtigt werden? Wie lässt sich durch Parameteroptimierung ein Gleichgewicht zwischen Gelenkbewegungsgenauigkeit und dynamischer Leistungsfähigkeit erreichen?
I. Grundprinzip der Servomotoranpassung: Ausrichtung auf unterschiedliche Gelenkanforderungen
Servomotoren sind aufgrund ihrer hohen Präzision, schnellen Reaktionszeit und hohen Drehmomentdichte die bevorzugte Wahl für den Antrieb von Gelenken in verschiedenen Robotern, wie z. B. Industrierobotern und kollaborativen Robotern. Unterschiedliche Robotergelenke weisen signifikante Unterschiede hinsichtlich ihrer funktionalen Positionierung, der Belastungsbedingungen und der Bewegungsanforderungen auf. Daher müssen Auswahl und Parameteranpassung auf die spezifischen Bedürfnisse abgestimmt und die Parameter optimiert werden, um den Zielkonflikt zwischen Genauigkeit und Leistung zu lösen und die Gesamtstabilität des Roboters zu gewährleisten.
II. Gelenkspezifische Auswahlstrategie: Abstimmung der motorischen Eigenschaften auf die Kernanforderungen
Zunächst müssen die Kernanforderungen für die Auswahl anhand der Eigenschaften der verschiedenen Gelenke geklärt werden. Als tragendes Fundament des Roboters trägt das Basisgelenk das Gewicht der gesamten Maschine und das Lastmoment nach dem Ausfahren des Arms. Seine Kernanforderungen sind hohes Drehmoment und hohe Stabilität bei vergleichsweise geringen Anforderungen an die Drehzahl. Bei der Auswahl eines Servomotors für das Basisgelenk sollten Nenndrehmoment, Spitzendrehmoment und Dauerbetriebszeit Priorität haben. Im Allgemeinen wird ein Servomotor mit hohem Nenndrehmoment und hohem Rotorträgheitsmoment gewählt, kombiniert mit einem präzisen Planetengetriebe zur Verbesserung der Drehmomentabgabe. Gleichzeitig muss das Blockierdrehmoment des Motors überprüft werden, um Leistungsverluste beim Anfahren oder unter Last zu vermeiden. Das Armgelenk ist für die Lageregelung und den Bewegungsbereich des Roboters verantwortlich und erfordert ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Drehmoment und Flexibilität. Seine Bewegungsbahn erfolgt meist unter variabler Beschleunigung und variabler Last. Bei der Auswahl eines Motors für das Armgelenk sind die wichtigsten Kriterien die dynamische Ansprechgeschwindigkeit, die Anpassung des Trägheitsmoments und die Überlastfähigkeit. Es wird empfohlen, einen Servomotor mit geringem Rotorträgheitsmoment und exzellenter Beschleunigung zu wählen, um eine schnelle Umsetzung der Steuerbefehle zu gewährleisten. Gleichzeitig sollte das Übersetzungsverhältnis des Getriebes optimiert werden, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Drehmomentabgabe und Bewegungsflexibilität zu erzielen. Das Endeffektorgelenk (z. B. das Antriebsgelenk eines Greifers oder Schweißbrenners) ist primär auf hochpräzise Positionierung und schnelle Bewegungen bei geringer Last ausgelegt. Es stellt geringe Anforderungen an das Drehmoment, jedoch extrem hohe Anforderungen an Positioniergenauigkeit, Wiederholgenauigkeit und Stabilität bei niedrigen Drehzahlen. Für dieses Gelenk empfiehlt sich ein Servomotor mit geringer Leistung und einem hochauflösenden Encoder (mit einer Genauigkeit von mindestens 23 Bit). Darüber hinaus sollte das Kriechverhalten des Motors bei niedrigen Drehzahlen optimiert werden, um ein Ruckeln zu vermeiden, das die Betriebsgenauigkeit beeinträchtigt.
III. Parameteroptimierungspfad: Erreichen eines dynamischen Gleichgewichts zwischen Genauigkeit und dynamischer Leistung
Zweitens erfordert die Optimierung der Schlüsselparameter für ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Genauigkeit und Dynamik drei Dimensionen. Erstens die Optimierung der Trägheitsmomentanpassung. Das Verhältnis des Rotorträgheitsmoments des Motors zum Lastträgheitsmoment beeinflusst direkt die Ansprechgeschwindigkeit des Gelenks und die Regelgenauigkeit. Dieses Verhältnis sollte für verschiedene Gelenke unterschiedlich eingestellt werden: Für Basisgelenke mit hohem Lastträgheitsmoment kann es zwischen 1:5 und 1:10 liegen; für Armgelenke, die ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Ansprechverhalten und Stabilität erfordern, empfiehlt sich ein Verhältnis von 1:3 bis 1:5; und für Endgelenke mit niedrigem Lastträgheitsmoment sollte es zwischen 1:1 und 1:3 liegen. Eine sinnvolle Anpassung reduziert die Auswirkungen der Trägheit und verbessert die Regelstabilität. Zweitens die gemeinsame Optimierung der Drehmoment- und Drehzahlparameter. Anhand der Gelenkbewegungsbahn werden das maximale Lastdrehmoment und das Nennlastdrehmoment berechnet, um sicherzustellen, dass das maximale Drehmoment des Motors kurzzeitige Stoßbelastungen abdecken kann und das Nenndrehmoment die Anforderungen an den Dauerbetrieb erfüllt. Passen Sie die Drehzahl an die Gelenkbewegungsgeschwindigkeit an: Die Drehzahl des Basisgelenks wird auf 50–200 U/min, die des Armgelenks auf 200–500 U/min eingestellt, und die des Endgelenks kann auf 500–1500 U/min erhöht werden. Dadurch werden Energieverschwendung durch zu hohe Drehzahlen oder eine verminderte Betriebseffizienz durch zu niedrige Drehzahlen vermieden. Kalibrieren Sie anschließend die Steuerungsparameter. Optimieren Sie das dynamische Verhalten durch Anpassung der Verstärkung und Einstellung der Filterparameter des Servotreibers. Bei Endgelenken mit hohen Präzisionsanforderungen erhöhen Sie die Verstärkung des Positionsregelkreises, um die Positioniergenauigkeit zu verbessern, und aktivieren Sie die Niedriggeschwindigkeits-Glättungsfunktion zur Unterdrückung von Jitter. Bei Basisgelenken mit hohem Leistungsbedarf reduzieren Sie die Verstärkung des Positionsregelkreises und erhöhen die Verstärkung des Geschwindigkeitsregelkreises, um die Störfestigkeit gegenüber Lastschwankungen zu verbessern und ein dynamisches Gleichgewicht zwischen Genauigkeit und Leistung zu erzielen.
IV. Zusätzliche Anpassungspunkte: Berücksichtigung der Umwelt- und Kooperationskompatibilität
Darüber hinaus sollten bei der Auswahl Umweltverträglichkeit und Zuverlässigkeit berücksichtigt werden. Industrieroboter können in staubigen und vibrationsbelasteten Umgebungen eingesetzt werden, daher sind Servomotoren mit Schutzart IP65 oder höher und hoher Vibrationsfestigkeit zu wählen. Bei kollaborativen Robotern ist Sicherheit von zentraler Bedeutung. Daher sollten Servomotoren mit geringer Trägheit und schnellem Bremsverhalten in Kombination mit Drehmomenterkennungsmodulen zum Schutz vor Überlastung eingesetzt werden. Die kollaborative Abstimmung von Motor, Getriebe und Encoder ist dabei entscheidend. Es ist notwendig, die Parameterkompatibilität dieser drei Komponenten sicherzustellen und die Bewegungsgenauigkeit sowie die dynamische Performance durch integriertes Debugging weiter zu optimieren, um den unterschiedlichen Arbeitsanforderungen der verschiedenen Robotergelenke gerecht zu werden.
