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Como componente principal de las articulaciones robóticas, ¿qué características de las diferentes articulaciones (articulaciones de la base, articulaciones del brazo, articulaciones del efector final) deben tenerse en cuenta al seleccionar y ajustar los parámetros de los servomotores? ¿Cómo lograr un equilibrio entre la precisión del movimiento articular y el rendimiento dinámico mediante la optimización de parámetros?
I. Principio básico de la adaptación del servomotor: alineación con los requisitos articulares diferenciados
Los servomotores son la opción preferida para accionar las articulaciones de diversos robots, como robots industriales y colaborativos, gracias a sus ventajas de alta precisión, respuesta rápida y alta densidad de par. Las diferentes articulaciones de los robots presentan diferencias significativas en cuanto a posicionamiento funcional, condiciones de carga y requisitos de movimiento. Por lo tanto, la selección y la adaptación de parámetros deben adaptarse a las necesidades específicas, y los parámetros deben optimizarse para resolver la contradicción entre precisión y potencia, garantizando así la estabilidad operativa general del robot.
II. Estrategia de selección específica de articulaciones: adaptación de las características motoras a las demandas básicas
En primer lugar, es necesario aclarar los requisitos básicos para la selección según las características de las diferentes articulaciones. Como base de carga del robot, la articulación base soporta el peso de toda la máquina y el par de carga tras la extensión del brazo. Sus requisitos principales son un par elevado y una alta estabilidad, con requisitos relativamente bajos de velocidad de rotación. Al seleccionar un servomotor para la articulación base, se debe priorizar el par nominal, el par máximo y el tiempo de trabajo continuo. Generalmente, se selecciona un servomotor con un par nominal elevado y un momento de inercia del rotor elevado, combinado con un reductor planetario de precisión para mejorar la entrega de par. Asimismo, se debe verificar el par de bloqueo del motor para evitar pérdidas de paso durante el arranque o la carga. La articulación del brazo es responsable del ajuste de la actitud y el rango de movimiento del robot, lo que requiere un equilibrio entre par y flexibilidad. Su trayectoria de movimiento se realiza principalmente en modos de aceleración y carga variables. Al seleccionar un motor para la articulación del brazo, se deben considerar aspectos clave como la velocidad de respuesta dinámica, la adaptación al momento de inercia y la capacidad de sobrecarga. Se recomienda elegir un servomotor con un pequeño momento de inercia del rotor y un excelente rendimiento de aceleración para garantizar que la junta pueda seguir rápidamente los comandos de control. Mientras tanto, la relación de transmisión del reductor debe optimizarse para equilibrar la salida de par y la flexibilidad de movimiento. La junta del efector final (como la junta de accionamiento de una pinza o un soplete de soldadura) se centra principalmente en el posicionamiento de alta precisión y el movimiento rápido con carga ligera, con bajos requisitos de par, pero requisitos extremadamente altos para la precisión de la posición, la precisión de posicionamiento repetitivo y la estabilidad a baja velocidad. Para esta junta, se debe preferir un servomotor de pequeña potencia con un codificador de alta resolución (con una precisión de no menos de 23 bits). Además, el rendimiento de arrastre a baja velocidad del motor debe optimizarse para evitar la fluctuación de baja velocidad que afecta la precisión de la operación.
III. Optimización de parámetros: Lograr un equilibrio dinámico entre precisión y rendimiento dinámico
En segundo lugar, lograr un equilibrio entre precisión y rendimiento dinámico mediante la optimización de parámetros clave implica tres dimensiones. Primero, la optimización de la adaptación del momento de inercia. La relación entre el momento de inercia del rotor del motor y el momento de inercia de la carga afecta directamente la velocidad de respuesta de la articulación y la precisión del control, y la relación de adaptación debe configurarse de forma diferente para las distintas articulaciones: para las articulaciones de base con un gran momento de inercia de la carga, la relación puede controlarse entre 1:5 y 1:10; para las articulaciones de brazo que requieren un equilibrio entre respuesta y estabilidad, se recomienda una relación entre 1:3 y 1:5; para las articulaciones de extremo con un pequeño momento de inercia de la carga, la relación debe ser entre 1:1 y 1:3. Una adaptación razonable reduce el impacto inercial y mejora la estabilidad del control. Segundo, la optimización colaborativa de los parámetros de par y velocidad de rotación. Calcule el par de carga pico y el par de carga nominal en función de la trayectoria de movimiento de la articulación para garantizar que el par pico del motor pueda cubrir cargas de impacto instantáneas y que el par nominal cumpla con los requisitos de trabajo continuo. Mientras tanto, ajuste la velocidad de rotación para que coincida con la velocidad de movimiento de la junta: la velocidad de rotación de la junta de la base se establece en 50 ~ 200 r / min, la junta del brazo en 200 ~ 500 r / min, y la junta del extremo se puede aumentar a 500 ~ 1500 r / min, evitando el desperdicio de energía debido a una velocidad excesivamente alta o la eficiencia de operación reducida debido a una velocidad excesivamente baja. En tercer lugar, calibración de los parámetros de control. Optimice el rendimiento dinámico mediante el ajuste de ganancia y la configuración de parámetros de filtro del servocontrolador. Para juntas de extremo con requisitos de alta precisión, aumente la ganancia del bucle de posición para mejorar la precisión de posicionamiento y habilitar la función de suavizado de baja velocidad para suprimir la fluctuación. Para juntas de base con altos requisitos de potencia, reduzca adecuadamente la ganancia del bucle de posición y aumente la ganancia del bucle de velocidad para mejorar la capacidad de perturbación anticarga, logrando un equilibrio dinámico entre precisión y potencia.
IV. Puntos de adaptación auxiliares: Considerando la compatibilidad ambiental y colaborativa
Además, la adaptabilidad ambiental y la fiabilidad deben considerarse en la selección. Los robots industriales pueden operar en entornos con polvo y vibraciones, por lo que se recomienda seleccionar servomotores con un nivel de protección IP65 o superior y una alta resistencia a las vibraciones. Para los robots colaborativos, la seguridad es un factor clave, por lo que se deben adoptar servomotores de baja inercia con frenado rápido, combinados con módulos de detección de par para lograr protección contra sobrecargas. Por otro lado, la adaptación colaborativa del motor, el reductor y el encoder es crucial. Es necesario garantizar la compatibilidad de parámetros entre los tres y optimizar aún más la precisión del movimiento y el rendimiento dinámico mediante la depuración integrada para satisfacer los requisitos de trabajo diferenciados de las diferentes articulaciones del robot.
