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Essendo il componente di guida principale dei giunti robotici, quali caratteristiche dei diversi giunti robotici (giunti di base, giunti del braccio, giunti dell'effettore terminale) dovrebbero essere prese in considerazione nella selezione e nell'abbinamento dei parametri dei servomotori? Come raggiungere un equilibrio tra precisione del movimento del giunto e prestazioni dinamiche attraverso l'ottimizzazione dei parametri?
I. Principio fondamentale dell'adattamento del servomotore: allineamento con requisiti di giunzione differenziati
I servomotori sono la scelta preferita per l'azionamento dei giunti di vari robot, come robot industriali e robot collaborativi, grazie ai loro vantaggi di elevata precisione, risposta rapida ed elevata densità di coppia. I diversi giunti dei robot presentano differenze significative in termini di posizionamento funzionale, condizioni di carico e requisiti di movimento. Pertanto, la selezione e l'abbinamento dei parametri devono essere adattati alle esigenze specifiche e i parametri devono essere ottimizzati per risolvere il conflitto tra precisione e potenza, garantendo la stabilità operativa complessiva del robot.
II. Strategia di selezione specifica per articolazione: abbinamento delle caratteristiche motorie alle richieste fondamentali
In primo luogo, è necessario chiarire i requisiti fondamentali per la selezione in base alle caratteristiche dei diversi giunti. In quanto base portante del robot, il giunto di base sostiene il peso dell'intera macchina e la coppia di carico dopo l'estensione del braccio. I suoi requisiti fondamentali sono coppia elevata e stabilità elevata, con requisiti relativamente bassi per la velocità di rotazione. Nella scelta di un servomotore per il giunto di base, si dovrebbe dare priorità alla coppia nominale, alla coppia di picco e al tempo di lavoro continuo. Generalmente, si sceglie un servomotore con elevata coppia nominale e elevato momento di inerzia del rotore, abbinato a un riduttore epicicloidale di precisione per migliorare la coppia in uscita. Nel frattempo, la coppia di stallo del motore deve essere verificata per evitare perdite di passo durante l'avvio o il carico. Il giunto del braccio è responsabile della regolazione dell'assetto e del movimento del robot, richiedendo un equilibrio tra coppia e flessibilità. La sua traiettoria di movimento è principalmente in modalità di accelerazione e carico variabili. Nella scelta di un motore per il giunto del braccio, considerazioni chiave includono la velocità di risposta dinamica, l'adattamento del momento di inerzia e la capacità di sovraccarico. Si consiglia di scegliere un servomotore con un piccolo momento d'inerzia del rotore e ottime prestazioni di accelerazione per garantire che il giunto possa eseguire rapidamente i comandi di controllo. Nel frattempo, il rapporto di trasmissione del riduttore dovrebbe essere ottimizzato per bilanciare la coppia in uscita e la flessibilità del movimento. Il giunto terminale (come il giunto di azionamento di una pinza o di una torcia di saldatura) si concentra principalmente sul posizionamento ad alta precisione e sul movimento rapido a basso carico, con bassi requisiti di coppia ma requisiti estremamente elevati di accuratezza di posizionamento, precisione di posizionamento ripetuto e stabilità a bassa velocità. Per questo giunto, si dovrebbe preferire un servomotore di piccola potenza con un encoder ad alta risoluzione (con una precisione non inferiore a 23 bit). Inoltre, le prestazioni di crawling a bassa velocità del motore dovrebbero essere ottimizzate per evitare che il jitter a bassa velocità influisca sulla precisione di funzionamento.
III. Percorso di ottimizzazione dei parametri: raggiungimento dell'equilibrio dinamico tra precisione e prestazioni dinamiche
In secondo luogo, il raggiungimento di un equilibrio tra precisione e prestazioni dinamiche attraverso l'ottimizzazione dei parametri chiave coinvolge tre dimensioni. In primo luogo, l'ottimizzazione dell'adattamento del momento di inerzia. Il rapporto tra il momento di inerzia del rotore del motore e il momento di inerzia del carico influisce direttamente sulla velocità di risposta del giunto e sulla precisione del controllo, e il rapporto di adattamento dovrebbe essere impostato in modo diverso per i diversi giunti: per i giunti di base con un elevato momento di inerzia del carico, il rapporto può essere controllato a 1:5~1:10; per i giunti del braccio che richiedono un equilibrio tra risposta e stabilità, il rapporto è raccomandato a 1:3~1:5; per i giunti terminali con un piccolo momento di inerzia del carico, il rapporto dovrebbe essere a 1:1~1:3. Un adattamento ragionevole riduce l'impatto inerziale e migliora la stabilità del controllo. In secondo luogo, l'ottimizzazione collaborativa dei parametri di coppia e velocità di rotazione. Calcolare la coppia di picco del carico e la coppia di carico nominale in base alla traiettoria di movimento del giunto per garantire che la coppia di picco del motore possa coprire i carichi di impatto istantanei e che la coppia nominale soddisfi i requisiti di funzionamento continuo. Nel frattempo, regolare la velocità di rotazione in base alla velocità di movimento del giunto: la velocità di rotazione del giunto di base è impostata a 50~200 giri/min, quella del giunto del braccio a 200~500 giri/min e quella del giunto terminale può essere aumentata a 500~1500 giri/min, evitando sprechi di potenza dovuti a velocità eccessivamente elevate o una ridotta efficienza operativa dovuta a velocità eccessivamente basse. In terzo luogo, calibrare i parametri di controllo. Ottimizzare le prestazioni dinamiche tramite la regolazione del guadagno e l'impostazione dei parametri di filtro del servoazionamento. Per i giunti terminali con requisiti di elevata precisione, aumentare il guadagno del loop di posizione per migliorare la precisione di posizionamento e abilitare la funzione di smoothing a bassa velocità per sopprimere il jitter. Per i giunti di base con elevati requisiti di potenza, ridurre opportunamente il guadagno del loop di posizione e aumentare il guadagno del loop di velocità per migliorare la capacità di anti-disturbo del carico, ottenendo un equilibrio dinamico tra precisione e potenza.
IV. Punti di adattamento ausiliari: considerare la compatibilità ambientale e collaborativa
Inoltre, nella selezione è necessario considerare l'adattabilità ambientale e l'affidabilità. I robot industriali possono operare in ambienti con polvere e vibrazioni, pertanto è necessario selezionare servomotori con un livello di protezione IP65 o superiore e un'elevata resistenza alle vibrazioni. Per i robot collaborativi, la sicurezza è un fattore chiave, pertanto è opportuno adottare servomotori a bassa inerzia con frenatura rapida, abbinati a moduli di rilevamento della coppia per garantire la protezione da sovraccarico. Allo stesso tempo, l'adattamento collaborativo di motore, riduttore ed encoder è fondamentale. È necessario garantire la compatibilità dei parametri tra i tre e ottimizzare ulteriormente la precisione del movimento e le prestazioni dinamiche attraverso il debug integrato per soddisfare i requisiti di lavoro differenziati dei diversi giunti robotici.
