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Como componente central de acionamento das juntas de um robô, quais características das diferentes juntas (juntas da base, juntas do braço, juntas do efetor final) devem ser consideradas na seleção e no ajuste dos parâmetros dos servomotores? Como alcançar um equilíbrio entre a precisão do movimento da junta e o desempenho dinâmico por meio da otimização de parâmetros?
I. Princípio Fundamental da Adaptação de Servomotores: Alinhamento com Requisitos Diferenciados de Juntas
Os servomotores são a escolha preferida para acionar as juntas de diversos robôs, como robôs industriais e robôs colaborativos, graças às suas vantagens de alta precisão, resposta rápida e alta densidade de torque. As diferentes juntas dos robôs apresentam diferenças significativas em termos de posicionamento funcional, condições de suporte de força e requisitos de movimento. Portanto, a seleção e o ajuste de parâmetros devem ser adaptados às necessidades específicas, e os parâmetros devem ser otimizados para resolver a contradição entre precisão e potência, garantindo a estabilidade operacional geral do robô.
II. Estratégia de Seleção Específica para Cada Articulação: Adequação das Características Motoras às Demandas Essenciais
Primeiramente, é necessário esclarecer os principais requisitos para a seleção com base nas características das diferentes juntas. Como a base de sustentação do robô, a junta da base suporta o peso de toda a máquina e o torque de carga após a extensão do braço. Seus principais requisitos são alto torque e alta estabilidade, com requisitos relativamente baixos para velocidade de rotação. Ao selecionar um servomotor para a junta da base, deve-se priorizar o torque nominal, o torque de pico e o tempo de operação contínua. Geralmente, um servomotor com alto torque nominal e alto momento de inércia do rotor é selecionado, combinado com um redutor planetário de precisão para melhorar a saída de torque. Além disso, o torque de estol do motor deve ser verificado para evitar perda de passos durante a inicialização ou o suporte de carga. A junta do braço é responsável pelo ajuste de atitude e amplitude de movimento do robô, exigindo um equilíbrio entre torque e flexibilidade. Sua trajetória de movimento ocorre principalmente em modos de aceleração e carga variáveis. Ao selecionar um motor para a junta do braço, as principais considerações incluem velocidade de resposta dinâmica, compatibilidade de momento de inércia e capacidade de sobrecarga. Recomenda-se escolher um servomotor com baixo momento de inércia do rotor e excelente desempenho de aceleração para garantir que a junta possa seguir rapidamente os comandos de controle. Ao mesmo tempo, a relação de transmissão do redutor deve ser otimizada para equilibrar a saída de torque e a flexibilidade de movimento. A junta do efetor final (como a junta de acionamento de uma garra ou tocha de solda) concentra-se principalmente no posicionamento de alta precisão e no movimento rápido com carga leve, com baixos requisitos de torque, mas requisitos extremamente altos de precisão de posicionamento, precisão de posicionamento repetitivo e estabilidade em baixa velocidade. Para essa junta, deve-se dar preferência a um servomotor de baixa potência com um encoder de alta resolução (com precisão de pelo menos 23 bits). Além disso, o desempenho de deslocamento em baixa velocidade do motor deve ser otimizado para evitar que vibrações em baixa velocidade afetem a precisão da operação.
III. Caminho de Otimização de Parâmetros: Alcançando o Equilíbrio Dinâmico entre Precisão e Desempenho Dinâmico
Em segundo lugar, alcançar um equilíbrio entre precisão e desempenho dinâmico por meio da otimização de parâmetros-chave envolve três dimensões. Primeiro, a otimização da correspondência do momento de inércia. A relação entre o momento de inércia do rotor do motor e o momento de inércia da carga afeta diretamente a velocidade de resposta da junta e a precisão do controle, e essa relação deve ser definida de forma diferente para cada junta: para juntas de base com grande momento de inércia da carga, a relação pode ser controlada entre 1:5 e 1:10; para juntas do braço que exigem um equilíbrio entre resposta e estabilidade, recomenda-se uma relação de 1:3 a 1:5; para juntas de extremidade com pequeno momento de inércia da carga, a relação deve ser de 1:1 a 1:3. Uma correspondência adequada reduz o impacto inercial e melhora a estabilidade do controle. Em segundo lugar, a otimização conjunta dos parâmetros de torque e velocidade de rotação. Calcule o torque de pico da carga e o torque de carga nominal com base na trajetória de movimento da junta para garantir que o torque de pico do motor possa suportar cargas de impacto instantâneas e que o torque nominal atenda aos requisitos de trabalho contínuo. Entretanto, ajuste a velocidade de rotação para corresponder à velocidade de movimento da junta: a velocidade de rotação da junta da base é definida entre 50 e 200 rpm, a da junta do braço entre 200 e 500 rpm e a da junta da extremidade pode ser aumentada para 500 a 1500 rpm, evitando o desperdício de energia devido à velocidade excessivamente alta ou a redução da eficiência operacional devido à velocidade excessivamente baixa. Terceiro, calibração dos parâmetros de controle. Otimize o desempenho dinâmico através do ajuste de ganho e da configuração dos parâmetros de filtro do servoacionador. Para juntas da extremidade com requisitos de alta precisão, aumente o ganho do laço de posição para melhorar a precisão do posicionamento e habilite a função de suavização em baixa velocidade para suprimir a oscilação. Para juntas da base com requisitos de alta potência, reduza adequadamente o ganho do laço de posição e aumente o ganho do laço de velocidade para aprimorar a capacidade de resistência a perturbações de carga, alcançando um equilíbrio dinâmico entre precisão e potência.
IV. Pontos de Adaptação Auxiliares: Considerando a Compatibilidade Ambiental e Colaborativa
Além disso, a adaptabilidade ambiental e a confiabilidade devem ser consideradas na seleção. Robôs industriais podem operar em ambientes com poeira e vibração, portanto, servomotores com nível de proteção IP65 ou superior e alta resistência à vibração devem ser selecionados. Para robôs colaborativos, a segurança é uma consideração fundamental, então servomotores de baixa inércia com frenagem rápida devem ser adotados, combinados com módulos de detecção de torque para obter proteção contra sobrecarga. Enquanto isso, a adaptação colaborativa do motor, redutor e encoder é crucial. É necessário garantir a compatibilidade de parâmetros entre os três e otimizar ainda mais a precisão do movimento e o desempenho dinâmico por meio de depuração integrada para atender aos requisitos de trabalho diferenciados das diferentes juntas do robô.
