Comparació de diferents mètodes d'accionament per a servorobots de tres eixos

Comparació de diferents mètodes d'accionament per a servorobots de tres eixos

En l'onada global de millores d'automatització en la indústria manufacturera, robots servo de tres eixos s'han convertit en equips bàsics en indústries com el muntatge d'electrònica, el processament de peces d'automòbils i l'envasament d'aliments. L'elecció del mètode d'accionament adequat determina directament l'eficiència de producció de l'equip, els costos de manteniment i el cicle de retorn de la inversió: una selecció incorrecta pot comportar una capacitat de producció insuficient, reparacions freqüents o fins i tot una substitució prematura de l'equip.

I. Per què el mètode d'accionament és un criteri de selecció bàsic per als servorobots de tres eixos?

El sistema d'accionament d'un servorobot de tres eixos és com el seu "cor de potència", responsable de convertir l'energia cinètica del servomotor en un moviment lineal o rotatori precís. El seu rendiment afecta directament tres preocupacions bàsiques de compra:

Relació cost-eficàcia de la inversió: l'equilibri entre el cost de compra inicial i el cost de manteniment posterior. Per exemple, mentre que alguns mètodes d'accionament poden tenir un preu de compra inicial baix, el cost de substituir les peces de desgast cada any es pot duplicar.

Adaptabilitat a la producció: si pot complir amb els requisits específics de la indústria, com ara el requisit de precisió de ±0,01 mm en la fabricació d'electrònica o la necessitat de càrregues superiors a 50 kg en la indústria de l'automoció.

Adaptabilitat global: els equips exportats han de complir els estàndards del mercat objectiu, com ara el consum d'energia i les restriccions de soroll als mercats europeus i americans, i els requisits de tolerància per a entorns d'alta temperatura i humitat als mercats del sud-est asiàtic.

Les dades de la Federació Internacional de Robòtica (IFR) del 2024 mostren que la taxa d'inactivitat dels equips a causa d'una selecció incorrecta de l'accionament va arribar al 12%, i més del 60% d'aquests casos s'atribueixen a errors de compatibilitat per part dels compradors majoristes. Per tant, és crucial una comparació exhaustiva de les diferències entre els mètodes d'accionament.

II. Comparació en profunditat dels mètodes d'accionament convencionals per a servorobots de tres eixos

Actualment, al mercat global, l'accionament elèctric és el mètode d'accionament principal absolut per als servorobots de tres eixos (representant més del 85%), complementat per un petit nombre d'accionaments hidràulics/pneumàtics per a aplicacions especials. En els accionaments elèctrics, les tres estructures de transmissió més representatives són els cargols de boles, les corretges síncrones i els engranatges de cremallera i pinyó. Les seves diferències específiques són les següents:

(I) Comparació dels paràmetres tècnics del mètode Core Drive

(II) Anàlisi dels principals avantatges i desavantatges de cada mètode d'accionament

1. Accionament de cargol de boles: la "solució òptima" per a escenaris d'alta precisió

Els cargols de boles transmeten la força a través del rodament de boles d'acer, convertint el moviment de rotació d'un servomotor en moviment lineal. Aquesta és la solució preferida per a servorobots de tres eixos d'alta precisió. El seu principal avantatge rau en el seu joc extremadament petit (

Tanmateix, els compradors han de ser conscients de les seves limitacions: els cargols de més de 2 metres són propensos a cedir a causa del seu propi pes, cosa que requereix mecanismes de suport addicionals i augmenta els costos; i la velocitat màxima està limitada per la velocitat crítica del cargol (normalment no superior a 2 m/s), cosa que el fa inadequat per a escenaris purament d'alta velocitat. A més, els entorns polsegosos acceleren el desgast de les boles d'acer, cosa que requereix equips auxiliars com ara cobertes protectores.

2. Transmissió per corretja síncrona: una eina rendible per a un funcionament d'alta velocitat i càrrega lleugera

Els accionaments síncrons per corretja utilitzen una corretja de poliuretà amb nucli d'acer que engrana amb politges per a la transmissió de potència. Ofereixen tres avantatges principals: alta velocitat, baix soroll i cost controlable. La seva velocitat màxima pot arribar als 5 m/s, més del doble que la dels cargols de boles, i el cost de compra inicial és només del 30% al 50% del d'un accionament de cargol de boles de les mateixes especificacions. Això els fa ideals per a aplicacions de càrrega lleugera i alta velocitat, com ara el processament d'aliments i la manipulació de peces de plàstic.

Els compradors internacionals han de ser conscients de les seves limitacions de precisió: les corretges síncrones són propenses a la deformació elàstica a causa de la temperatura, la qual cosa resulta en una precisió de repetibilitat de només ±0,1~±0,3 mm, que no pot complir els requisits del mecanitzat de precisió. A més, la seva capacitat de càrrega és limitada (normalment

3. Transmissió de cremallera i pinyó: imprescindible per a aplicacions de gran resistència i carrera llarga

Els accionaments de cremallera i pinyó utilitzen la rotació d'engranatges per impulsar el moviment lineal d'una cremallera, oferint els avantatges principals d'una alta capacitat de càrrega i una carrera il·limitada. La seva càrrega nominal pot arribar a superar els 1000 kg i, empalmant múltiples segments de cremallera, es pot aconseguir una carrera superior a 10 metres, cosa que la converteix en una solució essencial per a escenaris pesants com la manipulació de peces d'automòbils i la càrrega/descàrrega de grans màquines-eina.

Els principals reptes d'aquest sistema d'accionament rauen en el control del soroll i la precisió: una precisió de fabricació insuficient pot generar soroll >75dB quan els engranatges i la cremallera engranen, cosa que requereix l'addició d'una coberta insonoritzada; a més, s'ha d'eliminar el joc mitjançant un dispositiu de preaprement, ja que en cas contrari la precisió baixarà per sota de ±0,05 mm. Afortunadament, les marques europees i americanes han millorat la precisió fins al nivell de ±0,01 mm mitjançant la tecnologia de rectificat de superfícies de dents, tot i que això augmenta els costos de compra entre un 20% i un 30%.

4. Accionaments hidràulics/pneumàtics: "Solucions suplementàries" per a escenaris especials

Els accionaments hidràulics, amb la seva capacitat d'elevació de centenars de quilograms, encara s'utilitzen en escenaris de treballs pesats extrems, com ara la fosa a pressió pesada. Tanmateix, el risc de fuites d'oli i contaminació, juntament amb l'alt cost de les estacions hidràuliques, ha portat a la seva substitució gradual per accionaments de pinyó i cremallera d'alta càrrega. Els accionaments pneumàtics, a causa del seu baix cost i acció ràpida, encara s'utilitzen en maquinària de plàstic petita, però la seva precisió de ±0,5 mm i la seva capacitat de càrrega limitada són insuficients per a les necessitats dels equips de nivell servo.

Un informe del 2024 de la Federació Internacional de Robòtica (IFR) mostra que els accionaments hidràulics/pneumàtics representen ara menys del 5% dels servorobots de tres eixos, i els accionaments elèctrics s'estan convertint en la corrent principal, especialment la combinació de servomotors i mecanismes de transmissió de precisió, que combina precisió i flexibilitat.

III. 3 passos per aconseguir la solució òptima d'accionament

Pas 1: Aclarir els paràmetres dels requisits bàsics
Abans de la contractació, cal identificar tres indicadors clau per evitar la selecció a cegues:
Requisits de precisió: la fabricació electrònica requereix ±0,02 mm (es prefereixen cargols de boles); la indústria de l'embalatge requereix ±0,5 mm (les corretges síncrones són suficients).

Càrrega i carrera: Per a càrregues d'un sol eix > 50 kg, seleccioneu pinyó i cremallera; per a carreres > 3 metres, utilitzeu pinyó i cremallera prioritaris o corretja síncrona (els cargols de boles requereixen suport addicional).

Velocitat de funcionament: Per a temps de cicle > 120 cicles/minut, seleccioneu la corretja síncrona; per a operacions de precisió a baixa velocitat, seleccioneu el cargol de boles.

Pas 2: Coincidència amb els escenaris de la indústria objectiu
Diferents indústries tenen requisits significativament diferents pel que fa als mètodes d'accionament. Tenint en compte les característiques del mercat internacional, es pot utilitzar com a referència la següent lògica d'adaptació:

Electrònica/Semiconductors (principalment Europa i Amèrica): Es requereix alta precisió i baix soroll. Es recomanen accionaments de cargol de boles. L'aparellament amb els servoaccionaments de la sèrie Delta ASD pot aconseguir una precisió de ±0,005 mm, complint els estàndards europeus i americans de les fàbriques d'electrònica.

Recanvis d'automòbils (compatibles globalment): Els requisits de càrrega pesada i carrera llarga són importants. Els accionaments de pinyó i cremallera són la solució òptima. Es recomana triar cremalleres de terra, adaptades als servosistemes Siemens V90 per millorar l'estabilitat.

Aliments/Envasos (principalment sud-est asiàtic): Es posa èmfasi en el cost i la velocitat. Els accionaments per corretja síncrona ofereixen la millor relació cost-rendiment. L'ús de materials de poliuretà compleix els requisits d'higiene de la indústria alimentària i el cicle de manteniment s'adapta a les capacitats de manteniment de les fàbriques del sud-est asiàtic.

Pas 3: Càlcul del cost total del cicle de vida
La contractació internacional ha de tenir en compte tant la inversió inicial com el funcionament i el manteniment a llarg termini. Basant-se en una vida útil de 100.000 hores, es fan els càlculs següents:

Accionament de cargol de boles: cost de compra inicial elevat (aproximadament 20.000 RMB), però baix cost de manteniment (500 RMB per any), cost total aproximadament 25.000 RMB.

Transmissió per corretja síncrona: cost de compra inicial baix (aproximadament 8.000 RMB), però requereix la substitució de la corretja 4 vegades (200 RMB cada vegada), cost total aproximadament 9.000 RMB.

Transmissió per cremallera i engranatges: cost de compra inicial mitjà (aproximadament 14.000 RMB), l'ajust de la folgança d'engranatge és d'una mitjana de 800 RMB per any, cost total aproximat de 22.000 RMB.

IV. Noves tendències en tecnologia d'accionament el 2025

Sistemes d'accionament híbrids: Els accionaments pneumàtics i elèctrics híbrids s'estan convertint en un nou tema candent. Per exemple, les accions d'agafada utilitzen accionaments pneumàtics (de baix cost), mentre que les accions de posicionament utilitzen accionaments de corretja síncrons (d'alta precisió), que poden reduir els costos en un 30% alhora que compleixen els requisits de precisió mitjana.

Accionament directe sense reductor: parell elevat, baixa velocitat servomotors no requereixen reductor i es connecten directament a cargols de boles o engranatges de cremallera i pinyó, cosa que redueix les pèrdues mecàniques en un 50% i allarga la vida útil a més de 150.000 hores. Aquesta tecnologia s'utilitza actualment en models d'alta gamma per marques com Stäubli.

Algorisme d'adaptació intel·ligent: el servocontrolador de setena generació integra un algoritme de xarxa neuronal que ajusta automàticament els paràmetres de l'accionament en funció dels canvis de càrrega. Per exemple, la sèrie VX de Doosan Robotics utilitza aquesta tecnologia per reduir les taxes de fallada en un 60%, cosa que la fa ideal per a escenaris de producció multivarietat.

Lloc web:https://www.zhiyirobotics.com/

Correu electrònic:sales@zhiyirobotics.com

#Servo de tres eixos#Robot servo de tres eixos#Braç de robots 250-350t#Robot servo de 3 eixos#Tres eixos Braç robot servo