欧美工业工匠精神Gems 3100B0400S05E000
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传统的机器设计工程师通常着重选择现成的有框电机来建立运动控制轴。有时,设计人员会修改标准电机的物理尺寸或绕组,亦或二者的组合,以定制某种应用。另一种定制伺服电机的方式是,使用无框电机并直接集成到设备上。
无框电机包括一个转子和定子套组,与反馈元件结合使用、直接集成到机器传动装置中,能够提供巨大优势。尽管组装无框电机似乎较为困难,但该过程其实与其他机器制造的组装要求类似。
选择无框电机的优势
为什么机器设计人员要使用无框电机解决方案,而非传统的有框设计呢?考虑到以下因素,无框电机的设计有其合理性:
优化机器性能
将无框电机集成到机器中,能够提供多项性能优势。将电机直接集成到转轴元件上,可降低整体系统惯量。惯量降低,电机加减速所需的扭矩也会变低,反过来更好控制电机的运动和稳定时间,从而增加系统带宽。无框电机具有与标准电机相似的绕组选项,同样可以自定义设置以优化性能。机器性能优化为机器制造商提供了潜在优势,使其产品在竞争中脱颖而出。
增强环境适用性
在运动控制传动设计中,机器设计人员可能需要对特定环境因素进行管理。例如,根据机械和环境因素需要,将无框电机集成到密封外壳中,此举可简化整体机器设计。标准有壳的电机设计通常适用于工业环境,以应对典型的工业灰尘和散热问题。然而,遇到特殊环境时,则需要对电机进行定制,以应对特定的环境挑战,例如热或冷、真空、辐射或腐蚀液体。无框电机提供了多种选择,能将电机集成到机器和所需的环境条件中。
增加售后收入
将无框伺服电机集成到机器设计中,可将运动控制元件整合进机器制造商的整体设计中。电机元件的新配置由机器制造商“专有",需要终用户从制造商直接购买备件,这可保护售后收入。这一常常被忽视的优势在机器设计的整个生命周期中提供了更高的收入流。
保护知识产权
关于无框设计,一个万分值得考虑的理由是,定制的无框伺服电机设计具有*的功能性性能,可申请(或轻松受到保护)。
降低系统成本
对于特定应用,可消除非必需的有壳电机设计标准元素,即使考虑到前期设计成本,也能降低电机的单位成本。某些标准功能可以集成到机器组件中,例如密封件、连接器或反馈元件,从而去除使用有框电机时所需的额外外壳、轴承、联轴器和其他元件。
标签:科尔摩根
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在基本形式上,伺服系统包含一个执行器(肌肉)、一个控制器(大脑)和一个反馈元件(感官)。在自动化域,虽然肌肉可以是各种机械结构,但具代表性的是伺服电机。同样,大脑也可以由各种元件表示,但常见的是运动控制器或伺服驱动器。传感通过电流传感器或编码器、旋变以及视觉系统,为大脑提供反馈信息。
当控制器向执行器发送信号令其移动到特定位置时,执行器开始移动,反馈装置向控制器传回信号告知执行器移动的位置和速度。控制器随后查看反馈信息,并确定电机是否到达指令位置。如果没有,则控制器将继续向执行器发送信号,令其移动,直到收到反馈装置的信号,显示电机已经到达所需位置。
伺服系统的运行流程与人体非常相似,一个出色的多轴运动控制系统,包含几百条肌肉、多个反馈装置,以及一个可以迅速做出调整的控制系统。
例如,一位棒球运动员踏上垒板击球,其大脑会分析目前的状况、垒上的球员数量、当前出局人数、防守方的站位。击球手看向三垒教练,收到击球的信号(图像从眼睛传到大脑)。投手投球时,击球手预估投球,思考球飞过垒板的位置。当投手将球投出,击球手的眼睛向大脑发送信息,由大脑分析球的飞行轨迹,在瞬间做出决定,将信号发送给多个肌肉,从而协调挥动球棒击球。如果击球手未击中球,大脑则会分析错误,做出调整应对下一次投球。人体像伺服系统一样,通过协调动作节奏进行工作。
现代工业的伺服系统有了显著的进步,包括复杂的控制器以及多种反馈设备和快速处理器,可以在一纳秒内做出数个决定,以执行所需运动控制。通常工业伺服系统细分包括:
伺服电机
伺服电机——系统的肌肉,可采用多种技术,包括有刷电机或无刷电机、有框或无框电机,以及直线或旋转电机。电机产生加速和移动负载所需的转矩。
伺服驱动器
伺服驱动器——这可以是系统的大脑,也可以是大脑的一部分。简单的伺服驱动器可以控制转矩和速度,而更高级的伺服驱动器可以提供额外功能,可使用编程功能配置为定位器。驱动器或控制器可与伺服电机相匹配,控制电机接收的电压和电流。
伺服控制器
伺服控制器——系统的大脑,利用编程环境,为机械控制、输入输出提供各种选项,并与一种图形用户界面进行连接。伺服控制器可以独立,也可以与伺服驱动器集成。
反馈
反馈——系统传感,通常集成到伺服电机中。反馈元件可能包括编码器、旋变、线性反馈装置、测速仪等。复杂控制系统可能包括更多*进的反馈形式,例如视觉系统。
电缆
电缆——伺服系统相互连通,因此反馈、通信和电力反馈电缆成为连接大脑、肌肉和感官的神经系统。 工业机器人的用途,可能比您想象的还要广泛。现在的工业机器人基本都采用轻型设计,跟二十世纪初的机器人相比,它们操作灵活,价格适中,中小企业也*可以承受。
工业机器人之所以受到很多企业的欢迎,是因为它们具有高的灵活性。凭借各种类型的末执行装置,比如用于装配和分拣的吸盘和抓手,*进的工业机器人可以快速改装,从而满足特定的应用需求。
它们的优点不止是灵活,还支持用户轻松的进行编程,擅长技术研究的人可以在短短几个小时内教会轻型机器人必要的运动序列。另外,这些机器人之所以叫“轻型机器人",是因为它们的自重都很小,大多不超过 40 千克。
正因为它们具有这些优点,我们即可以让轻型机器人自主焊接,也可以给它们装上抓手并固定在工业工作台上进行人机协作。但是,想要大的发挥出它们的潜能,还需要给它们配备上的支撑结构。
机器人的
多种支撑结构
为了让机器人在不同的应用之间无缝切换并确保操作无误,我们需要为工业机器人提供合适的支撑结构。在这方面,工业机器人的高效灵活与 item 模块化设计的强大功能可谓不谋而合。
凭借 item 久经“历练"的铝型材技术,我们几乎能够为任何应用搭建的支撑结构。而且,item 拥有众多的标准组件,因此搭建过程中不需要使用昂贵的定制设备。
比如,item 的通用型安装板上的钻孔分布可以匹配常见的轻型机器人,像 UR3e 和 UR5e 等小型优傲机器人可以通过安装板 8 系列 160*160固定在型材或槽轨台面上。更大尺寸的 200*200 安装板则适用于 UR16e、发那科 CRX-10iA 以及欧姆的大型机器人。通用安装板 8 系列 160*160 和 200*200 适用于所有的协作型机器人和机械工程解决方案。
如果要搭建可移动方案,比如方便运输的机器人台面,可以选择各种转向脚轮、定向脚轮和水平调节脚轮。内置蹄脚的水平调节脚轮 D62 和 D80 是移动式机器人台面的佳选择,因为它们可以在移动和固定之间自由切换。这样机器人就可以在不同的工位上使用了。
item 的可调节脚轮可以立即将稳定、固定的支撑结构转变为移动机器人工作台。 不仅如此,item 的各种产品还能帮助您搭建机器人护罩。
不仅如此,item 的各种产品还能帮助您搭建机器人护罩——即使是传统的工业机器人也没有问题。比如,钢质轧花网 4mm 40×40 是大型护罩和围栏系统的理想选择,它可以根据要求提供物料传输所需的凹槽。而透明的抗冲击聚碳酸酯(Polycarbonate)4 mm 则适合用封闭式机器人单元进行过程监控的解决方案。
如果您希望工作环境整洁安静,采用 XMS 型材搭建的机柜则更为明智,因为 XMS 系列具有标准的密封槽,可以防止灰尘和污垢进入或离开护罩。
预配置的
机器人支撑结构
如果不想从头设计,那也可以选择定制的预配置解决方案。
比如,带电缆管理的岛式机器人(下图左侧)就配备了机器人所需的一切组件,可直接在工业环境中使用。而机械臂和其他配件也可以轻松地安装在可调节槽轨台面上。除此之外,电缆和操作元件也可以整齐地收纳在 XMS 型材的内置电缆线槽中。如果是用机器人开展协作任务,安装了协作型机器人的协作型工作台(下图右侧)则更加适合。工作台后部是带 8 系列槽轨的型材,可以牢固地安装机器人或协作型机器人。
另外,item 现有的工作台系统也可以经过改装,轻松满足协作型机器人的使用要求。工作台采用的是重型升降立柱,即使安装了较重的机械手也不会影响它的高度调节能力。
在各种机器人的应用方案中,item 型材技术强大的兼容性和灵活的模块化设计是很大的优势,它也能为传统的工业域带来好处(比如我们之前讲过的一家机器人制造商自己开发成功了机器人病毒自动检测站)。