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工业冲床机械手基础组成部件介绍

工业冲床机械手的关键基础部件,是指构成机械手传动系统、控制系统和人机交互系统,对冲床机械手性能起到关键影响作用,并具有通用性和模块化的部件单元。主要分成以下三部分:高精度减速机、高性能交直流伺服电机和驱动器、以及高性能机器人控制器。


一、减速机

减速机是冲床机械手的关键部件,目前主要使用两种类型的减速机:谐波齿轮减速机和RV减速机。应用在冲床机械手的底座和手臂关节处。谐波传动方法由美国发明家C.WaltMusser于20世纪50年代中期发明。谐波齿轮减速机主要由波发生器、柔性齿轮和刚性齿轮3个基本构件组成,依靠波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形,并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力,单级传动速比可达70~1000,借助柔轮变形可做到反转无侧隙啮合。与一般减速机比较,输出力矩相同时,谐波齿轮减速机的体积可减小2/3,重量可减轻1/2。柔轮承受较大的交变载荷,因而其材料的抗疲劳强度、加工和热处理要求较高,制造工艺复杂,柔轮性能是高品质谐波齿轮减速机的关键。


目前在高精度减速机方面,市场份额的75%均由两家日本减速机公司垄断,分别为:提供RV摆线针轮减速机的日本Nabtesco和提供高性能谐波减速机的日本HarmonicDrive。包括ABB,FANUC,KUKA,MOTOMAN在内国际主流机器人厂商的减速机均由以上两家公司提供,与国内机器人公司选择的通用机型有所不同的是,国际主流机器人厂商均与上述两家公司签订了战略合作关系,提供的产品大部分为在通用机型基础上根据各厂商的特殊要求进行改进后的专用型号。国内在高精度摆线针轮减速机方面研究起步较晚,仅在部分院校,研究所有过相关研究。目前尚无成熟产品应用于工业机器人。近年来国内部分厂商和院校开始致力高精度摆线针轮减速机的国产化和产业化研究,如浙江恒丰泰,重庆大学机械传动国家重点实验室,天津减速机厂,秦川机床厂,大连铁道学院等。在谐波减速机方面,国内已有可替代产品,如北京中技克美,北京谐波传动所,但是相应产品在输入转速,扭转高度,传动精度和效率方面与日本产品还存在不小的差距,在工业机器人上的成熟应用还刚刚起步。


二、伺服电机和驱动器

在伺服电机和驱动方面,目前欧系的品牌主要有伦茨,Lust,博世力士乐等,这些欧系电机及驱动部件过载能力及动态响应好,驱动器开放性强,且具有总线接口,但是价格昂贵。日系品牌主要有安川,松下,三菱等,其价格相对低一些,但是动态响应能力较差,开放性较差,且大部分只具备模拟量和脉冲控制方式。而国内近年来也开展了大功率交流永磁同步电机及驱动部分基础研究和产业化,如哈尔滨工业大学,北京和利时,广州数控等单位,并且具备了一定的生产能力,但是其动态性能,开放性和可靠性还需要更多的实际项目应用进行验证。 


三、控制器

冲床机械手控制器方面,目前通用的多轴控制器平台主要分为以嵌入式处理器(DSP,POWERPC)为核心的运动控制卡和以工控机加实时系统为核心的PLC系统,其代表分别是DeltaTau的PMAC卡和Beckhoff的TwinCAT系统。国内的在运动控制卡方面,固高公司已经开发出相应成熟产品,但是在冲床机械手上的应用还相对较少。