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在國產(chǎn)機器人通往大規(guī)模用量的道路上,機器人精度保持性是一個無法繞過的“坎”。與進口機器人相比,國產(chǎn)機器人在使用過程中的精度保持性差是二者在技術(shù)、工藝表現(xiàn)上的主要差距之一。
事實上,國產(chǎn)機器人在出廠時的精度并不比進口機器人差多少,甚至個別機器人的靜態(tài)精度指標還高于進口機器人。但問題是,出廠后的國產(chǎn)機器人精度下降很快,部分機器人在使用半年后就需要更換零部件或重新標定。相比之下,進口機器人使用多年后,精度依然保持良好。
一般而言,機器人在正常使用條件下,其各項精度并非一成不變,依然存在著波動和衰退,只要不超出精度要求的范圍,即認為機器人精度保持性能力依然“在線”。
國產(chǎn)機器人在使用一段時間內(nèi),其精度難以保證仍然在限定范圍內(nèi)。要解決這一問題,必須尋找影響機器人精度保持性的主要因素,而后“對癥下藥”進行改善。
其中,諧波減速器磨損導致機器人精度喪失、連桿的變形導致機器人本體精度變差、關(guān)節(jié)的剛性降低導致精度變化等硬件結(jié)構(gòu)的損耗是造成機器人精度保持性差的主要原因。
從機器人精度衰退情況來看,精度衰退的根本原因是運動部件的非正常磨損,而導致這種非正常磨損的原因可能是不合理的設(shè)計、制造以及使用所致。
機器人傳動系統(tǒng)中的諧波減速器是機器人的關(guān)節(jié),如同變速箱之于汽車,控制著機器人力量輸出和操作精度。因此,在機器人精度保持性的改進中,諧波減速器無疑是至關(guān)重要的突破點。
如果以國外高端品牌HD作為標準,通過對市場上諧波減速器進行精度保持性橫評測試,減速器輸出端施加恒定轉(zhuǎn)矩(平均允許負載轉(zhuǎn)矩)、轉(zhuǎn)速連續(xù)運轉(zhuǎn)測試。從測試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),隨著測試時間增加,傳動精度呈現(xiàn)先變差再變好的趨勢,隨著時間的持續(xù)增加,傳動精度維持在一定的范圍內(nèi)波動。(下圖為昊志機電橫向評測結(jié)果)
主流品牌諧波減速器精度保持性測試
在對市場主流品牌諧波減速器精度保持性測試中,無論初始精度還是精度的保持性,昊志機電最接近HD產(chǎn)品水準。
要保證機器人的精度,諧波減速器精度要過“硬”才行,而這又與諧波減速器的設(shè)計、材料選擇、工藝等息息相關(guān)。昊志機電諧波減速器之所以能夠比肩HD的產(chǎn)品水準,也正是來源于此。
昊志機電諧波減速器齒形是基于對IH齒形及《諧波齒輪傳動》、《諧波齒輪傳動的理論和設(shè)計》以及曲線映射理論充分研究的基礎(chǔ)上,正向設(shè)計開發(fā)SP諧波齒形及凸輪廓曲線,并取得國家發(fā)明專利。SP齒形確保同時嚙合的齒數(shù)超過總齒數(shù)的30%。
諧波減速器的剛輪柔輪嚙合也會導致不斷磨損,繼而影響到機器人的精度保持性,昊志機電減速器剛輪全部采用高強度及潤滑性能優(yōu)良的進口鑄鐵,在保證精度、壽命的同時降低了產(chǎn)品噪聲值。
齒面的光潔度、精度直接影響了諧波減速器的磨損速度。為降低磨損速度,公司產(chǎn)品齒輪加工精度等級嚴格控制在6級以內(nèi),表面光潔度控制在Ra0.4以內(nèi)。
昊志機電諧波減速器齒面實拍圖片
同時,我司自主開發(fā)的專用探傷檢測儀器,克服行業(yè)檢測技術(shù)壁壘,確保產(chǎn)品品質(zhì)。
另外,為了確保產(chǎn)品出廠時的一致性與穩(wěn)定性,我司所有零部件的關(guān)鍵尺寸均經(jīng)過嚴格選配,裝配后的每一臺產(chǎn)品均經(jīng)過頻譜監(jiān)控,真正實現(xiàn)了裝配過程的全閉環(huán)管控。
齒面潤滑效果是齒輪磨損另一關(guān)鍵因素?;跐櫥碚摷岸嗄隄櫥瑧?yīng)用經(jīng)驗,我司開發(fā)了專用潤滑脂。該潤滑脂對傳動件產(chǎn)生纏繞性油膜,降低了傳動件磨損,提升油膜強度的同時降低溫升。
此外,由于獨有配方的潤滑脂中含有納米級別的球狀微粒成分,其直徑約為分子直徑的二十分之一,可以滲透到部件間的每一個角落而不會引起粘度的變化;納米級微粒起到細微軸承的作用,利用軸承效應(yīng),將滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦,從而最大限度地降低了傳動件的磨損速度。
2014年,我司進入機器人領(lǐng)域,正式開始諧波減速器的研發(fā),歷經(jīng)五年對機器人減速器的理論研究與實踐摸索,不斷突破了材料限制、齒形、凸輪廓等設(shè)計的封鎖及潤滑技術(shù)的瓶頸。
目前,昊志機電諧波減速器已經(jīng)形成兩大系列(雙波系列、三波系列)、10種規(guī)格(11、14、17、20、25、32、40、45、50、58)、6大減速比(30、50、80、100、120、160)及機器人關(guān)節(jié)模組全系列產(chǎn)品,公司諧波減速器產(chǎn)品線不斷拓寬,可滿足不同領(lǐng)域的不同需求。