Двигатели Kollmorgen — легкие помощники универсальных роботов

Компания Universal Robots разработала модели роботов UR5 и UR10, которые подходят для использования не только на крупных, но и на малых и средних предприятиях. Манипуляторы поднимают полезную нагрузку в 5 и 10 кг, но сами при этом весят 18 и 25 кг соответственно. Их небольшой вес позволяет им легко перемещать грузы без сложных вспомогательных устройств. Также многофункциональные роботы отличаются гибкостью благодаря удобному для пользователя программному обеспечению, которое не требует специальных знаний в области робото­техники. Таким образом, данные шестикоординатные легкие роботы можно быстро подготовить к решению новых задач.

Модульная конструкция

Такое соотношение собственного веса и грузоподъемности стало возможным благодаря продуманной конструкции, которая содержит только необходимые элементы. Минималистическая технология основана на интеграции бескорпусного двигателя KBM от Kollmorgen непосредственно в оси сочленения (рис. 1). При этом робот выполняет функцию корпуса двигателя, а редуктор служит основным подшипником ротора. В целом компоненты, используемые в UR, часто выполняют по нескольку функций, и это в итоге значительно уменьшает количество узлов, таких как шарикоподшипники, муфты или валы, что снижает общий вес системы и форм-фактор. Кроме того, благодаря высокой удельной мощности двигатели увеличивают грузоподъемность UR5 и UR10.

Рис. 1. Двигатели KBM предлагают большую свободу в настройке сервоосей в оптимизированном пространстве благодаря изменяемой модульной конструкции. Фото: Kollmorgen

Серия двигателей KBM также обладает усовершенствованными электромагнитными характеристиками для оптимизации крутящего момента и минимизации его пульсаций. Эти преимущества распространяются на широкий диапазон рабочих скоростей. Специальная технология упаковки проводников в статоре с высокой плотностью увеличивает крутящий момент и снижает тепловые потери. В роторе используются высокопрочные редкоземельные магниты, которые обеспечивают постоянный крутящий момент 1,45–3445 Нм и максимальный крутящий момент 4,91–12 812 Нм.

Учитывая, что двигатели KBM встроены в корпус робота (рис. 2) и напрямую управляют нагрузкой, роботы могут достичь высокого уровня точности в управлении движением и усилием. В этом отношении критически важно управление силой, потому что роботам постоянно приходится перемещать различные детали с высокой вариативностью настроек. На практике они определяют размер и эластичность объектов и соответственно корректируют усилие, которое должно быть применено. Для этого нужна гораздо большая сила, чем 25 ньютонов. Необходимое усилие и желаемое положение могут быть запрограммированы с точностью ±10 ньютонов и ±5 мм для каждого из шести соединений.

Рис. 2. В конструкциях UR5 и UR10 используются моторы KBM от Kollmorgen. Они встроены непосредственно в осевой шарнир без корпуса. Фото: UR

Бесшумная работа и высокая энергоэффективность

К преимуществам роботов также относятся низкий уровень шума и энергосбережение. С точки зрения общей стоимости владения, экономное использование ресурсов напрямую повышает эффективность роботов в целом. Соответственно, возрастает и конкурентоспособность этой технологии. Дополнительное преимущество высокой энергоэффективности тесно связано с уменьшением потерь в двигателях. Поскольку эффективность высокая, вырабатывается меньше тепла. Это означает, что двигатели остаются холодными, и, следовательно, их срок службы продлевается. Улучшенное температурное поведение также предотвращает нагрев всей конструкции. «Моторы, которые мы использовали раньше, сильно нагревались при непрерывной работе. Из-за меньших тепловых потерь моторы KBM Kollmorgen остаются холодными. Поэтому мы можем эксплуатировать наших роботов в непрерывном режиме без снижения производительности», — отмечает Эсбен Х. Остергаард (Esben H. Østergaard), технический директор Universal Robots, ссылаясь на проведенные испытания с длительными периодами эксплуатации и сравнительно высокими нагрузками.

Бескорпусные двигатели KBM от Kollmorgen используют в машино­строении и промышленном инжиниринге, чтобы обеспечить широкий спектр решений для приложений с максимальной степенью гибкости, удельной мощности, динамики и долго­вечности (рис. 3). В дополнение к техническим преимуществам, предоставляемым этим продуктом, платформа KBM включает 14 корпусных конструкций и множество предварительно разработанных стандартных решений.

Рис. 3. Шестиосевые роботы используются на перерабатывающих и производственных объектах. Роботы легко программируются для выполнения повторяющихся задач. Фото: UR

Перспективы

В конечном счете, бесшумная работа и высококачественный контроль синхронных серводвигателей позволяют использовать роботов не только для операций перемещения. До сих пор Universal Robots фокусировалась на применении роботов в качестве инструмента для выполнения простых задач, избавляя людей от необходимости выполнять утомительную монотонную ручную работу. Легкие конструкции новых роботов без неконтролируемых колебаний и вибраций предоставляют новые возможности применения, например для сварки и склейки. Еще одним важным фактором для расширения функционала роботов является то, что благодаря сложной технологии безопасности обе модели могут использоваться даже без дополнительного экранирования. Это открывает путь к безопасному и комфортному сотрудничеству между персоналом и технологиями.