¿Pasos para el diseño de robots industriales?
1. Análisis de requisitos y definición del producto.
En esta etapa, el gerente de producto recopila información del mercado, visita a los clientes, comprende a los competidores y finalmente resume un requisito de producto, así como la industria típica y el proceso típico al que se dirige el requisito. Según las expectativas del mercado, cuántas unidades se pueden vender en un año, rango de precio objetivo, estado de la aplicación de la industria objetivo y tendencias de desarrollo, etc. De acuerdo con las necesidades, se proponen indicadores de rendimiento del producto y los productos deseados se describen cuantitativa y específicamente en términos de funciones del producto, como entorno de uso, rango de trabajo, velocidad máxima, carga nominal, tiempo para lograr una trayectoria de proceso típica, nivel IP. , tipo de fuente de alimentación, límite de peso, vida útil, qué certificaciones y estándares se deben seguir, etc.
Las habilidades requeridas aquí son una comprensión integral y sensibilidad comercial de la industria, el mercado, los costos, la estrategia de la empresa, otros vínculos de desarrollo y procesos de fabricación. Esto se va instaurando paulatinamente en el trabajo de larga duración.
2. Investigación preliminar y análisis de viabilidad
A la vista de los indicadores de rendimiento del producto propuestos en el paso anterior, ingenieros en los campos de maquinaria, simulación, accionamiento, electricidad, software y otros. Los campos comenzaron a analizarlos desde sus respectivas perspectivas técnicas. Principalmente desde dos direcciones: viabilidad técnica y costo, durante las cuales se requiere la asistencia del personal de adquisiciones y producción. El objetivo es determinar si existe un equilibrio rentable entre tecnología y coste. En esta etapa, otro contenido importante es realizar análisis y pruebas detallados de productos similares de la competencia y transformar la experiencia de la competencia en las ventajas de los propios productos tanto como sea posible.
Al final de esta fase se obtendrá una propuesta conceptual, junto con una estimación del tiempo y coste de desarrollo. Estos se convertirán en documentos de salida en forma de informe de análisis de viabilidad, plan de proyecto, análisis de costos y evaluación de riesgos para que la gerencia decida si iniciar oficialmente el proyecto de desarrollo.
En esta etapa se involucrarán ingenieros superiores en todas las áreas. Los conocimientos y tecnologías implicados en cada área se introducirán en otras etapas de desarrollo posteriores.
3. Cálculo y simulación
Aunque el plan conceptual anterior carecía de la mayoría de detalles, apoyándose en información como tamaño aproximado, carga, velocidad, trayectoria típica del proceso, etc., fue posible. para predecir aproximadamente el producto mediante cálculos de modelado y simulación. Con base en la información del tamaño geométrico del esquema conceptual, se puede establecer el modelo cinemático del robot. Sobre esta base, se define la carga externa y se estiman empíricamente la carga de masa natural y la fuerza de fricción para obtener aún más el modelo dinámico. Tomando como entrada la velocidad objetivo y la trayectoria, se obtienen dos datos importantes mediante simulación dinámica: a. El par de cada eje impulsor; b. el desarrollo y selección del sistema de accionamiento. Este último es la base para el diseño de la estructura mecánica.
El cálculo de simulación es la interfaz entre la capa del sistema y la capa de componentes en el proceso de desarrollo del robot. Los indicadores de rendimiento para las funciones del producto se transforman aquí en los parámetros de rendimiento de cada componente para la implementación técnica.
Esta etapa requiere particularmente mecánica clásica y simulación de dinámica de múltiples cuerpos, y una comprensión profunda de conocimientos integrales como sistemas mecánicos, sistemas eléctricos y teoría de control. Es necesario dominar el uso de herramientas de simulación, Matlab/Simulink, Modelica, Adams o diversos software en el campo de la robótica. Por supuesto, el uso de herramientas no es lo más importante, la comprensión del conocimiento siempre es lo primero.
4. Selección y desarrollo del sistema de transmisión
El sistema de transmisión incluye una serie de componentes desde la fuente de alimentación, el servoaccionamiento, el motor hasta el reductor, que también se denomina tren motriz. Dado que los campos involucrados en diferentes componentes son bastante diferentes, generalmente lo completan ingenieros en los campos de la electrónica de potencia, servomotores, reductores y otros campos.
De acuerdo con los requisitos de velocidad de rotación y par obtenidos mediante los cálculos de simulación, seleccione los modelos estándar existentes de los productos en los tres campos anteriores, optimícelos sobre la base de los modelos estándar o desarrolle nuevos modelos. Los tres componentes diseñados aquí, el controlador, el servomotor y el reductor, son los tres componentes centrales de los robots industriales. Soportan la mayoría de las tecnologías clave de la capa física y también representan la mayor parte de los costos de los componentes. Los tres componentes se utilizan habitualmente en sistemas industriales, pero sus requisitos de rendimiento son más altos que en otras aplicaciones (excepto el mecanizado de precisión y la industria aeroespacial). Debido al espacio de instalación limitado y cerrado, los requisitos de compacidad y gestión térmica son especialmente altos.
En esta etapa, los ingenieros deben tener un conocimiento profundo de campos relacionados, como la electrónica de potencia, el accionamiento y control de motores (basados en vectores espaciales), el diseño de motores (principalmente motores de imanes permanentes sin escobillas), Ciencia electromagnética relacionada con motores, diseño y aplicación de diversos reductores, cojinetes y lubricación, etc. Si no implica el desarrollo de componentes sino solo la selección, requiere una comprensión profunda de los parámetros de rendimiento de varios componentes y mucha experiencia en aplicaciones.
5. Diseño estructural
Diseño mecánico tradicional de sistema de movimiento. Los datos de diseño incluyen los siguientes aspectos: primero, los indicadores de rendimiento del subsistema mecánico (longitud, rango de movimiento espacial, peso) después del cálculo de la simulación, segundo, el análisis de fuerza de cada nodo, tercero, los requisitos de instalación del sistema de accionamiento; , los requisitos para los métodos de instalación y el entorno de aplicación en los indicadores de desempeño funcional. Con base en estos aportes, los ingenieros mecánicos deben seleccionar materiales apropiados y diseñar estructuras racionales para lograr los requisitos anteriores.
Entre ellos, los resultados del análisis mecánico se utilizan como entrada del análisis de elementos finitos, y los ingenieros mecánicos realizan cálculos de elementos finitos en el diseño para verificar la resistencia de la estructura.
Estructura de conocimientos: diseño mecánico, materiales, elementos finitos, familiarizado con los estándares relevantes, familiarizado con diversas técnicas de procesamiento (fundición, fundición a presión, moldeado de plástico, chapa, soldadura), competente en el uso de software CAD ( ProE, UG, Catia, Inventor), cálculo de elementos finitos y, lo más importante, experiencia, experiencia y experiencia.
6. Diseño del armario de control
Diseño del armario eléctrico de un sistema de control de accionamiento industrial típico. El gabinete proporciona un entorno de instalación, operación y mantenimiento para la fuente de alimentación y el arrancador en el sistema de accionamiento, la computadora industrial en el sistema de control (la mayoría de los fabricantes eligen computadoras industriales en lugar de PLC más controlador de movimiento) y el sistema de bus de comunicación. El diseño, la gestión térmica y la implementación de estándares de diseño relevantes (IEC, UL, GB, CE) son puntos clave.
Sistema de conocimientos: diseño de sistemas eléctricos de baja tensión, aplicación de sistemas de servoaccionamiento, diseño de conductos de aire de armarios eléctricos y disipación de calor, seguridad intrínseca, conexiones de bus de campo y diversas normas de diseño. Competente en el uso de software CAD (Eplan, Autodesk)