Schaeffler présente à Automatica capteurs pour Cobots, qui en précisionEngrenage à ondes de contrainte sont intégrés. Avec cette notion mesurer le couple sont des temps de cycle plus courts dans le robotique possible. De telles méthodes permettent des progrès significatifs pour l'utilisation généralisée des robots collaboratifs dans l'automatisation industrielle.

Contenu

• Mesure de couple externe et interne
• Rigidité et influence sur le temps de positionnement
• Capteur de couple externe ou interne
• Résumé de la nouvelle mesure de couple
  
  

Mesure de couple externe et interne

il faut Cobots pour travailler avec sensibilité et force contrôlée et pour enseigner en douceur, vous en avez besoin d'un capteurspour obtenir des données de mesure des forces externes. Pour les mesures des forces et moments extérieurs, en Cobots principalement Capteur de couplemodules déployé. Ce sont des capteurs qui ont été développés en tant que composants indépendants pour la robotique collaborative. Non seulement ils nécessitent un espace d'installation supplémentaire, mais ils doivent également être intégrés dans la conception du cobot.

Capteurs de couple externes

Avec ces capteurs, les forces et les moments à l'aide de la Technologie de jauge de contrainte (DMS) déterminé. Avec les capteurs à jauge de contrainte, les capteurs sont généralement collés sur une structure élastique. La conception de tels capteurs est un compromis entre haute résolution et faible déformation. Dans les applications où l'effecteur terminal doit maintenir une trajectoire ou une position sous charge, l'écart de position provoqué par le capteur est désavantageux. Les conceptions concrètes sont des capteurs force-couple à 6 axes sur l'effecteur final ou des modules de capteur bridés sur des axes articulés.

Nouveau concept : capteurs de couple internes

Le concept ingénieux des ingénieurs Schaeffler consiste à utiliser un composant existant pour mesurer le couple au lieu d'un élément élastique supplémentaire groupe motopropulseur accès. En conséquence, aucune élasticité supplémentaire n'est introduite dans la structure du cobot. Leur rigidité est complètement conservée avec des capteurs. Quels sont les avantages de ce concept interne ?

Rigidité et influence sur le temps de positionnement

En raison de leur design mince et de la hauteur associée élasticité Par rapport aux robots industriels, ils présentent un inconvénient majeur : à des accélérations plus élevées, ils vibrent sensiblement en raison de leur structure mince - en particulier lors du freinage au maximum lors du positionnement. Ensuite, en raison de la période transitoire plus longue, ce qui a été gagné en temps de cycle grâce à la vitesse élevée et à l'accélération disparaît à nouveau dans l'air.

Ces facteurs influencent fortement la fréquence naturelle des cobots :

• Rigidité au basculement des appuis sphériques ou Boîte de vitesse-Camp principal
• Rigidité torsionnelle des engrenages et rigidité torsionnelle des capteurs de couple

Capteur de couple externe ou interne

Alors qu'avec les capteurs de couple externes, Rigidité torsionnelle d'une articulation tombe de 25% à 60% du fait de l'élasticité supplémentaire introduite, celle-ci est entièrement conservée dans le concept développé par Schaeffler pour la mesure du couple.

Base de comparaison Precision Wave Gears

Une comparaison des deux concepts dans un scénario catastrophe vise à illustrer l'influence de la rigidité en torsion d'un capteur de couple sur le comportement dynamique des cobots. Celui du fabricant sert de base de comparaison Engrenage d'arbre de précision RT1 d'une part avec des capteurs intégrés et d'autre part avec un module capteur externe. Le Moteur chacun accélère un moment d'inertie de masse de 7,6 kgm² sur zéro. Puis il freine à nouveau jusqu'à l'arrêt.

Réglage des paramètres de contrôle  

Le variateur avec capteur de couple externe (schéma 1) montre clairement un comportement instable avec des pics d'accélération très importants. Pour améliorer le comportement dynamique, les ingénieurs de test ont ajusté les paramètres de contrôle dans une seconde simulation. Cela leur a permis de réduire les pics d'accélération. Mais cela se fait au détriment du temps de positionnement qui passe à 1,2979 s (schéma 2). Le troisième schéma le montre comportement dynamique de la boîte de vitesses RT1-T avec capteur de couple intégré. Le temps de positionnement n'est que de 0,99241 s et est donc plus court de 0,3 s. Même sans ajuster les paramètres de contrôle, les oscillations s'atténuent rapidement ici.

La simulation a été effectuée pour l'axe de rotation d'une articulation. Avec six articulations aux positions spatiales variables d'un cobot, les relations sont beaucoup plus complexes et les effets beaucoup plus importants. Cependant, l'exemple simplifié illustre déjà l'influence positive des capteurs de couple rigides en torsion sur le temps de positionnement.

Propriétés des capteurs de couple internes

Schaeffler possède de nombreuses années d'expérience dans le développement, l'application et la production en série de capteurs de couple intégrés. Comme sensorect une technologie de capteur bien connue peut être trouvée, par exemple, dans L'énergie éolienne et dans le Industrie automobile candidature réussie.

La fonctionnalité est fournie par une fine couche inférieure au micron, sensible à la déformation Revêtement métallique PVD rendu compte que par Micro-usinage est structuré. Le composant lui-même devient le capteur et le capteur devient le composant. Pour l'application en robotique, la Flexspline de l'engrenage à ondes de précision a été utilisée car elle est directement dans le flux de puissance. Un espace d'installation supplémentaire n'est pas nécessaire. adhésifs et les polymères de transfert ne sont pas nécessaires.

Une hystérésis et un écart de linéarité très faibles sont également remarquables, également en raison de l'absence de facteurs d'interférence. Les plus petits changements de force et de couple sont également enregistrés de manière fiable, ce qui apprentissage direct fluide, c'est-à-dire que le fonctionnement et l'auto-optimisation des cobots sont considérablement simplifiés.

L'arbre de mesure de couple détermine simultanément quatre grandeurs mesurées

L'élément capteur offre une Précision de <0,5 % (Fullscale), qui est une excellente valeur par rapport aux modules de capteurs sur le marché des cobots. Étant donné que les capteurs sont fermement intégrés dans l'entraînement harmonique de précision RT1, d'autres influences telles que l'hystérésis mécanique et la température s'additionnent, ce qui conduit finalement à une précision du système "capteur + engrenage" de <1,5 % (pleine échelle du couple de pointe reproductible du entraînement harmonique de précision). Cette distinction doit être prise en compte lors de la comparaison des capteurs de couple externes du marché, qui fonctionnent comme une unité.

Résumé de la nouvelle mesure de couple

Le dans le Engrenage à ondes de contrainte les capteurs de couple intégrés n'affectent pas la structure mécanique des cobots. Leur rigidité en torsion dans les axes rotatifs est conservée à 100% par rapport aux capteurs externes.

Schaeffler a également la double rangée comme composant supplémentaire Roulement à aiguilles angulaire XZU développé pour le lecteur harmonique RT. Cela augmente la rigidité de la structure du cobot sur les axes de rotation. Le temps de positionnement peut être réduit jusqu'à 50 % en utilisant les roulements XZU au lieu des roulements à rouleaux croisés habituels dans les articulations du cobot.

Avec les engrenages à vagues de précision RT1-T, les performances sous forme de vitesse et d'accélération des cobots peuvent être augmentées sans avoir à accepter de longs temps transitoires et de grandes amplitudes. Schaeffler ouvre ainsi la voie à l'industrie utilisation économique de cobots pour une utilisation autonome dans des applications dynamiques.

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