Koppel meten met sensoren in de transmissie

SENSOREN

Details: Gepubliceerd: 02.06.2023; Laatst bijgewerkt: 18.02.2024; Hits: 2271

Schaeffler presenteert aan Automatica sensoren voor cobots, die in precisieSpan wave-versnelling zijn geïntegreerd. Met dit begrip koppel meten zijn kortere cyclustijden in de robotica mogelijk. Dergelijke methoden maken aanzienlijke vooruitgang mogelijk voor het wijdverbreide gebruik van collaboratieve robots in industriële automatisering.

inhoud

Koppelmeting extern en intern
Stijfheid en invloed op de positioneertijd
Externe versus interne koppelsensor
Samenvatting van de nieuwe koppelmeting

Koppelmeting extern en intern

moet cobots om sensitief en geforceerd te werken en soepel les te geven, heb je er een nodig sensorenom meetgegevens van de externe krachten te krijgen. Voor het meten van externe krachten en momenten, in cobots meestal draaimomentsensormodules ingezet. Dit zijn sensoren die zijn ontwikkeld als onafhankelijke componenten voor collaboratieve robotica. Ze vragen niet alleen extra installatieruimte, maar moeten ook geïntegreerd worden in het ontwerp van de cobot.

Externe koppelsensoren

Met deze sensoren worden de krachten en momenten met behulp van de Strain Gauge-technologie (DMS) bepaald. Bij rekstrooksensoren worden de sensoren meestal op een elastische structuur gelijmd. Het ontwerp van dergelijke sensoren is een compromis tussen hoge resolutie en lage vervorming. Bij toepassingen waarbij de eindeffector onder belasting een baan of positie moet behouden, is de door de sensor veroorzaakte positieafwijking nadelig. Concrete ontwerpen zijn 6-assige kracht-koppelsensoren op de eindeffector of sensormodules die zijn geflensd aan gelede assen.

Nieuw concept: interne koppelsensoren

Het ingenieuze concept van de ingenieurs van Schaeffler bestaat erin een bestaand onderdeel te gebruiken om het koppel te meten in plaats van een extra elastisch element powertrain toegang. Hierdoor wordt er geen elasticiteit meer in de cobotstructuur gebracht. Hun stijfheid blijft volledig behouden met sensoren. Wat zijn de voordelen van dit interne concept?

Stijfheid en invloed op de positioneertijd

Vanwege hun slanke ontwerp en de bijbehorende hogere Elastizität In vergelijking met industriële robots hebben ze één groot nadeel: bij hogere acceleraties trillen ze merkbaar door hun slanke structuur - vooral bij het maximaal remmen tijdens het positioneren. Dan, door de langere transiëntperiode, verdwijnt wat er aan cyclustijd is gewonnen door hoge snelheid en acceleratie weer in het niets.

Deze factoren hebben een sterke invloed op de natuurlijke frequentie van cobots:

Kantelstijfheid van sferische lagers of versnelling-Hoofdkamp
Torsiestijfheid van de tandwielen en torsiestijfheid van de koppelsensoren

Externe versus interne koppelsensor

Terwijl met externe koppelsensoren de torsiestijfheid van een gewricht daalt tot 25% tot 60% door de extra geïntroduceerde elasticiteit, dit blijft volledig behouden in het door Schaeffler ontwikkelde concept voor het meten van het koppel.

Basis voor vergelijking Precision Wave Gears

Een vergelijking van de twee concepten in een worst-case scenario is bedoeld om de invloed van de torsiestijfheid van een koppelsensor op het dynamische gedrag van cobots te illustreren. Die van de fabrikant dient als vergelijkingsbasis Precisie as tandwiel RT1 enerzijds met geïntegreerde sensoren en anderzijds met een externe sensormodule. De motor elk versnelt een massatraagheidsmoment van 7,6 kgm² uit nul. Dan remt hij weer tot stilstand.

Aanpassing van de regelparameters

De aandrijving met een externe koppelsensor (schema 1) vertoont duidelijk instabiel gedrag met zeer hoge acceleratiepieken. Om het dynamische gedrag te verbeteren, hebben de testengineers in een tweede simulatie de regelparameters aangepast. Hierdoor konden ze de acceleratiepieken verminderen. Dit ging echter ten koste van de plaatsbepalingstijd, die opliep tot 1,2979 s (grafiek 2). Het derde diagram laat dit zien dynamisch gedrag van de RT1-T-versnellingsbak met geïntegreerde koppelsensor. De positioneertijd bedraagt slechts 0,99241 s en is daarmee 0,3 s korter. Zelfs zonder de regelparameters aan te passen, nemen de oscillaties hier snel af.

De simulatie is uitgevoerd voor de rotatie-as van een gewricht. Met zes gewrichten met de variabele ruimtelijke posities van een cobot zijn de relaties veel complexer en de effecten veel groter. Het vereenvoudigde voorbeeld illustreert echter al de positieve invloed van torsiestijve koppelsensoren op de positioneertijd.

Eigenschappen van de interne koppelsensoren

Schaeffler heeft jarenlange ervaring met de ontwikkeling, toepassing en serieproductie van geïntegreerde koppelsensoren. Als sensorect bekende sensortechnologie is bijvoorbeeld terug te vinden in windenergie en in de Automotive Industry succesvolle toepassing.

De functionaliteit wordt geleverd door een sub-micron dun, spanningsgevoelig PVD-metaalcoating besefte dat door Micromachining is gestructureerd. Het onderdeel zelf wordt de sensor en de sensor wordt het onderdeel. Voor de toepassing in de robotica is de Flexspline van de Precision Wave Gear gebruikt omdat deze direct in de krachtstroom zit. Extra installatieruimte is niet nodig. lijmen en transferpolymeren zijn niet vereist.

Een zeer lage hysteresis en lineariteitsafwijking is ook uitstekend, mede door het ontbreken van stoorfactoren. Ook de kleinste veranderingen in kracht en koppel worden betrouwbaar geregistreerd, en dat is wat vlotte directe teach-in, d.w.z. de bediening en zelfoptimalisatie van cobots wordt aanzienlijk vereenvoudigd.

Koppelmeetschacht bepaalt gelijktijdig vier meetgrootheden

Het sensorelement biedt een Nauwkeurigheid van <0,5% (Fullscale), wat een uitstekende waarde is in vergelijking met sensormodules in de cobotmarkt. Omdat de sensoren stevig in de RT1 precisie-harmonische aandrijving zijn geïntegreerd, tellen andere invloeden zoals mechanische hysteresis en temperatuur op, wat uiteindelijk leidt tot een "sensor+versnelling"-systeemnauwkeurigheid van <1,5% (volledige schaal van het herhaalbare piekkoppel van de precisie harmonische aandrijving). Met dit onderscheid moet rekening worden gehouden bij het vergelijken van externe koppelsensoren op de markt, die als een eenheid functioneren.

Samenvatting van de nieuwe koppelmeting

De in de Span wave-versnelling ingebouwde koppelsensoren hebben geen invloed op de mechanische structuur van cobots. Hun torsiestijfheid in de roterende assen blijft 100% behouden in vergelijking met externe sensoren.

Schaeffler heeft ook de dubbele rij als een ander onderdeel Hoeklager XZU ontwikkeld voor de RT harmonische aandrijving. Dit verhoogt de stijfheid van de cobotstructuur over de rotatie-assen. De positioneertijd kan tot 50% worden verkort door de XZU-lagers te gebruiken in plaats van de gebruikelijke gekruiste rollagers in de cobotverbindingen.

Met de RT1-T precision wave gears kunnen de prestaties in de vorm van snelheid en acceleratie van cobots worden verhoogd zonder lange transiënttijden en grote amplitudes te accepteren. Schaeffler baant zo de weg voor de industrie economisch gebruik van cobots voor autonoom gebruik in dynamische toepassingen.