¿Cómo aborda el módulo de articulación robótica planetaria JRM de HONPINE el aumento de temperatura durante el funcionamiento continuo?

A medida que los robots se implementan cada vez más en fábricas inteligentes, logística automatizada, inspección no tripulada y operaciones especializadas, el funcionamiento continuo 24/7 se está convirtiendo en un requisito común. Las expectativas sobre los robots también están evolucionando, pasando de simplemente completar movimientos básicos a mantener un rendimiento estable y fiable durante períodos de operación prolongados.

Como componente central de movimiento, el rendimiento térmico de un módulo de articulación robótica afecta directamente a la estabilidad operativa de todo el sistema robótico. Por ello, las crecientes exigencias de funcionamiento prolongado y con alta carga plantean mayores requisitos para el control de temperatura de las articulaciones.

Para abordar el desafío común del aumento de temperatura en las articulaciones robóticas, HONPINE se centra en el diseño subyacente del módulo de articulación, en lugar de depender principalmente de la refrigeración externa como medida correctiva. Con una alta eficiencia de conversión energética y un funcionamiento de bajas pérdidas como objetivos clave de diseño, HONPINE desarrolla módulos integrados de articulación robótica (Módulo de articulación planetaria JRM) diseñados para un bajo aumento de temperatura, alta fiabilidad y producción escalable, proporcionando componentes centrales de movimiento para sistemas robóticos que operan en condiciones exigentes.

Durante el funcionamiento prolongado con alta carga, las pérdidas del motor, la transmisión y la unidad de accionamiento son fuentes principales de acumulación de calor en una articulación robótica. La estructura compacta de un módulo de articulación también limita el espacio disponible para la disipación de calor, lo que hace que la gestión térmica sea especialmente compleja durante el funcionamiento continuo.

Para afrontar este desafío, HONPINE ha desarrollado un enfoque propio de gestión térmica basado en la reducción de pérdidas en todo el módulo de articulación y en el control de la generación de calor en sus fuentes. Partiendo del diseño subyacente del módulo, este enfoque busca reducir la generación de calor y mejorar la estabilidad térmica durante el funcionamiento continuo.

1. Estrategia de diseño: controlar el aumento de temperatura desde la fuente

HONPINE se centra en optimizar los principales componentes generadores de calor delmódulo de articulación robóticaen lugar de depender únicamente de medidas de refrigeración posteriores.

Mediante mejoras de eficiencia en el motor, el reductor planetario y la unidad de accionamiento, HONPINE reduce las pérdidas electromagnéticas, las pérdidas por fricción mecánica y las pérdidas de conmutación de los dispositivos de potencia durante el funcionamiento. Al reducir la generación de calor desde la fuente, el módulo de articulación puede mantener una menor acumulación de calor dentro de su estructura integrada compacta.

Este diseño de bajas pérdidas a nivel de sistema está concebido para respaldar un rendimiento térmico estable durante el funcionamiento continuo prolongado.

2. Optimización del motor: diseño electromagnético multidimensional

El motor es uno de los principales componentes generadores de calor en un módulo de articulación robótica. Las pérdidas de cobre y las pérdidas en el hierro tienen un impacto directo en las características básicas de aumento de temperatura del módulo. Por ello, HONPINE optimiza el motor desde múltiples aspectos, incluidos el diseño del circuito magnético, la selección de materiales y los procesos de bobinado, para mejorar la eficiencia de conversión de energía electromagnética.

Diseño electromagnético

HONPINE optimiza la combinación polo-ranura para mejorar el factor de bobinado, al tiempo que perfecciona el circuito magnético y la estructura del entrehierro.

Para el funcionamiento a baja velocidad, el par de dentado se controla dentro del 1% del par nominal, lo que ayuda a mantener un movimiento suave y un funcionamiento estable a baja velocidad.

Para el funcionamiento a alta velocidad, la tasa de distorsión armónica de la fuerza contraelectromotriz se controla dentro del 1%, lo que ayuda a reducir las pérdidas en el hierro y mejorar la eficiencia durante el funcionamiento a alta velocidad.

Materiales de alto rendimiento

El estator y el rotor utilizan acero eléctrico no orientado de alta calidad de 0.2 mm, lo que ayuda a reducir las pérdidas por corrientes parásitas y mejorar las características de saturación magnética.

El motor también utiliza imanes permanentes de alta calidad de la serie UH, resistentes a altas temperaturas, que proporcionan una alta densidad de flujo remanente y una alta coercitividad para reducir el riesgo de desmagnetización en condiciones de funcionamiento con alta carga.

Los materiales clave, incluidos el cable electromagnético, los componentes de aislamiento y el adhesivo de unión, se seleccionan con especificaciones para alta temperatura. Los componentes principales pueden soportar temperaturas de hasta 180°C, lo que permite un funcionamiento continuo prolongado.

Proceso de bobinado

El motor utiliza un proceso automatizado de bobinado continuo multiranura, aumentando el factor de llenado de ranura al 80%.

En las mismas condiciones de salida de par, un mayor factor de llenado de ranura puede ayudar a reducir la generación de calor relacionada con la corriente. El proceso de bobinado también reduce el número de puntos de soldadura, mejorando la fiabilidad operativa general.

Con estas optimizaciones combinadas, el motor alcanza una eficiencia global de hasta el 92%, lo que ayuda a reducir la generación de calor en una de las principales fuentes de calor dentro del módulo de articulación.

3. Eficiencia de transmisión y accionamiento: reducción de pérdidas en todo el tren de potencia

Además de las pérdidas del motor, la fricción mecánica en el reductor planetario y las pérdidas de conmutación en la unidad de accionamiento también pueden afectar al rendimiento térmico de un módulo de articulación robótica durante el funcionamiento continuo.

Eficiencia de la transmisión planetaria

En el lado de la transmisión, HONPINE optimiza la estructura y la precisión de acoplamiento del reductor planetario.

La eficiencia del reductor planetario de una etapa puede alcanzar hasta el 97%, mientras que la eficiencia del reductor planetario de dos etapas se mantiene alrededor del 95% en las condiciones de funcionamiento especificadas.

Una mayor eficiencia de transmisión ayuda a reducir las pérdidas mecánicas y el calor asociado generado por el engrane y la fricción de los engranajes.

Eficiencia de accionamiento

En el lado del accionamiento, el módulo de articulación utiliza dispositivos de potencia de nitruro de galio (GaN) de tercera generación.

En comparación con los dispositivos de potencia convencionales, los dispositivos GaN pueden reducir significativamente las pérdidas de conducción y conmutación. La unidad de accionamiento alcanza una eficiencia operativa global superior al 95%, lo que ayuda a reducir la generación de calor asociada a la conmutación eléctrica de alta frecuencia.

Mediante la optimización coordinada de los sistemas de transmisión y accionamiento, el módulo de articulación está diseñado para lograr un funcionamiento eficiente en todo el tren de potencia.

4. Validación a plena carga: aumento de temperatura inferior a 1 K tras 30 minutos

Las características de bajas pérdidas y bajo aumento de temperatura logradas mediante el diseño teórico deben verificarse finalmente en condiciones de carga reales.

Para simular las condiciones de funcionamiento continuo de robots que trabajan con cargas exigentes, HONPINE realizó una prueba back-to-back a plena carga en el módulo de articulación robótica planetaria C6345.

El módulo C6345 tiene un par nominal de 12 N·m y una velocidad nominal de 120 rpm. Se utilizó una configuración de prueba servo back-to-back para reproducir el funcionamiento continuo bajo carga.

Tras 90 minutos de funcionamiento continuo a plena carga, el módulo de articulación alcanzó un equilibrio térmico estable.

Con una temperatura ambiente de 25°C, la diferencia de aumento de temperatura después de 30 minutos fue inferior a 1 K, mientras que la temperatura final de equilibrio se estabilizó en 61.42°C.

Incluso en condiciones de funcionamiento a plena carga, el módulo de articulación mantuvo un equilibrio térmico estable, lo que ayuda a evitar un aumento continuo de la temperatura durante un funcionamiento prolongado.

5. Rendimiento subyacente para el funcionamiento continuo prolongado de robots

Desde la optimización multidimensional del motor y la reducción de pérdidas electromagnéticas a nivel de fuente hasta las mejoras de eficiencia en los sistemas de transmisión y accionamiento, HONPINE aborda la gestión térmica reduciendo la generación de calor en todo el módulo de articulación.

La prueba a plena carga del módulo de articulación robótica planetaria C6345 demuestra además su comportamiento térmico en condiciones de funcionamiento continuo.

Al combinar una alta eficiencia del motor, una transmisión planetaria eficiente, tecnología de accionamiento GaN de alta eficiencia y un diseño de bajas pérdidas a nivel de sistema, HONPINE desarrolla módulos de articulación robótica planetaria diseñados para reducir los desafíos de gestión térmica de los integradores de sistemas robóticos.

Este enfoque está concebido para respaldar robots que operan en condiciones de larga duración, alta carga y servicio continuo, proporcionando a la vez una base térmica estable para un movimiento robótico fiable.