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科尔摩根白皮书 影响机器人性能和使用寿命的因素 近年来，各行各业将更多工业机器人纳入生产线的需求不断增加，从现代汽车制造到3C （计算机，通信和消费电子）产品制造。与传统生产线上的自动化专用设备相比，机器人 操作灵活而且能力出众，因此特别适用于多品种和小批量生产，以便快速响应市场变化和 消费者需求。 图1 用于紧固汽车组件的工业机器人 工业机器人是用自动可编程控制器控制的三轴或多轴的多用途机械臂。使用工业机器人的 经济和社会优势有以下几点，提高质量和生产率，提高产品一致性，节省原材料，缩短产 品交货时间，以及降低长期总制造成本。此外，它们还将工人从高度重复性的任务、肮脏 和危险环境中解放出来。 在过去几年中，为应对显著增长的应用需求，工业机器人的装机数量快速增长，正在释放 技术的全部潜力。在精密运动控制行业，工业机器人正在越来越多地被用于制造业，以最 大化提高生产率和产能（见图1）。如今，越来越多的工业和科技致力于设计先进的下一 代工业机器人。 在执行器和控制技术方面的显著进步，已经促成了先进的模块化机器人关节的发展。作为模 块化关节，其必须是标准化的独立工作单元，同时能够与各种其他部件和系统接口匹配，以 创建复杂的机器人系统。模块化能够满足设计和机械制造的多样化，根据用户需要进行调整 的能力，以及便于装配。通常，高度集成的机电模块化关节设计比传统机器人系统相比有若 干优点，包括高功率密度，更轻的重量，高动态性能和可靠性。这种设计可以提高机器人的 灵活性，减少制造时间和总体成本（图2）。 1 科尔摩根白皮书 图2 模块化机器人关节设计可以提高机器人的灵活性，减少制造时间和总体成本。 虽然将机器人集成到企业中会显著增加前期投资成本，但使用工业机器人可以显著提高产品 质量和效率。在考虑使用机器人替换技术熟练和日益昂贵的人工时，有几个重要的决定性因 素：（a）资本投资的回收期，（b ）机器人的使用寿命。很显然，投资回收期短和长使用寿 命将会让投资机器人变得具有吸引力。 凭借超过100多年的行业经验，科尔摩根生产了数十万个用于机器人行业的伺服运动部 件。通过利用一个或多个模块化关节，可以显著优化轻型载荷机器人（Cobot）的设计和 装配；并且这些模块化机器人关节使用科尔摩根优化设计后的无框力矩电机，LVDC驱动 器，专用谐波减速机，制动器，双反馈系统，以及热传感器。模块化机器人关节集成了科 尔摩根无框伺服电机，这使得机器人的开发变得简单，快速和安全。精益化的工程设计使 得科尔摩根能够提供针对空间，重量，性能，可靠性和使用寿命都获得优化的无框电机。 本文的目的是讨论影响工业机器人关节使用寿命和性能的各种因素。 热效应 温度是影响工业机器人使用寿命的主要因素。作为机电一体化技术的范例，机器人关节模 块将大量组件，包括无框电机，伺服驱动器，专用减速机系统，制动器，编码器/旋转变 压器，转矩传感器，连接电缆等，集成到单一外壳中以最大限度减小占用空间。在正常工 作中，机器人关节外壳内存在各种热源，比如齿轮传动系统，电机绕组，制动线圈（如适 用），以及其他电气/ 电子部件。其中，如果采用谐波减速器，那么这种传动系统通常是 主要的发热源，其总功率损耗高达30% ，这主要是由于齿轮啮合摩擦，润滑剂中的粘性 2 科尔摩根白皮书 剪切摩擦，以及金属柔轮在每圈多次重复形变的能量。其他主要热源包括电机绕组和制动 线圈。如果无法有效散热，将会导致机器人快速升温，使得各种关键部件的性能降低。 •应变波传动 机器人关节模块的输出轴通常以 10-40 rpm 的低速旋转。电机通常以高速旋转（例如，在 机器人关节运动期间的短时间内为 1000-4000 rpm），因此在机器人中使用减