ロボットマニピュレータの熱設計

ロボットは、人間に代わって、構造化されていない環境で危険で複雑な労働に従事できる自動機械です。 それは機械、電子機器、ソフトウェア、知覚の複合体です。 消費者向け製品とは異なります。 ロボットのパーツがたくさんあります。 事前の計画が十分に考慮されていない場合、多くの人的および物的資源を消費し、場合によっては全身をリードすることになります。 したがって、開発の初期プロセスでは、リスクを回避し、校正回数を減らし、開発サイクルを短縮するために、機械設計、熱設計、流体解析などの信頼性手法を使用する必要があります。

放熱要件:

凡例にあるように、構造と体積の制限により、開発マニピュレータ本体には 7 つの駆動制御モジュールを統合する必要があり、各駆動制御モジュールがモーターを制御します。 駆動制御モジュールは、放熱機能に優れた金属ベースの銅張積層板であるアルミニウム基板です。 駆動制御モジュールのアルミ基板(TS)の耐熱温度は85度です。 温度が 85 度を超えると、ドライブ制御モジュールは動作を停止します。 公式推奨は TS 80 度以下です。 このマニピュレータは医療用ロボット製品に応用されています。 ロボットの作業環境の最高温度は 25 度であり、シェル温度には厳しい要件があります。 7 つのモーターが同時に動作します: 10 秒以下 t 以下 1 分以下、最高温度は 51 度以下である必要があります。

前段階の分析:

駆動制御モジュールはアルミニウム基板であるため、駆動制御モジュールはサーマルパッドを介して構造に熱を伝達する必要があります。 前の計算によると、全体的な放熱要件を確保するには、限られたスペースで強制空冷が必要です。 熱放散を計画するには 2 つの方法があります。

1. 7 つのドライブ モジュールがヒート シンクに貼り付けられ、ヒート シンクと軸流ファンとメカニカル アーム シェルがエア ダクト用に設計されています。 この設計の熱伝導経路は次のとおりです: ドライブ制御モジュール → サーマル パッド → ヒート シンク → キャビティ内の空気 (強制対流) → キャビティ シェル → キャビティの外側の空気 (自然対流と熱放射)。 しかし、この設計ではキャビティ内の空気を外気と直接接続することができず、中央に大きな熱抵抗が存在するため、熱性能が低下します。

2. 7 つのドライブ モジュールがマニピュレータのシェルに直接取り付けられ、マニピュレータのシェルにフィン設計が追加され、軸流ファンがマニピュレータのシェルの外側に取り付けられ、エア ダクト設計のためにカバー プレートが追加されます。

熱シミュレーション:

スマート シミュレーション ソフトウェアを使用してモジュールを簡素化し、データの熱シミュレーション解析を進めます。

シェルの熱シミュレーション温度雲図によると、シェル温度が高い位置は右側で、シェル上部は最大=44.9 度、最小=42.35 度、アルミニウムはドライブ制御基板の基板最大=47.6 度で、設計要件を満たしています。