Thermal Design ロボットマニピュレータ

    ロボットは、構造化されていない環境で人間に代わって危険で複雑な作業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、および知覚の複合体です。 消費者製品とは異なります。 ロボットパーツが多い。 予備的なスキームが十分に考慮されていないと、多くの人的および物的リソースを消費し、時には全身をリードすることになります。 したがって、開発の初期段階では、機械設計、熱設計、流体解析などの信頼性の高い手法を使用して、リスクを回避し、検証回数を減らし、開発サイクルを短縮する必要があります。

放熱要件:

凡例に示すように、構造と体積の制限により、開発マニピュレーター本体には 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はモーターを制御します。 駆動制御モジュールはアルミニウム基板で、放熱機能に優れた金属ベースの銅張積層板です。 駆動制御モジュールのアルミ基板(TS)の耐熱温度は85℃です。 温度が 85 度を超えると、駆動制御モジュールは動作を停止します。 公式の推奨は、TS が 80 度以下であることです。 このマニピュレータは、医療用ロボット製品に適用されます。 ロボットの作業環境の最高温度は 25 度で、シェル温度に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。

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、全体的な熱放散要件を確保するために、限られたスペースで強制空冷が必要です。 放熱を計画するには、次の 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 → キャビティ外の空気 (自然対流と熱放射)。 ただし、この設計では、キャビティ内の空気は外気と直接接続できず、中間に大きな熱抵抗があり、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ーのシェルに直接取り付けられ、マニピュレーターのシェルにフィン デザインが追加され、マニピュレーターのシェルの外側に軸流ファンが取り付けられ、エア ダクト デザイン用にカバー 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、上部シェルは最大=44.9 度、最小=42.35 度、アルミニウムドライブ制御基板の最大= 47.6度で、設計要件を満たしています。

エンジニアは、熱設計解析を通じて、設計の初期段階で熱設計が構造設計にどのように統合されているかをより深く理解することができ、このアイデアはその後の設計プロセスで参照して構造設計を導くことができます。 同時に、熱シミュレーションにより、設計の欠陥を迅速に発見し、設計の方向性を最適化できます。