Diseño térmico del módulo de control de accionamiento del manipulador de robot.

El robot es una máquina automática que puede reemplazar a los seres humanos para realizar trabajos peligrosos y complejos en un entorno no estructurado. Es un complejo de maquinaria, electrónica, software y percepción. Es diferente de los productos de consumo. Hay muchas partes del robot. Si el esquema preliminar no se considera completamente, a menudo consumirá una gran cantidad de recursos humanos y materiales y, a veces, dirigirá todo el cuerpo. Por lo tanto, en el proceso de desarrollo inicial, es necesario utilizar métodos de confiabilidad como el diseño mecánico, el diseño térmico y el análisis de fluidos para evitar riesgos, reducir el número de pruebas y acortar el ciclo de desarrollo.

Requisito de disipación de calor:

Como se muestra en la leyenda, debido a la limitación de estructura y volumen, es necesario integrar 7 módulos de control del variador en el cuerpo del manipulador de desarrollo, y cada módulo de control del variador controla un motor. El módulo de control de la unidad es un sustrato de aluminio, que es un laminado revestido de cobre a base de metal con una buena función de disipación de calor; La resistencia a la temperatura del sustrato de aluminio (TS) del módulo de control del convertidor es de 85 ℃. Cuando la temperatura supera los 85 ℃, el módulo de control de la unidad deja de funcionar. La recomendación oficial es que TS ≤ 80 ℃. Este manipulador se aplica a productos de robots médicos. La temperatura máxima del entorno de trabajo del robot es de 25 ℃, que tiene requisitos estrictos sobre la temperatura de la carcasa. Siete motores funcionan al mismo tiempo: 10 s ≤ t ≤ 1 min, y la temperatura máxima debe ser ≤ 51 ℃.

Análisis previos a la fase:

El módulo de control de la unidad es un sustrato de aluminio, por lo que el módulo de control de la unidad necesita transferir calor a la estructura a través de una almohadilla térmica. Según el cálculo anterior, se requiere enfriamiento por aire forzado en el espacio limitado para garantizar los requisitos generales de disipación de calor; Hay dos formas de planificar la disipación de calor:

1.Se pegan siete módulos de transmisión en un disipador de calor, y la carcasa del brazo mecánico del + ventilador de flujo axial + del disipador de calor está diseñada para el conducto de aire; la ruta de conducción térmica de este diseño es la siguiente: módulo de control → almohadilla térmica → disipador de calor → aire en la cavidad (convección forzada) → carcasa de la cavidad → aire fuera de la cavidad (convección natural + radiación térmica). Sin embargo, en este diseño, el aire en la cavidad no se puede conectar directamente con el aire exterior, y hay una gran resistencia térmica en el medio, lo que conduce a un mal rendimiento térmico.

2.Los siete módulos de accionamiento están conectados directamente a la carcasa del manipulador, agregan un diseño de aleta a la carcasa del manipulador, el ventilador axial se instala fuera de la carcasa del manipulador y se agrega una placa de cubierta para el diseño del conducto de aire.

Simulación térmica:

Uso de software de simulación inteligente para simplificar el módulo y realizar el análisis de simulación térmica de los datos.

De acuerdo con el diagrama de nube de temperatura de simulación térmica de la carcasa, la posición con una temperatura de carcasa más alta está en el lado derecho, la carcasa superior máx.=44,9 ℃, mín.=42,35 ℃, y el sustrato de aluminio de la placa de control de transmisión máx.=47,6 ℃ , que cumple con los requisitos de diseño

A través del análisis de diseño térmico, los ingenieros pueden tener una comprensión más profunda de cómo el diseño térmico se integra en el diseño estructural en la etapa inicial del diseño, y esta idea se puede utilizar como referencia en el proceso de diseño posterior para guiar el diseño estructural. Al mismo tiempo, la simulación térmica puede encontrar rápidamente las deficiencias en el diseño y optimizar la dirección del diseño.