עיצוב תרמי של מודול בקרת הכונן של מניפולטור רובוט

רובוט הוא מכונה אוטומטית שיכולה להחליף בני אדם לעסוק בעבודה מסוכנת ומורכבת בסביבה לא מובנית. זהו קומפלקס של מכונות, אלקטרוניקה, תוכנה ותפיסה. זה שונה ממוצרי צריכה. ישנם חלקי רובוט רבים. אם התוכנית המקדימה לא תישקל במלואה, היא תצרוך הרבה משאבים אנושיים וחומריים, ולפעמים תוביל את כל הגוף. לכן, בתהליך הפיתוח המוקדם, יש צורך להשתמש בשיטות אמינות כמו תכנון מכני, תכנון תרמי וניתוח נוזלים כדי למנוע סיכונים, להפחית את מספר ההגהות ולקצר את מחזור הפיתוח.

דרישת פיזור חום:

כפי שמוצג במקרא, בשל מגבלת המבנה והנפח, יש לשלב 7 מודולי בקרת כונן בגוף מניפולטור הפיתוח, וכל מודול בקרת כונן שולט במנוע. מודול בקרת הכונן הוא מצע אלומיניום, שהוא לרבד בחיפוי נחושת מבוסס מתכת עם פונקציית פיזור חום טובה; עמידות הטמפרטורה של מצע האלומיניום (TS) של מודול בקרת הכונן היא 85 ℃. כאשר הטמפרטורה עולה על 85 ℃, מודול בקרת הכונן מפסיק לפעול. ההמלצה הרשמית היא ש-TS ≤ 80 ℃. מניפולטור זה מוחל על מוצרי רובוט רפואי. הטמפרטורה המקסימלית של סביבת העבודה של הרובוט היא 25 ℃, שיש לה דרישות קפדניות על טמפרטורת המעטפת. שבעה מנועים פועלים בו זמנית: 10 שניות ≤ t ≤ 1 דקות, והטמפרטורה המקסימלית צריכה להיות ≤ 51 ℃.

ניתוחים לפני שלב:

מודול בקרת הכונן הוא מצע מאלומיניום, כך שמודול בקרת הכונן צריך להעביר חום למבנה באמצעות רפידה תרמית. לפי החישוב הקודם, נדרש קירור אוויר מאולץ בשטח המצומצם כדי להבטיח את דרישות פיזור החום הכוללות; ישנן שתי דרכים לתכנן פיזור חום:

1. שבעה מודולי כונן מודבקים על גוף קירור, ומגוף הקירור + מאוורר זרימה צירית + מעטפת זרוע מכנית מיועדת לתעלת אוויר; נתיב ההולכה התרמית של עיצוב זה הוא כדלקמן: כונן מודול בקרה → כרית תרמית → גוף קירור → אוויר בחלל (הסעה מאולצת) → מעטפת חלל → אוויר מחוץ לחלל (הסעה טבעית + קרינה תרמית). עם זאת, בעיצוב זה, האוויר בחלל לא יכול להיות מחובר ישירות לאוויר החיצוני, ויש התנגדות תרמית גדולה באמצע, מה שמוביל לביצועים תרמיים גרועים.

2. שבעת מודולי ההנעה מחוברים ישירות למעטפת המניפולטור, מוסיפים עיצוב סנפיר למעטפת המניפולטור, המאוורר הצירי מותקן מחוץ למעטפת המניפולטור, ומתווספת לוחית כיסוי לעיצוב תעלות אוויר.

סימולציה תרמית:

שימוש בתוכנת סימולציה חכמה כדי לפשט את המודול ולהמשיך בניתוח הסימולציה התרמית של הנתונים.

על פי דיאגרמת ענן הטמפרטורה של הדמיה תרמית של המעטפת, המיקום עם טמפרטורת המעטפת הגבוהה יותר הוא בצד ימין, המעטפת העליונה מקסימום=44.9 ℃, min=42.35 ℃, ומצע האלומיניום של לוח בקרת הכונן מקסימום=47.6 ℃ , העומד בדרישות העיצוב

באמצעות ניתוח תכנון תרמי, מהנדסים יכולים לקבל הבנה מעמיקה יותר של האופן שבו תכנון תרמי משולב בתכנון מבני בשלב המוקדם של התכנון, וניתן להשתמש ברעיון זה להתייחסות בתהליך התכנון שלאחר מכן כדי להנחות תכנון מבני. יחד עם זאת, הדמיה תרמית יכולה למצוא במהירות את הליקויים בתכנון ולייעל את כיוון התכנון.