V moderní robotické technice, zejména v oblasti průmyslových robotů, mezi pět klíčových technologií patříservomotory, redukce, pohybové klouby, ovladače a akční členy. Tyto základní technologie společně konstruují dynamický systém a řídicí systém robota a zajišťují, že robot může dosáhnout přesného, rychlého a flexibilního řízení pohybu a provádění úkolů. Následující text poskytne hloubkovou analýzu těchto pěti klíčových technologií:
1. Servomotor
Servomotory jsou „srdcem“ energetických systémů robotů, které jsou zodpovědné za přeměnu elektrické energie na mechanickou energii a řídí pohyb různých kloubů robota. Hlavní výhoda servomotorů spočívá v jejich vysoce přesném ovládání polohy, rychlosti a točivého momentu.
Pracovní princip: Servomotory obvykle používají synchronní motory s permanentními magnety (PMSM) nebo servomotory na střídavý proud (AC Servo) pro přesné řízení polohy a rychlosti rotoru motoru změnou fáze vstupního proudu. Vestavěný enkodér poskytuje zpětnovazební signály v reálném čase a tvoří řídicí systém s uzavřenou smyčkou pro dosažení vysoké dynamické odezvy a přesného řízení.
Charakteristika: Servomotory se vyznačují širokým rozsahem otáček, vysokou účinností, nízkou setrvačností atd. Dokážou dokončit akce zrychlení, zpomalení a polohování ve velmi krátkém čase, což je klíčové pro robotické aplikace, které vyžadují časté startování a přesné polohování .
Inteligentní řízení: Moderní servomotory také integrují pokročilé algoritmy, jako je PID řízení, adaptivní řízení atd., které mohou automaticky upravovat parametry podle změn zatížení pro udržení stabilního výkonu.
2. Reduktor
Funkce: Reduktor je připojen mezi servomotor a kloub robota a jeho hlavní funkcí je snížit vysokorychlostní rotační výkon motoru, zvýšit točivý moment a splnit požadavky na vysoký točivý moment a nízkou rychlost kloubu robota .
Typ: Běžně používané redukce zahrnují harmonické redukce a RV redukce. Mezi nimiRV redukcejsou zvláště vhodné pro víceosé kloubové konstrukce v průmyslových robotech díky své vysoké tuhosti, vysoké přesnosti a velkému převodovému poměru.
Technické body: Výrobní přesnost reduktoru přímo ovlivňuje opakovanou přesnost polohování a provozní stabilitu robota. Vnitřní vůle mezi záběry u špičkových reduktorů je extrémně malá a musí mít dobrou odolnost proti opotřebení a dlouhou životnost.
4. Ovladač
Základní funkce: Řídicí jednotka je mozkem robota, který přijímá pokyny a řídí stav pohybu každého kloubu na základě přednastavených programů nebo výsledků výpočtů v reálném čase.
Technická architektura: Řídicí jednotka založená na vestavěných systémech integruje hardwarové obvody, digitální signálové procesory, mikrokontroléry a různá rozhraní pro dosažení komplexních funkcí, jako je plánování pohybu, generování trajektorie a fúze dat ze senzorů.
Pokročilé řídicí algoritmy:Moderní ovladače robotůběžně přijímají pokročilé teorie řízení, jako je prediktivní řízení modelu (MPC), řízení s proměnnou strukturou v klouzavém režimu (SMC), řízení fuzzy logiky (FLC) a adaptivní řízení, které řeší výzvy řízení ve složitých požadavcích úloh a nejistých prostředích.
5. Exekutor
Definice a funkce: Pohon je zařízení, které převádí elektrické signály vysílané ovladačem na skutečné fyzické akce. Obvykle se vztahuje na kompletní pohonnou jednotku složenou ze servomotorů, reduktorů a souvisejících mechanických součástí.
Řízení síly a řízení polohy: Pohon potřebuje nejen dosáhnout přesné kontroly polohy, ale také potřebuje implementovat řízení točivého momentu nebo hmatové zpětné vazby pro některé přesné montážní nebo lékařské rehabilitační roboty, to znamená režim řízení síly, aby byla zajištěna citlivost na sílu a bezpečnost během proces operace.
Redundance a spolupráce: U robotů s více klouby potřebují různé akční členy koordinovat svou práci a ke zvládnutí vazebných efektů mezi klouby se používají pokročilé řídicí strategie, čímž se dosáhne flexibilního pohybu a optimalizace dráhy robota v prostoru.
6. Technologie senzorů
Ačkoli to není výslovně zmíněno v pěti klíčových technologiích, technologie senzorů je pro roboty důležitou součástí k dosažení vnímání a inteligentního rozhodování. Pro vysoce přesné a inteligentní moderní roboty je zásadní integrace více senzorů (jako jsou senzory polohy, senzory točivého momentu, senzory vidění atd.) pro získání informací o prostředí a vlastním stavu.
Snímače polohy a rychlosti: Kodér je instalován na servomotoru, aby poskytoval zpětnou vazbu o poloze a rychlosti v reálném čase, čímž tvoří řídicí systém s uzavřenou smyčkou; Kromě toho mohou snímače úhlu kloubu přesně měřit skutečný úhel natočení každého pohyblivého kloubu.
Snímače síly a točivého momentu: zabudované v koncovém efektoru aktuátorů nebo robotů, používané ke snímání kontaktní síly a točivého momentu, což umožňuje robotům mít plynulý provoz a bezpečné interakční charakteristiky.
Senzory vizuálního a environmentálního vnímání: včetně kamer, LiDAR, hloubkových kamer atd., které se používají pro rekonstrukci 3D scény, rozpoznávání a sledování cílů, navigaci při vyhýbání se překážkám a další funkce, které umožňují robotům přizpůsobit se dynamickému prostředí a přijímat odpovídající rozhodnutí.
7. Komunikační a síťové technologie
Efektivní komunikační technologie a síťová architektura jsou stejně důležité v systémech s více roboty a scénářích dálkového ovládání
Interní komunikace: Vysokorychlostní výměna dat mezi ovladači a mezi ovladači a senzory vyžaduje technologii stabilní sběrnice, jako je CANopen, EtherCAT a další průmyslové ethernetové protokoly v reálném čase.
Externí komunikace: Prostřednictvím bezdrátových komunikačních technologií, jako je Wi-Fi, 5G, Bluetooth atd., mohou roboti komunikovat s jinými zařízeními a cloudovými servery, aby dosáhli vzdáleného monitorování, aktualizací programů, analýzy velkých dat a dalších funkcí.
8. Energetický a energetický management
Napájecí systém: Vyberte zdroj napájení vhodný pro charakteristiky pracovní zátěže robota a navrhněte přiměřený systém správy napájení, který zajistí dlouhodobý stabilní provoz a splní náhlé požadavky na vysoký výkon.
Technologie rekuperace energie a úspora energie: Některé pokročilé robotické systémy začaly přijímat technologii rekuperace energie, která během zpomalování přeměňuje mechanickou energii na akumulaci elektrické energie, aby se zlepšila celková energetická účinnost.
9. Úroveň softwaru a algoritmu
Algoritmy plánování pohybu a řízení: Pokročilé algoritmy podporují efektivní a přesný pohyb robotů, od generování trajektorie a optimalizace cesty až po detekci kolizí a vyhýbání se překážkám.
Umělá inteligence a autonomní učení: Díky využití technologií, jako je strojové učení a hluboké učení, mohou roboti neustále trénovat a iterovat, aby zlepšili své schopnosti plnit úkoly, což umožňuje složitější logiku rozhodování a autonomní chování.
10.Technologie interakce člověka s počítačem
V mnoha aplikačních scénářích, zejména v oblasti servisních robotů a kolaborativních robotů, je technologie humanizované interakce člověk-počítač zásadní:
Rozpoznávání a syntéza řeči: Díky integraci technologie zpracování přirozeného jazyka (NLP) jsou roboti schopni porozumět lidským hlasovým příkazům a poskytovat zpětnou vazbu jasnou a přirozenou řečí.
Hmatová interakce: Navrhněte roboty s mechanismy hmatové zpětné vazby, které dokážou simulovat realistické hmatové vjemy, čímž zvyšují uživatelský zážitek a bezpečnost během provozu nebo interakce.
Rozpoznávání gest: Využití technologie počítačového vidění k zachycení a analýze lidských gest, což umožňuje robotům reagovat na bezkontaktní příkazy gest a dosáhnout intuitivního ovládání.
Výpočet výrazu obličeje a emocí: Sociální roboti mají systémy výrazů obličeje a schopnosti rozpoznávání emocí, které dokážou vyjadřovat emoce, čímž se lépe přizpůsobují emocionálním potřebám lidí a zlepšují efektivitu komunikace.
Čas odeslání: září-05-2024
