I moderne robotteknologi, især inden for industrirobotter, omfatter de fem nøgleteknologierservomotorer, reduktionsgear, bevægelsesled, controllere og aktuatorer. Disse kerneteknologier konstruerer i fællesskab robottens dynamiske system og styresystem, hvilket sikrer, at robotten kan opnå præcis, hurtig og fleksibel bevægelseskontrol og opgaveudførelse. Det følgende vil give en dybdegående analyse af disse fem nøgleteknologier:
1. Servomotor
Servomotorer er "hjertet" i robotkraftsystemer, ansvarlige for at omdanne elektrisk energi til mekanisk energi og drive bevægelsen af forskellige led i robotten. Kernefordelen ved servomotorer ligger i deres højpræcisionsfunktioner til positionering, hastighed og drejningsmoment.
Funktionsprincip: Servomotorer bruger typisk permanent magnet synkrone motorer (PMSM) eller vekselstrøms servomotorer (AC Servo) til præcist at kontrollere positionen og hastigheden af motorrotoren ved at ændre fasen af indgangsstrømmen. Den indbyggede encoder giver feedback-signaler i realtid, der danner et lukket sløjfe-kontrolsystem for at opnå høj dynamisk respons og præcis kontrol.
Karakteristika: Servomotorer har karakteristika for bredt hastighedsområde, høj effektivitet, lav inerti osv. De kan gennemføre acceleration, deceleration og positioneringshandlinger på meget kort tid, hvilket er afgørende for robotapplikationer, der kræver hyppigt startstop og præcis positionering .
Intelligent styring: Moderne servomotorer integrerer også avancerede algoritmer såsom PID-styring, adaptiv kontrol osv., som automatisk kan justere parametre i henhold til belastningsændringer for at opretholde en stabil ydeevne.
2. Reducer
Funktion: Reduktionen er forbundet mellem servomotoren og robotleddet, og dens hovedfunktion er at reducere motorens højhastighedsrotationsudgang, øge drejningsmomentet og opfylde kravene til højt drejningsmoment og lav hastighed af robotleddet .
Type: Almindeligt anvendte reduktionsgear omfatter harmoniske reduktionsgearer og RV-reducere. Blandt dem,RV reduktionsgearer særligt velegnede til fleraksede ledstrukturer i industrirobotter på grund af deres høje stivhed, høje præcision og store transmissionsforhold.
Tekniske punkter: Reduktionens fremstillingsnøjagtighed påvirker direkte robottens gentagne positioneringsnøjagtighed og driftsstabilitet. Den indvendige gearmaskefrigang på avancerede reduktionsanordninger er ekstremt lille, og de skal have god slidstyrke og lang levetid.
4. Controller
Kernefunktion: Controlleren er robottens hjerne, som modtager instruktioner og styrer bevægelsesstatus for hvert led baseret på forudindstillede programmer eller realtidsberegningsresultater.
Teknisk arkitektur: Baseret på indlejrede systemer integrerer controlleren hardwarekredsløb, digitale signalprocessorer, mikrocontrollere og forskellige grænseflader for at opnå komplekse funktioner såsom bevægelsesplanlægning, banegenerering og sensordatafusion.
Avancerede kontrolalgoritmer:Moderne robotcontrollereanvender almindeligvis avancerede kontrolteorier såsom Model Predictive Control (MPC), Sliding Mode Variable Structure Control (SMC), Fuzzy Logic Control (FLC) og Adaptiv kontrol for at løse kontroludfordringer i komplekse opgavekrav og usikre miljøer.
5. Udfører
Definition og funktion: En aktuator er en enhed, der konverterer elektriske signaler udsendt af en controller til faktiske fysiske handlinger. Det refererer typisk til en komplet drivenhed sammensat af servomotorer, reduktionsgearer og relaterede mekaniske komponenter.
Kraftkontrol og positionskontrol: Aktuatoren skal ikke kun opnå præcis positionskontrol, men skal også implementere drejningsmoment eller taktil feedbackkontrol for nogle præcisionsenheder eller medicinske rehabiliteringsrobotter, det vil sige kraftkontroltilstand, for at sikre kraftfølsomhed og sikkerhed under operationsprocessen.
Redundans og samarbejde: I flerledsrobotter skal forskellige aktuatorer koordinere deres arbejde, og avancerede styringsstrategier bruges til at håndtere koblingseffekterne mellem leddene, for at opnå fleksibel bevægelse og vejoptimering af robotten i rummet.
6. Sensorteknologi
Selvom det ikke udtrykkeligt er nævnt i de fem nøgleteknologier, er sensorteknologi en vigtig komponent for robotter for at opnå perception og intelligent beslutningstagning. For højpræcisions- og intelligente moderne robotter er det afgørende at integrere flere sensorer (såsom positionssensorer, momentsensorer, synssensorer osv.) for at opnå miljø- og selvtilstandsinformation.
Positions- og hastighedssensorer: Encoderen er installeret på servomotoren for at give positions- og hastighedsfeedback i realtid, der danner et lukket sløjfe-kontrolsystem; Derudover kan ledvinkelsensorer nøjagtigt måle den faktiske rotationsvinkel for hvert bevægende led.
Kraft- og drejningsmomentsensorer: Indlejret i endeeffektoren af aktuatorer eller robotter, bruges til at registrere kontaktkraft og drejningsmoment, hvilket gør det muligt for robotter at have jævne operationsegenskaber og sikre interaktionskarakteristika.
Visuelle og miljømæssige perceptionssensorer: inklusive kameraer, LiDAR, dybdekameraer osv., der bruges til scene-3D-rekonstruktion, målgenkendelse og -sporing, forhindringsforebyggelse og andre funktioner, der gør det muligt for robotter at tilpasse sig dynamiske miljøer og træffe tilsvarende beslutninger.
7. Kommunikations- og netværksteknologi
Effektiv kommunikationsteknologi og netværksarkitektur er lige så afgørende i multirobotsystemer og fjernstyringsscenarier
Intern kommunikation: Højhastighedsdataudveksling mellem controllere og mellem controllere og sensorer kræver stabil busteknologi, såsom CANopen, EtherCAT og andre industrielle Ethernet-protokoller i realtid.
Ekstern kommunikation: Gennem trådløse kommunikationsteknologier som Wi Fi, 5G, Bluetooth osv. kan robotter interagere med andre enheder og cloud-servere for at opnå fjernovervågning, programopdateringer, big data-analyse og andre funktioner.
8. Energi- og strømstyring
Strømsystem: Vælg en strømforsyning, der er egnet til egenskaberne for robottens arbejdsbelastning, og design et rimeligt strømstyringssystem for at sikre langsigtet stabil drift og imødekomme pludselige krav til høj effekt.
Energigenvinding og energibesparende teknologi: Nogle avancerede robotsystemer er begyndt at anvende energigenvindingsteknologi, som omdanner mekanisk energi til elektrisk energilagring under deceleration for at forbedre den samlede energieffektivitet.
9. Software- og algoritmeniveau
Bevægelsesplanlægning og kontrolalgoritmer: Fra banegenerering og stioptimering til kollisionsdetektering og strategier til undgåelse af forhindringer, avancerede algoritmer understøtter den effektive og præcise bevægelse af robotter.
Kunstig intelligens og autonom læring: Ved at bruge teknologier som maskinlæring og deep learning kan robotter løbende træne og iterere for at forbedre deres evne til at udføre opgaven, hvilket muliggør mere kompleks beslutningslogik og autonom adfærd.
10.Menneskelig computerinteraktionsteknologi
I mange applikationsscenarier, især inden for servicerobotter og kollaborative robotter, er humaniseret menneske-computer interaktionsteknologi afgørende:
Talegenkendelse og -syntese: Ved at integrere NLP-teknologi (natural language processing) er robotter i stand til at forstå menneskelige stemmekommandoer og give feedback i klar og naturlig tale.
Taktil interaktion: Design robotter med taktile feedback-mekanismer, der kan simulere realistiske taktile fornemmelser, hvilket forbedrer brugeroplevelsen og sikkerheden under drift eller interaktion.
Bevægelsesgenkendelse: Brug af computersynsteknologi til at fange og analysere menneskelige bevægelser, hvilket gør det muligt for robotter at reagere på berøringsfri bevægelseskommandoer og opnå intuitiv operationel kontrol.
Ansigtsudtryk og følelsesberegning: Sociale robotter har ansigtsudtrykssystemer og følelsesgenkendelsesevner, der kan udtrykke følelser og derved bedre tilpasse sig folks følelsesmæssige behov og forbedre kommunikationseffektiviteten
Indlægstid: 05-05-2024
