In der modernen Robotiktechnik, insbesondere im Bereich der Industrieroboter, zählen die fünf SchlüsseltechnologienServomotoren, Untersetzungsgetriebe, Bewegungsgelenke, Steuerungen und Aktuatoren. Diese Kerntechnologien bilden gemeinsam das dynamische System und das Steuerungssystem des Roboters und stellen sicher, dass der Roboter eine präzise, schnelle und flexible Bewegungssteuerung und Aufgabenausführung erreichen kann. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Analyse dieser fünf Schlüsseltechnologien:
1. Servomotor
Servomotoren sind das „Herz“ der Roboterantriebssysteme. Sie sind für die Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und den Antrieb der Bewegung verschiedener Gelenke des Roboters verantwortlich. Der Hauptvorteil von Servomotoren liegt in ihrer hochpräzisen Positions-, Geschwindigkeits- und Drehmomentsteuerung.
Funktionsprinzip: Servomotoren verwenden typischerweise Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) oder Wechselstrom-Servomotoren (AC-Servo), um die Position und Geschwindigkeit des Motorrotors durch Änderung der Phase des Eingangsstroms präzise zu steuern. Der eingebaute Encoder liefert Echtzeit-Feedbacksignale und bildet ein Regelsystem, um eine hohe Dynamik und präzise Steuerung zu erreichen.
Eigenschaften: Servomotoren zeichnen sich durch einen großen Geschwindigkeitsbereich, einen hohen Wirkungsgrad, eine geringe Trägheit usw. aus. Sie können Beschleunigungs-, Verzögerungs- und Positionierungsvorgänge in sehr kurzer Zeit durchführen, was für Roboteranwendungen, die häufiges Starten und Stoppen und eine präzise Positionierung erfordern, von entscheidender Bedeutung ist .
Intelligente Steuerung: Moderne Servomotoren integrieren außerdem fortschrittliche Algorithmen wie PID-Steuerung, adaptive Steuerung usw., die Parameter automatisch an Laständerungen anpassen können, um eine stabile Leistung aufrechtzuerhalten.
2. Reduzierer
Funktion: Das Untersetzungsgetriebe wird zwischen dem Servomotor und dem Robotergelenk angeschlossen. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Hochgeschwindigkeitsdrehleistung des Motors zu reduzieren, das Drehmoment zu erhöhen und die Anforderungen an hohes Drehmoment und niedrige Geschwindigkeit des Robotergelenks zu erfüllen .
Typ: Zu den häufig verwendeten Reduzierern gehören harmonische Reduzierer und RV-Reduzierer. Darunter,RV-Reduzierereignen sich aufgrund ihrer hohen Steifigkeit, hohen Präzision und großen Übersetzungsverhältnisse besonders für mehrachsige Gelenkstrukturen in Industrierobotern.
Technische Punkte: Die Fertigungsgenauigkeit des Reduzierstücks wirkt sich direkt auf die wiederholbare Positionierungsgenauigkeit und Betriebsstabilität des Roboters aus. Das interne Zahneingriffsspiel von High-End-Untersetzungsgetrieben ist extrem klein und sie müssen eine gute Verschleißfestigkeit und eine lange Lebensdauer aufweisen.
4. Controller
Kernfunktion: Der Controller ist das Gehirn des Roboters, das Anweisungen empfängt und den Bewegungsstatus jedes Gelenks basierend auf voreingestellten Programmen oder Echtzeit-Berechnungsergebnissen steuert.
Technische Architektur: Basierend auf eingebetteten Systemen integriert der Controller Hardwareschaltungen, digitale Signalprozessoren, Mikrocontroller und verschiedene Schnittstellen, um komplexe Funktionen wie Bewegungsplanung, Trajektoriengenerierung und Sensordatenfusion zu erreichen.
Erweiterte Steueralgorithmen:Moderne Robotersteuerungenübernehmen häufig fortgeschrittene Steuerungstheorien wie Model Predictive Control (MPC), Sliding Mode Variable Structure Control (SMC), Fuzzy Logic Control (FLC) und Adaptive Control, um Steuerungsherausforderungen bei komplexen Aufgabenanforderungen und unsicheren Umgebungen zu bewältigen.
5. Testamentsvollstrecker
Definition und Funktion: Ein Aktor ist ein Gerät, das von einer Steuerung ausgegebene elektrische Signale in tatsächliche physikalische Aktionen umwandelt. Typischerweise handelt es sich dabei um eine komplette Antriebseinheit bestehend aus Servomotoren, Untersetzungsgetrieben und zugehörigen mechanischen Komponenten.
Kraftsteuerung und Positionssteuerung: Der Aktuator muss nicht nur eine präzise Positionssteuerung erreichen, sondern muss für einige Präzisionsmontage- oder medizinische Rehabilitationsroboter auch eine Drehmoment- oder taktile Feedbacksteuerung implementieren, d den Operationsprozess.
Redundanz und Zusammenarbeit: Bei Mehrgelenkrobotern müssen verschiedene Aktuatoren ihre Arbeit koordinieren, und fortschrittliche Steuerungsstrategien werden verwendet, um die Kopplungseffekte zwischen Gelenken zu bewältigen und so eine flexible Bewegung und Wegoptimierung des Roboters im Raum zu erreichen.
6. Sensorik
Obwohl in den fünf Schlüsseltechnologien nicht explizit erwähnt, ist die Sensorik für Roboter eine wichtige Komponente zur Wahrnehmung und intelligenten Entscheidungsfindung. Für hochpräzise und intelligente moderne Roboter ist die Integration mehrerer Sensoren (wie Positionssensoren, Drehmomentsensoren, Vision-Sensoren usw.) zur Erfassung von Umgebungs- und Selbstzustandsinformationen von entscheidender Bedeutung.
Positions- und Geschwindigkeitssensoren: Der Encoder ist am Servomotor installiert, um Positions- und Geschwindigkeitsrückmeldungen in Echtzeit bereitzustellen und so ein Regelsystem zu bilden. Darüber hinaus können Gelenkwinkelsensoren den tatsächlichen Drehwinkel jedes beweglichen Gelenks genau messen.
Kraft- und Drehmomentsensoren: eingebettet in den Endeffektor von Aktuatoren oder Robotern, werden zur Erfassung von Kontaktkräften und Drehmomenten verwendet und ermöglichen Robotern einen reibungslosen Betrieb und sichere Interaktionseigenschaften.
Visuelle und Umgebungswahrnehmungssensoren: einschließlich Kameras, LiDAR, Tiefenkameras usw., die für die 3D-Rekonstruktion von Szenen, die Zielerkennung und -verfolgung, die Navigation zur Hindernisvermeidung und andere Funktionen verwendet werden und es Robotern ermöglichen, sich an dynamische Umgebungen anzupassen und entsprechende Entscheidungen zu treffen.
7. Kommunikations- und Netzwerktechnologie
Effiziente Kommunikationstechnologie und Netzwerkarchitektur sind in Multirobotersystemen und Fernsteuerungsszenarien gleichermaßen entscheidend
Interne Kommunikation: Der schnelle Datenaustausch zwischen Steuerungen sowie zwischen Steuerungen und Sensoren erfordert stabile Bustechnologien wie CANopen, EtherCAT und andere Echtzeit-Industrie-Ethernet-Protokolle.
Externe Kommunikation: Durch drahtlose Kommunikationstechnologien wie Wi-Fi, 5G, Bluetooth usw. können Roboter mit anderen Geräten und Cloud-Servern interagieren, um Fernüberwachung, Programmaktualisierungen, Big-Data-Analyse und andere Funktionen zu erreichen.
8. Energie- und Energiemanagement
Stromversorgungssystem: Wählen Sie eine Stromversorgung aus, die für die Merkmale der Arbeitslast des Roboters geeignet ist, und entwerfen Sie ein angemessenes Energieverwaltungssystem, um einen langfristig stabilen Betrieb zu gewährleisten und plötzliche hohe Leistungsanforderungen zu erfüllen.
Energierückgewinnung und energiesparende Technologie: Einige fortschrittliche Robotersysteme haben damit begonnen, Energierückgewinnungstechnologie einzuführen, die beim Abbremsen mechanische Energie in elektrische Energiespeicher umwandelt, um die Gesamtenergieeffizienz zu verbessern.
9. Software- und Algorithmusebene
Bewegungsplanungs- und Steuerungsalgorithmen: Von der Trajektoriengenerierung und Pfadoptimierung bis hin zur Kollisionserkennung und Hindernisvermeidungsstrategien unterstützen fortschrittliche Algorithmen die effiziente und präzise Bewegung von Robotern.
Künstliche Intelligenz und autonomes Lernen: Durch den Einsatz von Technologien wie maschinellem Lernen und Deep Learning können Roboter kontinuierlich trainieren und iterieren, um ihre Fähigkeiten zur Aufgabenerledigung zu verbessern und so eine komplexere Entscheidungslogik und autonomes Verhalten zu ermöglichen.
10.Mensch-Computer-Interaktionstechnologie
In vielen Anwendungsszenarien, insbesondere in den Bereichen Serviceroboter und kollaborative Roboter, ist eine humanisierte Mensch-Computer-Interaktionstechnologie von entscheidender Bedeutung:
Spracherkennung und -synthese: Durch die Integration der Technologie zur Verarbeitung natürlicher Sprache (NLP) sind Roboter in der Lage, menschliche Sprachbefehle zu verstehen und Feedback in klarer und natürlicher Sprache zu geben.
Taktile Interaktion: Entwerfen Sie Roboter mit taktilen Feedback-Mechanismen, die realistische taktile Empfindungen simulieren können und so das Benutzererlebnis und die Sicherheit während des Betriebs oder der Interaktion verbessern.
Gestenerkennung: Nutzung der Computer-Vision-Technologie zur Erfassung und Analyse menschlicher Gesten, sodass Roboter auf berührungslose Gestenbefehle reagieren und eine intuitive Betriebssteuerung erreichen können.
Gesichtsausdrucks- und Emotionsberechnung: Soziale Roboter verfügen über Gesichtsausdruckssysteme und Emotionserkennungsfähigkeiten, die Emotionen ausdrücken können, wodurch sie sich besser an die emotionalen Bedürfnisse der Menschen anpassen und die Kommunikationseffektivität verbessern können
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 05.09.2024
