En la tecnología robótica moderna, especialmente en el campo de los robots industriales, las cinco tecnologías clave incluyenServomotores, reductores, juntas de movimiento, controladores y actuadores.. Estas tecnologías centrales construyen conjuntamente el sistema dinámico y el sistema de control del robot, asegurando que el robot pueda lograr un control de movimiento y una ejecución de tareas precisos, rápidos y flexibles. A continuación se proporcionará un análisis en profundidad de estas cinco tecnologías clave:
1. Servomotor
Los servomotores son el "corazón" de los sistemas de potencia de los robots, responsables de convertir la energía eléctrica en energía mecánica e impulsar el movimiento de varias articulaciones del robot. La principal ventaja de los servomotores radica en su capacidad de control de posición, velocidad y par de alta precisión.
Principio de funcionamiento: los servomotores suelen utilizar motores síncronos de imanes permanentes (PMSM) o servomotores de corriente alterna (AC Servo) para controlar con precisión la posición y la velocidad del rotor del motor cambiando la fase de la corriente de entrada. El codificador incorporado proporciona señales de retroalimentación en tiempo real, formando un sistema de control de circuito cerrado para lograr una respuesta dinámica alta y un control preciso.
Características: Los servomotores tienen las características de amplio rango de velocidad, alta eficiencia, baja inercia, etc. Pueden completar acciones de aceleración, desaceleración y posicionamiento en muy poco tiempo, lo cual es crucial para aplicaciones de robots que requieren arranques frecuentes y posicionamiento preciso. .
Control inteligente: los servomotores modernos también integran algoritmos avanzados como control PID, control adaptativo, etc., que pueden ajustar automáticamente los parámetros según los cambios de carga para mantener un rendimiento estable.
2. Reductor
Función: El reductor está conectado entre el servomotor y la articulación del robot, y su función principal es reducir la salida de rotación de alta velocidad del motor, aumentar el torque y cumplir con los requisitos de alto torque y baja velocidad de la articulación del robot. .
Tipo: Los reductores de uso común incluyen reductores armónicos y reductores RV. Entre ellos,Reductores para vehículos recreativosson particularmente adecuados para estructuras de juntas multieje en robots industriales debido a su alta rigidez, alta precisión y gran relación de transmisión.
Puntos técnicos: La precisión de fabricación del reductor afecta directamente la precisión del posicionamiento repetitivo y la estabilidad operativa del robot. El espacio libre interno de la malla de engranajes de los reductores de alta gama es extremadamente pequeño y deben tener buena resistencia al desgaste y una larga vida útil.
4. Controlador
Función principal: el controlador es el cerebro del robot, que recibe instrucciones y controla el estado de movimiento de cada articulación en función de programas preestablecidos o resultados de cálculos en tiempo real.
Arquitectura técnica: basado en sistemas integrados, el controlador integra circuitos de hardware, procesadores de señales digitales, microcontroladores y varias interfaces para lograr funciones complejas como planificación de movimiento, generación de trayectorias y fusión de datos de sensores.
Algoritmos de control avanzados:Controladores de robots modernoscomúnmente adoptan teorías de control avanzadas como el control predictivo de modelos (MPC), el control de estructura variable de modo deslizante (SMC), el control de lógica difusa (FLC) y el control adaptativo para abordar los desafíos de control en requisitos de tareas complejas y entornos inciertos.
5. Ejecutor
Definición y función: Un actuador es un dispositivo que convierte señales eléctricas emitidas por un controlador en acciones físicas reales. Por lo general, se refiere a una unidad motriz completa compuesta por servomotores, reductores y componentes mecánicos relacionados.
Control de fuerza y control de posición: el actuador no solo necesita lograr un control de posición preciso, sino que también necesita implementar un control de torsión o retroalimentación táctil para algunos robots de ensamblaje de precisión o rehabilitación médica, es decir, el modo de control de fuerza, para garantizar la sensibilidad a la fuerza y la seguridad durante el proceso de operación.
Redundancia y colaboración: en los robots con múltiples articulaciones, varios actuadores necesitan coordinar su trabajo y se utilizan estrategias de control avanzadas para manejar los efectos de acoplamiento entre las articulaciones, logrando un movimiento flexible y una optimización de la trayectoria del robot en el espacio.
6. Tecnología de sensores
Aunque no se menciona explícitamente en las cinco tecnologías clave, la tecnología de sensores es un componente importante para que los robots logren percepción y toma de decisiones inteligentes. Para los robots modernos inteligentes y de alta precisión, la integración de múltiples sensores (como sensores de posición, sensores de torque, sensores de visión, etc.) para obtener información ambiental y de estado personal es crucial.
Sensores de posición y velocidad: el codificador está instalado en el servomotor para proporcionar retroalimentación de posición y velocidad en tiempo real, formando un sistema de control de circuito cerrado; Además, los sensores de ángulo de articulación pueden medir con precisión el ángulo de rotación real de cada articulación en movimiento.
Sensores de fuerza y torsión: integrados en el efector final de actuadores o robots, se utilizan para detectar la fuerza de contacto y la torsión, lo que permite que los robots tengan capacidades de funcionamiento suave y características de interacción segura.
Sensores de percepción visual y ambiental: incluidas cámaras, LiDAR, cámaras de profundidad, etc., que se utilizan para la reconstrucción 3D de escenas, el reconocimiento y seguimiento de objetivos, la navegación para evitar obstáculos y otras funciones, lo que permite a los robots adaptarse a entornos dinámicos y tomar las decisiones correspondientes.
7. Tecnología de redes y comunicaciones
La tecnología de comunicación eficiente y la arquitectura de red son igualmente cruciales en sistemas multirobots y escenarios de control remoto.
Comunicación interna: el intercambio de datos de alta velocidad entre controladores y entre controladores y sensores requiere tecnología de bus estable, como CANopen, EtherCAT y otros protocolos Ethernet industriales en tiempo real.
Comunicación externa: a través de tecnologías de comunicación inalámbrica como Wi Fi, 5G, Bluetooth, etc., los robots pueden interactuar con otros dispositivos y servidores en la nube para lograr monitoreo remoto, actualizaciones de programas, análisis de big data y otras funciones.
8. Gestión de energía y potencia
Sistema de energía: seleccione una fuente de energía adecuada para las características de la carga de trabajo del robot y diseñe un sistema de administración de energía razonable para garantizar un funcionamiento estable a largo plazo y satisfacer demandas repentinas de alta energía.
Tecnología de recuperación y ahorro de energía: algunos sistemas robóticos avanzados han comenzado a adoptar tecnología de recuperación de energía, que convierte la energía mecánica en almacenamiento de energía eléctrica durante la desaceleración para mejorar la eficiencia energética general.
9. Nivel de software y algoritmo
Algoritmos de control y planificación del movimiento: desde la generación de trayectorias y la optimización de rutas hasta la detección de colisiones y estrategias para evitar obstáculos, los algoritmos avanzados respaldan el movimiento eficiente y preciso de los robots.
Inteligencia artificial y aprendizaje autónomo: al utilizar tecnologías como el aprendizaje automático y el aprendizaje profundo, los robots pueden entrenarse e iterar continuamente para mejorar sus habilidades para completar tareas, lo que permite una lógica de toma de decisiones más compleja y un comportamiento autónomo.
10.Tecnología de interacción persona-computadora
En muchos escenarios de aplicación, especialmente en los campos de los robots de servicios y los robots colaborativos, la tecnología de interacción humanizada entre humanos y computadoras es crucial:
Reconocimiento y síntesis de voz: al integrar la tecnología de procesamiento del lenguaje natural (NLP), los robots pueden comprender los comandos de voz humana y proporcionar retroalimentación en un habla clara y natural.
Interacción táctil: diseñar robots con mecanismos de retroalimentación táctil que puedan simular sensaciones táctiles realistas, mejorando la experiencia del usuario y la seguridad durante la operación o interacción.
Reconocimiento de gestos: utilización de tecnología de visión por computadora para capturar y analizar gestos humanos, lo que permite a los robots responder a comandos de gestos sin contacto y lograr un control operativo intuitivo.
Cálculo de expresiones faciales y emociones: los robots sociales tienen sistemas de expresión facial y capacidades de reconocimiento de emociones que pueden expresar emociones, adaptándose así mejor a las necesidades emocionales de las personas y mejorando la eficacia de la comunicación.
Hora de publicación: 05-sep-2024
