Nella moderna tecnologia robotica, in particolare nel campo dei robot industriali, le cinque tecnologie chiave includonoservomotori, riduttori, giunti di movimento, controller e attuatori. Queste tecnologie chiave costruiscono congiuntamente il sistema dinamico e il sistema di controllo del robot, garantendo che il robot possa ottenere un controllo del movimento e un’esecuzione delle attività precisi, veloci e flessibili. Di seguito verrà fornita un’analisi approfondita di queste cinque tecnologie chiave:
1. Servomotore
I servomotori sono il "cuore" dei sistemi di alimentazione dei robot, responsabili della conversione dell'energia elettrica in energia meccanica e del movimento dei vari giunti del robot. Il vantaggio principale dei servomotori risiede nelle loro capacità di controllo di posizione, velocità e coppia ad alta precisione.
Principio di funzionamento: i servomotori utilizzano in genere motori sincroni a magneti permanenti (PMSM) o servomotori a corrente alternata (AC Servo) per controllare con precisione la posizione e la velocità del rotore del motore modificando la fase della corrente di ingresso. L'encoder integrato fornisce segnali di feedback in tempo reale, formando un sistema di controllo a circuito chiuso per ottenere un'elevata risposta dinamica e un controllo preciso.
Caratteristiche: i servomotori hanno le caratteristiche di ampio intervallo di velocità, alta efficienza, bassa inerzia, ecc. Possono completare azioni di accelerazione, decelerazione e posizionamento in un tempo molto breve, il che è fondamentale per le applicazioni robotiche che richiedono frequenti arresti di avvio e posizionamento preciso .
Controllo intelligente: i moderni servomotori integrano anche algoritmi avanzati come il controllo PID, il controllo adattivo, ecc., che possono regolare automaticamente i parametri in base alle variazioni di carico per mantenere prestazioni stabili.
2. Riduttore
Funzione: il riduttore è collegato tra il servomotore e il giunto del robot e la sua funzione principale è ridurre la rotazione ad alta velocità del motore, aumentare la coppia e soddisfare i requisiti di coppia elevata e bassa velocità del giunto del robot .
Tipo: i riduttori comunemente utilizzati includono riduttori armonici e riduttori RV. Tra loro,Riduttori campersono particolarmente adatti per strutture di giunzione multiasse nei robot industriali grazie alla loro elevata rigidità, alta precisione e ampio rapporto di trasmissione.
Aspetti tecnici: la precisione di fabbricazione del riduttore influisce direttamente sulla precisione di posizionamento ripetitivo e sulla stabilità operativa del robot. Il gioco interno degli ingranaggi dei riduttori di fascia alta è estremamente ridotto e devono avere una buona resistenza all'usura e una lunga durata.
4. Controllore
Funzione principale: il controller è il cervello del robot, che riceve istruzioni e controlla lo stato di movimento di ciascun giunto in base a programmi preimpostati o risultati di calcoli in tempo reale.
Architettura tecnica: basato su sistemi embedded, il controller integra circuiti hardware, processori di segnali digitali, microcontrollori e varie interfacce per ottenere funzioni complesse come la pianificazione del movimento, la generazione di traiettorie e la fusione dei dati dei sensori.
Algoritmi di controllo avanzati:Controller di robot modernicomunemente adottano teorie di controllo avanzate come il controllo predittivo del modello (MPC), il controllo della struttura variabile in modalità scorrevole (SMC), il controllo logico fuzzy (FLC) e il controllo adattivo per affrontare le sfide di controllo in requisiti di attività complessi e ambienti incerti.
5. Esecutore testamentario
Definizione e funzione: un attuatore è un dispositivo che converte i segnali elettrici emessi da un controller in azioni fisiche effettive. Si riferisce tipicamente ad un'unità di guida completa composta da servomotori, riduttori e relativi componenti meccanici.
Controllo della forza e controllo della posizione: l'attuatore non deve solo ottenere un controllo preciso della posizione, ma deve anche implementare il controllo della coppia o del feedback tattile per alcuni robot di assemblaggio di precisione o di riabilitazione medica, ovvero la modalità di controllo della forza, per garantire sensibilità alla forza e sicurezza durante il processo operativo.
Ridondanza e collaborazione: nei robot multi-articolazione, vari attuatori devono coordinare il loro lavoro e vengono utilizzate strategie di controllo avanzate per gestire gli effetti di accoppiamento tra i giunti, ottenendo un movimento flessibile e l'ottimizzazione del percorso del robot nello spazio.
6. Tecnologia dei sensori
Sebbene non sia menzionata esplicitamente nelle cinque tecnologie chiave, la tecnologia dei sensori è una componente importante affinché i robot possano ottenere la percezione e il processo decisionale intelligente. Per i robot moderni intelligenti e ad alta precisione, l'integrazione di più sensori (come sensori di posizione, sensori di coppia, sensori di visione, ecc.) per ottenere informazioni sull'ambiente e sullo stato individuale è fondamentale.
Sensori di posizione e velocità: l'encoder è installato sul servomotore per fornire feedback di posizione e velocità in tempo reale, formando un sistema di controllo a circuito chiuso; Inoltre, i sensori dell'angolo articolare possono misurare con precisione l'angolo di rotazione effettivo di ciascun giunto mobile.
Sensori di forza e coppia: incorporati nell'effettore finale di attuatori o robot, utilizzati per rilevare la forza e la coppia di contatto, consentendo ai robot di avere capacità operative fluide e caratteristiche di interazione sicura.
Sensori di percezione visiva e ambientale: comprese telecamere, LiDAR, telecamere di profondità, ecc., utilizzati per la ricostruzione 3D della scena, il riconoscimento e il tracciamento del bersaglio, la navigazione per evitare gli ostacoli e altre funzioni, consentendo ai robot di adattarsi ad ambienti dinamici e prendere le decisioni corrispondenti.
7. Tecnologie della comunicazione e delle reti
Una tecnologia di comunicazione e un’architettura di rete efficienti sono ugualmente cruciali nei sistemi multi robot e negli scenari di controllo remoto
Comunicazione interna: lo scambio di dati ad alta velocità tra controller e tra controller e sensori richiede una tecnologia bus stabile, come CANopen, EtherCAT e altri protocolli Ethernet industriali in tempo reale.
Comunicazione esterna: attraverso tecnologie di comunicazione wireless come Wi-Fi, 5G, Bluetooth, ecc., i robot possono interagire con altri dispositivi e server cloud per ottenere monitoraggio remoto, aggiornamenti di programmi, analisi di big data e altre funzioni.
8. Gestione dell'energia e della potenza
Sistema di alimentazione: selezionare un alimentatore adatto alle caratteristiche del carico di lavoro del robot e progettare un sistema di gestione dell'energia ragionevole per garantire un funzionamento stabile a lungo termine e soddisfare improvvise richieste di alta potenza.
Tecnologia di recupero e risparmio energetico: alcuni sistemi robotici avanzati hanno iniziato ad adottare la tecnologia di recupero energetico, che converte l'energia meccanica in accumulo di energia elettrica durante la decelerazione per migliorare l'efficienza energetica complessiva.
9. Livello di software e algoritmo
Algoritmi di pianificazione e controllo del movimento: dalla generazione di traiettorie e ottimizzazione del percorso al rilevamento delle collisioni e alle strategie per evitare gli ostacoli, algoritmi avanzati supportano il movimento efficiente e preciso dei robot.
Intelligenza artificiale e apprendimento autonomo: utilizzando tecnologie come l’apprendimento automatico e il deep learning, i robot possono addestrarsi e iterare continuamente per migliorare le proprie capacità di completamento delle attività, consentendo logiche decisionali più complesse e comportamenti autonomi.
10.Tecnologia di interazione uomo-computer
In molti scenari applicativi, soprattutto nel campo dei robot di servizio e dei robot collaborativi, la tecnologia di interazione umanizzata uomo-computer è cruciale:
Riconoscimento e sintesi vocale: integrando la tecnologia di elaborazione del linguaggio naturale (NLP), i robot sono in grado di comprendere i comandi vocali umani e fornire feedback in un parlato chiaro e naturale.
Interazione tattile: progettare robot con meccanismi di feedback tattile in grado di simulare sensazioni tattili realistiche, migliorando l'esperienza dell'utente e la sicurezza durante il funzionamento o l'interazione.
Riconoscimento dei gesti: utilizzo della tecnologia di visione artificiale per acquisire e analizzare i gesti umani, consentendo ai robot di rispondere a comandi gestuali senza contatto e ottenere un controllo operativo intuitivo.
Espressione facciale e calcolo delle emozioni: i robot sociali dispongono di sistemi di espressione facciale e capacità di riconoscimento delle emozioni in grado di esprimere emozioni, adattandosi così meglio ai bisogni emotivi delle persone e migliorando l'efficacia della comunicazione
Orario di pubblicazione: 05 settembre 2024
