We współczesnej technologii robotyki, zwłaszcza w zakresie robotów przemysłowych, do pięciu kluczowych technologii zalicza sięserwomotory, reduktory, przeguby ruchome, sterowniki i siłowniki. Te podstawowe technologie wspólnie tworzą system dynamiczny i system sterowania robota, zapewniając, że robot może osiągnąć precyzyjną, szybką i elastyczną kontrolę ruchu oraz realizację zadań. Poniżej przedstawiono dogłębną analizę tych pięciu kluczowych technologii:
1. Silnik serwo
Serwomotory są „sercem” systemów zasilania robotów, odpowiedzialnym za zamianę energii elektrycznej na energię mechaniczną i napędzanie ruchu różnych przegubów robota. Podstawową zaletą serwomotorów jest ich precyzyjna kontrola położenia, prędkości i momentu obrotowego.
Zasada działania: Serwomotory zazwyczaj wykorzystują silniki synchroniczne z magnesami trwałymi (PMSM) lub serwomotory prądu przemiennego (AC Servo) do precyzyjnego sterowania położeniem i prędkością wirnika silnika poprzez zmianę fazy prądu wejściowego. Wbudowany enkoder zapewnia sygnały zwrotne w czasie rzeczywistym, tworząc system sterowania w zamkniętej pętli, zapewniający wysoką dynamikę i precyzyjną kontrolę.
Charakterystyka: Silniki serwo charakteryzują się szerokim zakresem prędkości, wysoką wydajnością, niską bezwładnością itp. Mogą wykonać przyspieszanie, zwalnianie i pozycjonowanie w bardzo krótkim czasie, co ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach robotycznych wymagających częstego uruchamiania i zatrzymywania oraz precyzyjnego pozycjonowania .
Inteligentne sterowanie: Nowoczesne serwomotory integrują również zaawansowane algorytmy, takie jak sterowanie PID, sterowanie adaptacyjne itp., które mogą automatycznie dostosowywać parametry w zależności od zmian obciążenia, aby utrzymać stabilną wydajność.
2. Reduktor
Funkcja: Reduktor jest podłączony pomiędzy serwomotorem a złączem robota, a jego główną funkcją jest zmniejszenie mocy wyjściowej silnika przy dużej prędkości obrotowej, zwiększenie momentu obrotowego i spełnienie wymagań wysokiego momentu obrotowego i niskiej prędkości złącza robota .
Typ: Powszechnie stosowane reduktory obejmują reduktory harmonicznych i reduktory RV. Wśród nichReduktory RVsą szczególnie odpowiednie do wieloosiowych konstrukcji przegubowych w robotach przemysłowych ze względu na ich wysoką sztywność, wysoką precyzję i duże przełożenie.
Punkty techniczne: Dokładność wykonania reduktora ma bezpośredni wpływ na dokładność powtarzalnego pozycjonowania i stabilność operacyjną robota. Wewnętrzny luz zazębienia przekładni wysokiej klasy reduktorów jest niezwykle mały i muszą one charakteryzować się dobrą odpornością na zużycie i długą żywotnością.
4. Kontroler
Podstawowa funkcja: Kontroler to mózg robota, który otrzymuje instrukcje i kontroluje stan ruchu każdego stawu w oparciu o zaprogramowane programy lub wyniki obliczeń w czasie rzeczywistym.
Architektura techniczna: oparty na systemach wbudowanych, sterownik integruje obwody sprzętowe, cyfrowe procesory sygnałowe, mikrokontrolery i różne interfejsy, aby osiągnąć złożone funkcje, takie jak planowanie ruchu, generowanie trajektorii i fuzja danych z czujników.
Zaawansowane algorytmy sterowania:Nowoczesne sterowniki robotówpowszechnie przyjmują zaawansowane teorie sterowania, takie jak sterowanie predykcyjne modelem (MPC), sterowanie zmienną strukturą w trybie przesuwnym (SMC), sterowanie logiką rozmytą (FLC) i sterowanie adaptacyjne, aby sprostać wyzwaniom sterowania w przypadku złożonych wymagań zadań i niepewnych środowisk.
5. Wykonawca
Definicja i funkcja: Siłownik to urządzenie, które przekształca sygnały elektryczne emitowane przez sterownik na rzeczywiste działania fizyczne. Zwykle odnosi się do kompletnej jednostki napędowej składającej się z serwomotorów, reduktorów i powiązanych elementów mechanicznych.
Kontrola siły i kontrola położenia: Siłownik musi nie tylko osiągnąć precyzyjną kontrolę położenia, ale także musi wdrożyć kontrolę momentu obrotowego lub dotykowego sprzężenia zwrotnego w przypadku niektórych precyzyjnych robotów montażowych lub robotów do rehabilitacji medycznej, to znaczy tryb kontroli siły, aby zapewnić czułość siły i bezpieczeństwo podczas proces operacyjny.
Redundancja i współpraca: w robotach z wieloma przegubami różne siłowniki muszą koordynować swoją pracę, a zaawansowane strategie sterowania są wykorzystywane do obsługi efektów sprzężenia między przegubami, zapewniając elastyczny ruch i optymalizację ścieżki robota w przestrzeni.
6. Technologia czujników
Chociaż nie jest to wyraźnie wymienione w pięciu kluczowych technologiach, technologia czujników jest ważnym elementem robotów umożliwiającym im postrzeganie i inteligentne podejmowanie decyzji. W przypadku wysoce precyzyjnych i inteligentnych nowoczesnych robotów kluczowa jest integracja wielu czujników (takich jak czujniki położenia, czujniki momentu obrotowego, czujniki wizyjne itp.) w celu uzyskania informacji o środowisku i stanie własnym.
Czujniki położenia i prędkości: Enkoder jest zainstalowany na serwomotorze w celu zapewnienia w czasie rzeczywistym informacji zwrotnej o położeniu i prędkości, tworząc system sterowania w pętli zamkniętej; Ponadto czujniki kąta przegubu mogą dokładnie mierzyć rzeczywisty kąt obrotu każdego ruchomego przegubu.
Czujniki siły i momentu obrotowego: osadzone w efektorze końcowym siłowników lub robotów, używane do wykrywania siły kontaktowej i momentu obrotowego, umożliwiające robotom płynne działanie i bezpieczną charakterystykę interakcji.
Czujniki percepcji wizualnej i środowiskowej: w tym kamery, LiDAR, kamery głębi itp., wykorzystywane do rekonstrukcji 3D sceny, rozpoznawania i śledzenia celów, nawigacji w celu uniknięcia przeszkód i innych funkcji, umożliwiających robotom dostosowywanie się do dynamicznego środowiska i podejmowanie odpowiednich decyzji.
7. Technologie komunikacyjne i sieciowe
Wydajna technologia komunikacji i architektura sieci są równie istotne w systemach z wieloma robotami i scenariuszach zdalnego sterowania
Komunikacja wewnętrzna: Szybka wymiana danych pomiędzy sterownikami oraz pomiędzy sterownikami i czujnikami wymaga stabilnej technologii magistrali, takiej jak CANopen, EtherCAT i innych protokołów przemysłowej sieci Ethernet czasu rzeczywistego.
Komunikacja zewnętrzna: dzięki technologiom komunikacji bezprzewodowej, takim jak Wi Fi, 5G, Bluetooth itp., roboty mogą wchodzić w interakcję z innymi urządzeniami i serwerami w chmurze w celu zdalnego monitorowania, aktualizacji programów, analizy dużych zbiorów danych i innych funkcji.
8. Energia i zarządzanie energią
System zasilania: wybierz zasilacz odpowiedni do charakterystyki obciążenia robota i zaprojektuj rozsądny system zarządzania energią, aby zapewnić długoterminową stabilną pracę i sprostać nagłemu zapotrzebowaniu na dużą moc.
Odzyskiwanie energii i technologia oszczędzania energii: W niektórych zaawansowanych systemach robotów zaczęto stosować technologię odzyskiwania energii, która przekształca energię mechaniczną w magazynowanie energii elektrycznej podczas zwalniania, aby poprawić ogólną efektywność energetyczną.
9. Poziom oprogramowania i algorytmów
Algorytmy planowania i kontroli ruchu: od generowania trajektorii i optymalizacji ścieżki po wykrywanie kolizji i strategie unikania przeszkód – zaawansowane algorytmy wspierają wydajny i precyzyjny ruch robotów.
Sztuczna inteligencja i autonomiczne uczenie się: wykorzystując technologie takie jak uczenie maszynowe i głębokie uczenie się, roboty mogą w sposób ciągły trenować i wykonywać iteracje, aby poprawić swoje umiejętności wykonywania zadań, umożliwiając bardziej złożoną logikę podejmowania decyzji i autonomiczne zachowanie.
10.Technologia interakcji człowiek-komputer
W wielu scenariuszach zastosowań, zwłaszcza w dziedzinie robotów usługowych i robotów współpracujących, kluczowa jest humanizowana technologia interakcji człowiek-komputer:
Rozpoznawanie i synteza mowy: dzięki integracji technologii przetwarzania języka naturalnego (NLP) roboty są w stanie zrozumieć polecenia głosowe człowieka i przekazywać informacje zwrotne w wyraźnej i naturalnej mowie.
Interakcja dotykowa: Projektuj roboty z mechanizmami sprzężenia zwrotnego, które mogą symulować realistyczne wrażenia dotykowe, zwiększając komfort użytkownika i bezpieczeństwo podczas pracy lub interakcji.
Rozpoznawanie gestów: wykorzystanie technologii widzenia komputerowego do przechwytywania i analizowania ludzkich gestów, umożliwiając robotom reagowanie na bezdotykowe polecenia gestami i osiąganie intuicyjnej kontroli operacyjnej.
Wyraz twarzy i obliczanie emocji: Roboty społeczne mają systemy wyrazu twarzy i funkcje rozpoznawania emocji, które mogą wyrażać emocje, dzięki czemu lepiej dostosowują się do potrzeb emocjonalnych ludzi i poprawiają skuteczność komunikacji
Czas publikacji: 05 września 2024 r
