Na tecnologia robótica moderna, especialmente no campo dos robôs industriais, as cinco tecnologias principais incluemservomotores, redutores, juntas de movimento, controladores e atuadores. Essas tecnologias principais constroem em conjunto o sistema dinâmico e o sistema de controle do robô, garantindo que o robô possa obter controle de movimento e execução de tarefas precisos, rápidos e flexíveis. A seguir, forneceremos uma análise aprofundada dessas cinco tecnologias principais:
1. Servo motor
Os servomotores são o “coração” dos sistemas de potência do robô, responsáveis por converter energia elétrica em energia mecânica e impulsionar o movimento de diversas articulações do robô. A principal vantagem dos servomotores reside em sua posição de alta precisão, velocidade e capacidade de controle de torque.
Princípio de funcionamento: Os servo motores normalmente usam motores síncronos de ímã permanente (PMSM) ou servo motores de corrente alternada (AC Servo) para controlar com precisão a posição e a velocidade do rotor do motor, alterando a fase da corrente de entrada. O codificador integrado fornece sinais de feedback em tempo real, formando um sistema de controle de malha fechada para obter alta resposta dinâmica e controle preciso.
Características: Os servomotores possuem características de ampla faixa de velocidade, alta eficiência, baixa inércia, etc. Eles podem completar ações de aceleração, desaceleração e posicionamento em um tempo muito curto, o que é crucial para aplicações de robôs que exigem partida, parada frequente e posicionamento preciso .
Controle inteligente: Os servomotores modernos também integram algoritmos avançados, como controle PID, controle adaptativo, etc., que podem ajustar automaticamente os parâmetros de acordo com as mudanças de carga para manter um desempenho estável.
2. Redutor
Função: O redutor é conectado entre o servo motor e a junta do robô, e sua principal função é reduzir a saída de rotação de alta velocidade do motor, aumentar o torque e atender aos requisitos de alto torque e baixa velocidade da junta do robô .
Tipo: Os redutores comumente usados incluem redutores harmônicos e redutores RV. Entre eles,Redutores de RVsão particularmente adequados para estruturas de juntas multieixos em robôs industriais devido à sua alta rigidez, alta precisão e grande taxa de transmissão.
Pontos técnicos: A precisão de fabricação do redutor afeta diretamente a precisão do posicionamento repetitivo e a estabilidade operacional do robô. A folga interna da malha de engrenagens dos redutores de última geração é extremamente pequena e eles precisam ter boa resistência ao desgaste e longa vida útil.
4. Controlador
Função central: O controlador é o cérebro do robô, que recebe instruções e controla o status do movimento de cada junta com base em programas predefinidos ou resultados de cálculos em tempo real.
Arquitetura técnica: Baseado em sistemas embarcados, o controlador integra circuitos de hardware, processadores de sinais digitais, microcontroladores e diversas interfaces para realizar funções complexas, como planejamento de movimento, geração de trajetória e fusão de dados de sensores.
Algoritmos de controle avançados:Controladores de robôs modernoscomumente adotam teorias de controle avançadas, como Controle Preditivo de Modelo (MPC), Controle de Estrutura Variável de Modo Deslizante (SMC), Controle de Lógica Difusa (FLC) e Controle Adaptativo para enfrentar desafios de controle em requisitos de tarefas complexas e ambientes incertos.
5. Executor
Definição e Função: Um atuador é um dispositivo que converte sinais elétricos emitidos por um controlador em ações físicas reais. Normalmente se refere a uma unidade de acionamento completa composta por servomotores, redutores e componentes mecânicos relacionados.
Controle de força e controle de posição: O atuador não só precisa obter controle de posição preciso, mas também implementar controle de torque ou feedback tátil para alguns robôs de montagem de precisão ou de reabilitação médica, ou seja, modo de controle de força, para garantir sensibilidade de força e segurança durante o processo de operação.
Redundância e Colaboração: Em robôs multiarticulares, vários atuadores precisam coordenar seu trabalho, e estratégias de controle avançadas são usadas para lidar com os efeitos de acoplamento entre articulações, alcançando movimento flexível e otimização do caminho do robô no espaço.
6. Tecnologia de sensores
Embora não seja explicitamente mencionada nas cinco tecnologias principais, a tecnologia de sensores é um componente importante para que os robôs obtenham percepção e tomada de decisão inteligente. Para robôs modernos inteligentes e de alta precisão, a integração de vários sensores (como sensores de posição, sensores de torque, sensores de visão, etc.) para obter informações ambientais e de estado próprio é crucial.
Sensores de posição e velocidade: O encoder é instalado no servo motor para fornecer feedback de posição e velocidade em tempo real, formando um sistema de controle em malha fechada; Além disso, os sensores de ângulo de junta podem medir com precisão o ângulo de rotação real de cada junta móvel.
Sensores de força e torque: incorporados no atuador final de atuadores ou robôs, usados para detectar força de contato e torque, permitindo que os robôs tenham capacidades de operação suave e características de interação seguras.
Sensores de percepção visual e ambiental: incluindo câmeras, LiDAR, câmeras de profundidade, etc., usados para reconstrução de cena 3D, reconhecimento e rastreamento de alvos, navegação para evitar obstáculos e outras funções, permitindo que robôs se adaptem a ambientes dinâmicos e tomem decisões correspondentes.
7. Tecnologia de Comunicação e Rede
Tecnologia de comunicação eficiente e arquitetura de rede são igualmente cruciais em sistemas multirobôs e cenários de controle remoto
Comunicação interna: A troca de dados em alta velocidade entre controladores e entre controladores e sensores requer tecnologia de barramento estável, como CANopen, EtherCAT e outros protocolos Ethernet industriais em tempo real.
Comunicação externa: Através de tecnologias de comunicação sem fio, como Wi-Fi, 5G, Bluetooth, etc., os robôs podem interagir com outros dispositivos e servidores em nuvem para obter monitoramento remoto, atualizações de programas, análise de big data e outras funções.
8. Energia e gerenciamento de energia
Sistema de energia: Selecione uma fonte de alimentação adequada às características da carga de trabalho do robô e projete um sistema de gerenciamento de energia razoável para garantir uma operação estável a longo prazo e atender às demandas repentinas de alta potência.
Recuperação de energia e tecnologia de economia de energia: Alguns sistemas robóticos avançados começaram a adotar tecnologia de recuperação de energia, que converte energia mecânica em armazenamento de energia elétrica durante a desaceleração para melhorar a eficiência energética geral.
9. Nível de software e algoritmo
Algoritmos de planejamento e controle de movimento: desde a geração de trajetória e otimização de caminho até a detecção de colisões e estratégias para evitar obstáculos, algoritmos avançados suportam o movimento eficiente e preciso dos robôs.
Inteligência Artificial e Aprendizagem Autónoma: Ao utilizar tecnologias como a aprendizagem automática e a aprendizagem profunda, os robôs podem treinar e iterar continuamente para melhorar as suas capacidades de conclusão de tarefas, permitindo uma lógica de tomada de decisão mais complexa e um comportamento autónomo.
10.Tecnologia de interação humano-computador
Em muitos cenários de aplicação, especialmente nas áreas de robôs de serviço e robôs colaborativos, a tecnologia humanizada de interação humano-computador é crucial:
Reconhecimento e síntese de fala: Ao integrar a tecnologia de processamento de linguagem natural (PNL), os robôs são capazes de compreender comandos de voz humana e fornecer feedback em fala clara e natural.
Interação tátil: projete robôs com mecanismos de feedback tátil que possam simular sensações táteis realistas, melhorando a experiência do usuário e a segurança durante a operação ou interação.
Reconhecimento de gestos: Utiliza tecnologia de visão computacional para capturar e analisar gestos humanos, permitindo que robôs respondam a comandos de gestos sem contato e obtenham controle operacional intuitivo.
Expressão facial e cálculo de emoções: Os robôs sociais possuem sistemas de expressão facial e capacidades de reconhecimento de emoções que podem expressar emoções, adaptando-se melhor às necessidades emocionais das pessoas e melhorando a eficácia da comunicação
Horário da postagem: 05/09/2024
