В современной робототехнике, особенно в области промышленных роботов, пять ключевых технологий включают в себя:серводвигатели, редукторы, подвижные соединения, контроллеры и приводы. Эти основные технологии совместно создают динамическую систему и систему управления робота, гарантируя, что робот сможет обеспечить точное, быстрое и гибкое управление движением и выполнение задач. Ниже представлен углубленный анализ этих пяти ключевых технологий:
1. Серводвигатель
Серводвигатели — это «сердце» силовых систем робота, отвечающее за преобразование электрической энергии в механическую и приводящее в движение различные суставы робота. Основное преимущество серводвигателей заключается в возможности высокоточного управления положением, скоростью и крутящим моментом.
Принцип работы: в серводвигателях обычно используются синхронные двигатели с постоянными магнитами (PMSM) или серводвигатели переменного тока (AC Servo) для точного управления положением и скоростью ротора двигателя путем изменения фазы входного тока. Встроенный энкодер обеспечивает сигналы обратной связи в реальном времени, образуя систему управления с обратной связью для достижения высокой динамической реакции и точного управления.
Характеристики: Серводвигатели обладают характеристиками широкого диапазона скоростей, высокой эффективностью, низкой инерцией и т. д. Они могут выполнять действия ускорения, замедления и позиционирования за очень короткое время, что имеет решающее значение для роботизированных приложений, требующих частого запуска, остановки и точного позиционирования. .
Интеллектуальное управление: современные серводвигатели также оснащены усовершенствованными алгоритмами, такими как ПИД-управление, адаптивное управление и т. д., которые могут автоматически регулировать параметры в соответствии с изменениями нагрузки для поддержания стабильной работы.
2. Редуктор
Функция: Редуктор подключен между серводвигателем и соединением робота, и его основная функция заключается в уменьшении высокоскоростного вращения двигателя, увеличении крутящего момента и удовлетворении требований высокого крутящего момента и низкой скорости соединения робота. .
Тип: Обычно используемые редукторы включают редукторы гармоник и редукторы RV. Среди них,Редукторы РВособенно подходят для многоосных шарнирных конструкций в промышленных роботах благодаря их высокой жесткости, высокой точности и большому передаточному числу.
Технические моменты: точность изготовления редуктора напрямую влияет на повторяющуюся точность позиционирования и стабильность работы робота. Внутренний зазор зубчатого зацепления высококачественных редукторов чрезвычайно мал, и они должны иметь хорошую износостойкость и длительный срок службы.
4. Контроллер
Основная функция: Контроллер — это мозг робота, который получает инструкции и контролирует состояние движения каждого сустава на основе заранее заданных программ или результатов расчетов в реальном времени.
Техническая архитектура: основанный на встроенных системах контроллер объединяет аппаратные схемы, процессоры цифровых сигналов, микроконтроллеры и различные интерфейсы для реализации сложных функций, таких как планирование движения, генерация траектории и объединение данных датчиков.
Расширенные алгоритмы управления:Современные контроллеры роботовобычно применяют передовые теории управления, такие как управление с прогнозированием модели (MPC), управление переменной структурой скользящего режима (SMC), управление нечеткой логикой (FLC) и адаптивное управление для решения проблем управления в сложных требованиях к задачам и в неопределенных средах.
5. Исполнитель
Определение и функция: Исполнительный механизм — это устройство, которое преобразует электрические сигналы, излучаемые контроллером, в реальные физические действия. Обычно это относится к полному приводному блоку, состоящему из серводвигателей, редукторов и соответствующих механических компонентов.
Управление усилием и управление положением. Приводу необходимо не только обеспечивать точное управление положением, но также необходимо реализовать управление крутящим моментом или тактильной обратной связью для некоторых прецизионных сборочных или медицинских реабилитационных роботов, то есть режим управления усилием, чтобы обеспечить чувствительность к усилию и безопасность во время процесс операции.
Избыточность и совместная работа. В многосоставных роботах различные приводы должны координировать свою работу, а передовые стратегии управления используются для управления эффектами связи между суставами, обеспечивая гибкость движения и оптимизацию траектории робота в пространстве.
6. Сенсорная технология
Сенсорная технология, хотя и не упоминается явно в пяти ключевых технологиях, является важным компонентом роботов для достижения восприятия и интеллектуального принятия решений. Для высокоточных и интеллектуальных современных роботов решающее значение имеет интеграция нескольких датчиков (таких как датчики положения, датчики крутящего момента, датчики обзора и т. д.) для получения информации об окружающей среде и собственном состоянии.
Датчики положения и скорости: энкодер установлен на серводвигателе для обеспечения обратной связи по положению и скорости в реальном времени, образуя систему управления с замкнутым контуром; Кроме того, датчики угла шарнира могут точно измерять фактический угол поворота каждого подвижного шарнира.
Датчики силы и крутящего момента: встроены в концевой эффектор приводов или роботов и используются для измерения контактной силы и крутящего момента, что позволяет роботам иметь плавную работу и характеристики безопасного взаимодействия.
Датчики визуального восприятия и восприятия окружающей среды: включая камеры, LiDAR, камеры глубины и т. д., используемые для трехмерной реконструкции сцены, распознавания и отслеживания целей, навигации для обхода препятствий и других функций, позволяющих роботам адаптироваться к динамичной среде и принимать соответствующие решения.
7. Коммуникационные и сетевые технологии
Эффективные коммуникационные технологии и сетевая архитектура одинаково важны в системах с несколькими роботами и в сценариях дистанционного управления.
Внутренняя связь. Высокоскоростной обмен данными между контроллерами, а также между контроллерами и датчиками требует стабильной технологии шины, такой как CANopen, EtherCAT и других протоколов промышленного Ethernet реального времени.
Внешняя связь. С помощью технологий беспроводной связи, таких как Wi-Fi, 5G, Bluetooth и т. д., роботы могут взаимодействовать с другими устройствами и облачными серверами для удаленного мониторинга, обновления программ, анализа больших данных и других функций.
8. Энергетика и управление питанием
Система питания: выберите источник питания, соответствующий характеристикам рабочей нагрузки робота, и разработайте разумную систему управления питанием, чтобы обеспечить долгосрочную стабильную работу и удовлетворить внезапные потребности в высокой мощности.
Технология рекуперации энергии и энергосбережения. Некоторые передовые робототехнические системы начали применять технологию рекуперации энергии, которая преобразует механическую энергию в электрическую энергию во время замедления для повышения общей энергоэффективности.
9. Уровень программного обеспечения и алгоритмов
Алгоритмы планирования и управления движением: от создания траектории и оптимизации пути до стратегий обнаружения столкновений и предотвращения препятствий — передовые алгоритмы поддерживают эффективное и точное движение роботов.
Искусственный интеллект и автономное обучение. Используя такие технологии, как машинное обучение и глубокое обучение, роботы могут непрерывно обучаться и выполнять итерации, чтобы улучшить свои способности выполнять задачи, обеспечивая более сложную логику принятия решений и автономное поведение.
10.Технология взаимодействия человека с компьютером
Во многих сценариях применения, особенно в сфере сервисных и коллаборативных роботов, решающее значение имеет технология гуманизированного взаимодействия человека с компьютером:
Распознавание и синтез речи. Благодаря интеграции технологии обработки естественного языка (NLP) роботы способны понимать голосовые команды человека и обеспечивать обратную связь в виде четкой и естественной речи.
Тактильное взаимодействие: создавайте роботов с механизмами тактильной обратной связи, которые могут имитировать реалистичные тактильные ощущения, повышая удобство использования и безопасность во время работы или взаимодействия.
Распознавание жестов: использование технологии компьютерного зрения для захвата и анализа жестов человека, что позволяет роботам реагировать на бесконтактные команды жестов и достигать интуитивно понятного оперативного управления.
Выражение лица и расчет эмоций: социальные роботы имеют системы выражения лица и возможности распознавания эмоций, которые могут выражать эмоции, тем самым лучше адаптируясь к эмоциональным потребностям людей и повышая эффективность общения.
Время публикации: 05 сентября 2024 г.
