Inom modern robotteknik, särskilt inom området industrirobotar, inkluderar de fem nyckelteknologiernaservomotorer, reducerare, rörelseleder, styrenheter och ställdon. Dessa kärnteknologier konstruerar tillsammans robotens dynamiska system och kontrollsystem, vilket säkerställer att roboten kan uppnå exakt, snabb och flexibel rörelsekontroll och uppgiftsutförande. Följande kommer att ge en djupgående analys av dessa fem nyckelteknologier:
1. Servomotor
Servomotorer är "hjärtat" i robotkraftsystem, ansvariga för att omvandla elektrisk energi till mekanisk energi och driva rörelsen hos robotens olika leder. Den centrala fördelen med servomotorer ligger i deras högprecisionsfunktioner för positionering, hastighet och vridmoment.
Arbetsprincip: Servomotorer använder vanligtvis permanentmagnetsynkronmotorer (PMSM) eller växelströmsservomotorer (AC Servo) för att exakt styra motorrotorns position och hastighet genom att ändra fasen på inströmmen. Den inbyggda kodaren ger återkopplingssignaler i realtid och bildar ett kontrollsystem med sluten slinga för att uppnå hög dynamisk respons och exakt kontroll.
Egenskaper: Servomotorer har egenskaperna brett hastighetsområde, hög effektivitet, låg tröghet, etc. De kan fullborda acceleration, retardation och positioneringsåtgärder på mycket kort tid, vilket är avgörande för robotapplikationer som kräver frekventa startstopp och exakt positionering .
Intelligent styrning: Moderna servomotorer integrerar även avancerade algoritmer som PID-kontroll, adaptiv styrning etc., som automatiskt kan justera parametrar efter belastningsändringar för att bibehålla stabil prestanda.
2. Reducerare
Funktion: Reduceraren är ansluten mellan servomotorn och robotleden, och dess huvudfunktion är att minska motorns höghastighetsrotation, öka vridmomentet och uppfylla kraven på högt vridmoment och låg hastighet hos robotleden .
Typ: Vanligt använda reducerare inkluderar harmoniska reducerare och RV-reducerare. Bland dem,RV reducerareär särskilt lämpliga för fleraxliga fogstrukturer i industrirobotar på grund av deras höga styvhet, höga precision och stora utväxlingsförhållande.
Tekniska punkter: Reducerarens tillverkningsnoggrannhet påverkar direkt robotens repetitiva positioneringsnoggrannhet och driftsstabilitet. Det interna nätavståndet hos avancerade reducerar är extremt litet och de måste ha god slitstyrka och lång livslängd.
4. Styrenhet
Kärnfunktion: Styrenheten är robotens hjärna, som tar emot instruktioner och styr rörelsestatusen för varje led baserat på förinställda program eller realtidsberäkningsresultat.
Teknisk arkitektur: Baserat på inbyggda system, integrerar styrenheten hårdvarukretsar, digitala signalprocessorer, mikrokontroller och olika gränssnitt för att uppnå komplexa funktioner som rörelseplanering, banagenerering och sensordatafusion.
Avancerade kontrollalgoritmer:Moderna robotkontrolleranvänder ofta avancerade styrteorier som Model Predictive Control (MPC), Sliding Mode Variable Structure Control (SMC), Fuzzy Logic Control (FLC) och Adaptive Control för att hantera kontrollutmaningar i komplexa uppgiftskrav och osäkra miljöer.
5. Exekutor
Definition och funktion: Ett ställdon är en enhet som omvandlar elektriska signaler som sänds ut av en styrenhet till faktiska fysiska åtgärder. Det hänvisar vanligtvis till en komplett drivenhet som består av servomotorer, reducerare och relaterade mekaniska komponenter.
Kraftkontroll och positionskontroll: Ställdonet behöver inte bara uppnå exakt positionskontroll, utan behöver också implementera vridmoment eller taktil återkopplingskontroll för vissa precisionsaggregat eller medicinska rehabiliteringsrobotar, det vill säga kraftkontrollläge, för att säkerställa kraftkänslighet och säkerhet under operationsprocessen.
Redundans och samarbete: I flerledsrobotar måste olika ställdon koordinera sitt arbete, och avancerade styrstrategier används för att hantera kopplingseffekterna mellan lederna, för att uppnå flexibel rörelse och vägoptimering av roboten i rymden.
6. Sensorteknik
Även om det inte uttryckligen nämns i de fem nyckelteknologierna, är sensorteknik en viktig komponent för robotar för att uppnå uppfattning och intelligent beslutsfattande. För högprecisions- och intelligenta moderna robotar är det avgörande att integrera flera sensorer (som positionssensorer, vridmomentsensorer, synsensorer, etc.) för att få information om miljö och självtillstånd.
Positions- och hastighetssensorer: Kodaren är installerad på servomotorn för att ge positions- och hastighetsåterkoppling i realtid, vilket bildar ett styrsystem med sluten slinga; Dessutom kan ledvinkelsensorer noggrant mäta den faktiska rotationsvinkeln för varje rörlig led.
Kraft- och vridmomentsensorer: inbäddade i ställdonets eller robotars sluteffektor, som används för att känna av kontaktkraft och vridmoment, vilket gör att robotar kan ha mjuka operationsmöjligheter och säkra interaktionsegenskaper.
Visuella och miljömässiga perceptionssensorer: inklusive kameror, LiDAR, djupkameror, etc., som används för scen 3D-rekonstruktion, måligenkänning och spårning, navigering för undvikande av hinder och andra funktioner, vilket gör att robotar kan anpassa sig till dynamiska miljöer och fatta motsvarande beslut.
7. Kommunikations- och nätverksteknik
Effektiv kommunikationsteknik och nätverksarkitektur är lika avgörande i multirobotsystem och fjärrstyrningsscenarier
Intern kommunikation: Höghastighetsdatautbyte mellan styrenheter och mellan styrenheter och sensorer kräver stabil bussteknik, såsom CANopen, EtherCAT och andra industriella Ethernet-protokoll i realtid.
Extern kommunikation: Genom trådlös kommunikationsteknik som Wi Fi, 5G, Bluetooth, etc., kan robotar interagera med andra enheter och molnservrar för att uppnå fjärrövervakning, programuppdateringar, big data-analys och andra funktioner.
8. Energi- och energihantering
Kraftsystem: Välj en strömförsörjning som passar egenskaperna hos robotens arbetsbelastning och designa ett rimligt strömhanteringssystem för att säkerställa långsiktig stabil drift och möta plötsliga krav på hög effekt.
Energiåtervinning och energibesparande teknik: Vissa avancerade robotsystem har börjat använda energiåtervinningsteknik, som omvandlar mekanisk energi till elektrisk energilagring under retardation för att förbättra den totala energieffektiviteten.
9. Programvara och algoritmnivå
Rörelseplanering och kontrollalgoritmer: Från bangenerering och banoptimering till kollisionsdetektering och strategier för undvikande av hinder, avancerade algoritmer stödjer effektiv och exakt rörelse hos robotar.
Artificiell intelligens och autonom inlärning: Genom att använda tekniker som maskininlärning och djupinlärning kan robotar kontinuerligt träna och iterera för att förbättra sina färdigheter i uppgiften, vilket möjliggör mer komplex beslutslogik och autonomt beteende.
10.Teknik för mänsklig datorinteraktion
I många tillämpningsscenarier, särskilt inom tjänsterobotar och kollaborativa robotar, är humaniserad interaktionsteknik mellan människa och dator avgörande:
Taligenkänning och -syntes: Genom att integrera NLP-teknik (natural language processing) kan robotar förstå mänskliga röstkommandon och ge feedback i tydligt och naturligt tal.
Taktil interaktion: Designa robotar med taktila återkopplingsmekanismer som kan simulera realistiska taktila förnimmelser, vilket förbättrar användarupplevelsen och säkerheten under drift eller interaktion.
Gesterigenkänning: Använder datorseendeteknik för att fånga och analysera mänskliga gester, vilket gör det möjligt för robotar att reagera på oberörda gestkommandon och uppnå intuitiv operativ kontroll.
Ansiktsuttryck och känsloberäkning: Sociala robotar har ansiktsuttryckssystem och förmåga att känna igen känslor som kan uttrycka känslor, och därmed bättre anpassa sig till människors känslomässiga behov och förbättra kommunikationseffektiviteten
Posttid: 2024-05-05
