У сучасній робототехніці, особливо в галузі промислових роботів, п’ять ключових технологій включаютьсерводвигуни, редуктори, механізми руху, контролери та приводи. Ці основні технології спільно створюють динамічну систему та систему керування роботом, забезпечуючи точне, швидке й гнучке керування рухом і виконання роботом завдань. Нижче подано поглиблений аналіз цих п’яти ключових технологій:
1. Серводвигун
Серводвигуни є «серцем» енергетичних систем роботів, які відповідають за перетворення електричної енергії в механічну енергію та рух різних суглобів робота. Основна перевага серводвигунів полягає в їхніх високоточних можливостях керування положенням, швидкістю та крутним моментом.
Принцип роботи: Серводвигуни зазвичай використовують синхронні двигуни з постійними магнітами (PMSM) або серводвигуни змінного струму (AC Servo) для точного керування положенням і швидкістю ротора двигуна шляхом зміни фази вхідного струму. Вбудований кодер забезпечує сигнали зворотного зв'язку в реальному часі, утворюючи замкнуту систему керування для досягнення високої динамічної реакції та точного керування.
Характеристики: Серводвигуни мають широкий діапазон швидкості, високу ефективність, низьку інерцію тощо. Вони можуть завершувати прискорення, уповільнення та позиціонування за дуже короткий час, що є вирішальним для застосувань роботів, які вимагають частих стартових зупинок і точного позиціонування. .
Інтелектуальне керування: сучасні серводвигуни також інтегрують передові алгоритми, такі як ПІД-регулювання, адаптивне керування тощо, які можуть автоматично регулювати параметри відповідно до змін навантаження для підтримки стабільної роботи.
2. Редуктор
Функція: редуктор підключений між серводвигуном і з’єднанням робота, і його основна функція полягає в зменшенні потужності високошвидкісного обертання двигуна, збільшенні крутного моменту та відповідності вимогам щодо високого крутного моменту та низької швидкості з’єднання робота. .
Тип: Часто використовувані редуктори включають гармонічні редуктори та редуктори RV. Серед нихРедуктори RVособливо підходять для багатоосьових з’єднань промислових роботів завдяки високій жорсткості, високій точності та великому коефіцієнту передачі.
Технічні моменти: точність виготовлення редуктора безпосередньо впливає на повторювану точність позиціонування та стабільність роботи робота. Внутрішній зазор шестерні редукторів високого класу надзвичайно малий, і вони повинні мати гарну зносостійкість і тривалий термін служби.
4. Контролер
Основна функція: контролер — це мозок робота, який отримує інструкції та контролює стан руху кожного суглоба на основі попередньо встановлених програм або результатів розрахунків у реальному часі.
Технічна архітектура: заснований на вбудованих системах, контролер інтегрує апаратні схеми, процесори цифрових сигналів, мікроконтролери та різні інтерфейси для досягнення складних функцій, таких як планування руху, генерація траєкторії та об’єднання даних датчиків.
Розширені алгоритми управління:Сучасні контролери роботівзазвичай застосовують розширені теорії управління, такі як прогнозне керування моделлю (MPC), керування змінною структурою в ковзному режимі (SMC), нечітке логічне керування (FLC) та адаптивне керування, щоб вирішити проблеми керування у складних вимогах до завдань і невизначених середовищах.
5. Виконавець
Визначення та функція. Актуатор — це пристрій, який перетворює електричні сигнали, що випромінюються контролером, у реальні фізичні дії. Зазвичай це повний приводний блок, що складається з серводвигунів, редукторів і відповідних механічних компонентів.
Управління силою та керування положенням: приводу потрібно не лише досягти точного керування положенням, але також необхідно реалізувати керування крутним моментом або тактильним зворотним зв’язком для деяких прецизійних монтажних або медичних реабілітаційних роботів, тобто режим керування силою, щоб забезпечити чутливість до сили та безпеку під час процес операції.
Резервування та співпраця: у багатошарових роботах різні приводи повинні координувати свою роботу, а розширені стратегії керування використовуються для обробки ефектів зв’язку між шарнірами, досягаючи гнучкого руху та оптимізації шляху робота в просторі.
6. Сенсорна техніка
Хоча це прямо не згадується в п’яти ключових технологіях, сенсорна технологія є важливим компонентом для роботів для досягнення сприйняття та інтелектуального прийняття рішень. Для високоточних і інтелектуальних сучасних роботів інтеграція кількох датчиків (таких як датчики положення, датчики крутного моменту, датчики зору тощо) для отримання інформації про навколишнє середовище та власний стан має вирішальне значення.
Датчики позиції та швидкості: кодер встановлений на серводвигуні для забезпечення зворотного зв’язку позиції та швидкості в реальному часі, утворюючи замкнуту систему керування; Крім того, датчики кута з’єднання можуть точно вимірювати фактичний кут повороту кожного рухомого з’єднання.
Датчики сили та крутного моменту: вбудовані в кінцевий ефектор приводів або роботів, використовуються для визначення контактної сили та крутного моменту, що дозволяє роботам мати плавну роботу та характеристики безпечної взаємодії.
Датчики візуального сприйняття та сприйняття навколишнього середовища: включаючи камери, LiDAR, камери глибини тощо, які використовуються для 3D-реконструкції сцени, розпізнавання та відстеження цілей, навігації щодо уникнення перешкод та інших функцій, що дозволяє роботам адаптуватися до динамічного середовища та приймати відповідні рішення.
7. Комунікаційні та мережеві технології
Ефективна комунікаційна технологія та мережева архітектура однаково важливі в багатороботних системах і сценаріях дистанційного керування
Внутрішній зв’язок: для високошвидкісного обміну даними між контролерами та між контролерами та датчиками потрібна стабільна технологія шини, така як CANopen, EtherCAT та інші промислові протоколи Ethernet реального часу.
Зовнішній зв’язок: за допомогою технологій бездротового зв’язку, таких як Wi-Fi, 5G, Bluetooth тощо, роботи можуть взаємодіяти з іншими пристроями та хмарними серверами для здійснення віддаленого моніторингу, оновлення програм, аналізу великих даних та інших функцій.
8. Енергетичний менеджмент
Система живлення: виберіть джерело живлення, яке відповідає характеристикам робочого навантаження робота, і розробіть розумну систему керування живленням, щоб забезпечити тривалу стабільну роботу та задовольнити раптові потреби у великій потужності.
Технологія рекуперації енергії та енергозбереження. Деякі передові роботизовані системи почали застосовувати технологію рекуперації енергії, яка перетворює механічну енергію в накопичену електричну енергію під час уповільнення для підвищення загальної енергоефективності.
9. Програмно-алгоритмічний рівень
Алгоритми планування та керування рухом: від створення траєкторії й оптимізації траєкторії до виявлення зіткнень і стратегій уникнення перешкод — розширені алгоритми підтримують ефективний і точний рух роботів.
Штучний інтелект і автономне навчання. Використовуючи такі технології, як машинне та глибоке навчання, роботи можуть безперервно тренуватися та повторювати, щоб покращувати свої здібності до виконання завдань, забезпечуючи більш складну логіку прийняття рішень та автономну поведінку.
10.Технологія взаємодії людини з комп’ютером
У багатьох прикладних сценаріях, особливо в сферах обслуговуючих роботів і роботів для співпраці, технологія гуманізації взаємодії людини з комп’ютером має вирішальне значення:
Розпізнавання та синтез мовлення: Завдяки інтеграції технології обробки природної мови (NLP) роботи здатні розуміти голосові команди людини та надавати зворотній зв’язок чіткою та природною мовою.
Тактильна взаємодія: проектуйте роботів із механізмами тактильного зворотного зв’язку, які можуть імітувати реалістичні тактильні відчуття, підвищуючи досвід користувача та безпеку під час роботи чи взаємодії.
Розпізнавання жестів: використання технології комп’ютерного зору для захоплення та аналізу людських жестів, що дозволяє роботам реагувати на команди безконтактними жестами та досягати інтуїтивно зрозумілого операційного керування.
Обчислення виразу обличчя та емоцій: соціальні роботи мають системи виразу обличчя та можливості розпізнавання емоцій, які можуть виражати емоції, тим самим краще адаптуючись до емоційних потреб людей і підвищуючи ефективність спілкування
Час публікації: 05 вересня 2024 р
