Trong công nghệ robot hiện đại, đặc biệt là trong lĩnh vực robot công nghiệp, 5 công nghệ chủ chốt bao gồm:động cơ servo, bộ giảm tốc, khớp chuyển động, bộ điều khiển và bộ truyền động. Các công nghệ cốt lõi này cùng xây dựng hệ thống động lực và hệ thống điều khiển của robot, đảm bảo robot có thể đạt được khả năng điều khiển chuyển động và thực hiện nhiệm vụ chính xác, nhanh chóng và linh hoạt. Phần sau đây sẽ cung cấp phân tích chuyên sâu về năm công nghệ chính này:
1. Động cơ servo
Động cơ servo là “trái tim” của hệ thống điện robot, chịu trách nhiệm chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học và điều khiển chuyển động của các khớp khác nhau của robot. Ưu điểm cốt lõi của động cơ servo nằm ở khả năng điều khiển vị trí, tốc độ và mô-men xoắn có độ chính xác cao.
Nguyên lý làm việc: Động cơ servo thường sử dụng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) hoặc động cơ servo dòng điện xoay chiều (AC servo) để điều khiển chính xác vị trí và tốc độ của rôto động cơ bằng cách thay đổi pha của dòng điện đầu vào. Bộ mã hóa tích hợp cung cấp tín hiệu phản hồi theo thời gian thực, tạo thành hệ thống điều khiển vòng kín để đạt được phản hồi động cao và điều khiển chính xác.
Đặc điểm: Động cơ servo có đặc điểm là dải tốc độ rộng, hiệu suất cao, quán tính thấp, v.v. Chúng có thể hoàn thành các hành động tăng tốc, giảm tốc và định vị trong thời gian rất ngắn, điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng robot yêu cầu dừng khởi động thường xuyên và định vị chính xác .
Điều khiển thông minh: Động cơ servo hiện đại còn tích hợp các thuật toán tiên tiến như điều khiển PID, điều khiển thích ứng,… có thể tự động điều chỉnh các thông số theo sự thay đổi của tải để duy trì hoạt động ổn định.
2. Giảm tốc
Chức năng: Bộ giảm tốc được kết nối giữa mô tơ servo và khớp robot, chức năng chính của nó là giảm đầu ra quay tốc độ cao của động cơ, tăng mô-men xoắn và đáp ứng yêu cầu về mô-men xoắn cao và tốc độ thấp của khớp robot .
Loại: Bộ giảm tốc thường được sử dụng bao gồm bộ giảm tốc điều hòa và bộ giảm tốc RV. Trong số đó,Bộ giảm tốc RVđặc biệt thích hợp cho các cấu trúc khớp nhiều trục trong robot công nghiệp do có độ cứng cao, độ chính xác cao và tỷ số truyền lớn.
Điểm kỹ thuật: Độ chính xác trong sản xuất của bộ giảm tốc ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác định vị lặp đi lặp lại và độ ổn định vận hành của robot. Khe hở lưới bánh răng bên trong của hộp giảm tốc cao cấp là cực kỳ nhỏ và chúng cần có khả năng chống mài mòn tốt và tuổi thọ dài.
4. Bộ điều khiển
Chức năng cốt lõi: Bộ điều khiển là bộ não của robot, có chức năng nhận hướng dẫn và điều khiển trạng thái chuyển động của từng khớp dựa trên các chương trình cài sẵn hoặc kết quả tính toán theo thời gian thực.
Kiến trúc kỹ thuật: Dựa trên các hệ thống nhúng, bộ điều khiển tích hợp các mạch phần cứng, bộ xử lý tín hiệu số, bộ vi điều khiển và nhiều giao diện khác nhau để đạt được các chức năng phức tạp như lập kế hoạch chuyển động, tạo quỹ đạo và tổng hợp dữ liệu cảm biến.
Các thuật toán điều khiển nâng cao:Bộ điều khiển robot hiện đạithường áp dụng các lý thuyết điều khiển nâng cao như Điều khiển dự đoán mô hình (MPC), Điều khiển cấu trúc biến đổi chế độ trượt (SMC), Điều khiển logic mờ (FLC) và Điều khiển thích ứng để giải quyết các thách thức kiểm soát trong các yêu cầu nhiệm vụ phức tạp và môi trường không chắc chắn.
5. Người thi hành
Định nghĩa và chức năng: Thiết bị truyền động là thiết bị chuyển đổi tín hiệu điện do bộ điều khiển phát ra thành các hành động vật lý thực tế. Nó thường đề cập đến một bộ truyền động hoàn chỉnh bao gồm động cơ servo, bộ giảm tốc và các bộ phận cơ khí liên quan.
Điều khiển lực và điều khiển vị trí: Bộ truyền động không chỉ cần đạt được điều khiển vị trí chính xác mà còn cần thực hiện điều khiển phản hồi mô-men xoắn hoặc xúc giác cho một số robot lắp ráp chính xác hoặc robot phục hồi y tế, nghĩa là chế độ điều khiển lực, để đảm bảo độ nhạy lực và an toàn trong quá trình quá trình hoạt động.
Dự phòng và cộng tác: Trong rô-bốt nhiều khớp, nhiều bộ truyền động khác nhau cần phối hợp công việc của chúng và các chiến lược điều khiển nâng cao được sử dụng để xử lý các hiệu ứng ghép nối giữa các khớp, đạt được chuyển động linh hoạt và tối ưu hóa đường đi của rô-bốt trong không gian.
6. Công nghệ cảm biến
Mặc dù không được đề cập rõ ràng trong 5 công nghệ chủ chốt nhưng công nghệ cảm biến là thành phần quan trọng để robot đạt được khả năng nhận thức và đưa ra quyết định thông minh. Đối với các robot hiện đại thông minh và có độ chính xác cao, việc tích hợp nhiều cảm biến (như cảm biến vị trí, cảm biến mô-men xoắn, cảm biến tầm nhìn, v.v.) để thu được thông tin về môi trường và trạng thái bản thân là rất quan trọng.
Cảm biến vị trí và vận tốc: Bộ mã hóa được lắp đặt trên mô tơ servo để cung cấp phản hồi vị trí và vận tốc theo thời gian thực, tạo thành hệ thống điều khiển vòng kín; Ngoài ra, cảm biến góc khớp có thể đo chính xác góc quay thực tế của từng khớp chuyển động.
Cảm biến lực và mô-men xoắn: được gắn vào bộ phận tác động cuối của bộ truyền động hoặc robot, dùng để cảm nhận lực và mô-men xoắn tiếp xúc, giúp robot có khả năng vận hành trơn tru và đặc tính tương tác an toàn.
Cảm biến nhận thức hình ảnh và môi trường: bao gồm máy ảnh, LiDAR, máy ảnh độ sâu, v.v., được sử dụng để tái tạo cảnh 3D, nhận dạng và theo dõi mục tiêu, điều hướng tránh chướng ngại vật và các chức năng khác, cho phép robot thích ứng với môi trường động và đưa ra quyết định tương ứng.
7. Công nghệ mạng và truyền thông
Công nghệ truyền thông hiệu quả và kiến trúc mạng đều quan trọng như nhau trong các hệ thống nhiều robot và các kịch bản điều khiển từ xa
Giao tiếp nội bộ: Trao đổi dữ liệu tốc độ cao giữa các bộ điều khiển, giữa bộ điều khiển và cảm biến yêu cầu công nghệ bus ổn định, chẳng hạn như CANopen, EtherCAT và các giao thức Ethernet công nghiệp thời gian thực khác.
Giao tiếp bên ngoài: Thông qua các công nghệ giao tiếp không dây như Wi Fi, 5G, Bluetooth, v.v., robot có thể tương tác với các thiết bị và máy chủ đám mây khác để đạt được khả năng giám sát từ xa, cập nhật chương trình, phân tích dữ liệu lớn và các chức năng khác.
8. Quản lý năng lượng và năng lượng
Hệ thống điện: Lựa chọn nguồn điện phù hợp với đặc điểm khối lượng công việc của robot, đồng thời thiết kế hệ thống quản lý điện năng hợp lý đảm bảo robot hoạt động ổn định lâu dài và đáp ứng nhu cầu điện năng cao đột ngột.
Công nghệ thu hồi năng lượng và tiết kiệm năng lượng: Một số hệ thống robot tiên tiến đã bắt đầu áp dụng công nghệ thu hồi năng lượng, chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng lưu trữ trong quá trình giảm tốc để cải thiện hiệu suất năng lượng tổng thể.
9. Cấp độ phần mềm và thuật toán
Các thuật toán lập kế hoạch và điều khiển chuyển động: Từ việc tạo quỹ đạo và tối ưu hóa đường đi đến các chiến lược phát hiện va chạm và tránh chướng ngại vật, các thuật toán tiên tiến hỗ trợ chuyển động hiệu quả và chính xác của robot.
Trí tuệ nhân tạo và học tập tự động: Bằng cách sử dụng các công nghệ như học máy và học sâu, robot có thể liên tục đào tạo và lặp lại để cải thiện khả năng hoàn thành nhiệm vụ, cho phép logic ra quyết định phức tạp hơn và hành vi tự chủ hơn.
10.Công nghệ tương tác máy tính của con người
Trong nhiều tình huống ứng dụng, đặc biệt là trong lĩnh vực robot dịch vụ và robot cộng tác, công nghệ tương tác giữa người và máy tính được nhân bản hóa là rất quan trọng:
Nhận dạng và tổng hợp giọng nói: Bằng cách tích hợp công nghệ xử lý ngôn ngữ tự nhiên (NLP), robot có thể hiểu lệnh thoại của con người và cung cấp phản hồi bằng giọng nói rõ ràng và tự nhiên.
Tương tác xúc giác: Thiết kế robot với cơ chế phản hồi xúc giác có thể mô phỏng cảm giác xúc giác thực tế, nâng cao trải nghiệm người dùng và sự an toàn trong quá trình vận hành hoặc tương tác.
Nhận dạng cử chỉ: Sử dụng công nghệ thị giác máy tính để nắm bắt và phân tích cử chỉ của con người, cho phép robot phản hồi các lệnh cử chỉ không tiếp xúc và đạt được khả năng điều khiển vận hành trực quan.
Tính toán biểu cảm và cảm xúc trên khuôn mặt: Robot xã hội có hệ thống biểu cảm khuôn mặt và khả năng nhận dạng cảm xúc có thể thể hiện cảm xúc, từ đó thích ứng tốt hơn với nhu cầu cảm xúc của con người và nâng cao hiệu quả giao tiếp
Thời gian đăng: Sep-05-2024
