Незадължителни съвети за избор на хардуер за роботи: Подобряване на ефективността сега

I. Значимостта на избора на хардуера за роботи

Роботите играят все по-важна роля в различни области, от индустриалното производство до сферата на услугите, от научните изследвания до ежедневния живот. За да могат роботите да работят ефективно и стабилно, изборът и конфигурацията на хардуера са ключовият първи етап. Подходящият хардуер може да гарантира, че роботите изпълняват задачите си точно, подобряват работната ефективност и намаляват вероятността за дефекти. Например, в индустриалното производство, неправилно конфигуриран робот може често да изпитва оперативни грешки, което влияе на качеството на продуктите и напредъка на производството. В медицинските служебни роботи, неподходящ хардуер може да не успее да изпълни точно задачи за хирургическа помощ или грижи за пациенти, а дори и да постави безопасността на пациентите под заплаха. Следователно, правилният избор и конфигурация на хардуера за роботи са основата за изпълнението на техните предназначени функции.

II. Основни компоненти на хардуера за роботи

(A) Механична конструкция

Корпус
Корпусът на робота е основната му опорна конструкция. Общи материали включват алуминиев сплав и стомана. Корпусите от алуминиева сплав са леки, облекчавайки движението и управлението на робота, което ги прави подходящи за роботи с високи изисквания към теглото и често движение, като например логистични обработващи роботи. Стальните корпуси имат висока устойчивост и могат да издържат големи товари, обикновено използвани в тежки индустриални роботи, като например сваръчни роботи в автомобилни производствени цехове, които трябва да издържат теглото на сваръчното оборудване и удара при сваряване в продължение на дълго време.
При избора на корпус, вземете предвид работната среда и изискванията към задачите на робота. Ако работите в пространство с ограничени размери и чувствително към тегло, корпус от алуминиева сплав е по-подходящ; за сценарии с висок товар и сложни условия на работа, стален корпус е по-добрият избор.

Компоненти на коленки
Коленките са ключовите части, които позволяват на роботите да изпълняват различни движения. Общите типове коленки включват ротационни и линейни. Ротационните коленки позволяват роботската ръка да се завърта в равнина или в пространството, и техната точност и способността да произвеждат момента са важни. Например, роботите, използвани в сборочната работа, изискват висока точност на контрола на ъглите на коленките, за да се гарантира точната монтаж на компонентите. Линейните коленки предоставят движение в права посока; например, вдигащата коленка на индустриален палетизиращ робот е линейна, която трябва стабилно да пренася товар и да изпълнява точно вдигане и спускане.
При избора на компоненти на коленки, фокусирайте се върху точността на движението, капацитета за товар и издръжливостта. Високоточните коленки могат да направят движението на робота по-точно, подобрявайки качеството на работата; коленки с висок капацитет за товар могат да отговарят на нуждите за носяне на по-тежки инструменти или предмети; издръжливи коленки могат да гарантират по-малко дефекти при дългосрочно използване.

(B) Енергийна система

Мотори
Моторите са основният източник на енергия за роботите. Общи типове включват DC ( постояннотокови) мотори, AC (променливотокови) мотори и стъпкови мотори. DC моторите имат проста конструкция и са лесни за управление, обикновено използвани в малки роботи с умерени изисквания към скоростта и момента, като например образователни роботи. AC моторите предлагат по-висока мощ и ефективност, подходящи за големи роботи в индустриалното производство, осигурявайки непрекъснато и стабилно захранване. Стъпковите мотори са известни с високата си точност в контрола на позицията, често използвани в приложения, изискващи прецизно контролирано движение, като например 3D принтери, които могат прецизно да контролират позицията на печатаща глава, за да се гарантира висококачествена печатна модел.
При избора на мотори, определете типа в зависимост от скоростта, изискванията към момента и контрола на точността. Роботите, изискващи бързо движение, може да се нуждаят от мотори с по-голяма мощ; за задачи с изключително високи изисквания към точността на позицията, стъпковите мотори или високоточни серво мотори са по-добри избори.

Батерии или захранване
За мобилни роботи или роботи, изискващи независима работа, батериите са важен източник на енергия. Общи типове батерии включват литийни батерии и свинцово-кислородни батерии. Литийните батерии имат висока енергийна гъстота, са леки и имат ниска самопразняващ се стойност, все повече използвани в различни портативни и високопроизводителни роботи, като например дронове и автоматични пылесоси. Свинцовите батерии са с по-ниска цена и по-добра безопасност, но с относително по-ниска енергийна гъстота, често използвани в ситуации, чувствителни към теглото и цената, като например простите индустриални обработващи колички.
Ако роботът работи на фиксирано място, може да получи енергия чрез електрическа розетка. При избора на батерии или системи за захранване, вземете предвид продължителността на работа, времето за зареждане и лесната замяна на батерията. За роботи, изискващи дълго непрекъснато действие, изберете висококапацитни, дълготраен батерии или стабилна система за захранване.

(C) Сензори

Сензори за виждане
Сензорите за виждане действат като "очи" на робота, позволявайки му да "вижда" околната среда. Общи сензори за виждане включват камери и LiDAR (Light Detection and Ranging). Камерите могат да заснемат информация за изображения и видео, позволявайки на роботите да разпознават форми, цветове и позиции на обекти чрез технологии за обработка на изображения. Например, в интелигентни охранни роботи, камерите могат да наблюдават персонал и обекти в зони за наблюдение в реално време, да идентифицират аномално поведение и да издават своевременни аларми. LiDAR измерва времето на отразената светлина след излъчване на лазерни лъчи, за да получи 3D информация за околната среда, точно картографира околната среда на робота, помагайки за по-добро планиране на пътя и избягване на препятствия. В автоматичните пылесоси, LiDAR може да създаде карта на стаята, позволявайки по-ефективна почистване.
При избора на сензори за виждане, вземете предвид разрешението, полето на видимост, честотата на кадри и съпротивляемостта към интерференция. Сензори с високо разрешение предоставят по-ясна информация за изображението, широко поле на видимост позволява на робота да наблюдава по-голяма зона, висока честота на кадри гарантира реално време на изображението, а силна съпротивляемост към интерференция гарантира точна работа в сложни условия.

Сензори за сила
Сензорите за сила детектират големината и посоката на сила между робота и външната среда. Те са ключови в задачите на роботите, изискващи физическо взаимодействие с обекти. Например, при прецизна монтаж, сензорите за сила могат да восприемат малки изменения в сила по време на процеса на монтаж, позволявайки на робота да коригира своите движения, за да се гарантира правилна инсталация на компонентите и да се избегне повреда от прекомерна или недостатъчна сила.

В индустриални шлифовъчни роботи, сензорите за сила могат да мониторират силата на шлифовката в реално време, гарантирайки последователно качество на шлифовката.При избора на сензори за сила, фокусирайте се върху точността на измерването, диапазона и скоростта на отговор. Високоточни сензори за сила могат да детектират по-точно промени в сила, подходящият диапазон трябва да се определи въз основа на задачата на робота, а бърза скорост на отговор позволява на робота да реагира незабавно на промени в сила.

Сензори за разстояние
Сензорите за разстояние измерват разстоянието между робота и обектите в околната среда. Общи типове включват ултразвукови сензори и инфрачервени сензори. Ултразвуковите сензори излъчват ултразвукови вълни и измерват отразените вълни, за да определят разстоянието, подходящи за краткосрочно измерване с точност обикновено на сантиметрово ниво, често използвани за избягване на препятствия в малки роботи, като домашни автоматични пылесоси, използващи ултразвукови сензори, за да засичат разстояния до стени и мебели, за да избегнат сблъсъци.

Инфрачервените сензори използват инфрачервена светлина за детектиране на разстояние, с относително по-тесен диапазон на детектиране, но с бърза скорост на отговор, често използвани в приложения с високи изисквания към скоростта на детектиране, като например прости функции за избягване на препятствия в играчки роботи.При избора на сензори за разстояние, вземете предвид диапазона на измерване, точността и адаптивността към различни условия. Различни типове сензори за разстояние може да имат различна производителност в различни условия; например, инфрачервените сензори могат да бъдат интерферирани в сложни условия на осветление, докато ултразвуковите сензори са сравнително по-стабилни.

III. Фактори, които трябва да се вземат предвид при избора на хардуера за роботи

(A) Изисквания към задачите

Изисквания към точността
Ако задачата на робота изисква изключително висока точност, както при литографски роботи в производството на чипове, то точността на различните компоненти трябва да бъде ключов фокус при избора на хардуера. Моторите трябва да имат високоточни енкодери, за да се гарантира точността на движението, компонентите на коленки трябва да имат минимална грешка при движението, а сензорите също трябва да бъдат с високоразрешителни и високоточни модели.

Например, разрешението на неговия сензор за виждане може да трябва да достигне микрометрово ниво, за да се изпълнят точно задачи за литография на чипове.За общи задачи по монтаж с относително по-ниски изисквания към точността, могат да бъдат избрани хардуерни компоненти с по-висока цена-производителност и умерена точност. Но, трябва да се гарантира, че те отговарят на основните стандарти за точност, за да се гарантира качеството на монтажа.

Капацитет за товар
Когато роботът трябва да пренася тежки обекти, капацитетът за товар е ключов фактор. Например, робот за обработка на контейнери в пристанище трябва да пренася контейнери, тежки няколко тона, което изисква корпуса, компонентите на коленки и енергийната система да имат достатъчен капацитет за товар.

Моторите трябва да предоставят достатъчен момент, за да задвижат робота да пренася тежки товари, коленките трябва да издържат съответстващо тегло и напрежение, а корпусът трябва да бъде здрав и издръжлив.Ако роботът изпълнява само леки операции, като например вземане и поставяне на малки компоненти на линия за производство на електроника, изискванията за капацитет за товар са относително ниски, позволявайки за по-леки хардуерни конфигурации с по-малък капацитет за товар.

Изисквания към скоростта
За роботи, които трябва да изпълняват задачи бързо, като например роботи за сортиране на пощенски пратки, скоростта е важен показател. Това изисква избор на мотори с висока скорост на въртене и бърз отговор, както и коленки с бързо движение и гъвкаво управление. Едновременно, системата за управление на робота трябва да обработва данни ефективно, за да се гарантира, че роботът работи с установената бърза скорост.
За задачи на роботи с по-ниски изисквания към скоростта, като например селскостопански жътварни роботи, работещи в относително спокойни условия, могат да бъдат избрани хардуерни конфигурации с умерена скорост, но по-ниска цена, за да се балансират производителността и цената.

(B) Фактори на работната среда

Температура и влажност
Роботите, работещи в среда с висока температура, като например роботи за инспекция на високотемпературни пещи в металургическата индустрия, изискват хардуер, устойчив на високи температури. Изолационните материали на моторите трябва да издържат високи температури, електронните компоненти трябва да работят стабилно при високи температури, а материалите на корпуса може да трябва да бъдат специални високопрочни, устойчиви на високи температури сплави.
За роботи, работещи в влажна среда, като например роботи за изследване под водата, трябва да се вземат предвид водонепроницаемостта и защитата от влага на хардуера. Плаките за циркулация трябва да получат специална защита от влага, а моторите и сензорите трябва да бъдат добре герметизирани, за да се предотврати повреда от вода.

Прах и коррозионни вещества
В прахоносна среда, като например роботи за инспекция в подземни мини, прах лесно влизa вътрешно в робота, влияйки на нормалната работа на хардуера. Следователно, роботът трябва да има добра защита от прах, моторите и сензорите трябва да имат покривки за защита от прах, а зазорите в корпуса трябва да бъдат герметизирани.
Ако работната среда съдържа коррозионни вещества, като например роботи в химически производствени цехове, материалите на хардуера трябва да бъдат устойчиви на корозия. Например, корпусът може да бъде от неръждаема стомана, а електронните компоненти трябва да бъдат обработени за защита от корозия, за да се продължи срокът на ползване на робота.

Ограничения в пространството
Роботите, работещи в ограничен пространствен обем, като например домашни роботи за обслужване, работещи в тесни вътрешни пространства, изискват компактни размери. Това изисква избор на по-малки мотори, сензори и контролни модули при избора на хардуера, а също така рационално проектиране на корпуса, за да се позволи гъвкаво движение в ограничен пространствен обем.
За големи роботи, работещи в открито пространство, въпреки че ограниченията в пространството са относително ниски, все пак трябва да се вземе предвид рационалната разположеност на оборудването, за да се осигури лесна инсталация, поддръжка и управление.

(C) Фактори на цената

Цена на закупуване на хардуер
Различни марки и модели на хардуер за роботи се различават значително по цена. При избора на хардуер, вземете предвид бюджета комплексно. Например, някои вносни високоточни компоненти за роботи са скъпи, докато аналогични вътрешни продукти с производителност, отговаряща на основните изисквания, са сравнително по-евтини. Ако бюджетът е ограничен, изберете стойност-ориентирани вътрешни компоненти, като се гарантира, че основните задачи са изпълнени.
Обаче, забележете, че цената не трябва да бъде единственият критерий; прекалено ниски цени може да указват на недостатъчно качество и производителност на хардуера, което влияе на дългосрочното използване и ефективността на работата на робота.

Експлоатационни разходи
Експлоатационните разходи на роботите включват енергийни разходи и разходи за поддръжка. Някои високопроизводителни мотори може да имат по-високи енергийни разходи, докато енергосъбергащите мотори могат да намалят експлоатационните разходи. При избора на хардуер, вземете предвид енергийните разходи.
Разходите за поддръжка не могат да бъдат игнорирани. Например, дизайни на хардуер, които са лесни за демонтиране и замяна на компоненти, намаляват трудността и разходите за ремонт. Освен това, изборът на надежден и издръжлив хардуер може да намали честотата на дефекти, което намалява разходите за поддръжка.

IV. Процес на избор на хардуер за роботи

(A) Осветляване на изискванията
Първо, ясно разберете каква конкретна задача трябва да изпълнява роботът. Дали е сваряване или обработка в индустриалното производство, или почистване и придружаване в сферата на услугите? След като са ясни задачите, определете изискванията на робота за точност, капацитет за товар, скорост и т.н. Например, ако е робот за сваряване на електронни плати, той изисква изключително висока точност, за да свари точно малки електронни компоненти на платата; ако е робот за обработка на товари в логистичен склад, той изисква по-голям капацитет за товар и по-бърза оперативна скорост.

(B) Маркетингово изследване
Проведете обширно изследване на доставчици и продукти на хардуер за роботи на пазара. Разберете характеристиките, параметрите на производителност, цените и отзивите на потребителите на различни марки и модели. Съответната информация може да бъде получена чрез онлайн търсения, индустриални изложби и консултиране на професионалисти. Например, търсете официалните уебсайтове на доставчиците на хардуер за роботи онлайн, за да видите описанията на продуктите; посетете изложби на роботи, за да изпитате различни продукти на хардуер; консултирайте предприятия, които вече използват роботи, за да научите за техния опит и уроки при избора на хардуер.

(C) Разработване на планове
На основата на резултатите от изследването и ясните изисквания, разработете множество планове за избор и конфигурация на хардуер. В плана, подробно изброете марката, модела, спецификациите и предполагаемите разходи на всеки компонент на хардуера. Сравнете и анализирайте различните планове, преценете техните преимущества и недостатъци. Например, план A може да използва вносни високоточни мотори, но с по-висока цена; план B използва вътрешни стойност-ориентирани мотори, с леко по-ниска точност, но отговаряща на основните изисквания на задачата с по-ниска цена. Чрез такива сравнения, изберете най-подходящия план.

(D) Тестване и оценка
Преди фактическата покупка на хардуер, проведете малко мащабно тестване и оценка. Ако условията позволяват, постройте проста тестова платформа, инсталирайте кандидатстване компоненти на хардуер, изпълнете няколко симулирани задачи и наблюдавайте работата на робота. Тестирайте дали показатели като точност, стабилност и надеждност отговарят на изискв