Consejos essencials per triar el maquinari robòtic: Millora l'eficiència ara

I. La importància de la selecció del maquinari robòtic

Els robots estan jugant un paper cada vegada més important en diversos camps, des de la producció industrial fins a l'indústria del servei, passant per la recerca científica i la vida quotidiana. Per permetre que els robots funcionin de manera eficient i estable, la selecció i configuració del maquinari és el primer pas clau. Un maquinari adequat pot assegurar que els robots realitzin les tasques amb precisió, millorin l'eficiència del treball i reduïn la probabilitat d'errors. Per exemple, en la fabricació industrial, un robot mal configurat pot experimentar errors operatius freqüents, afectant la qualitat del producte i el progrés de la producció. En el cas dels robots de serveis mèdics, un maquinari inadient pot no poder realitzar correctament les tasques d'assistència quirúrgica o atenció al pacient, i fins i tot podria posar en perill la seguretat del pacient. Per tant, la selecció i configuració correcta del maquinari robòtic és la base perquè els robots compleixin les seves funcions intencionades.

II. Components principals del maquinari robòtic

(A) Estructura mecànica

Estructura del cos
La estructura del cos del robot és la seva estructuresuport bàsica. Els materials comuns inclouen l'allumini i l'acer. Les structures d'allumini són lleugeres, facilitant el moviment i l'operació del robot, fent-les adients per a robots amb requisits de pes elevats i moviment freqüent, com ara els robots de manipulació logística. Les structures d'acer tenen una gran resistència i poden suportar càrregues grans, sovint utilitzades en robots industrials de gran capacitat, com ara els robots de soldadura en tallers de fabricació d'automòbils, que han de suportar el pes de l'equip de soldadura i les forces d'impacte durant la soldadura a llarg termini.
En seleccionar una estructura del cos, considera l'entorn de treball i els requisits de la tasca del robot. Si es treballa en un entorn limitat en espai i sensible al pes, una estructura d'allumini és més adient; per a escenaris amb alta càrrega i condicions de treball complexes, una estructura d'acer és la millor opció.

Components de juntes
Les juntes són les parts clau que permeten als robots realitzar diversos moviments. Els tipus de juntes comuns inclouen juntes rotatives i juntes lineals. Les juntes rotatives permeten que el braç del robot giri en un pla o en l'espai, i la seva precisió i capacitat de sortida de moment són importants. Per exemple, els robots utilitzats en tasques d'ensamblat requereixen un control de precisió alt de les angles de junta per assegurar l'instal·lació precisa de components. Les juntes lineals proporcionen moviment en una direcció recta; per exemple, la junta de levantament d'un robot paletitzador industrial és una junta lineal, que ha de portar la càrrega de manera estable i realitzar operacions de levantament i baixament amb precisió.
En seleccionar components de juntes, concentra't en la precisió del moviment, la capacitat de càrrega i la durabilitat. Les juntes de alta precisió poden fer que els moviments del robot siguin més precisos, millorant la qualitat del treball; les juntes amb alta capacitat de càrrega poden satisfer les necessitats de portar eines o objectes més pesants; les juntes duradores poden assegurar menys errors durant l'ús a llarg termini.

(B) Sistema de potència

Motores
Els motors són la principal font de potència dels robots. Els tipus comuns inclouen motors DC, AC i motors de pas. Els motors DC tenen una estructura simple i són fàcils de controlar, sovint utilitzats en petits robots amb requisits moderats de velocitat i moment, com ara els robots educatius. Els motors AC tenen una potència i eficiència més altes, adients per a grans robots en la producció industrial, proporcionant una potència contínua i estable. Els motors de pas són coneguts per la seva capacitat de control de posició de alta precisió, sovint utilitzats en aplicacions que requereixen un control de moviment precís, com ara els robots d'impressió 3D, que poden controlar precisament la posició de la cap d'impressió per assegurar models impressos de alta qualitat.
En seleccionar motors, determina el tipus basant-te en la velocitat, els requisits de moment i la precisió de control del robot. Robots que requereixen moviment ràpid poden necessitar motors de major potència; per a tasques amb requisits extremadament alts de precisió de posició, els motors de pas o els motors servos de alta precisió són millors opcions.

Bateria o alimentació elèctrica
Per als robots mòbils o robots que requereixen operació independent, les bateries són una font de potència important. Els tipus de bateries comuns inclouen bateries de lítium i bateries d'plom-àcid. Les bateries de lítium tenen una densitat d'energia alta, són lleugeres i tenen un baix nivell de descàrrega automàtica, cada cop més utilitzades en diversos robots portàtils i d'alta prestació, com ara drons i aspiradors robòtics. Les bateries d'plom-àcid tenen un cost menor i millor seguretat, però una densitat d'energia relativament més baixa, sovint utilitzades en situacions sensibles al pes i al cost, com ara carros de manipulació industrial simples.
Si el robot opera en un lloc fix, pot obtenir energia a través d'una priseselèctrica. En seleccionar bateries o fonts d'alimentació, considera la durada de l'operació del robot, el temps de càrrega i la facilitat de substitució de la bateria. Per a robots que requereixen operació contínua a llarg termini, selecciona bateries d'alta capacitat i llarga durada o un sistema d'alimentació estable.

(C) Sensors

Sensors de visió
Els sensors de visió actuen com els "ulls" del robot, permetent al robot "veure" el seu entorn. Els sensors de visió comuns inclouen càmeres i LiDAR (Light Detection and Ranging). Les càmeres poden capturar informació d'imatge i vídeo, permetent als robots reconèixer formes, colors i posicions d'objectes a través de tecnologies de processament d'imatges. Per exemple, en robots de seguretat intel·ligents, les càmeres poden monitorar personal i objectes en zones de vigilància en temps real, identificar comportaments anòmals i emitir alarms a temps. El LiDAR mesura el temps de reflexió de la llum després d'emetre raigs làser per obtenir informació ambiental 3D, cartografiar amb precisió l'entorn del robot per ajudar a una millor planificació de camins i evitament d'obstacles. En aspiradors robòtics, el LiDAR pot crear mapes de les habitacions, permetent una neteja més eficient.
En seleccionar sensors de visió, considera la resolució, el camp de visió, la taxa de fotogrames i la capacitat d'anti-interferència. Els sensors de alta resolució proporcionen informació d'imatge més clara, un ampli camp de visió permet al robot monitorar una àrea més gran, una alta taxa de fotogrames assegura la rendiment en temps real de les imatges, i una forta capacitat d'anti-interferència assegura una operació precisa en entorns complexos.

Sensors de força
Els sensors de força detecten la magnitud i la direcció de la força entre el robot i l'entorn extern. Són crucials en tasques robòtiques que requereixen interacció física amb objectes. Per exemple, durant l'ensamblat precís, els sensors de força poden percebre canvis minuts en la força durant el procés d'ensamblat, permetent al robot ajustar els seus moviments per assegurar l'instal·lació correcta dels components i evitar danys per força excessiva o insuficient.

En robots de retall industrial, els sensors de força poden monitorar la força de retall en temps real, assegurant una qualitat de retall consistent. En seleccionar sensors de força, concentra't en la precisió de mesura, l'interval i la velocitat de resposta. Els sensors de força de alta precisió poden detectar canvis de força més precisament, l'interval apropiat hauria de ser determinat basant-se en la tasca del robot, i una velocitat de resposta ràpida permet al robot reaccionar promptament als canvis de força.

Sensors de distància
Els sensors de distància mesuren la distància entre el robot i els objectes que l'envolten. Els tipus comuns inclouen sensors ultrasònics i sensors infrarojos. Els sensors ultrasònics emeten ones ultrasòniques i mesuren les ones reflectides per determinar la distància, adients per a mesures a curt terme amb una precisió típicament al nivell de centímetres, sovint utilitzats per a l'evitament d'obstacles en petits robots, com ara els aspiradors robòtics domèstics que utilitzen sensors ultrasònics per detectar les distàncies a parets i mobles per evitar col·lisions.

Els sensors infrarojos utilitzen llum infraroja per detectar la distància, amb un rang de detecció relativament més estret però una velocitat de resposta ràpida, sovint utilitzats en aplicacions amb requisits de detecció ràpida, com ara funcions d'evitament d'obstacles simples en robots de joc. En seleccionar sensors de distància, considera el rang de mesura, la precisió i l'adaptabilitat a diferents entorns. Diferents tipus de sensors de distància poden tenir rendiments diferents en diverses condicions; per exemple, els sensors infrarojos poden interferir en entorns de llum complexos, mentre que els sensors ultrasònics són relativament més estables.

III. Factors a considerar en la selecció del maquinari robòtic

(A) Requisits de la tasca

Requisits de precisió
Si la tasca del robot té requisits de precisió extremadament alts, com ara robots de litografia en la fabricació de xips, llavors la precisió de diversos components ha de ser un focus clau en la selecció del maquinari. Es necessiten motors amb encoders de alta precisió per assegurar la precisió del moviment, els components de juntes han de tenir un error de moviment mínim, i els sensors també necessiten models de alta resolució i precisió.

Per exemple, la resolució del seu sensor de visió pot necessitar arribar al nivell micromètric per completar tasques de litografia de xips amb precisió. Per a tasques d'ensamblat generals amb requisits de precisió relativament més baixos, es poden seleccionar components de maquinari amb una relació preu-prestació més alta i precisió moderada. Tanmateix, assegura't que compleixen els estàndards bàsics de precisió per garantir la qualitat de l'ensamblat.

Capacitat de càrrega
Quan un robot necessita portar objectes pesants, la capacitat de càrrega és un factor clau a considerar. Per exemple, un robot de manipulació de contenidors en un port ha de portar contenidors que pesen diverses tones, requerint que la estructura del cos, els components de juntes i el sistema de potència tinguin una capacitat de càrrega suficient.

Els motors han de proporcionar suficient moment per a propulsar el robot a portar càrregues pesades, les juntes han de suportar el pes i la tensió corresponents, i la estructura del cos ha de ser robusta i duradora. Si el robot només realitza operacions lleugeres, com ara agafar i col·locar components petits en una línia de producció electrònica, el requisit de capacitat de càrrega és relativament baix, permetent configuracions de maquinari més lleugeres amb menor capacitat de càrrega.

Requisits de velocitat
Per a robots que necessiten completar tasques ràpidament, com ara robots de classificació de paquets, la velocitat és un indicador important. Això requereix seleccionar motors amb alta velocitat de rotació i resposta ràpida, així com juntes amb moviment ràpid i flexible. Simultàniament, el sistema de control del robot ha de processar dades de manera eficient per assegurar que el robot operi al ritme ràpid establert.
Per a tasques robòtiques amb requisits de velocitat més baixos, com ara robots de collita agrícola que treballen en entorns més relaxats, es poden seleccionar configuracions de maquinari amb velocitat moderada però menor cost per equilibrar la prestació i el cost.

(B) Factors de l'entorn de treball

Temperatura i humitat
Els robots que treballen en entorns de temperatura elevada, com ara robots d'inspecció de fornals a altes temperatures en indústries metallúrgiques, requereixen maquinari amb resistència a altas temperatures. Els materials aïllants dels motors han de suportar temperatures elevades, els components electrònics han de funcionar de manera estable a altas temperatures, i els materials de la estructura del cos podrien necessitar alloys especials de alta resistència i tolerància a altas temperatures.
Per a robots que treballen en entorns humits, com ara robots d'exploració subaquàtica, considera el rendiment impermeable i anti-humitat del maquinari. Les plaques de circuit han de tenir un tractament especial anti-humitat, i els motors i sensors han de estar ben tancats per evitar daños per aigua.

Polsseria i substàncies corrosives
En entorns polsosos, com ara robots d'inspecció en mines soterrànies, la pols pot entrar fàcilment a l'interior del robot, afectant el funcionament normal del maquinari. Per tant, el robot necessita un bon disseny antipols, els motors i sensors haurien de tenir cobertores antipols, i les fentes de la estructura del cos han de ser tancades.
Si l'entorn de treball conté substàncies corrosives, com ara robots en tallers de producció química, els materials del maquinari han de ser resistent a la corrosió. Per exemple, la estructura del cos pot utilitzar acer inoxidable, i els components electrònics haurien de passar un tractament anticorrosiu per allargar la vida útil del robot.

Limitacions espacials
Els robots que treballen en espais limitats, com ara robots de servei domèstic que operen en espais interiors estrets, requereixen dimensions compactes. Això requereix seleccionar motors, sensors i mòduls de control més petits durant la selecció del maquinari, mentre que el disseny de la estructura del cos s'hauria de fer de manera racionable per permetre un moviment flexible dins d'un espai limitat.
Per a grans robots que treballen en espais oberts, encara que les limitacions espacials siguin relativament baixes, encara s'ha de considerar la raonabilitat de la disposició de l'equip per facilitar la instal·lació, manteniment i operació.

(C) Factors de cost

Cost de compra del maquinari
Diferents marques i models de maquinari robòtic varien molt en preu. En seleccionar maquinari, considera el pressupost de manera integral. Per exemple, alguns components robòtics d'alta precisió importats són caros, mentre que productes locals similars amb rendiments que compleixen els requisits bàsics són relativament més econòmics. Si el pressupost és limitat, selecciona maquinari local econòmic en el supòsit de garantir la finalització bàsica de la tasca.
Tanmateix, nota que el preu no hauria de ser el criteri únic; preus excessivament baixos poden indicar una qualitat i rendiment insuficients del maquinari, afectant l'ús a llarg termini i l'eficàcia del treball del robot.

Cost d'operació
Els costos d'operació del robot inclouen el consum d'energia i els gastos de manteniment. Algunes motors de alta prestació poden tenir un consum d'energia més elevat, mentre que els motors energèticament eficients poden reduir els costos d'operació. En seleccionar maquinari, considera el seu consum d'energia.
Els gastos de manteniment no poden ser ignorats. Per exemple, dissenys de maquinari fàcils de desmuntar i substituir components redueixen la dificultat i el cost de reparació. A més, seleccionar maquinari fiable i durador pot reduir la freqüència d'errors, així reduint els gastos de manteniment.

IV. Procés de selecció del maquinari robòtic

(A) Clarificar requisits
Primer, entén clarament quina tasca específica necessita realitzar el robot. És soldadura o manipulació en la producció industrial, o neteja i companyia en el sector de serveis? Després de clarificar la tasca, determina els requisits del robot en termes de precisió, capacitat de càrrega, velocitat, etc. Per exemple, si és un robot per a la soldadura de placa de circuit electrònic, requereix una precisió extremadament alta per soldar components electrònics petits a la placa de circuit; si és un robot de manipulació de càrrega en un magatzem logístic, requereix una major capacitat de càrrega i una velocitat d'operació més ràpida.

(B) Recerca de mercat
Realitza una extensa recerca sobre els proveïdors i productes de maquinari robòtic al mercat. Entén les característiques, paràmetres de rendiment, preus i opinions d'usuaris de diferents marques i models. La informació rellevant es pot obtenir a través de cerca a internet, expositions de l'indústria i consultoria de professionals. Per exemple, busca en línies oficials de proveïdors de maquinari robòtic en línia per veure descripcions de productes; assisteix a expositions de l'indústria robòtica per experimentar diferents productes de maquinari de primera mà; consulta empreses que ja utilitzen robots per aprendre de les seves experiències i errors en la selecció de maquinari.

(C) Desenvolupar plans
Basant-se en els resultats de la recerca i els requisits clarificats, desenvolupa múltiples plans de selecció i configuració de maquinari. En el plan, llista detalladament la marca, model, especificacions i cost estimat de cada component de maquinari. Compara i analitza diferents plans, pondera els avantatges i inconvenients. Per exemple, el Plan A pot utilitzar motors d'importació d'alta precisió però amb un cost més elevat; el Plan B utilitza motors locals econòmics, amb una precisió lleugerament inferior però que compleixen els requisits bàsics de la tasca a un cost més baix. A través d'aquestes comparacions, selecciona el plan més adient.

(D) Proves i avaluació
Abans de comprar el maquinari, realitza proves i avaluacions a petita escala. Si les condicions ho permeten, construeix una plataforma de prova simple, instala els components de maquinari candidats, executa algunes tasques simulades i observa l'operació del robot. Prova si indicadors com la precisió, la estabilitat i la fiabilitat compleixen els requisits. Per exemple, per als sensors de visió, col·loca objectes de diferents formes i colors a la plataforma de prova per detectar si el robot pot reconèixer-los i localitzar-los amb precisió; per als components de juntes, observa si hi ha problemes com enganxaments o vibracions durant el moviment. Basant-se en els resultats de les proves i avaluacions, optimitza i ajusta més endavant el plan de selecció.

V. Conclusió
La selecció i configuració del maquinari robòtic és un procés complex i crucial, que afecta directament la capacitat del robot per completar tasques de treball de manera eficient i estable. Durant el procés de selecció, considera exhaustivament diversos aspectes com els requisits de la tasca del robot, els factors de l'entorn de treball i els factors de cost. A través de processos de clarificació de requisits, recerca de mercat, desenvolupament de plans i proves d'avaluació, selecciona la configuració de maquinari més adient. Només d'aquesta manera, es poden construir robots d'alta prestació i econòmics, permetent-los maximitzar el seu valor en diversos camps, avançar continuament la tecnologia robòtica i aportar més conveniència i innovació a la producció i la vida quotidiana de les persones.