Základní tipy pro výběr hardwaru pro robota: Nyní zvýšete efektivitu

I. Důležitost výběru hardwaru pro robota

Robots nyní hrají stále důležitější roli v různých oblastech, od průmyslové výroby až po služební sektor, od vědeckého výzkumu až po každodenní život. Aby mohly roboty efektivně a stabilně fungovat, je klíčovým prvním krokem výběr a konfigurace hardwaru. Správný hardware může zajistit, aby roboty přesně plnily úkoly, zvyšovaly pracovní efektivitu a snižovaly pravděpodobnost selhání. Například v průmyslovém výrobním procesu může špatně nakonfigurovaný robot často zažívat operační chyby, což ovlivňuje kvalitu produktu a pokrok ve výrobě. U medicínských servisních robotů může nevhodný hardware nedokázat přesně provádět chirurgickou asistenci nebo péči o pacienty a dokonce ohrozit bezpečnost pacienta. Proto je správný výběr a konfigurace hardwaru pro robota základem pro to, aby robot splnil své zamýšlené funkce.

II. Hlavní komponenty hardwaru pro robota

(A) Mechanická struktura

Kostra těla
Kostra těla robota je jeho základní nosnou strukturou. Běžné materiály zahrnují hliníkové slitiny a ocel. Hliníkové kostry jsou lehké, což usnadňuje pohyb a operaci robota, což je vhodné pro roboty s vysokými nároky na hmotnost a častým pohybem, jako jsou logistické manipulační roboti. Ocelové kostry mají vysokou sílu a mohou vydržet velké zatížení, běžně se používají u těžkých průmyslových robotů, jako jsou svařovací roboti v automobilových výrobních dílnách, které musí dlouhodobě vydržet váhu svařovacího vybavení a dopady při svařování.
Při výběru kostry těla zvažte pracovní prostředí a požadavky na úlohy robota. Pokud pracujete v prostoru s omezeným prostorem a citlivým na hmotnost, je vhodnější hliníková kostra; pro scénáře s vysokým zatížením a složitými pracovními podmínkami je lepší volbou ocelová kostra.

Spojovací součásti
Spoje jsou klíčové části, které umožňují robotům provádět různé pohyby. Běžné typy spojů zahrnují otáčivé a lineární spoje. Otáčivé spoje umožňují robotové paži otáčet se v rovině nebo v prostoru a jejich přesnost a výkon momentu jsou důležité. Například roboty používané v montážní práci vyžadují vysokopřesné řízení úhlů spojů, aby zajistily přesnou instalaci komponentů. Lineární spoje poskytují pohyb v přímém směru; například zdvižný spoj průmyslového paletizačního robota je lineární spoj, který musí stabilně nesít náklad a přesně provádět zdvihové a spouštěcí operace.
Při výběru spojovacích součástí se zaměřte na pohybové přesnosti, nosné schopnosti a trvanlivosti. Vysokopřesné spoje mohou udělat pohyby robota přesnější, zlepšují kvalitu práce; spoje s vysokou nosností mohou splnit potřeby nesení těžších nástrojů nebo objektů; trvanlivé spoje mohou zajistit menší počet selhání během dlouhodobého používání.

(B) Pohonný systém

Motory
Motory jsou hlavním zdrojem energie pro roboty. Běžné typy zahrnují stejnosměrné motory, střídavé motory a krokové motory. Stejnosměrné motory mají jednoduchou strukturu a jsou snadno kontrolovatelné, často se používají u malých robotů s mírnými nároky na rychlost a moment, jako jsou vzdělávací roboti. Střídavé motory mají vyšší výkon a efektivitu, jsou vhodné pro velké roboty v průmyslové výrobě, poskytují nepřetržitou a stabilní energii. Krokové motory jsou známé svou vysokou přesností pozicového řízení, často se používají v aplikacích vyžadujících přesné pohybové řízení, jako jsou 3D tiskárny, které mohou přesně kontrolovat polohu tiskačky a zajistit vysokou kvalitu tisknutých modelů.
Při výběru motorů určete typ podle rychlosti, nároku na moment a přesnosti řízení robota. Roboty vyžadující rychlé pohyby mohou potřebovat výkonnější motory; pro úkoly s extrémně vysokými nároky na přesnost polohy jsou lepší volbou krokové motory nebo vysokopřesné servomotory.

Baterie nebo zdroj energie
Pro mobilní roboty nebo roboty vyžadující samostatnou operaci jsou baterie důležitým zdrojem energie. Běžné typy baterií zahrnují lithiové baterie a olověné baterie. Lithiové baterie mají vysokou hustotu energie, jsou lehké a mají nízkou sazbu samovolného vybíjení, a jsou čím dál více používány v různých přenosných a vysokovýkonných robotech, jako jsou drony a robotické vysavače. Olověné baterie mají nižší náklady a lepší bezpečnost, ale relativně nižší hustotu energie, a jsou často používány v situacích citlivých na hmotnost a náklady, jako jsou jednoduché průmyslové manipulační vozíky.
Pokud robot pracuje na pevném místě, může získat energii prostřednictvím elektrické zásuvky. Při výběru baterií nebo zdrojů energie zvažte dobu provozu robota, dobu nabíjení a snadnost výměny baterie. Pro roboty vyžadující dlouhou nepřetržitou operaci vyberte vysokokapacitní, dlouhotrvající baterie nebo stabilní systém dodávky energie.

(C) Senzory

Senzory vidění
Senzory vidění slouží jako "oči" robota, umožňují robotovi "vidět" své okolí. Běžné senzory vidění zahrnují kamery a LiDAR (Light Detection and Ranging). Kamery mohou zachytit obrázkové a video informace, umožňují robotům rozpoznat tvary, barvy a polohy objektů prostřednictvím technologií zpracování obrazu. Například u inteligentních bezpečnostních robotů mohou kamery v reálném čase monitorovat osoby a objekty v dohledu, identifikovat neobvyklé chování a včas vydávat poplach. LiDAR měří dobu odraženého světla po vyslání laserových paprsků, aby získal 3D informace o prostředí, přesně mapuje okolí robota a pomáhá s lepším plánováním cesty a vyhýbáním se překážkám. U robotických vysavačů může LiDAR vytvořit mapy místností, což umožňuje efektivnější čištění.
Při výběru senzorů vidění zvažte rozlišení, zorné pole, frekvenci snímků a odolnost proti rušení. Vysokorozlišení senzory poskytují jasnější informace o obraze, široké zorné pole umožňuje robotu sledovat větší oblast, vysoká frekvence snímků zajišťuje reálnou dobu přenosu obrazu a silná odolnost proti rušení zajišťuje přesné fungování v komplexních prostředích.

Senzory síly
Senzory síly detekují velikost a směr síly mezi robotem a vnějším prostředím. Jsou klíčové v úlohách robota vyžadujících fyzickou interakci s objekty. Například při přesné montáži mohou senzory síly vnímat malé změny síly během montážního procesu, což umožňuje robotovi upravit své pohyby a zajistit správnou instalaci komponentů a zabránit poškození příliš velkou nebo nedostatečnou silou.

U průmyslových hruběnících robotů mohou senzory síly v reálném čase sledovat sílu hrubění, což zajišťuje konzistentní kvalitu hrubění. Při výběru senzorů síly se zaměřte na měřenou přesnost, rozsah a rychlost odezvy. Vysokopřesné senzory síly mohou přesněji detekovat změny síly, vhodný rozsah by měl být stanoven na základě úkolu robota a rychlá rychlost odezvy umožňuje robotovi rychle reagovat na změny síly.

Senzory vzdálenosti
Senzory vzdálenosti měří vzdálenost mezi robotem a okolními objekty. Běžné typy zahrnují ultrazvukové senzory a infračervené senzory. Ultrazvukové senzory emitují ultrazvukové vlny a měří odražené vlny, aby určily vzdálenost, jsou vhodné pro krátkodobé měření s přesností obvykle na centimetrové úrovni, často se používají pro vyhýbání se překážkám u malých robotů, jako jsou domácí robotické vysavače, které používají ultrazvukové senzory k detekci vzdálenosti ke stěnám a nábytku, aby se vyhnuly srážkám.

Infračervené senzory používají infračervené světlo k detekci vzdálenosti, s relativně užším detekčním rozsahem, ale rychlou odezvou, často se používají v aplikacích s vysokými nároky na rychlost detekce, jako jsou jednoduché funkce vyhýbání se překážkám u hračkových robotů. Při výběru senzorů vzdálenosti zvažte měřený rozsah, přesnost a adaptabilitu na různá prostředí. Různé typy senzorů vzdálenosti mohou v různých podmínkách fungovat jinak; například infračervené senzory mohou být rušeny v komplexních osvětlených prostředích, zatímco ultrazvukové senzory jsou relativně stabilnější.

III. Faktory, které je třeba zvážit při výběru hardwaru pro robota

(A) Požadavky na úlohy

Požadavky na přesnost
Pokud má úkol robota extrémně vysoké nároky na přesnost, jako jsou litografické roboty v výrobě čipů, pak přesnost různých komponentů musí být klíčovým bodem při výběru hardwaru. Motory potřebují vysokopřesné encodery, aby zajistily přesnost pohybu, spojovací součásti musí mít minimální chybu pohybu a senzory také potřebují vysokorozlišení a vysokopřesné modely.

Například rozlišení jeho senzoru vidění může potřebovat dosáhnout mikrometrové úrovně, aby přesně dokončil úkoly litografie čipů. Pro obecné montážní úkoly s relativně nižšími nároky na přesnost lze vybrat hardwarové komponenty s vyšší cenovou hodnotou a střední přesností. Nicméně, zajištěte, že splňují základní standardy přesnosti, aby zajistily kvalitu montáže.

Nosná kapacita
Když robot potřebuje nést těžké objekty, nosná kapacita je klíčovým faktorem. Například robot pro obsluhu kontejnerů v přístavu musí nést kontejnery vážící několik tun, což vyžaduje, aby kostra těla, spojovací součásti a pohonný systém měly dostatečnou nosnou kapacitu.

Motory musí poskytnout dostatečný moment, aby poháněly robota k nesení těžkých nákladů, spoje musí odolat odpovídajícímu zatížení a napětí a kostra těla musí být robustní a trvanlivá. Pokud robot provádí pouze lehké operace, jako je manipulace s malými komponenty na elektronické výrobní linky, nároky na nosnou kapacitu jsou relativně nízké, což umožňuje lehčí hardwarové konfigurace s menší nosnou kapacitou.

Požadavky na rychlost
Pro roboty, které potřebují rychle dokončit úkoly, jako jsou roboti pro řazení zásilek, je rychlost důležitým ukazatelem. To vyžaduje výběr motorů s vysokou otáčkovou rychlostí a rychlou odezvou, stejně jako spojů s rychlým pohybem a flexibilním pohybem. Zároveň musí řídicí systém robota efektivně zpracovávat data, aby zajistil, že robot pracuje v nastaveném rychlém tempu.
Pro roboty s nižšími nároky na rychlost, jako jsou zemědělské sklizňové roboti pracující v relativně relaxovaném prostředí, lze vybrat hardwarové konfigurace s střední rychlostí, ale nižšími náklady, aby bylo možné vyvážit výkon a náklady.

(B) Faktory pracovního prostředí

Teplota a vlhkost
Roboti pracující v prostředí s vysokou teplotou, jako jsou roboti pro inspekci vysokoteplotních pecí v hutnictví, vyžadují hardware odolný vůči vysokým teplotám. Izolační materiály motorů musí odolat vysokým teplotám, elektronické komponenty musí stabilně fungovat při vysokých teplotách a materiály kostry těla mohou také potřebovat speciální vysokosílité, vysokoteplotní slitiny.
Pro roboty pracující v vlhkém prostředí, jako jsou podvodní explorativní roboti, zvažte voděodolné a protivlhkové vlastnosti hardwaru. Okruhové desky potřebují speciální protivlhkové úpravy a motory a senzory musí být dobře uzavřeny, aby se zabránilo poškození vodou.

Prach a korozivní látky
V prostředí s vysokým obsahem prachu, jako jsou roboti pro inspekci dolů, může prach snadno proniknout dovnitř robota a ovlivnit normální fungování hardwaru. Proto robot potřebuje dobrý protipráškový design, motory a senzory by měly mít protipráškové kryty a mezery v kostrě těla by měly být uzavřeny.
Pokud pracovní prostředí obsahuje korozivní látky, jako jsou roboti v chemických výrobních dílnách, musí být materiály hardwaru odolné vůči korozivním látkám. Například kostra těla může být vyrobena ze nerezové oceli a elektronické komponenty by měly projít protikorozivními úpravami, aby se prodloužila životnost robota.

Omezující faktory prostoru
Roboti pracující v omezených prostorech, jako jsou roboti pro domácí služby pracující v úzkých interiérech, vyžadují kompaktní rozměry. To vyžaduje výběr menších motorů, senzorů a řídících modulů při výběru hardwaru, zatímco kostra těla by měla být rozumně navržena, aby umožnila pohyblivost v omezeném prostoru.
Pro velké roboty pracující v otevřených prostorech, i když omezující faktory prostoru jsou relativně nižší, by stále měla být zvážena rozumná dispozice zařízení pro snadnou instalaci, údržbu a obsluhu.

(C) Faktory nákladů

Náklady na nákup hardwaru
Různé značky a modely hardwaru pro roboty se velmi liší v ceně. Při výběru hardwaru zvažte celkový rozpočet. Například některé importované vysokopřesné robotické komponenty jsou drahé, zatímco podobné domácí produkty s výkonem splňujícím základní požadavky jsou relativně levnější. Pokud je rozpočet omezený, vyberte cenově výhodný domácí hardware za předpokladu, že zajišťuje základní dokončení úkolu.
Nevšak buďte opatrní, cena by neměla být jediným kritériem; příliš nízké ceny mohou naznačovat nedostatečnou kvalitu a výkon hardwaru, což ovlivňuje dlouhodobé použití a efektivitu práce robota.

Provozní náklady
Provozní náklady robota zahrnují spotřebu energie a náklady na údržbu. Některé vysokovýkonné motory mohou mít vyšší spotřebu energie, zatímco energeticky úsporné motory mohou snížit provozní náklady. Při výběru hardwaru zvažte jeho energetickou spotřebu.
Náklady na údržbu nelze ignorovat. Například designy hardwaru, které umožňují snadné demontáž a výměnu komponent, snižují obtížnost a náklady oprav. Kromě toho výběr spolehlivého a trvanlivého hardwaru může snížit frekvenci poruch, což snižuje náklady na údržbu.

IV. Proces výběru hardwaru pro robota

(A) Ujasnění požadavků
Nejdříve jasně pochopte, jaký specifický úkol robot musí provést. Je to svařování nebo obsluha v průmyslové výrobě, nebo čištění a společnost v služebním sektoru? Po ujasnění úkolu určete požadavky robota na přesnost, nosnou kapacitu, rychlost atd. Například pokud jde o robota pro svařování elektronických obvodových desk, vyžaduje extrémně vysokou přesnost, aby přesně svařoval malé elektronické komponenty na obvodovou desku; pokud jde o robota pro manipulaci s nákladem v logistickém skladu, vyžaduje větší nosnou kapacitu a rychlejší operační rychlost.

(B) Tržní výzkum
Proveďte rozsáhlý výzkum poskytovatelů a produktů hardwaru pro roboty na trhu. Seznamte se s charakteristikami, výkonnostními parametry, cenami a recenzemi uživatelů různých značek a modelů. Relevantní informace lze získat prostřednictvím internetových vyhledávání, průmyslových výstav a konzultací s odborníky. Například vyhledejte oficiální webové stránky poskytovatelů hardwaru pro roboty online, abyste si prohlédli popisy produktů; navštivte výstavy průmyslu robotů, abyste si osobně prokoukli různé hardwarové produkty; poraďte se s podniky, které již používají roboty, abyste se dozvěděli o jejich zkušenostech a lekcích z výběru hardwaru.

(C) Vytvoření plánů
Na základě výsledků výzkumu a ujasněných požadavků vytvořte několik plánů výběru a konfigurace hardwaru. V plánu podrobně uvedte značku, model, specifikace a odhadované náklady každé hardwarové komponenty. Porovnejte a analyzujte různé plány, vážte jejich výhody a nevýhody. Například plán A může používat importované vysokopřesné motory, ale má vyšší náklady; plán B používá domácí cenově výhodné motory, s mírně nižší přesností, ale splňuje základní požadavky na úkol za nižší náklady. Pomocí takovýchto porovnání vyberte nejvhodnější plán.

(D) Testování a hodnocení
Před skutečným nákupem hardwaru proveďte malé testování a hodnocení. Pokud jsou podmínky vhodné, postavte jednoduchou testovací platformu, nainstalujte kandidátské hardwarové komponenty, spusťte některé simulované úkoly a sledujte operaci robota. Otestujte, zda ukazatele, jako je přesnost, stabilita a spolehlivost, splňují požadavky. Například u senzorů vidění umístěte objekty různých tvarů a barev na testovací platformu, abyste zjistili, zda robot může přesně rozpoznat a lokalizovat je; u spojovacích součástí sledujte, zda existují problémy, jako jsou zaseknutí nebo vibrace během pohybu. Na základě výsledků testování a hodnocení dále optimalizujte a upravte výběrový plán.

V. Závěr
Výběr a konfigurace hardwaru pro robota je složitý a klíčový proces, který přímo ovlivňuje, zda robot může efektivně a stabilně splňovat pracovní úkoly. Během výběrového procesu plně zvažte různé aspekty, jako jsou požadavky na úkoly robota, faktory pracovního prostředí a faktory nákladů. Procesy ujasnění požadavků, tržního výzkumu, vytváření plánů a testování a hodnocení vám umožní vybrat nejvhodně