Wichtige Tipps zur Auswahl von Robotik-Hardware: Steigern Sie jetzt die Effizienz

I. Die Bedeutung der Auswahl von Roboterkomponenten

Roboter spielen inzwischen eine zunehmend wichtige Rolle in verschiedenen Bereichen, von industrieller Produktion bis hin zum Dienstleistungssektor, von wissenschaftlicher Forschung bis zu unserem Alltag. Um Roboter effizient und stabil arbeiten zu lassen, ist die Auswahl und Konfiguration der Hardware der entscheidende erste Schritt. Geeignete Hardware kann sicherstellen, dass Roboter Aufgaben genau ausführen, die Arbeitswirkung verbessern und das Fehlerrisiko reduzieren. Zum Beispiel kann in der industriellen Fertigung ein schlecht konfigurierter Roboter häufig Betriebsfehler aufweisen, was die Produktqualität und den Produktionsfortschritt beeinträchtigt. Bei medizinischen Servicerobotern kann ungeeignete Hardware dazu führen, dass chirurgische Assistenz- oder Patientenpflegeaufgaben nicht präzise ausgeführt werden, und könnte sogar die Patientensicherheit gefährden. Daher ist die richtige Auswahl und Konfiguration von Roboterkomponenten die Grundlage dafür, dass Roboter ihre vorgesehenen Funktionen erfüllen.

II. Hauptkomponenten der Roboterkomponenten

(A) Mechanische Struktur

Gehäuse
Das Gehäuse des Roboters bildet seine grundlegende tragende Struktur. Übliche Materialien sind Aluminiumlegierung und Stahl. Gehäuse aus Aluminiumlegierung sind leichtgewichtig, was die Bewegung und den Betrieb des Roboters erleichtert, und eignen sich für Roboter mit hohen Gewichtsanforderungen und häufiger Bewegung, wie Logistikroboter. Stahlgehäuse haben eine hohe Festigkeit und können große Lasten tragen, sie werden häufig bei schweren Industrierobotern verwendet, wie Schweißrobotern in Automobilproduktionswerkstätten, die das Gewicht der Schweißausrüstung und die Belastungen während des langfristigen Schweißens aushalten müssen.
Beim Auswählen eines Gehäuses sollten die Arbeitsumgebung und die Anforderungen an die Aufgaben des Roboters berücksichtigt werden. In räumlich begrenzten und gewichtssensiblen Umgebungen ist ein Gehäuse aus Aluminiumlegierung besser geeignet; für Szenarien mit hoher Last und komplexen Arbeitsbedingungen ist ein Stahlgehäuse die bessere Wahl.

Gelenkkomponenten
Gelenke sind die Schlüsselkomponenten, die es Robotern ermöglichen, verschiedene Bewegungen auszuführen. Gängige Gelenkarten sind Drehgelenke und Linear-Gelenke. Drehgelenke ermöglichen es dem Roboterarm, in einer Ebene oder im Raum zu rotieren, und ihre Präzision und Drehmomentausgabe sind wichtig. Zum Beispiel erfordern Roboter, die in Montagearbeiten eingesetzt werden, eine hochpräzise Steuerung der Gelenkwinkel, um die genaue Montage von Komponenten sicherzustellen. Linear-Gelenke bieten Bewegung in gerader Richtung; beispielsweise ist das Hebegelenk eines industriellen Palettierungsroboters ein Linear-Gelenk, das stabile Frachtbeförderung und präzises Heben und Senken durchführen muss.
Beim Auswählen von Gelenkkomponenten sollte man auf Bewegungspräzision, Tragfähigkeit und Haltbarkeit achten. Hochpräzise Gelenke können die Bewegungen des Roboters genauer machen und die Arbeitsqualität verbessern; Gelenke mit hoher Tragfähigkeit können die Anforderungen zur Beförderung schwererer Werkzeuge oder Objekte erfüllen; langlebige Gelenke können weniger Ausfälle während des langfristigen Gebrauchs sicherstellen.

(B) Energieversorgungssystem

Motoren
Motoren sind die Hauptenergiequelle für Roboter. Gängige Arten sind Gleichstrommotoren, Wechselstrommotoren und Schrittmotoren. Gleichstrommotoren haben eine einfache Struktur und sind einfach zu steuern, sie werden häufig in kleinen Robotern mit moderaten Geschwindigkeits- und Drehmomentanforderungen eingesetzt, wie etwa in Bildungsrobotern. Wechselstrommotoren haben eine höhere Leistung und Effizienz und sind für große Roboter in der industriellen Produktion geeignet, die kontinuierliche und stabile Energie liefern. Schrittmotoren sind bekannt für ihre hochpräzise Positionierungssteuerungsfähigkeit und werden oft in Anwendungen eingesetzt, die präzise Bewegungssteuerung erfordern, wie 3D-Druckroboter, die die Position des Druckkopfes präzise steuern können, um hochwertige gedruckte Modelle zu gewährleisten.
Beim Auswählen von Motoren sollte man die Art basierend auf der Geschwindigkeit, den Drehmomentanforderungen und der Steuerungspräzision des Roboters bestimmen. Roboter, die schnelle Bewegungen benötigen, mögen leistungsstärkere Motoren benötigen; für Aufgaben mit extrem hohen Positionspräzisanforderungen sind Schrittmotoren oder hochpräzise Servomotoren bessere Wahlmöglichkeiten.

Batterie oder Stromversorgung
Für mobile Roboter oder Roboter, die unabhängig arbeiten müssen, sind Batterien eine wichtige Energiequelle. Gängige Batterietypen sind Lithium-Batterien und Blei-Akkus. Lithium-Batterien haben eine hohe Energiedichte, sind leichtgewichtig und haben niedrige Selbstentladungsraten, sie werden zunehmend in verschiedenen tragbaren und leistungsfähigen Robotern eingesetzt, wie Drohnen und robotergesteuerten Staubsaugern. Blei-Akkus haben geringere Kosten und bessere Sicherheit, aber eine vergleichsweise geringere Energiedichte und werden häufig in Situationen eingesetzt, die empfindlich auf Gewicht und Kosten reagieren, wie einfache industrielle Handhabungswagen.
Wenn der Roboter an einem festen Standort arbeitet, kann er über eine Steckdose mit Energie versorgt werden. Beim Auswählen von Batterien oder Stromversorgungen sollten die Betriebsdauer des Roboters, die Ladezeit und die Einfachheit des Akkuwechsels berücksichtigt werden. Für Roboter, die lange ständige Betriebsdauern benötigen, sollten hochkapazitive, langlebige Batterien oder ein stabiles Stromversorgungssystem ausgewählt werden.

(C) Sensoren

Sichtsensoren
Sichtsensoren fungieren als die „Augen“ des Roboters und ermöglichen ihm, seine Umgebung zu „sehen“. Gängige Sichtsensoren sind Kameras und LiDAR (Light Detection and Ranging). Kameras können Bild- und Videoinformationen erfassen und ermöglichen es Robotern, durch Bildverarbeitungstechnologien die Form, Farbe und Position von Objekten zu erkennen. Zum Beispiel können in intelligenten Sicherheitsrobotern Kameras in Echtzeit Personen und Objekte in Überwachungsbereichen überwachen, abnormales Verhalten identifizieren und rechtzeitig Alarme auslösen. LiDAR misst die Zeit reflektierten Lichts nach dem Absenden von Laserstrahlen, um 3D-Umgebungsinformationen zu erhalten, um eine präzise Kartierung der Umgebung des Roboters zu ermöglichen, um eine bessere Pfadplanung und Hindernisvermeidung zu unterstützen. In robotergesteuerten Staubsaugern kann LiDAR Räume kartieren, um eine effizientere Reinigung zu ermöglichen.
Beim Auswählen von Sichtsensoren sollten Auflösung, Blickfeld, Bildrate und Störfestigkeit berücksichtigt werden. Hochauflösende Sensoren bieten klarere Bildinformationen, ein großes Blickfeld ermöglicht es dem Roboter, einen größeren Bereich zu überwachen, eine hohe Bildrate stellt die Echtzeitfähigkeit der Bilder sicher, und eine starke Störfestigkeit stellt die genaue Funktionalität in komplexen Umgebungen sicher.

Kraftsensoren
Kraftsensoren messen die Größe und Richtung der Kraft zwischen dem Roboter und der externen Umgebung. Sie sind entscheidend für Robotaufgaben, die physische Interaktion mit Objekten erfordern. Zum Beispiel können Kraftsensoren während präziser Montage kleine Veränderungen der Kraft während des Montageprozesses wahrnehmen, sodass der Roboter seine Bewegungen anpassen kann, um eine korrekte Komponentenmontage sicherzustellen und Schäden durch zu viel oder zu wenig Kraft zu vermeiden.

Bei industriellen Schleifrobotern können Kraftsensoren die Schleifkraft in Echtzeit überwachen, um eine gleichmäßige Schleifqualität sicherzustellen. Beim Auswählen von Kraftsensoren sollte man auf Messgenauigkeit, Bereich und Reaktionsgeschwindigkeit achten. Hochpräzise Kraftsensoren können Kräfteveränderungen genauer detektieren, der geeignete Bereich sollte basierend auf der Aufgabe des Roboters bestimmt werden, und eine schnelle Reaktionsgeschwindigkeit ermöglicht es dem Roboter, schnell auf Kräfteveränderungen zu reagieren.

Entfernungssensoren
Entfernungssensoren messen die Entfernung zwischen dem Roboter und umliegenden Objekten. Gängige Arten sind Ultraschallsensoren und Infrarotsensoren. Ultraschallsensoren senden Ultraschallwellen aus und messen die reflektierten Wellen, um die Entfernung zu bestimmen, sie eignen sich für Kurzstreckenmessungen mit einer Genauigkeit, die in der Regel im Zentimeterbereich liegt, und werden häufig für Hindernisvermeidung in kleinen Robotern eingesetzt, wie Haushaltsroboterstaubsauger, die Ultraschallsensoren verwenden, um die Entfernung zu Wänden und Möbeln zu messen, um Kollisionen zu vermeiden.

Infrarotsensoren nutzen infrarotes Licht, um Entfernungen zu messen, mit einem relativ engeren Erfassungsbereich, aber schneller Reaktionsgeschwindigkeit, sie werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Erkennungsgeschwindigkeit erfordern, wie einfache Hindernisvermeidungsfunktionen in Spielzeugrobotern. Beim Auswählen von Entfernungssensoren sollten Messbereich, Genauigkeit und Anpassungsfähigkeit an verschiedene Umgebungen berücksichtigt werden. Verschiedene Arten von Entfernungssensoren können unter verschiedenen Bedingungen unterschiedlich performen; zum Beispiel können Infrarotsensoren in komplexen Beleuchtungsumgebungen gestört werden, während Ultraschallsensoren relativ stabiler sind.

III. Faktoren, die bei der Auswahl von Roboterkomponenten berücksichtigt werden müssen

(A) Aufgabenanforderungen

Präzisionsanforderungen
Wenn die Aufgabe des Roboters sehr hohe Präzisionsanforderungen hat, wie Lithographieroboter in der Chipfertigung, dann muss die Präzision verschiedener Komponenten bei der Hardwareauswahl ein zentraler Fokus sein. Motoren benötigen hochpräzise Encoder, um die Bewegungspräzision sicherzustellen, Gelenkkomponenten müssen minimale Bewegungsfehler aufweisen, und Sensoren benötigen ebenfalls hochauflösende und hochpräzise Modelle.

Zum Beispiel könnte die Auflösung seines Sichtsensors auf Mikrometer-Niveau gehen, um die Chip-Lithografie-Aufgaben präzise zu erledigen. Für allgemeine Montageaufgaben mit relativ geringeren Präzisionsanforderungen können Hardwarekomponenten mit höherem Preis-Leistungs-Verhältnis und mittlerer Präzision ausgewählt werden. Achten Sie jedoch darauf, dass sie die grundlegenden Präzisionsstandards erfüllen, um die Montagequalität zu garantieren.

Tragfähigkeitsanforderungen
Wenn ein Roboter schwere Objekte tragen muss, ist die Tragfähigkeit ein zentraler Aspekt. Zum Beispiel muss ein Containerhandlingsroboter im Hafen Container mit mehreren Tonnen Gewicht tragen, wodurch das Gehäuse, die Gelenkkomponenten und das Energieversorgungssystem eine ausreichende Tragfähigkeit aufweisen müssen.

Motoren müssen genug Drehmoment bereitstellen, um den Roboter zu bewegen, um schwere Lasten zu tragen, Gelenke müssen entsprechende Gewichte und Spannungen aushalten, und das Gehäuse muss robust und haltbar sein. Wenn der Roboter nur leichte Operationen durchführt, wie das Aufnehmen und Absetzen kleiner Komponenten auf einer Elektronikfertigungsstraße, ist die Tragfähigkeitsanforderung relativ gering, sodass leichtere Hardwarekonfigurationen mit geringerer Tragfähigkeit ausgewählt werden können.

Geschwindigkeitsanforderungen
Für Roboter, die Aufgaben schnell erledigen müssen, wie Paketsortierroboter, ist Geschwindigkeit ein wichtiger Indikator. Dies erfordert die Auswahl von Motoren mit hoher Drehzahl und schneller Reaktionsfähigkeit sowie Gelenke mit schneller Bewegung und flexibler Beweglichkeit. Gleichzeitig muss das Steuerungssystem des Roboters Daten effizient verarbeiten, um sicherzustellen, dass der Roboter in dem vorgegebenen schnellen Tempo arbeitet.
Für Robotaufgaben mit geringeren Geschwindigkeitsanforderungen, wie landwirtschaftliche Ernteroboter, die in relativ entspannten Umgebungen arbeiten, können Hardwarekonfigurationen mit mäßiger Geschwindigkeit, aber niedrigeren Kosten ausgewählt werden, um Leistung und Kosten auszugleichen.

(B) Arbeitsumweltfaktoren

Temperatur und Luftfeuchtigkeit
Roboter, die in Umgebungen mit hohen Temperaturen arbeiten, wie Hochtemperaturofeninspektionsroboter in der Metallurgie, erfordern Hardware, die hitzebeständig ist. Isoliermaterialien der Motoren müssen hohe Temperaturen aushalten, elektronische Komponenten müssen unter hohen Temperaturen stabil arbeiten, und Materialien des Gehäuses könnten auch spezielle hochfeste, hitzebeständige Legierungen sein.
Für Roboter, die in feuchten Umgebungen arbeiten, wie Unterwasserexplorationsroboter, sollte die wasserdichte und feuchtigkeitsbeständige Leistung der Hardware berücksichtigt werden. Leiterplatten benötigen spezielle feuchtigkeitsbeständige Behandlungen, und Motoren und Sensoren müssen gut abgedichtet sein, um Wasserschäden vorzubeugen.

Staub und Korrosive Substanzen
In staubigen Umgebungen, wie bei Bergbauinspektionsrobotern unter Tage, dringt Staub leicht in den Inneren des Roboters ein und beeinträchtigt die normale Hardwarefunktionalität. Daher benötigt der Roboter eine gute staubdichte Ausführung, Motoren und Sensoren sollten Staubabdeckungen haben, und Lücken im Gehäuse sollten abgedichtet sein.
Wenn die Arbeitsumgebung korrosive Substanzen enthält, wie Roboter in chemischen Produktionswerkstätten, müssen die Hardwarematerialien korrosionsbeständig sein. Zum Beispiel kann das Gehäuse aus Edelstahl hergestellt werden, und elektronische Komponenten sollten einer korrosionsbeständigen Behandlung unterzogen werden, um die Lebensdauer des Roboters zu verlängern.

Raumbeschränkungen
Roboter, die in begrenzten Räumen arbeiten, wie Hausdienstroboter in engen Innenräumen, erfordern kompakte Abmessungen. Dies erfordert die Auswahl kleinerer Motoren, Sensoren und Steuermodulen bei der Hardwareauswahl, während das Gehäuse so entworfen wird, dass es flexible Bewegungen in begrenzten Räumen ermöglicht.
Für große Roboter, die in offenen Räumen arbeiten, obwohl die Raumbeschränkungen relativ gering sind, sollte die Rationalität der Geräteanordnung berücksichtigt werden, um die Installation, Wartung und Bedienung zu erleichtern.

(C) Kostenfaktoren

Hardwarebeschaffungskosten
Verschiedene Marken und Modelle von Roboterkomponenten unterscheiden sich stark in ihren Preisen. Beim Auswählen der Hardware sollten die Budgetaspekte insgesamt berücksichtigt werden. Zum Beispiel sind einige importierte hochpräzise Roboterkomponenten teuer, während ähnliche inländische Produkte, die die grundlegenden Anforderungen erfüllen, relativ billiger sind. Wenn das Budget begrenzt ist, sollten kostengünstige inländische Hardwarekomponenten ausgewählt werden, um die grundlegende Aufgabenabwicklung sicherzustellen.
Allerdings sollte beachtet werden, dass der Preis nicht das einzige Kriterium sein sollte; extrem niedrige Preise können auf unzureichende Hardwarequalität und -leistung hinweisen, was die langfristige Nutzung und Arbeitswirkung des Roboters beeinträchtigen kann.

Betriebskosten
Die Betriebskosten von Robotern umfassen den Energieverbrauch und Wartungskosten. Einige leistungsfähige Motoren können einen höheren Energieverbrauch haben, während energiesparende Motoren die Betriebskosten reduzieren. Beim Auswählen der Hardware sollte der Energieverbrauch berücksichtigt werden.
Wartungskosten dürfen nicht ignoriert werden. Zum Beispiel reduzieren Hardwaredesigns, die leicht zu zerlegen und Komponenten auszutauschen sind, die Reparaturkomplexität und -kosten. Darüber hinaus kann die Auswahl zuverlässiger und langlebiger Hardware die Fehlerhäufigkeit reduzieren und somit die Wartungskosten senken.

IV. Prozess der Auswahl von Roboterkomponenten

(A) Anforderungen klären
Zunächst muss klar definiert werden, welche spezifische Aufgabe der Roboter erfüllen soll. Ist es Schweißen oder Handhabung in der industriellen Produktion, oder Reinigung und Begleitung im Dienstleistungssektor? Nachdem die Aufgabe geklärt ist, sollten die Anforderungen des Roboters an Präzision, Tragfähigkeit, Geschwindigkeit usw. bestimmt werden. Zum Beispiel, wenn es sich um einen Roboter für die Lötkolbenmontage von elektronischen Schaltkreisen handelt, erfordert dies eine extrem hohe Präzision, um kleine elektronische Bauteile präzise auf den Schaltkreis zu montieren; wenn es sich um einen Güterhandlingsroboter in einem Logistiklager handelt, erfordert dies eine größere Tragfähigkeit und eine höhere Betriebsgeschwindigkeit.

(B) Marktanalyse
Führen Sie eine umfangreiche Analyse der Roboterkomponentenlieferanten und -produkte auf dem Markt durch. Verstehen Sie die Merkmale, Leistungsparameter, Preise und Nutzerbewertungen verschiedener Marken und Modelle. Relevante Informationen können über Internetrecherchen, Branchenausstellungen und Beratung durch Fachleute erhalten werden. Zum Beispiel können Sie die offiziellen Webseiten von Roboterkomponentenlieferanten online besuchen, um Produktbeschreibungen einzusehen; nehmen Sie an Roboterausstellungen teil, um verschiedene Hardwareprodukte persönlich zu erleben; konsultieren Sie Unternehmen, die bereits Roboter einsetzen, um deren Erfahrungen und Lektionen in der Hardwareauswahl zu erfahren.

(C) Pläne entwickeln
Basiert auf den Ergebnissen der Marktanalyse und den geklärten Anforderungen, entwickeln Sie mehrere Hardwareauswahl- und -konfigurationspläne. Im Plan sollten Marke, Modell, Spezifikationen und geschätzte Kosten jeder Hardwarekomponente detailliert aufgelistet werden. Vergleichen und analysieren Sie verschiedene Pläne, wägen Sie ihre Vor- und Nachteile gegeneinander ab. Zum Beispiel könnte Plan A importierte hochpräzise Motoren verwenden, aber mit höheren Kosten verbunden sein; Plan B könnte kostengünstige inländische Motoren verwenden, mit etwas geringerer Präzision, aber den grundlegenden Aufgabenanforderungen genügend und zu niedrigeren Kosten. Durch solche Vergleiche wählen Sie den am besten geeigneten Plan aus.

(D) Testen und Auswerten
Bevor Sie tatsächlich Hardware kaufen, führen Sie kleinmaßstäbliche Tests und Bewertungen durch. Falls möglich, bauen Sie eine einfache Testplattform, installieren Sie die kandidierenden Hardwarekomponenten, führen Sie einige simulierte Aufgaben aus und beobachten Sie den Betrieb des Roboters. Prüfen Sie, ob Indikatoren wie Präzision, Stabilität und Zuverlässigkeit den Anforderungen entsprechen. Zum Beispiel können Sie bei Sichtsensoren verschiedene Formen und Farben von Objekten auf der Testplattform platzieren, um zu prüfen, ob der Roboter diese präzise erkennen und lokalisieren kann; bei Gelenkkomponenten können Sie beobachten, ob es Probleme wie Blockaden oder Vibrationen während der Bewegung gibt. Basierend auf den Test- und Bewertungsergebnissen können Sie den Auswahlplan weiter optimieren und anpassen.

V. Fazit
Die Auswahl und Konfiguration von Roboterkomponenten ist ein komplexer und entscheidender Prozess, der direkt beeinflusst, ob der Roboter seine Arbeitsaufgaben effizient und stabil erfüllen kann. Während des Auswahlprozesses sollten verschiedene Aspekte wie die Aufgabenanforderungen des Roboters, die Arbeitsumweltfaktoren und die Kostenfaktoren vollständig berücksichtigt werden. Durch Prozesse wie die Klärung der Anforderungen, Marktanalyse, Planentwicklung und Testbewertung können Sie die am besten geeignete Hardwarekonfiguration auswählen. Nur so können hochleistungsfähige, kosteneffektive Roboter gebaut werden, die ihren Wert in verschiedenen Bereichen maximieren, die Roboter-Technologie kontinuierlich vorantreiben und den Menschen in Produktion und Alltag mehr Bequemlichkeit und Innovation bringen.