نکات اساسی برای انتخاب سخت‌افزار ربات: اکنون کارایی خود را افزایش دهید

I. اهمیت انتخاب سخت‌افزار ربات

ربات‌ها اکنون نقشی رو به رشد در حوزه‌های مختلف دارند، از تولید صنعتی تا صنعت خدماتی، از تحقیقات علمی تا زندگی روزمره. برای اینکه ربات‌ها بتوانند به طور کارآمد و پایدار عمل کنند، انتخاب و تنظیم سخت‌افزار مرحله اولیه کلیدی است. سخت‌افزار مناسب می‌تواند اطمینان حاصل کند که ربات‌ها وظایف خود را به طور دقیق انجام دهند، باعث افزایش کارایی کار و کاهش احتمال خرابی‌ها شود. به عنوان مثال، در تولید صنعتی، یک ربات با تنظیمات نامناسب ممکن است به طور مکرر خطاهای عملیاتی تجربه کند که موجب تأثیر بر کیفیت محصول و پیشرفت تولید می‌شود. در ربات‌های خدمات پزشکی، سخت‌افزار نامناسب ممکن است قادر به انجام دقیق کمک‌های جراحی یا مراقبت‌های بیمار نباشد و حتی می‌تواند امنیت بیمار را به خطر بیاندازد. بنابراین، انتخاب و تنظیم صحیح سخت‌افزار ربات پایه‌ای برای اجرای وظایف مورد نظر ربات‌ها است.

II. اجزای اصلی سخت‌افزار ربات

(A) ساختار مکانیکی

چارچوب بدنه
چارچوب بدنه ربات ساختار پشتیبانی اساسی آن است. مواد معمول شامل آلومینیوم آلیاژ و فولاد هستند. چارچوب‌های آلومینیوم آلیاژ سبک‌وزن هستند که حرکت و عملکرد ربات را تسهیل می‌کنند و برای ربات‌هایی با نیاز بالا به وزن و حرکت مکرر، مانند ربات‌های مدیریت لجستیک مناسب هستند. چارچوب‌های فولادی دارای قدرت بالا هستند و می‌توانند بارهای سنگین را تحمل کنند و معمولاً در ربات‌های صنعتی سنگین، مانند ربات‌های لحیم‌کاری در کارگاه‌های تولید خودرو که باید وزن تجهیزات لحیم‌کاری و نیروهای ضربه‌ای در طول لحیم‌کاری را در طول مدت طولانی تحمل کنند، استفاده می‌شوند.
در انتخاب چارچوب بدنه، محیط کار و نیازهای وظیفه ربات را در نظر بگیرید. اگر در یک محیط با فضای محدود و حساس به وزن کار می‌کنید، چارچوب آلومینیوم آلیاژ مناسب‌تر است؛ برای سناریوهای با بار بالا و شرایط کاری پیچیده، چارچوب فولادی گزینه بهتری است.

اجزای مفصلی
مفاصل بخش‌های کلیدی هستند که به ربات اجازه می‌دهند حرکات مختلفی انجام دهد. انواع مفصل‌های معمول شامل مفاصل دورانی و مفاصل خطی هستند. مفاصل دورانی به بازوی ربات اجازه می‌دهند که در یک صفحه یا در فضا دوران کند و دقت و توان خروجی آن‌ها مهم است. به عنوان مثال، ربات‌های استفاده شده در کار مونتاژ نیاز به کنترل دقت بالای زاویه مفاصل دارند تا اطمینان حاصل کنند که اجزا به درستی نصب شوند. مفاصل خطی حرکت در یک جهت مستقیم را ارائه می‌دهند؛ به عنوان مثال، مفصل بلند کردن ربات پالت‌سازی صنعتی یک مفصل خطی است که باید بار را به طور پایدار حمل کرده و عملیات بلند کردن و پایین آوردن را به طور دقیق انجام دهد.
در انتخاب اجزای مفصلی، روی دقت حرکت، ظرفیت باربری و دوام تمرکز کنید. مفاصل با دقت بالا می‌توانند حرکات ربات را دقیق‌تر کنند و کیفیت کار را بهبود بخشند؛ مفاصل با ظرفیت باربری بالا می‌توانند نیازهای حمل ابزار یا اشیاء سنگین‌تر را برآورده کنند؛ مفاصل دوام‌دار می‌توانند تعداد خرابی‌ها در طول استفاده طولانی‌مدت را کاهش دهند.

(B) سیستم تغذیه

موتورها
موتورها منبع اصلی تغذیه ربات‌ها هستند. انواع معمول شامل موتورهای DC، AC و موتورهای پله‌ای هستند. موتورهای DC ساختار ساده‌ای دارند و کنترل آسانی دارند و معمولاً در ربات‌های کوچک با نیاز متوسط به سرعت و گشتاور، مانند ربات‌های آموزشی استفاده می‌شوند. موتورهای AC دارای قدرت و کارایی بالاتری هستند و برای ربات‌های بزرگ در تولید صنعتی مناسب هستند که تغذیه مداوم و پایدار ارائه می‌دهند. موتورهای پله‌ای به خاطر قابلیت کنترل موقعیت با دقت بالا مشهور هستند و معمولاً در کاربردهایی که نیاز به کنترل حرکت دقیق دارند، مانند ربات‌های چاپ سه‌بعدی، استفاده می‌شوند که می‌توانند موقعیت سر چاپ را به طور دقیق کنترل کنند تا مدل‌های چاپی با کیفیت بالا تأمین شود.
در انتخاب موتورها، نوع موتور را بر اساس سرعت، نیاز به گشتاور و دقت کنترل ربات تعیین کنید. ربات‌هایی که نیاز به حرکت سریع دارند ممکن است نیاز به موتورهای با قدرت بالاتر داشته باشند؛ برای کارهایی با نیاز بسیار بالا به دقت موقعیت، موتورهای پله‌ای یا موتورهای سروی با دقت بالا گزینه‌های بهتری هستند.

باتری یا منبع تغذیه
برای ربات‌های متحرک یا ربات‌هایی که نیاز به عملکرد مستقل دارند، باتری‌ها منبع تغذیه مهمی هستند. انواع معمول باتری‌ها شامل باتری‌های لیتیوم و باتری‌های سرب-اسید هستند. باتری‌های لیتیوم دارای چگالی انرژی بالا، سبک‌وزن و نرخ خود-رها کم هستند و به طور مداوم در ربات‌های مختلف قابل حمل و با کارایی بالا، مانند بدون‌سقف‌ها و ربات‌های پاک‌کننده‌ی خودکار استفاده می‌شوند. باتری‌های سرب-اسید هزینه کمتری دارند و امنیت بهتری دارند اما چگالی انرژی کمتری دارند و معمولاً در شرایطی که حساس به وزن و هزینه هستند، مانند عربه‌های باربری ساده صنعتی استفاده می‌شوند.
اگر ربات در مکان ثابتی عمل می‌کند، می‌تواند از طریق گذره تغذیه کسب کند. در انتخاب باتری یا منبع تغذیه، مدت زمان عملکرد، زمان شارژ و راحتی جایگزینی باتری را در نظر بگیرید. برای ربات‌هایی که نیاز به عملکرد مداوم و طولانی‌مدت دارند، باتری‌های با ظرفیت بالا و دوام طولانی یا سیستم تغذیه پایدار انتخاب کنید.

(C) سنسورها

سنسورهای بصری
سنسورهای بصری به عنوان "چشم" ربات عمل می‌کنند و به ربات اجازه می‌دهند "ببیند" محیط اطراف خود. سنسورهای بصری معمول شامل دوربین‌ها و لیدار (سنجش فاصله با نور) هستند. دوربین‌ها می‌توانند اطلاعات تصویری و ویدئویی را ضبط کنند و به ربات اجازه می‌دهند شکل، رنگ و موقعیت اشیاء را از طریق فناوری پردازش تصویر شناسایی کنند. به عنوان مثال، در ربات‌های امنیت هوشمند، دوربین‌ها می‌توانند به طور واقعی شخصیت‌ها و اشیاء را در مناطق تحت نظارت مراقبت کرده، رفتارهای غیرعادی را شناسایی کرده و در صورت لزوم هشدارهای به موقع صادر کنند. لیدار با اندازه‌گیری زمان بازتاب نور بعد از ارسال پرتوهای لیزری، اطلاعات محیطی سه‌بعدی را به دست می‌آورد و نقشه دقیق محیط اطراف ربات را ترسیم می‌کند تا به برنامه‌ریزی مسیر بهتر و اجتناب از موانع کمک کند. در ربات‌های پاک‌کننده‌ی خودکار، لیدار می‌تواند نقشه اتاق‌ها را ترسیم کرده و به پاک‌کننده‌ی کارآمدتر کمک کند.
در انتخاب سنسورهای بصری، روی وضوح، زاویه دید، نرخ فریم و توانایی مقاومت در برابر تداخل تمرکز کنید. سنسورهای با وضوح بالا اطلاعات تصویری واضح‌تری ارائه می‌دهند، زاویه دید بزرگ‌تر اجازه می‌دهد ربات مساحت بزرگ‌تری را مراقبت کند، نرخ فریم بالا اطمینان حاصل می‌کند که تصویر به طور واقعی باشد و توانایی مقاومت قوی در برابر تداخل اطمینان حاصل می‌کند که عملکرد دقیق در محیط‌های پیچیده تضمین شود.

سنسورهای نیرو
سنسورهای نیرو مقدار و جهت نیرو بین ربات و محیط خارج را تشخیص می‌دهند. آن‌ها در وظایف رباتی که نیاز به تعامل فیزیکی با اشیاء دارند بسیار مهم هستند. به عنوان مثال، در مونتاژ دقیق، سنسورهای نیرو می‌توانند تغییرات کوچک نیرو در طول فرآیند مونتاژ را تشخیص دهند و به ربات اجازه دهند حرکات خود را تنظیم کند تا نصب صحیح اجزا و جلوگیری از خسارت ناشی از نیروی اضافی یا کمبود نیرو تضمین شود.

در ربات‌های صنعتی پولیش، سنسورهای نیرو می‌توانند نیروی پولیش را به طور واقعی مراقبت کرده و کیفیت پولیش یکنواخت را تضمین کنند. در انتخاب سنسورهای نیرو، روی دقت اندازه‌گیری، دامنه و سرعت پاسخ تمرکز کنید. سنسورهای نیرو با دقت بالا می‌توانند تغییرات نیرو را دقیق‌تر تشخیص دهند، دامنه مناسب باید بر اساس وظیفه ربات تعیین شود و سرعت پاسخ سریع اجازه می‌دهد ربات به تغییرات نیرو به طور سریع واکنش نشان دهد.

سنسورهای فاصله
سنسورهای فاصله فاصله بین ربات و اشیاء اطراف را اندازه‌گیری می‌کنند. انواع معمول شامل سنسورهای فراصوت و سنسورهای فروسرخ هستند. سنسورهای فراصوت امواج فراصوت را ارسال می‌کنند و امواج بازتابی را اندازه‌گیری می‌کنند تا فاصله را تعیین کنند، مناسب برای اندازه‌گیری فاصله کوتاه با دقت معمولاً در سطح سانتی‌متری، معمولاً برای اجتناب از موانع در ربات‌های کوچک، مانند ربات‌های پاک‌کننده‌ی خانگی که از سنسورهای فراصوت برای تشخیص فاصله به دیوارها و مبلمان برای جلوگیری از برخورد استفاده می‌کنند.

سنسورهای فروسرخ از نور فروسرخ برای تشخیص فاصله استفاده می‌کنند، با محدوده تشخیص نسبتاً باریک‌تر اما سرعت پاسخ سریع، معمولاً در کاربردهایی با نیاز به سرعت تشخیص بالا، مانند توابع اجتناب از موانع ساده در ربات‌های بازی استفاده می‌شوند. در انتخاب سنسورهای فاصله، روی محدوده اندازه‌گیری، دقت و تطبیق با محیط‌های مختلف تمرکز کنید. انواع مختلف سنسورهای فاصله ممکن است در شرایط مختلف عملکرد متفاوتی داشته باشند؛ به عنوان مثال، سنسورهای فروسرخ ممکن است در محیط‌های روشنایی پیچیده مختل شوند، در حالی که سنسورهای فراصوت نسبتاً پایدار‌تر هستند.

III. عواملی که باید در انتخاب سخت‌افزار ربات در نظر گرفته شود

(A) نیازهای وظیفه

نیازهای دقت
اگر وظیفه ربات نیازهای بسیار بالایی از نظر دقت دارد، مانند ربات‌های لیتوگرافی در تولید چیپ، در انتخاب سخت‌افزار باید بر دقت اجزا تمرکز شود. موتورها نیاز به اینکدبندی‌های با دقت بالا دارند تا دقت حرکت تضمین شود، اجزای مفصلی باید دارای خطای حرکت حداقلی باشند و سنسورها نیز نیاز به مدل‌های با وضوح و دقت بالا دارند.

به عنوان مثال، وضوح سنسور بصری آن ممکن است باید به سطح میکرومتری برسد تا به طور دقیق وظیفه لیتوگرافی چیپ انجام شود. برای وظایف مونتاژ عمومی با نیازهای دقت نسبتاً کمتر، می‌توان اجزای سخت‌افزاری با ارزش‌گذاری بالاتر و دقت متوسط انتخاب کرد. با این حال، اطمینان حاصل کنید که آن‌ها استانداردهای دقت پایه را برآورده کنند تا کیفیت مونتاژ تضمین شود.

ظرفیت باربری
هنگامی که ربات باید اشیاء سنگین را حمل کند، ظرفیت باربری یک عامل کلیدی است. به عنوان مثال، یک ربات مدیریت کانتینر در بندر باید کانتینرهایی را که چند تن وزن دارند حمل کند، که نیاز به چارچوب بدنه، اجزای مفصلی و سیستم تغذیه با ظرفیت باربری کافی دارد.

موتورها باید گشتاور کافی برای حرکت ربات برای حمل بار سنگین ارائه دهند، مفاصل باید بتوانند وزن و تنش مربوطه را تحمل کنند و چارچوب بدنه باید محکم و دوام‌دار باشد. اگر ربات فقط عملیات سبکی را انجام می‌دهد، مانند برداشتن و گذاشتن اجزای کوچک در خط تولید الکترونیکی، نیاز به ظرفیت باربری نسبتاً کم است و می‌توان از سخت‌افزارهای سبک‌تر با ظرفیت باربری کمتر استفاده کرد.

نیازهای سرعت
برای ربات‌هایی که باید وظایف خود را به سرعت انجام دهند، مانند ربات‌های مرتب‌سازی بسته‌ها، سرعت یک شاخص مهم است. این نیاز به انتخاب موتورهای با سرعت چرخش بالا و پاسخ سریع، همچنین مفاصل با حرکت سریع و انعطاف‌پذیر است. همزمان، سیستم کنترل ربات باید داده‌ها را به طور کارآمد پردازش کند تا اطمینان حاصل شود که ربات با سرعت تنظیم شده عمل می‌کند.
برای وظایف رباتی با نیازهای سرعت کمتر، مانند ربات‌های برداشت محصولات کشاورزی که در محیط‌های نسبتاً آرام کار می‌کنند، می‌توان از سخت‌افزارهای با سرعت متوسط اما با هزینه کمتر استفاده کرد تا عملکرد و هزینه متعادل شود.

(B) عوامل محیط کار

دمای محیط و رطوبت
ربات‌هایی که در محیط‌های با دمای بالا کار می‌کنند، مانند ربات‌های بازرسی فرانکنگی در صنعت متالورژی، نیاز به سخت‌افزار با مقاومت در برابر دما بالا دارند. مواد عایق موتور باید بتوانند دمای بالا را تحمل کنند، اجزای الکترونیکی باید تحت دمای بالا به طور پایدار عمل کنند و مواد چارچوب بدنه ممکن است نیاز به آلیاژهای مقاوم به دما و مقاوم به فشار بالا داشته باشند.
برای ربات‌هایی که در محیط‌های مرطوب کار می‌کنند، مانند ربات‌های کاوش زیرآب، باید مقاومت آب‌بندی و ضد رطوبت سخت‌افزار را در نظر گرفت. برد‌های مداری نیاز به درمان ویژه‌ای برای مقاومت در برابر رطوبت دارند و موتورها و سنسورها باید به طور خوبی بسته‌بندی شوند تا از آسیب ناشی از آب محافظت شوند.

گرد و ذرات خوردگی‌زا
در محیط‌های گردبار، مانند ربات‌های بازرسی معادن زیرزمینی، گرد به راحتی وارد داخل ربات می‌شود و عملکرد عادی سخت‌افزار را مختل می‌کند. بنابراین، ربات نیاز به طراحی ضد گرد خوبی دارد، موتورها و سنسورها باید پوشش‌های ضد گرد داشته باشند و شکاف‌های چارچوب بدنه باید بسته شوند.
اگر محیط کار مواد خوردگی‌زا دارد، مانند ربات‌های در کارگاه‌های تولید شیمیایی، مواد سخت‌افزار باید مقاوم به خوردگی باشند. به عنوان مثال، چارچوب بدنه می‌تواند از فولاد ضد زنگ استفاده کند و اجزای الکترونیکی باید تحت پردازش ضد خوردگی قرار گیرند تا عمر مفید ربات افزایش یابد.

محدودیت‌های فضایی
ربات‌هایی که در فضاهای محدود کار می‌کنند، مانند ربات‌های خدماتی خانگی که در فضاهای داخلی تنگ کار می‌کنند، نیاز به ابعاد کوچک دارند. این نیاز به انتخاب موتورهای کوچک‌تر، سنسورها و ماژول‌های کنترلی در انتخاب سخت‌افزار دارد، همچنین طراحی مناسب چارچوب بدنه برای اجازه حرکت انعطاف‌پذیر در فضای محدود.
برای ربات‌های بزرگ که در فضاهای باز کار می‌کنند، اگرچه محدودیت‌های فضایی نسبتاً کمتر هستند، اما همچنان باید به ترتیب قرارگیری تجهیزات برای تسهیل نصب، نگهداری و عملیات توجه کرد.

(C) عوامل هزینه

هزینه خرید سخت‌افزار
سخت‌افزارهای ربات از برندهای مختلف و مدل‌های مختلف از نظر قیمت اختلاف زیادی دارند. در انتخاب سخت‌افزار، باید به طور جامع به بودجه توجه کرد. به عنوان مثال، برخی اجزای ربات با دقت بالا وارداتی قیمت‌های بالایی دارند، در حالی که محصولات داخلی مشابه با عملکردی که نیازهای پایه را برآورده می‌کنند نسبتاً ارزان‌تر هستند. اگر بودجه محدود است، بر اساس اطمینان از انجام کارهای پایه، سخت‌افزارهای داخلی ارزش‌گذاری شده را انتخاب کنید.
با این حال، توجه داشته باشید که قیمت نباید معیار واحد باشد؛ قیمت‌های بسیار پایین ممکن است نشان‌دهنده کیفیت و عملکرد ناکافی سخت‌افزار باشد که می‌تواند تأثیر بر استفاده طولانی‌مدت و کارایی کار ربات داشته باشد.

هزینه‌های عملیاتی
هزینه‌های عملیاتی ربات شامل مصرف انرژی و هزینه‌های نگهداری است. برخی موتورهای با عملکرد بالا ممکن است مصرف انرژی بالاتری داشته باشند، در حالی که موتورهای صرفه‌جویی در انرژی می‌توانند هزینه‌های عملیاتی را کاهش دهند. در انتخاب سخت‌افزار، به مصرف انرژی آن توجه کنید.
هزینه‌های نگهداری نباید نادیده گرفته شوند. به عنوان مثال، طراحی‌های سخت‌افزاری که اجزا را به راحتی جدا و جایگزین می‌کنند، سختی و هزینه تعمیر را کاهش می‌دهند. علاوه بر این، انتخاب سخت‌افزارهای قابل اعتماد و دوام‌دار می‌تواند تعداد خرابی‌ها را کاهش دهد و در نتیجه هزینه‌های نگهداری را کاهش دهد.

IV. فرآیند انتخاب سخت‌افزار ربات

(A) مشخص کردن نیازها
ابتدا، به طور واضح درک کنید که ربات باید وظیفه خاصی را انجام دهد. آیا این وظیفه لحیم‌کاری یا مدیریت در تولید صنعتی است یا پاک‌کننده و همراه در بخش خدمات؟ پس از مشخص کردن وظیفه، نیازهای ربات به دقت، ظ