Conseils essentiels pour le choix du matériel robotique : Améliorez l'efficacité dès maintenant

I. L'importance du choix du matériel robotique

Les robots jouent désormais un rôle de plus en plus important dans divers domaines, allant de la production industrielle à l'industrie des services, de la recherche scientifique à la vie quotidienne. Pour permettre aux robots de fonctionner efficacement et de manière stable, le choix et la configuration du matériel sont la première étape clé. Un matériel approprié peut garantir que les robots exécutent leurs tâches avec précision, améliorent l'efficacité du travail et réduisent la probabilité de pannes. Par exemple, dans la fabrication industrielle, un robot mal configuré peut rencontrer fréquemment des erreurs d'exploitation, affectant la qualité des produits et le progrès de la production. Dans les robots de service médical, un matériel inapproprié peut ne pas être capable d'exécuter correctement des tâches d'assistance chirurgicale ou de soins aux patients, et pourrait même mettre en danger la sécurité des patients. Par conséquent, le choix et la configuration corrects du matériel robotique sont la base pour que les robots remplissent leurs fonctions prévues.

II. Composants principaux du matériel robotique

(A) Structure mécanique

Châssis
Le châssis du robot est sa structure de soutien fondamentale. Les matériaux courants incluent l'alliage d'aluminium et l'acier. Les châssis en alliage d'aluminium sont légers, facilitant le déplacement et l'opération du robot, ce qui les rend adaptés aux robots ayant des exigences élevées en termes de poids et nécessitant des mouvements fréquents, tels que les robots de manutention logistique. Les châssis en acier ont une grande résistance et peuvent supporter de lourdes charges, couramment utilisés dans les robots industriels lourds, tels que les robots de soudage dans les ateliers de fabrication automobile, qui doivent supporter le poids de l'équipement de soudage et les forces d'impact pendant le soudage sur de longues périodes.
Lors du choix d'un châssis, il faut prendre en compte l'environnement de travail et les exigences de la tâche du robot. Si le robot travaille dans un espace limité et sensible au poids, un châssis en alliage d'aluminium est plus adapté ; pour des scénarios avec des charges élevées et des conditions de travail complexes, un châssis en acier est le meilleur choix.

Composants articulaires
Les articulations sont les parties clés permettant aux robots d'effectuer divers mouvements. Les types d'articulations courants incluent les articulations rotatives et linéaires. Les articulations rotatives permettent au bras robotique de tourner dans un plan ou dans l'espace, et leur précision et leur capacité de couple sont importantes. Par exemple, les robots utilisés dans les travaux d'assemblage nécessitent un contrôle de haute précision des angles d'articulation pour assurer l'installation précise des composants. Les articulations linéaires fournissent un mouvement dans une direction droite ; par exemple, l'articulation de levage d'un robot de palettisation industriel est une articulation linéaire, qui doit porter la charge de manière stable et effectuer des opérations de levage et de descente avec précision.
Lors du choix des composants articulaires, il faut se concentrer sur la précision du mouvement, la capacité de charge et la durabilité. Des articulations de haute précision peuvent rendre les mouvements du robot plus précis, améliorant ainsi la qualité du travail ; des articulations avec une forte capacité de charge peuvent répondre aux besoins de transport d'outils ou d'objets plus lourds ; des articulations durables peuvent assurer moins de pannes lors d'une utilisation à long terme.

(B) Système de puissance

Moteurs
Les moteurs sont la principale source de puissance pour les robots. Les types courants incluent les moteurs à courant continu (CC), les moteurs à courant alternatif (CA) et les moteurs pas à pas. Les moteurs CC ont une structure simple et sont faciles à contrôler, couramment utilisés dans les petits robots avec des exigences modérées en termes de vitesse et de couple, tels que les robots éducatifs. Les moteurs CA offrent une puissance et une efficacité plus élevées, adaptés aux grands robots dans la production industrielle, fournissant une puissance continue et stable. Les moteurs pas à pas sont connus pour leur capacité de contrôle de position de haute précision, souvent utilisés dans des applications nécessitant un contrôle de mouvement précis, tels que les robots d'impression 3D, qui peuvent contrôler précisément la position de la tête d'impression pour assurer des modèles imprimés de haute qualité.
Lors du choix des moteurs, déterminez le type en fonction des exigences de vitesse, de couple et de précision de contrôle du robot. Les robots nécessitant un mouvement rapide peuvent avoir besoin de moteurs de plus grande puissance ; pour des tâches avec des exigences de précision de position extrêmement élevées, les moteurs pas à pas ou les moteurs servos de haute précision sont de meilleurs choix.

Batterie ou alimentation électrique
Pour les robots mobiles ou nécessitant une opération autonome, les batteries sont une source de puissance importante. Les types de batteries courants incluent les batteries lithium et les batteries plomb-acide. Les batteries lithium ont une densité d'énergie élevée, sont légères et ont des taux d'autodécharge faibles, de plus en plus utilisées dans divers robots portables et à haute performance, tels que les drones et les aspirateurs robotiques. Les batteries plomb-acide ont un coût inférieur et une meilleure sécurité, mais une densité d'énergie relativement plus faible, couramment utilisées dans des situations sensibles au poids et au coût, telles que les chariots de manutention industrielle simples.
Si le robot fonctionne à un emplacement fixe, il peut obtenir de l'énergie via une prise électrique. Lors du choix des batteries ou des alimentations, prenez en compte la durée d'exploitation, le temps de charge et la facilité de remplacement de la batterie. Pour les robots nécessitant une opération continue prolongée, sélectionnez des batteries de grande capacité, à longue autonomie, ou un système d'alimentation stable.

(C) Capteurs

Capteurs de vision
Les capteurs de vision agissent comme les "yeux" du robot, lui permettant de "voir" son environnement. Les capteurs de vision courants incluent les caméras et le LiDAR (Light Detection and Ranging). Les caméras peuvent capturer des informations d'image et de vidéo, permettant aux robots de reconnaître la forme, la couleur et la position des objets grâce à la technologie de traitement d'image. Par exemple, dans les robots de sécurité intelligents, les caméras peuvent surveiller en temps réel le personnel et les objets dans les zones de surveillance, identifier les comportements anormaux et émettre des alarmes opportunes. Le LiDAR mesure le temps de réflexion de la lumière après l'émission de faisceaux laser pour obtenir des informations environnementales 3D, cartographiant précisément l'environnement du robot pour aider à une meilleure planification de trajectoire et à l'évitement d'obstacles. Dans les aspirateurs robotiques, le LiDAR peut créer des cartes de pièces, permettant un nettoyage plus efficace.
Lors du choix des capteurs de vision, prenez en compte la résolution, le champ de vision, le taux d'images et la capacité anti-interférences. Les capteurs de haute résolution fournissent des informations d'image plus claires, un grand champ de vision permet au robot de surveiller une zone plus large, un taux d'images élevé assure la performance en temps réel des images, et une forte capacité anti-interférences assure un fonctionnement précis dans des environnements complexes.

Capteurs de force
Les capteurs de force détectent l'intensité et la direction de la force entre le robot et l'environnement extérieur. Ils sont cruciaux dans les tâches robotiques nécessitant une interaction physique avec des objets. Par exemple, lors d'un assemblage précis, les capteurs de force peuvent percevoir de petits changements de force pendant le processus d'assemblage, permettant au robot d'ajuster ses mouvements pour assurer l'installation correcte des composants et éviter les dommages dus à une force excessive ou insuffisante.

Dans les robots de meulage industriels, les capteurs de force peuvent surveiller en temps réel la force de meulage, assurant une qualité de meulage constante. Lors du choix des capteurs de force, concentrez-vous sur la précision de mesure, la plage et la vitesse de réponse. Des capteurs de force de haute précision peuvent détecter plus précisément les changements de force, la plage appropriée doit être déterminée en fonction de la tâche du robot, et une vitesse de réponse rapide permet au robot de réagir rapidement aux changements de force.

Capteurs de distance
Les capteurs de distance mesurent la distance entre le robot et les objets environnants. Les types courants incluent les capteurs ultrasonores et infrarouges. Les capteurs ultrasonores émettent des ondes ultrasonores et mesurent les ondes réfléchies pour déterminer la distance, adaptés à la mesure de courte portée avec une précision typiquement au niveau du centimètre, couramment utilisés pour l'évitement d'obstacles dans les petits robots, tels que les aspirateurs robotiques domestiques utilisant des capteurs ultrasonores pour détecter les distances aux murs et aux meubles afin d'éviter les collisions.

Les capteurs infrarouges utilisent la lumière infrarouge pour détecter la distance, avec une plage de détection relativement plus étroite mais une vitesse de réponse rapide, couramment utilisés dans des applications nécessitant une vitesse de détection élevée, telles que les fonctions d'évitement d'obstacles simples dans les robots jouets. Lors du choix des capteurs de distance, prenez en compte la plage de mesure, la précision et l'adaptabilité à différents environnements. Différents types de capteurs de distance peuvent se comporter différemment dans diverses conditions ; par exemple, les capteurs infrarouges peuvent être perturbés dans des environnements d'éclairage complexes, tandis que les capteurs ultrasonores sont relativement plus stables.

III. Facteurs à considérer dans le choix du matériel robotique

(A) Exigences de la tâche

Exigences de précision
Si la tâche du robot a des exigences de précision extrêmement élevées, tels que les robots de lithographie dans la fabrication de puces, alors la précision de divers composants doit être un point clé lors du choix du matériel. Les moteurs ont besoin d'encodeurs de haute précision pour assurer la précision du mouvement, les composants articulaires doivent avoir une erreur de mouvement minimale, et les capteurs doivent également être de modèles à haute résolution et haute précision.

Par exemple, la résolution de son capteur de vision peut devoir atteindre le niveau micrométrique pour accomplir précisément les tâches de lithographie de puces. Pour des tâches d'assemblage générales avec des exigences de précision relativement plus basses, des composants matériels offrant un meilleur rapport qualité-prix et une précision modérée peuvent être sélectionnés. Cependant, assurez-vous qu'ils répondent aux normes de précision de base pour garantir la qualité de l'assemblage.

Capacité de charge
Lorsqu'un robot doit transporter des objets lourds, la capacité de charge est un facteur clé. Par exemple, un robot de manutention de conteneurs dans un port doit transporter des conteneurs pesant plusieurs tonnes, nécessitant que le châssis, les composants articulaires et le système de puissance aient une capacité de charge suffisante.

Les moteurs doivent fournir suffisamment de couple pour entraîner le robot à porter des charges lourdes, les articulations doivent supporter le poids et la tension correspondants, et le châssis doit être solide et durable. Si le robot n'effectue que des opérations légères, telles que la prise et la pose de petits composants sur une ligne de production électronique, la capacité de charge requise est relativement faible, permettant des configurations matérielles plus légères avec une capacité de charge plus petite.

Exigences de vitesse
Pour les robots devant accomplir des tâches rapidement, tels que les robots de tri de colis, la vitesse est un indicateur important. Cela nécessite la sélection de moteurs à haute vitesse de rotation et à réponse rapide, ainsi que des articulations à mouvement rapide et flexible. Simultanément, le système de contrôle du robot doit traiter efficacement les données pour assurer que le robot fonctionne au rythme rapide prévu.
Pour les tâches robotiques avec des exigences de vitesse plus basses, tels que les robots de récolte agricole travaillant dans des environnements relativement détendus, des configurations matérielles avec une vitesse modérée mais un coût plus bas peuvent être sélectionnées pour équilibrer les performances et le coût.

(B) Facteurs liés à l'environnement de travail

Température et humidité
Les robots travaillant dans des environnements à haute température, tels que les robots d'inspection de fours à haute température dans l'industrie métallurgique, nécessitent un matériel résistant à la chaleur. Les matériaux d'isolation des moteurs doivent résister à des températures élevées, les composants électroniques doivent fonctionner de manière stable sous de hautes températures, et les matériaux du châssis peuvent également devoir être des alliages spéciaux à haute résistance et résistants à la chaleur.
Pour les robots travaillant dans des environnements humides, tels que les robots d'exploration sous-marine, prenez en compte la performance étanche et antihumidité du matériel. Les circuits imprimés nécessitent un traitement spécial antihumidité, et les moteurs et les capteurs doivent être bien scellés pour éviter les dommages dus à l'eau.

Poussière et substances corrosives
Dans des environnements poussiéreux, tels que les robots d'inspection dans les mines souterraines, la poussière peut facilement pénétrer à l'intérieur du robot, affectant le fonctionnement normal du matériel. Par conséquent, le robot a besoin d'une conception résistante à la poussière, les moteurs et les capteurs devraient avoir des couvercles anti-poussière, et les interstices du châssis devraient être scellés.
Si l'environnement de travail contient des substances corrosives, tels que les robots dans les ateliers de production chimique, les matériaux du matériel doivent être résistants à la corrosion. Par exemple, le châssis peut utiliser de l'acier inoxydable, et les composants électroniques devraient subir un traitement anticorrosion pour prolonger la durée de vie du robot.

Contraintes spatiales
Les robots travaillant dans des espaces limités, tels que les robots de service domestique opérant dans des espaces intérieurs étroits, nécessitent des dimensions compactes. Cela nécessite la sélection de moteurs, de capteurs et de modules de contrôle plus petits lors du choix du matériel, tout en concevant raisonnablement le châssis pour permettre un déplacement flexible dans un espace limité.
Pour les grands robots travaillant dans des espaces ouverts, bien que les contraintes spatiales soient relativement faibles, la rationalité de la disposition de l'équipement doit toujours être prise en compte pour faciliter l'installation, la maintenance et l'exploitation.

(C) Facteurs de coût

Coût d'achat du matériel
Les différents marques et modèles de matériel robotique varient considérablement en prix. Lors du choix du matériel, prenez en compte le budget de manière globale. Par exemple, certains composants robotiques de haute précision importés sont coûteux, tandis que des produits similaires fabriqués localement avec des performances répondant aux exigences de base sont relativement moins chers. Si le budget est limité, sélectionnez du matériel local rentable sous réserve d'assurer l'accomplissement de la tâche de base.
Cependant, notez que le prix ne doit pas être le seul critère ; des prix excessivement bas peuvent indiquer une qualité et des performances insuffisantes du matériel, affectant l'utilisation à long terme et l'efficacité du travail du robot.

Coût d'exploitation
Les coûts d'exploitation du robot comprennent la consommation d'énergie et les frais de maintenance. Certains moteurs de haute performance peuvent avoir une consommation d'énergie plus élevée, tandis que des moteurs économes en énergie peuvent réduire les coûts d'exploitation. Lors du choix du matériel, prenez en compte sa consommation d'énergie.
Les coûts de maintenance ne doivent pas être négligés. Par exemple, des conceptions de matériel faciles à démonter et à remplacer réduisent la difficulté et le coût de la réparation. De plus, la sélection de matériel fiable et durable peut réduire la fréquence des pannes, réduisant ainsi les coûts de maintenance.

IV. Processus de choix du matériel robotique

(A) Clarifier les exigences
Tout d'abord, comprenez clairement quelle tâche spécifique le robot doit effectuer. S'agit-il de soudage ou de manutention dans la production industrielle, ou de nettoyage et de compagnie dans le secteur des services ? Après avoir clarifié la tâche, déterminez les exigences du robot en termes de précision, de capacité de charge, de vitesse, etc. Par exemple, si c'est un robot pour le soudage de circuits imprimés électroniques, il nécessite une précision extrêmement élevée pour souder précisément de petits composants électroniques sur le circuit imprimé ; si c'est un robot de manutention de marchandises dans un entrepôt logistique, il nécessite une plus grande capacité de charge et une vitesse d'opération plus rapide.

(B) Recherche de marché
Effectuez une recherche approfondie sur les fournisseurs et les produits de matériel robotique sur le marché. Comprenez les caractéristiques, les paramètres de performance, les prix et les avis d'utilisateurs de différentes marques et modèles. Ces informations peuvent être obtenues par des recherches en ligne, des salons professionnels et des consultations auprès d'experts. Par exemple, consultez les sites web officiels des fournisseurs de matériel robotique en ligne pour voir les descriptions des produits ; participez à des salons de l'industrie robotique pour expérimenter différents produits de matériel de première main ; consultez les entreprises qui ont déjà utilisé des robots pour apprendre de leurs expériences et des leçons tirées de la sélection de matériel.

(C) Élaboration de plans
Sur la base des résultats de la recherche et des exigences clarifiées, élaborer plusieurs plans de sélection et de configuration de matériel. Dans le plan, listez en détail la marque, le modèle, les spécifications et le coût estimé de chaque composant matériel. Comparez et analysez différents plans, pesez leurs avantages et inconvénients. Par exemple, le Plan A peut utiliser des moteurs de haute précision importés mais a un coût plus élevé ; le Plan B utilise des moteurs nationaux économiques, avec une précision légèrement inférieure mais répondant aux exigences de base de la tâche à un coût inférieur. À travers de telles comparaisons, sélectionnez le plan le plus adapté.

(D) Tests et évaluation
Avant d'acheter effectivement le matériel, effectuez des tests et des évaluations à petite échelle. Si possible, construisez une plateforme de test simple, installez les composants de matériel candidats, exécutez quelques tâches simulées et observez le fonctionnement du robot. Testez si les indicateurs tels que la précision, la stabilité et la fiabilité répondent aux exigences. Par exemple, pour les capteurs de vision, placez des objets de formes et de couleurs différentes sur la plateforme de test pour détecter si le robot peut les reconnaître et les localiser précisément ; pour les composants articulaires, observez s'il y a des problèmes tels que des blocages ou des tremblements lors du mouvement. Sur la base des résultats des tests et de l'évaluation, optimisez et ajustez davantage le plan de sélection.

V. Conclusion
Le choix et la configuration du matériel robotique sont un processus complexe et critique, affectant directement la capacité du robot à accomplir efficacement et de manière stable ses tâches de travail. Au cours du processus de sélection, prenez pleinement en compte plusieurs aspects tels que les exigences de la tâche du robot, les facteurs liés à l'environnement de travail et les facteurs de coût. Grâce aux processus de clarification des exigences, de recherche de marché, d'élaboration de plans et de tests d'évaluation, sélectionnez la configuration matérielle la plus appropriée. Seulement de cette manière, des robots performants et économiques peuvent être construits, leur permettant de maximiser leur valeur dans divers domaines, d'avancer continuellement la technologie robotique et d'apporter plus de commodités et d'innovations à la production et à la vie quotidienne des gens.