Essentiële tips voor het kiezen van robot hardware: Verhoog nu de efficiëntie

I. Het belang van de selectie van robot hardware

Robots spelen tegenwoordig een steeds belangrijkere rol in verschillende sectoren, van industriële productie tot de dienstensector, van wetenschappelijk onderzoek tot het dagelijks leven. Om robots efficiënt en stabiel te laten werken, is de selectie en configuratie van hardware de cruciale eerste stap. Geschikte hardware kan ervoor zorgen dat robots taken nauwkeurig uitvoeren, de werkproductiviteit verbeteren en de kans op storingen verkleinen. Bijvoorbeeld, in de industriële fabricage kan een slecht geconfigureerde robot vaak met operatieve fouten worden geconfronteerd, wat de kwaliteit van de producten en de productievoortgang beïnvloedt. In medische service-robots kan ongeschikte hardware niet nauwkeurig chirurgische assistentie of patientenzorg uitvoeren, en kan zelfs de veiligheid van de patiënt in gevaar brengen. Daarom is de juiste selectie en configuratie van robot hardware de basis voor robots om hun bedoelde functies uit te voeren.

II. Hoofdcomponenten van robot hardware

(A) Mechanische structuur

Lichaamframe
Het lichaamframe van de robot is de fundamentele dragende structuur. Algemene materialen zijn aluminiumlegering en staal. Aluminiumlegeringen zijn lichtgewicht, waardoor de beweging en het functioneren van de robot gemakkelijker wordt, waardoor ze geschikt zijn voor robots met hoge gewichtseisen en frequente bewegingen, zoals logistieke hanteringsrobots. Staalframes hebben hoge sterkte en kunnen grote belastingen dragen, en worden vaak gebruikt in zwaar-industriële robots, zoals lasrobots in autovervaardigingswerkplaatsen, die langdurig de last van lasapparatuur en klapkrachten tijdens lassen moeten doorstaan.
Bij de selectie van een lichaamframe moet rekening worden gehouden met de werkomgeving en taakeisen van de robot. Als er in een ruimtelijk beperkte en gewichtsgevoelige omgeving gewerkt wordt, is een aluminiumlegering frame meer geschikt; voor scenario's met hoge belasting en complexe werkomstandigheden is een stalen frame de betere keuze.

Koppelingen
Koppelingen zijn de belangrijke delen die robots in staat stellen om diverse bewegingen uit te voeren. Algemene types koppelingen zijn draaikoppelingen en lineaire koppelingen. Draaikoppelingen laten de robotarm roteren binnen een vlak of in de ruimte, en hun precisie en torkracht zijn belangrijk. Bijvoorbeeld, robots die in assemblagewerkzaamheden worden gebruikt, vereisen hoge precisie in de hoekcontrole van koppelingen om de nauwkeurige installatie van componenten te garanderen. Lineaire koppelingen bieden beweging in een rechte richting; bijvoorbeeld, de hijskoppeling van een industriële palletiseringsrobot is een lineaire koppeling, die stabiel goederen moet dragen en nauwkeurig hijs- en laadoperaties moet uitvoeren.
Bij de selectie van koppelonderdelen moet de focus liggen op bewegingsprecisie, belastbaarheid en duurzaamheid. Hoge-precisie koppelingen kunnen de bewegingen van de robot nauwkeuriger maken, waardoor de werk-kwaliteit verbetert; koppelingen met hoge belastbaarheid kunnen voldoen aan de behoeften van het dragen van zwaardere gereedschappen of objecten; duurzame koppelingen kunnen weinig storingen garanderen tijdens langdurig gebruik.

(B) Energiestelsel

Motoren
Motoren zijn de hoofdbron van energie voor robots. Algemene types zijn gelijkstroommotoren, wisselstroommotoren en stappenmotoren. Gelijkstroommotoren hebben een eenvoudige constructie en zijn gemakkelijk te besturen, en worden vaak gebruikt in kleine robots met matige snelheids- en torkrachteisen, zoals educatieve robots. Wisselstroommotoren hebben hogere vermogen en efficiëntie, en zijn geschikt voor grote robots in de industriële productie, die continu en stabiele kracht leveren. Stappenmotoren staan bekend om hun hoge-precisie positiecontrolecapaciteit, en worden vaak gebruikt in toepassingen die nauwkeurige bewegingscontrole vereisen, zoals 3D-printrobots, die de positie van de printkop nauwkeurig kunnen controleren om hoge-kwaliteit gedrukte modellen te waarborgen.
Bij de selectie van motoren moet het type worden bepaald op basis van de snelheid, torkrachteisen en controleprecisie van de robot. Robots die snelle bewegingen nodig hebben, kunnen hogevermogende motoren nodig hebben; voor taken met extreem hoge positieprecisie-eisen zijn stappenmotoren of hoge-precisie servomotoren betere keuzes.

Batterij of energievoorziening
Voor mobiele robots of robots die onafhankelijk moeten werken, zijn batterijen een belangrijke energiebron. Algemene batterijtypes zijn lithiumbatterijen en lood-acidumbatterijen. Lithiumbatterijen hebben een hoge energiedichtheid, zijn lichtgewicht en hebben een lage zelfontlading, en worden steeds vaker gebruikt in verschillende draagbare en hoogpresterende robots, zoals drones en robotstofzuigers. Lood-acidumbatterijen hebben lagere kosten en betere veiligheid, maar een relatief lagere energiedichtheid, en worden vaak gebruikt in situaties die gevoelig zijn voor gewicht en kosten, zoals eenvoudige industriële handlingskarren.
Als de robot op een vaste locatie werkt, kan hij energie verkrijgen via een stopcontact. Bij de selectie van batterijen of energievoorzieningen moet rekening worden gehouden met de werkduratie, oplaadtijd en gemakkelijkheid van batterijvervanging van de robot. Voor robots die lange continue werking nodig hebben, selecteer dan hoge-capaciteit, lang uithoudende batterijen of een stabiel energievoorzieningssysteem.

(C) Sensoren

Visuele sensoren
Visuele sensoren fungeren als de "ogen" van de robot, waardoor de robot zijn omgeving kan "zien". Algemene visuele sensoren zijn camera's en LiDAR (Light Detection and Ranging). Camera's kunnen beeld- en video-informatie vastleggen, waardoor robots door middel van beeldverwerkingstechnologie de vorm, kleur en positie van objecten kunnen herkennen. Bijvoorbeeld, in intelligente beveiligingsrobots kunnen camera's personeel en objecten in surveillancegebieden in real time monitoren, afwijkend gedrag identificeren en tijdig alarm slaan. LiDAR meet de tijd van weerkaatst licht na het uitstralen van laserstralen om 3D-omgevingsinformatie te verkrijgen, en maakt nauwkeurig de omgeving van de robot kaart om beter padplanning en obstakelvermijding mogelijk te maken. In robotstofzuigers kan LiDAR kamers kaarten, waardoor zuiveren efficiënter wordt.
Bij de selectie van visuele sensoren moet rekening worden gehouden met resolutie, gezichtsveld, framerate en anti-interferentiecapaciteit. Hoogresolutiesensoren bieden duidelijkere beeldinformatie, een groot gezichtsveld laat de robot een groter gebied in de gaten houden, een hoge framerate garandeert de real-time prestaties van beelden, en sterke anti-interferentiecapaciteit garandeert nauwkeurige werking in complexe omgevingen.

Krachtsensoren
Krachtsensoren detecteren de grootte en richting van de kracht tussen de robot en de externe omgeving. Ze zijn cruciaal voor robottaken die fysieke interactie met objecten vereisen. Bijvoorbeeld, tijdens precieze assemblage kunnen krachtsensoren kleine veranderingen in kracht tijdens het assemblageproces waarnemen, waardoor de robot zijn bewegingen kan aanpassen om correcte componentinstallatie te garanderen en schade door te veel of te weinig kracht te voorkomen.

In industriële slijprobots kan krachtsensoren de slijpkraag in real time monitoren, waardoor constante slijpkwaliteit wordt gegarandeerd. Bij de selectie van krachtsensoren moet de focus liggen op meetnauwkeurigheid, bereik en reactiesnelheid. Hoognauwkeurige krachtsensoren kunnen krachtveranderingen nauwkeuriger detecteren, het juiste bereik moet worden bepaald op basis van de taak van de robot, en snelle reactiesnelheid stelt de robot in staat om snel te reageren op krachtveranderingen.

Afstandsensoren
Afstandsensoren meten de afstand tussen de robot en omringende objecten. Algemene typen zijn ultrasonische sensoren en infraroodsensoren. Ultrasonische sensoren stralen ultrageluidsgolven uit en meten de weerkaatste golven om de afstand te bepalen, geschikt voor kortebereikmeting met een nauwkeurigheid meestal op centimeter-niveau, en worden vaak gebruikt voor obstakelvermijding in kleine robots, zoals huishoudelijke robotstofzuigers die ultrasonische sensoren gebruiken om de afstanden tot muren en meubels te detecteren om botsingen te voorkomen.

Infraroodsensoren gebruiken infraroodlicht om afstand te detecteren, met een relatief smaller detectiebereik maar snelle reactiesnelheid, en worden vaak gebruikt in toepassingen met hoge detectiesnelheidsvereisten, zoals eenvoudige obstakelvermijdingsfuncties in speelgoedrobots. Bij de selectie van afstandsensoren moet rekening worden gehouden met meetbereik, nauwkeurigheid en aanpassing aan verschillende omgevingen. Verschillende soorten afstandsensoren kunnen zich anders gedragen onder verschillende omstandigheden; bijvoorbeeld, infraroodsensoren kunnen worden gestoord in complexe verlichtingsomstandigheden, terwijl ultrasonische sensoren relatief stabiler zijn.

III. Factoren om rekening mee te houden bij de selectie van robot hardware

(A) Taakeisen

Nauwkeurigheidsvereisten
Als de taak van de robot extreem hoge nauwkeurigheidsvereisten heeft, zoals lithografierobots in chipfabricage, dan moet de nauwkeurigheid van de verschillende componenten een belangrijk punt zijn bij de selectie van hardware. Motoren hebben hoge-precisie encoders nodig om de bewegingsnauwkeurigheid te garanderen, koppelonderdelen moeten minimale bewegingsfouten hebben, en sensoren hebben ook hoge-resolutie en hoge-precisie modellen nodig.

Bijvoorbeeld, de resolutie van de visuele sensor kan micrometer-niveau moeten bereiken om chip lithografietaken nauwkeurig te voltooien. Voor algemene assemblagetaken met relatief lagere nauwkeurigheidsvereisten kunnen hardwarecomponenten met hogere kosteneffectiviteit en matige nauwkeurigheid worden geselecteerd. Zorg er echter voor dat ze de basale nauwkeurigheidsnormen voldoen om de assemblagekwaliteit te garanderen.

Belastbaarheid
Wanneer een robot zware objecten moet dragen, is belastbaarheid een belangrijk overwegingspunt. Bijvoorbeeld, een containerhanteringsrobot in een haven moet containers van enkele tonnen dragen, waardoor het lichaamframe, koppelonderdelen en energiestelsel voldoende belastbaarheid moeten hebben.

Motoren moeten genoeg torkracht leveren om de robot in staat te stellen zware lasten te dragen, koppelingen moeten de corresponderende gewichten en spanningen kunnen weerstaan, en het lichaamframe moet robuust en duurzaam zijn. Als de robot alleen lichte operaties uitvoert, zoals het oppakken en neerzetten van kleine componenten op een elektronica-productielijn, is de belastbaarheidseis relatief laag, waardoor lichtere hardwareconfiguraties met kleinere belastbaarheid mogelijk zijn.

Snelheidsvereisten
Voor robots die taken snel moeten voltooien, zoals pakket-sorteerrobots, is snelheid een belangrijke indicator. Dit vereist de selectie van motoren met hoge rotatiesnelheid en snelle respons, evenals koppelingen met snelle beweging en flexibele beweging. Tegelijkertijd moet het controlesysteem van de robot data efficiënt verwerken om ervoor te zorgen dat de robot op het ingestelde snelle tempo werkt.
Voor robottaken met lagere snelheidsvereisten, zoals landbouwoogstrobots die in relatief ontspannen omgevingen werken, kunnen hardwareconfiguraties met matige snelheid maar lagere kosten worden geselecteerd om prestaties en kosten in balans te brengen.

(B) Werkomgevingsfactoren

Temperatuur en vochtigheid
Robots die werken in hoge temperatuur omgevingen, zoals hoge temperatuur oven inspectie robots in metallurgische industrieën, vereisen hardware met hoge temperatuurbestendigheid. Motorisolatiematerialen moeten hoge temperaturen kunnen weerstaan, elektronische componenten moeten stabiel werken onder hoge temperaturen, en lichaamframe materialen kunnen ook speciale hoge sterkte, hoge temperatuurbestendige legeringen nodig hebben.
Voor robots die werken in vochtige omgevingen, zoals onderwater exploratie robots, moet de waterdichte en vochtbestendige prestaties van de hardware worden overwogen. Printplaten hebben speciale vochtbestendige behandeling nodig, en motoren en sensoren moeten goed gesloten zijn om waterschade te voorkomen.

Stof en corrosieve stoffen
In stoffige omgevingen, zoals mijninspectierobots ondergronds, kan stof gemakkelijk het interieur van de robot binnendringen, waardoor de normale werking van de hardware wordt beïnvloed. Daarom heeft de robot een goede stofbestendige ontwerp nodig, motoren en sensoren moeten stofkapjes hebben, en openingen in het lichaamframe moeten worden afgesloten.
Als de werkomgeving corrosieve stoffen bevat, zoals robots in chemische productiewerkplaatsen, moeten de hardwarematerialen corrosiebestendig zijn. Bijvoorbeeld, het lichaamframe kan roestvrij staal gebruiken, en elektronische componenten moeten anti-corrosie behandeling ondergaan om de levensduur van de robot te verlengen.

Ruimtebeperkingen
Robots die werken in beperkte ruimtes, zoals huisservice-robots die in smalle binnenruimtes opereren, vereisen compacte afmetingen. Dit vereist de selectie van kleinere motoren, sensoren en controlemodules tijdens de hardwareselectie, terwijl het lichaamframe redelijk moet worden ontworpen om flexibele beweging binnen beperkte ruimte mogelijk te maken.
Voor grote robots die in open ruimtes werken, zijn de ruimtebeperkingen relatief laag, maar moet de rationaliteit van de apparatuurindeling nog steeds worden overwogen voor gemakkelijke installatie, onderhoud en bediening.

(C) Kostenfactoren

Hardwareaanschafkosten
Verschillende merken en modellen van robothardware variëren sterk in prijs. Bij de selectie van hardware moet het budget alomvattend worden overwogen. Bijvoorbeeld, sommige ingevoerde hoge-precisie robotcomponenten zijn duur, terwijl vergelijkbare nationale producten met prestaties die aan de basisvereisten voldoen, relatief goedkoper zijn. Als het budget beperkt is, selecteer dan kosteneffectieve nationale hardware op voorwaarde dat de basis-taak wordt voltooid.
Let echter op dat de prijs niet het enige criterium moet zijn; te lage prijzen kunnen wijzen op ontoereikende hardwarekwaliteit en -prestaties, wat de langetermijngebruik en werkdoeltreffendheid van de robot kan beïnvloeden.

Bedrijfskosten
De bedrijfskosten van robots omvatten energieverbruik en onderhoudskosten. Sommige hoogwaardige motoren kunnen een hoger energieverbruik hebben, terwijl energiebesparende motoren de bedrijfskosten kunnen verlagen. Bij de selectie van hardware moet het energieverbruik worden overwogen.
Onderhoudskosten mogen niet worden genegeerd. Bijvoorbeeld, hardwareontwerpen die gemakkelijk te demonteren en vervangen zijn, verlagen de reparatiecomplexiteit en -kosten. Bovendien, door betrouwbare en duurzame hardware te selecteren, kan de frequentie van storingen worden verlaagd, waardoor de onderhoudskosten worden verlaagd.

IV. Proces van robot hardware selectie

(A) Vereisten duidelijk maken
Eerst duidelijk begrijpen welke specifieke taak de robot moet uitvoeren. Is het lassen of hanteren in industriële productie, of schoonmaken en gezelschap in de dienstensector? Na de taak te hebben verduidelijkt, bepaal de vereisten van de robot voor nauwkeurigheid, belastbaarheid, snelheid, enz. Bijvoorbeeld, als het een robot is voor het lassen van elektronische circuitboards, vereist dit extreem hoge precisie om kleine elektronische componenten nauwkeurig op het circuitboard te lassen; als het een goederenhanteringsrobot is in een logistiek magazijn, vereist dit grotere belastbaarheid en snellere werksnelheid.

(B) Marktonderzoek
Voer uitgebreid onderzoek uit naar robot hardware-leveranciers en -producten op de markt. Begrijp de kenmerken, prestatieparameters, prijzen en gebruikersrecensies van verschillende merken en modellen. Relevante informatie kan worden verkregen via internetzoeken, branche-exposities en het raadplegen van professionals. Bijvoorbeeld, zoek online de officiële websites van robot hardware-leveranciers om productbeschrijvingen te bekijken; bezoek robotindustrie-exposities om verschillende hardwareproducten persoonlijk te ervaren; raadpleeg bedrijven die al robots gebruiken om te leren over hun ervaringen en lessen bij de hardwareselectie.

(C) Plannen opstellen
Gebaseerd op de onderzoeksresultaten en verduidelijkte vereisten, ontwikkel meerdere hardware selectie- en configuratieplannen. In het plan vermeld in detail het merk, model, specificaties en geschatte kosten van elke hardwarecomponent. Vergelijk en analyseer verschillende plannen, weeg hun voor- en nadelen. Bijvoorbeeld, Plan A kan geïmporteerde hoge-precisie motoren gebruiken, maar heeft hogere kosten; Plan B gebruikt nationaal geproduceerde kosteneffectieve motoren, met iets lagere precisie, maar voldoet aan de basis-taakvereisten tegen lagere kosten. Door dergelijke vergelijkingen kan het meest geschikte plan worden geselecteerd.

(D) Testen en evalueren
Vóór de daadwerkelijke aankoop van hardware, voer kleine-schaal testen en evaluaties uit. Indien mogelijk, bouw een eenvoudig testplatform, installeer kandidaat-hardwarecomponenten, voer enkele gesimuleerde taken uit en observeer de werking van de robot. Test of indicatoren zoals nauwkeurigheid, stabiliteit en betrouwbaarheid aan de vereisten voldoen. Bijvoorbeeld, voor visuele sensoren, plaats objecten met verschillende vormen en kleuren op het testplatform om te detecteren of de robot ze nauwkeurig kan herkennen en lokaliseren; voor koppelonderdelen, observeer of er problemen zijn zoals vastlopen of trillingen tijdens de beweging. Op basis van de test- en evaluatie-resultaten, optimaliseer en pas het selectieplan verder aan.

V. Conclusie
De selectie en configuratie van robot hardware is een complex en cruciaal proces dat direct invloed heeft op de efficiëntie en stabiliteit waarmee de robot zijn taken kan uitvoeren. Tijdens het selectieproces moeten verschillende aspecten zoals de taakeisen, werkomgevingsfactoren en kostenfactoren van de robot volledig worden overwogen. Door processen van vereisten verduidelijken, marktonderzoek, plannen opstellen en testen en evalueren, kan de meest geschikte hardwareconfiguratie worden geselecteerd. Alleen op deze manier kunnen er high-performance, kosteneffectieve robots worden gebouwd, waardoor ze hun waarde maximaal kunnen benutten in verschillende sectoren, robottechnologie continu kan worden geavanceerd, en meer gemak en innovatie kan worden gebracht in de productie en dagelijkse levens van mensen.