מבוא לידע רובוט תעשייתי

רובוט תעשייתיs נמצאים בשימוש נרחב בייצור תעשייתי, כגון ייצור רכב, מכשירי חשמל, מזון וכו'. הם יכולים להחליף פעולות מכניות שחוזרות על עצמן והן מכונות המסתמכות על הכוח והשליטה שלהן כדי להשיג פונקציות שונות. הוא יכול לעמוד בפקודה אנושית ויכול לפעול גם לפי תוכניות מתוכנתות מראש. עכשיו אנחנו מדברים על המרכיבים העיקריים הבסיסיים שלרובוט תעשייתיs.

1. נושא

המנגנון העיקרי הוא בסיס המכונה ומנגנון ההפעלה, כולל הזרוע הגדולה, האמה, שורש כף היד והיד, המהווים מערכת מכנית מרובת דרגות חופש. לחלק מהרובוטים יש גם מנגנוני הליכה.רובוט תעשייתיsיש 6 דרגות חופש או אפילו יותר. לפרק כף היד יש בדרך כלל 1 עד 3 מעלות של חופש תנועה.

2. מערכת הנעה

מערכת הנהיגה שלרובוט תעשייתיsמחולק לשלוש קטגוריות לפי מקור הכוח: הידראולי, פנאומטי וחשמלי. ניתן לשלב את שלושת הסוגים הללו גם למערכת הנעה מורכבת בהתאם לדרישות. או מונע בעקיפין באמצעות מנגנוני העברה מכניים כגון חגורות סינכרוניות, רכבות גלגלי שיניים וגלגלי שיניים. למערכת ההנעה התקן כוח ומנגנון שידור, המשמשים ליישום הפעולות המתאימות של המנגנון. לכל אחד משלושת הסוגים הללו של מערכות הנעה בסיסיות יש מאפיינים משלו. הזרם המרכזי הנוכחי הוא מערכת ההנעה החשמלית. בשל האינרציה הנמוכה, נעשה שימוש נרחב במנועי סרוו AC ו-DC עם מומנט גדול ובכונני הסרוו התומכים שלהם (ממירי תדר AC, מאפננים רוחב דופק DC). מערכת מסוג זה אינה דורשת המרת אנרגיה, קלה לשימוש ובעלת שליטה רגישה. רוב המנועים דורשים מנגנון הילוכים עדין: מפחית. שיניו משתמשות בממיר מהירות הילוכים כדי להפחית את מספר הסיבובים ההפוכים של המנוע למספר הנדרש של סיבובים לאחור ולקבל התקן מומנט גדול יותר, ובכך להפחית את המהירות ולהגדיל את המומנט. כאשר העומס גדול, מנוע הסרוו מוגדל באופן עיוור. ההספק חסכוני מאוד, וניתן להגדיל את מומנט היציאה באמצעות מפחית בטווח מהירות מתאים. מנועי סרוו מועדים לחום ולרעידות בתדר נמוך כאשר הם פועלים בתדרים נמוכים. עבודה ארוכת טווח וחוזרת על עצמה אינה תורמת להבטחת פעולה מדויקת ואמינה. קיומו של מנוע הפחתת הדיוק מאפשר למנוע הסרוו לפעול במהירות מתאימה, מחזק את קשיחות גוף המכונה ומוציא מומנט גדול יותר. יש היום שני מפחיתים מיינסטרים: מפחית הרמוני ומפחית RV.

3. מערכת בקרה

המערכת בקרת רובוטהוא המוח של הרובוט והגורם העיקרי שקובע את תפקודי הרובוט ותפקודיו. מערכת הבקרה שולחת אותות פקודה למערכת הנהיגה ולמנגנון הביצוע בהתאם לתוכנית הקלט, ושולטת בהם. המשימה העיקרית שלרובוט תעשייתי טכנולוגיית בקרה היא לשלוט במגוון הפעילויות, היציבה והמסלול, וזמן הפעולה שלרובוט תעשייתיs בחלל העבודה. יש לו מאפיינים של תכנות פשוט, תפעול תפריט תוכנה, ממשק אינטראקציה ידידותית בין אדם למחשב, הנחיות הפעלה מקוונות ושימוש נוח. מערכת הבקר היא הליבה של הרובוט, וחברות זרות רלוונטיות סגורות היטב לניסויים שלנו. בשנים האחרונות, עם התפתחות טכנולוגיית המיקרו-אלקטרוניקה, הביצועים של המיקרו-מעבדים הפכו גבוהים יותר ויותר, והמחיר הפך זול יותר ויותר. כעת, הופיעו בשוק מיקרו-מעבדים של 32 סיביות בעלות של 1-2 דולר אמריקאי. מיקרו-מעבדים חסכוניים הביאו הזדמנויות פיתוח חדשות לבקרי רובוט, מה שמאפשר לפתח בקרי רובוט בעלות נמוכה ובעלי ביצועים גבוהים. על מנת שהמערכת תהיה בעלת יכולות מחשוב ואחסון מספקות, בקרי רובוט מורכבים כיום בעיקר מסדרות ARM חזקות, סדרת DSP, סדרת POWERPC, סדרת אינטל ושבבים נוספים.   מכיוון שהתפקודים והפונקציות של שבבים קיימים לשימוש כללי אינם יכולים לעמוד במלוא הדרישות של חלק ממערכות הרובוטים מבחינת מחיר, פונקציונליות, אינטגרציה וממשקים, הדבר הוליד את הדרישה לטכנולוגיית SoC (System on Chip) במערכות רובוט. המעבד משולב עם הממשקים הנדרשים, מה שיכול לפשט את התכנון של מעגלים היקפיים למערכת, להקטין את גודל המערכת ולהפחית עלויות. לדוגמה, Actel משלבת ליבות מעבד NEOS או ARM7 במוצרי ה-FPGA שלה כדי ליצור מערכת SoC שלמה. מבחינת בקרי טכנולוגיית רובוטים, המחקר שלה מתרכז בעיקר בארה"ב וביפן, ויש מוצרים בוגרים כמו חברת DELTATAU האמריקאית, Pengli Co., Ltd היפנית וכו'. בקר התנועה שלו לוקח את טכנולוגיית ה-DSP בתור שלו. הליבה ומאמץ מבנה פתוח מבוסס PC. 4. אפקטור קצה אפקטור הקצה הוא רכיב המחובר למפרק האחרון של המניפולטור. הוא משמש בדרך כלל כדי לתפוס חפצים, להתחבר למנגנונים אחרים ולבצע משימות נדרשות. יצרני רובוטים בדרך כלל אינם מתכננים או מוכרים אפקטורי קצה; ברוב המקרים, הם מספקים רק תפסן פשוט. בדרך כלל האפקטור הקצה מותקן על אוגן 6 הצירים של הרובוט כדי להשלים משימות בסביבה נתונה, כגון ריתוך, צביעה, הדבקה וטעינה ופריקה של חלקים, שהן משימות שדורשות לבצע רובוטים.

סקירה כללית של מנועי סרוו דרייבר סרוו, המכונה גם "בקר סרוו" ו"מגבר סרוו", הוא בקר המשמש לשליטה במנועי סרוו. תפקידו דומה לזה של ממיר תדרים במנועי AC רגילים, והוא חלק ממערכת הסרוו. בדרך כלל, מנוע הסרוו נשלט באמצעות שלוש שיטות: מיקום, מהירות ומומנט כדי להשיג מיקום דיוק גבוה של מערכת ההילוכים.

1. סיווג מנועי סרוו הוא מחולק לשתי קטגוריות: מנועי סרוו DC ו-AC.

מנועי סרוו AC מחולקים עוד יותר למנועי סרוו אסינכרוניים ולמנועי סרוו סינכרוניים. כיום, מערכות AC מחליפות בהדרגה את מערכות DC. בהשוואה למערכות DC, למנועי סרוו AC יש את היתרונות של אמינות גבוהה, פיזור חום טוב, מומנט אינרציה קטן ויכולת לפעול בלחץ גבוה. מכיוון שאין מברשות וגלגלי היגוי, מערכת הסרוו AC הופכת גם למערכת סרוו ללא מברשות, והמנועים המשמשים בה הם מנועים אסינכרוניים מסוג כלוב ומנועים סינכרוניים מגנט קבוע עם מבנה ללא מברשות. 1) מנועי סרוו DC מחולקים למנועים מוברשים וללא מברשות

①למנועים מוברשים יש עלות נמוכה, מבנה פשוט, מומנט התנעה גדול, טווח מהירויות רחב, שליטה קלה, דורשים תחזוקה, אך קלים לתחזוקה (החלפת מברשות פחמן), מייצרים הפרעות אלקטרומגנטיות, יש דרישות לגבי סביבת השימוש, והם משמשים בדרך כלל עבור בקרת עלויות מצבים תעשייתיים ואזרחיים כלליים רגישים;

②מנועים ללא מברשות הם קטנים בגודלם וקלים במשקל, עם תפוקה גדולה ותגובה מהירה. יש להם מהירות גבוהה ואינרציה קטנה, מומנט יציב וסיבוב חלק. השליטה מורכבת ואינטליגנטית. שיטת המעבר האלקטרוני גמישה. זה יכול לעבור עם גל ריבוע או גל סינוס. המנוע נטול תחזוקה ויעיל. חיסכון באנרגיה, קרינה אלקטרומגנטית קטנה, עליית טמפרטורה נמוכה וחיים ארוכים, מתאים לסביבות שונות.

2. מאפיינים של סוגים שונים של מנועי סרוו

1) יתרונות וחסרונות של מנוע סרוו DC יתרונות: בקרת מהירות מדויקת, מאפייני מומנט ומהירות קשים מאוד, עקרון שליטה פשוט, קל לשימוש ומחיר זול. חסרונות: העברת מברשת, הגבלת מהירות, התנגדות נוספת, יצירת חלקיקי בלאי (לא מתאים לסביבות נטולות אבק ונפיצות)

2) יתרונות וחסרונות של מנוע AC סרוו יתרונות: מאפייני בקרת מהירות טובים, שליטה חלקה בכל טווח המהירות, כמעט ללא תנודות, יעילות גבוהה של יותר מ-90%, פחות ייצור חום, בקרת מהירות גבוהה, בקרת מיקום דיוק גבוהה (בהתאם לדיוק המקודד), מדורגת אזור הפעלה בתוך, הוא יכול להשיג מומנט קבוע, אינרציה נמוכה, רעש נמוך, ללא בלאי מברשות וללא תחזוקה (מתאים לסביבות נטולות אבק ונפיצות). חסרונות: הבקרה מסובכת יותר, יש להתאים את פרמטרי הדרייבר במקום ולקבוע את פרמטרי ה-PID, ונדרשים חיבורים נוספים. נכון לעכשיו, כונני סרוו מיינסטרים משתמשים במעבדי אותות דיגיטליים (DSP) בתור ליבת הבקרה, שיכולה ליישם אלגוריתמי בקרה מורכבים יחסית ולהשיג דיגיטציה, רשת ואינטליגנציה. התקני כוח משתמשים בדרך כלל במעגלי כונן שתוכננו עם מודולי כוח חכמים (IPM) בתור הליבה. ה-IPM משלב את מעגל ההנעה ויש לו מעגלי זיהוי והגנה על תקלות כגון מתח יתר, זרם יתר, התחממות יתר ותת-מתח. תוכנה מתווספת גם למעגל הראשי. מעגל התחל כדי להפחית את ההשפעה של תהליך האתחול על הנהג. יחידת ההנעה מתקנת תחילה את הספק התלת-פאזי המבוא או את החשמל באמצעות מעגל מיישר גשר מלא תלת-פאזי כדי להשיג את הזרם הישר המתאים. ההספק התלת-פאזי המיושר או הרשת מומר לאחר מכן לתדר על-ידי מהפך מתח PWM תלת-פאזי למתח סינוסואידי כדי להניע מנוע סרוו AC סינכרוני עם מגנט קבוע תלת-פאזי. ניתן לומר כי כל התהליך של יחידת כונן הכוח הוא תהליך AC-DC-AC. המעגל הטופולוגי הראשי של יחידת המיישר (AC-DC) הוא מעגל מיישר מלא תלת פאזי בלתי מבוקר.

מבט מפוצץ של מפחית הרמוני לקח לחברת Nabtesco היפנית 6-7 שנים מהצעת עיצוב קרוואנים בתחילת שנות ה-80 ועד להשגת פריצת דרך משמעותית במחקר מפחיתי קרוואנים ב-1986; וגם Nantong Zhenkang ו-Hengfengtai, שהיו הראשונים שהניבו תוצאות בסין, בילו זמן. 6-8 שנים. האם זה אומר שלמפעלים המקומיים שלנו אין הזדמנויות? החדשות הטובות הן שאחרי כמה שנים של פריסה, חברות סיניות סוף סוף עשו כמה פריצות דרך.

*המאמר משוכפל מהאינטרנט, אנא פנה אלינו למחיקת הפרה.