מבוא לידע על רובוטים תעשייתיים

רובוט תעשייתיs נמצאים בשימוש נרחב בייצור תעשייתי, כגון ייצור רכב, מכשירי חשמל, מזון וכו'. הם יכולים להחליף פעולות מכניות חוזרות ונשנות והם מכונות המסתמכות על יכולות הכוח והבקרה שלהן כדי להשיג פונקציות שונות. הם יכולים לעמוד בפקודה אנושית ויכולים גם לפעול על פי תוכניות מתוכנתות מראש. כעת נדבר על הרכיבים העיקריים הבסיסיים שלרובוט תעשייתיs.

1. נושא

המכונות העיקריות הן בסיס המכונה ומנגנון ההפעלה, הכולל את הזרוע הגדולה, האמה, שורש כף היד והיד, המרכיבים מערכת מכנית מרובת דרגות חופש. לחלק מהרובוטים יש גם מנגנוני הליכה.רובוט תעשייתיsיש 6 דרגות חופש או אפילו יותר. לשורש כף היד יש בדרך כלל 1 עד 3 דרגות חופש תנועה.

2. מערכת הנעה

מערכת הנהיגה שלרובוט תעשייתיsמחולק לשלוש קטגוריות לפי מקור הכוח: הידראולי, פנאומטי וחשמלי. ניתן גם לשלב את שלושת הסוגים הללו למערכת הנעה מורכבת בהתאם לדרישות. או להניע אותם בעקיפין באמצעות מנגנוני תמסורת מכניים כגון רצועות סינכרוניות, גלגלי שיניים וגלגלי שיניים. למערכת ההנעה יש התקן כוח ומנגנון תמסורת, המשמשים ליישום הפעולות המתאימות של המנגנון. לכל אחד משלושת סוגי מערכות ההנעה הבסיסיות הללו מאפיינים משלו. הזרם המרכזי הנוכחי הוא מערכת הנעה חשמלית. בשל אינרציה נמוכה, מנועי סרוו AC ו-DC בעלי מומנט גבוה ומנועי סרוו תומכים (ממירי תדר AC, מודולטורי רוחב פולס DC) נמצאים בשימוש נרחב. מערכת מסוג זה אינה דורשת המרת אנרגיה, קלה לשימוש ובעלת בקרה רגישה. רוב המנועים דורשים מנגנון תמסורת עדין: מפחית. שיניו משתמשות בממיר מהירות גלגל שיניים כדי להפחית את מספר הסיבובים ההפוכים של המנוע למספר הנדרש של סיבובים הפוכים ולקבל התקן מומנט גדול יותר, ובכך להפחית את המהירות ולהגדיל את המומנט. כאשר העומס גדול, מנוע הסרוו מוגבר באופן עיוור. ההספק חסכוני מאוד, וניתן להגדיל את מומנט הפלט באמצעות מפחית בטווח מהירויות מתאים. מנועי סרוו נוטים לחום ולרעידות בתדר נמוך בעת פעולה בתדרים נמוכים. עבודה ארוכת טווח וחוזרת על עצמה אינה תורמת להבטחת פעולה מדויקת ואמינה. קיומו של מנוע מפחית מדויק מאפשר למנוע הסרוו לפעול במהירות מתאימה, לחזק את קשיחות גוף המכונה ולפלט מומנט גדול יותר. כיום קיימים שני מפחיתים מרכזיים: מפחית הרמוני ומפחית RV.

3. מערכת בקרה

המערכת בקרת רובוטיםהוא המוח של הרובוט והגורם העיקרי שקובע את תפקודיו ותפקודיו של הרובוט. מערכת הבקרה שולחת אותות פקודה למערכת הנהיגה ולמנגנון הביצוע בהתאם לתוכנית הקלט, ושולטת בהם. המשימה העיקרית שלרובוט תעשייתי טכנולוגיית בקרה נועדה לשלוט בטווח הפעילויות, ביציבה ובמסלול, ובזמן הפעולה שלרובוט תעשייתיבסביבת העבודה. יש לו את המאפיינים של תכנות פשוט, תפעול תפריט תוכנה, ממשק אינטראקציה ידידותי בין אדם למחשב, הנחיות הפעלה מקוונות ושימוש נוח. מערכת הבקרה היא ליבת הרובוט, וחברות זרות רלוונטיות קרובות מאוד לניסויים שלנו. בשנים האחרונות, עם התפתחות טכנולוגיית המיקרואלקטרוניקה, ביצועי המיקרו-מעבדים עלו והלכו, והמחיר הפך זול יותר וזול יותר. כעת, הופיעו בשוק מיקרו-מעבדים של 32 סיביות שעולים 1-2 דולר אמריקאי. מיקרו-מעבדים חסכוניים הביאו הזדמנויות פיתוח חדשות לבקרי רובוטים, מה שאפשר לפתח בקרי רובוטים בעלי ביצועים גבוהים ובעלות נמוכה. על מנת שהמערכת תהיה בעלת יכולות מחשוב ואחסון מספקות, בקרי הרובוטים מורכבים כיום בעיקר מסדרות ARM חזקות, סדרות DSP, סדרות POWERPC, סדרות Intel ושבבים אחרים.   מכיוון שהפונקציות והתפקודים של שבבים כלליים קיימים אינם יכולים לעמוד במלואם בדרישות של מערכות רובוט מסוימות מבחינת מחיר, פונקציונליות, אינטגרציה וממשקים, הדבר הוביל לביקוש לטכנולוגיית SoC (System on Chip) במערכות רובוט. המעבד משולב בממשקים הנדרשים, מה שיכול לפשט את תכנון מעגלי ההיקפים של המערכת, להפחית את גודל המערכת ולהפחית עלויות. לדוגמה, Actel משלבת ליבות מעבד NEOS או ARM7 במוצרי FPGA שלה ליצירת מערכת SoC שלמה. מבחינת בקרי טכנולוגיית רובוטים, המחקר שלה מרוכז בעיקר בארצות הברית וביפן, וישנם מוצרים בוגרים, כגון חברת DELTATAU האמריקאית, Pengli Co., Ltd. היפנית וכו'. בקר התנועה שלה לוקח את טכנולוגיית DSP כבליבה שלו ומאמץ מבנה פתוח מבוסס מחשב. 4. אפקטור קצה אפקטור הקצה הוא רכיב המחובר למפרק האחרון של המניפולטור. הוא משמש בדרך כלל לתפיסת חפצים, חיבור למנגנונים אחרים וביצוע משימות נדרשות. יצרני רובוטים בדרך כלל אינם מתכננים או מוכרים אפקטורים קצה; ברוב המקרים, הם מספקים רק תופס פשוט. בדרך כלל אפקטור הקצה מותקן על אוגן 6 הצירים של הרובוט כדי להשלים משימות בסביבה נתונה, כגון ריתוך, צביעה, הדבקה וטעינה ופריקה של חלקים, שהן משימות הדורשות רובוטים להשלים.

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. באופן כללי, מנוע הסרוו נשלט באמצעות שלוש שיטות: מיקום, מהירות ומומנט כדי להשיג מיקום מדויק של מערכת ההולכה.

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

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

①למנועים עם מברשות יש עלות נמוכה, מבנה פשוט, מומנט התנעה גדול, טווח מהירויות רחב, בקרה קלה, דורשים תחזוקה, אך קלים לתחזוקה (מחליפים מברשות פחמן), מייצרים הפרעות אלקטרומגנטיות, יש להם דרישות לסביבת השימוש, ומשמשים בדרך כלל לבקרת עלויות. מצבים תעשייתיים ואזרחיים כלליים רגישים;

②מנועים ללא מברשות קטנים בגודלם וקלים במשקל, בעלי תפוקה גדולה ותגובה מהירה. יש להם מהירות גבוהה ואינרציה קטנה, מומנט יציב וסיבוב חלק. הבקרה מורכבת וחכמה. שיטת הקומוטציה האלקטרונית גמישה. היא יכולה לעבור בגל מרובע או בגל סינוס. המנוע אינו דורש תחזוקה ויעיל. חיסכון באנרגיה, קרינה אלקטרומגנטית קטנה, עליית טמפרטורה נמוכה וחיים ארוכים, מתאים לסביבות שונות.

2. מאפייני סוגים שונים של מנועי סרוו

1) יתרונות וחסרונות של מנוע סרוו DC יתרונות: בקרת מהירות מדויקת, מאפייני מומנט ומהירות קשים מאוד, עקרון בקרה פשוט, קל לשימוש ומחיר זול. חסרונות: קומוטציה של המברשת, מגבלת מהירות, התנגדות נוספת, יצירת חלקיקי שחיקה (לא מתאים לסביבות נטולות אבק ונפיצות)

2) יתרונות וחסרונות של מנוע סרוו AC יתרונות: מאפייני בקרת מהירות טובים, בקרה חלקה בכל טווח המהירות, כמעט ללא תנודות, יעילות גבוהה של יותר מ-90%, פחות ייצור חום, בקרת מהירות גבוהה, בקרת מיקום מדויקת (בהתאם לדיוק המקודד), שטח פעולה מדורג. בתוך המנוע ניתן להשיג מומנט קבוע, אינרציה נמוכה, רעש נמוך, ללא שחיקת מברשות ודורש תחזוקה (מתאים לסביבות נטולות אבק ונפיצות). חסרונות: הבקרה מסובכת יותר, יש להתאים את פרמטרי הדרייבר במקום ולקבוע את פרמטרי ה-PID, ונדרשים חיבורים רבים יותר. כיום, מנועי סרוו מיינסטרים משתמשים במעבדי אותות דיגיטליים (DSP) כליבה של הבקרה, שיכולים ליישם אלגוריתמי בקרה מורכבים יחסית ולהשיג דיגיטציה, רשת ובינה. ​​התקני כוח משתמשים בדרך כלל במעגלי הנעה המתוכננים עם מודולי כוח חכמים (IPM) כליבה. ה-IPM משלב את מעגל ההנעה ויש לו מעגלי גילוי והגנה על תקלות כגון מתח יתר, זרם יתר, התחממות יתר ותת-מתח. תוכנה מתווספת גם למעגל הראשי. מעגל התנעה כדי להפחית את ההשפעה של תהליך האתחול על המפעיל. יחידת הנעת הכוח מיישרת תחילה את הקלט תלת פאזי או את המתח הראשי דרך מעגל מיישר גשר מלא תלת פאזי כדי לקבל את הזרם הישר המתאים. לאחר מכן, המתח התלת פאזי או המתח הראשי המיושר מומר לתדר על ידי ממיר מתח PWM סינוסואידלי תלת פאזי כדי להניע מנוע סרוו AC סינכרוני מגנט קבוע תלת פאזי. ניתן לומר בפשטות שכל התהליך של יחידת הנעת הכוח הוא תהליך AC-DC-AC. המעגל הטופולוגי הראשי של יחידת המיישר (AC-DC) הוא מעגל מיישר בלתי מבוקר תלת פאזי גשר מלא תלת פאזי.

תצוגה מפוצצת של מפחית הרמוני לחברת Nabtesco היפנית לקח 6-7 שנים מהצעת עיצוב הקרוואנים בתחילת שנות ה-80 ועד להשגת פריצת דרך משמעותית במחקר על מפחית קרוואנים ב-1986; ונאנטונג ז'נקאנג והנגפנגטאי, שהיו הראשונות שהניבו תוצאות בסין, גם הן השקיעו זמן. 6-8 שנים. האם זה אומר שלמפעלים המקומיים שלנו אין הזדמנויות? החדשות הטובות הן שאחרי מספר שנים של פריסה, חברות סיניות סוף סוף עשו כמה פריצות דרך.

*המאמר משוחזר מהאינטרנט, אנא צרו קשר לצורך מחיקת הפרת זכויות יוצרים.