Hibrīdu soļu motoru galvenais pielietojums robotizētās rokās

1. Robotizētās rokas kopīga piedziņa

Daudzlocīklu robotizēto roku konstrukcijās hibrīdie soļu motori ir galvenais barošanas avots, kas nodrošina katras locītavas rotāciju. MTL Japānā laida klajā rotējošo hibrīdo soļu motoru MDS/MMD-20, kas ir īpaši izstrādāts robotizēto roku galam. Caurvijojošā ass struktūra atbalsta kabeļu vadīšanu tādiem instrumentiem kā satvērēji, metināšanas pistoles un vizuālās kameras, uzlabojot kustības elastību un traucējumu novēršanas spējas. Tā ir piemērota 3C elektroniskai precīzai montāžai, medicīnas iekārtu mikrooperācijām un citiem scenārijiem. Īpaši mazā dobā struktūra ļauj gaisa caurulēm, kabeļiem un optiskajām šķiedrām tieši iziet cauri motora asij, vienkāršojot robotizētās rokas savienojuma konstrukciju un samazinot ārējos vadu traucējumus. Ar MTL kodētāju tas var sasniegt ± 60 collu sistēmas precizitāti, kas atbilst stingrajām daudzbrīvības pakāpju robotu prasībām atkārtotas pozicionēšanas precizitātei.

Humanoīdu robotu kompaktajām locītavu piedziņām tādi ražotāji kā Vic Tech Motor ir laiduši klajā integrētas funkcionālās vienības, kas apvieno motorus, integrētas soļu pārnesumkārbas un augstas izšķirtspējas kodētājus, lai atbrīvotu maksimālu veiktspējas potenciālu ar minimālu vietas aizņemšanu.

2. Precīza gala efektora (mehāniskā satvērēja) vadība

Kā robotizētās rokas “roka”, mehāniskā satvērēja veiktspēja tieši nosaka rūpnieciskās automatizācijas precizitāti un efektivitāti. Elektrisko satvērēju darbina servo/soļu motors, un tā galvenā priekšrocība ir ārkārtīgi spēcīga vadāmība – atvēršanas un aizvēršanas gājienu, iespīlēšanas spēku un darbības ātrumu var precīzi regulēt, pielāgojoties sadarbības robotu drošības darbības vajadzībām. Tas var veikt tādas precīzas darbības kā 3C elektroniska precīza montāža, farmaceitisko sterilu šķirošana un trauslu priekšmetu apstrāde, un pēdējos gados tā ir visstraujāk augošā kategorija tirgū.

Ar servo/soļu motora piedziņu, slēgtas cilpas vadību un regulējamu spēku/pozīciju kā kodolu, hibrīdais soļu motora darbināmais satvērējs aizstāj pneimatisko satvērēju, panākot precizitāti, elastību un programmējamu satveršanu. Atkārtotās pozicionēšanas precizitāte var sasniegt ± 0,01 mm līmeni un var satvert sagataves, kuru svars ir no 0,1 g skaidām līdz vairāk nekā 10 kg. Izmantojot soļu motora griezes momenta vadības tehnoloģiju, maksimālo iespīlēšanas spēku var iestatīt atbilstoši faktiskajām vajadzībām, lai nodrošinātu, ka satveramais objekts netiek bojāts.

3. Humanoīdu robotu kustības vadība

Humanoīdu robotos hibrīdie soļu motori ienāk plašākā kustību vadības jomu klāstā. Hibrīdie soļu motori ar pozīcijas atgriezenisko saiti ir dabāniskas priekšrocības robota pirkstu aktivizēšanā, galvas un kakla kustībās un rumpja regulēšanā, nodrošinot precīzu kustības kontroli par mazāku pakāpi un ir piemēroti pirkstu un roku kustību smalkai izpausmei. Salīdzinot ar citiem motoru risinājumiem, hibrīdie soļu motori sasniedz ideālu līdzsvaru starp izmaksām, veiktspēju un sarežģītību, padarot tos īpaši piemērotus humanoīdu robotu konstrukcijām, kurām nepieciešamas cilvēkam līdzīgas kustības, bet kuras nevar atļauties augstas klases servomotoru augstās izmaksas.

4. Laboratorijas automatizācija un precīzijas darbības robotizēta roka

Zinātniskās pētniecības un laboratorijas automatizācijas jomā robotizētās rokas, ko darbina hibrīdie soļu motori, tiek plaši izmantotas tādiem uzdevumiem kā ķīmisko vielu sajaukšana, paraugu sagatavošana, mikroshēmu testēšana un precīza pipetēšana. Tās labi darbojas arī augstas precizitātes situācijās, piemēram, mikrosūkņos, šķidrumu mērīšanā un optisko sensoru vadībā.

5. Precīza apstrāde un aditīvā ražošana

Progresīvie pētījumi liecina, ka hibrīdpiedziņas tehnoloģiju var pielietot arī robotu precīzās apstrādes jomā. Siemens un Fraunhofer IFAM institūta kopīgi izstrādātā hibrīdpiedziņas koncepcija inteliģenti apvieno divu dažādu veidu piedziņas sistēmas vienā transmisijas blokā, ļaujot sešu asu robotiem saglabāt stabilitāti un minimālu vibrāciju pie lieliem padeves ātrumiem, tuvojoties tradicionālo darbgaldu apstrādes precizitātei. Šī tehnoloģija ļauj robotiem vienlaikus veikt aditīvo ražošanu (3D drukāšana) un subtraktīvo ražošanu (frēzēšana), panākot materiālu sakraušanu un apdari vienā sistēmā.

Galvenie atlases punkti

Izvēloties hibrīda soļu motoru robotizētai rokai, izstrādātājiem jākoncentrējas uz šādiem aspektiem:

Pamatnes izmērs:Hibrīdu soļu motoru izplatītākie rāmja izmēri ir NEMA 8 (20 mm), NEMA 11 (28 mm), NEMA 14 (35 mm), NEMA 17 (42 mm) utt. Izvēlieties atbilstošo rāmja izmēru, pamatojoties uz robotizētās rokas locītavu vai pirkstu vietas ierobežojumiem.

Saglabāt griezes momentu:Šarnīra piedziņai nepieciešams 0,1–0,5 N · m, gala satvērējam nepieciešams 0,0058–0,3 N · m, un robotizēto roku apstrādei var būt nepieciešams lielāks griezes moments. Izvēloties, slodzes aprēķina bāzei jāpieskaita drošības koeficients no 30% līdz 50%.

Pakāpiena leņķis un precizitāte:Standarta 1,8° motors griežas ar 200 soļiem vienā apgriezienā, bet 0,9° motors — ar 400 soļiem vienā apgriezienā. Ar sadalīšanas piedziņu var panākt lielāku mikrosoļu precizitāti. Vienlaikus pievērsiet uzmanību tam, vai apstāšanās precizitāte atbilst prasībai ± 3 loka minūšu robežās.

Kodētājs un slēgtas cilpas vadība:Slēgtas cilpas hibrīda soļu motora risinājums ar integrētu kodētāju, kas principiāli atrisina soļu zudumu problēmu, izmantojot reāllaika pozīcijas atgriezenisko saiti. Draiverim jāatbalsta izplatīti rūpnieciskie lauka kopņu protokoli (piemēram, Profinet, EtherCAT, EtherNet/IP), lai atvieglotu integrāciju ar esošajām automatizācijas arhitektūrām.

Dobas vārpstas konstrukcija:Gala efektoriem, kuriem nepieciešama vakuuma cauruļvadu, kabeļu vai optisko šķiedru uzstādīšana, var izmantot dobas vārpstas hibrīda soļu motoru, lai vienkāršotu konstrukcijas dizainu un uzlabotu kustības elastību.

Vides pielāgošanās spēja:Pamatojoties uz robotizētās rokas darba vidi, novērtējiet motora aizsardzības līmeni un temperatūras izturības diapazonu, lai pārliecinātos, ka tas atbilst faktiskajiem darba apstākļiem.

Nākotnes attīstības tendences

Raugoties nākotnē, hibrīdo soļu motoru pielietojums robotizētās rokās parādīs šādus galvenos virzienus:

Slēgtas cilpas integrācija:Augsti integrētu kodētāju, draiveru un motoru risinājums kļūs par plaši izplatītu. Produkts nodrošina slēgtas cilpas vadību bez akumulatora vai apkopes, izmantojot iebūvētu mehānisko absolūto kodētāju, bez nepieciešamības regulēt pastiprinājumu, un atbalsta dažādus rūpnieciskos tīklus, piemēram, EtherCAT un Profinet.

Ultraminiaturizācija:Pieaugot pieprasījumam pēc kompakta dizaina veiklās rokās un sadarbības robotos, turpinās parādīties mazāki hibrīdie soļu motori, vēl vairāk paplašinot robotu roku brīvības pakāpes.

Mākslīgā intelekta sapludināšana un intelekts:Dziļa hibrīda soļu motoru integrācija ar mākslīgā intelekta redzi un spēka uztveri nodrošina robotizētu roku autonomu pielāgošanu un šķēršļu apiešanu, pamatojoties uz reāllaika atgriezenisko saiti, tādējādi uzlabojot cilvēka un mašīnas sadarbības drošību. Slēgtas cilpas vadības hibrīdmotors var noteikt neparastu pretestību un attiecīgi pielāgot izejas jaudu, tādējādi būtiski novēršot mehānisku bojājumu risku, ko rada tradicionālo soļu motoru nespēja uztvert ārējus traucējumus.

Secinājums

Lai gan hibrīdais soļu motors ir kompakts pēc izmēra, tam ir neaizstājama galvenā loma mūsdienu robotu rokās, pateicoties tā visaptverošajām priekšrocībām, piemēram, augstas precizitātes pozicionēšanai, kompaktai struktūrai, slēgtas cilpas uzticamībai, enerģijas taupīšanai un vides aizsardzībai. Sākot ar daudzlocītavu piedziņu, gala satvērēju, humanoīdu robotu un beidzot ar precīzijas apstrādes iekārtām, hibrīdais soļu motors ir licis stabilu pamatu robotu roku precizitātei, veiklībai un intelektam kustības vadībā. Saskaņā ar tirgus izpētes ziņojumiem, paredzams, ka globālā hibrīdo soļu motoru tirgus ieņēmumi 2025. gadā sasniegs aptuveni 126,5 miljonus ASV dolāru un saglabās stabilu izaugsmi līdz 2032. gadam. Līdz ar globālās robotikas nozares nepārtrauktu paplašināšanos pieprasījums pēc hibrīdajiem soļu motoriem vēl vairāk pieaugs, radot kustības vadības nozarei vairāk inovatīvu iespēju.

Inženieriem, kas nodarbojas ar robotu izpēti un izstrādi, automatizācijas sistēmu integrāciju vai viedo ierīču projektēšanu, dziļa izpratne par hibrīdo soļu motoru tehniskajām īpašībām un atlases metodēm palīdzēs radīt augstākas precizitātes, kompaktākus un viedākus robotizētus roku produktus un izmantot iespējas sīvā tirgus konkurencē.