ตัวแก้ไขที่อยู่ในวิทยาการหุ่นยนต์: รับประกันการควบคุมการเคลื่อนไหวที่แม่นยำ

ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมในปัจจุบัน หุ่นยนต์ร่วมปฏิบัติงาน (โคบอท) กำลังเปลี่ยนแปลงสายการผลิต ห้องปฏิบัติการ และแม้แต่สถานพยาบาลด้วยการทำงานอย่างปลอดภัยเคียงข้างมนุษย์ เพื่อให้ได้การเคลื่อนไหวที่ลื่นไหล แม่นยำ และทำซ้ำได้ โคบอทต้องอาศัยเซ็นเซอร์ตำแหน่งประสิทธิภาพสูงซึ่งมีขนาดกะทัดรัด น้ำหนักเบา และเชื่อถือได้สูง ในบรรดาอุปกรณ์ตอบรับที่มีอยู่ ตัวรีโซลเวอร์แบบ แม่เหล็ก - หม้อแปลงโรตารีแบบแม่เหล็กที่หุ้มอยู่ในปลอกโลหะที่ทนทาน - กำลังได้รับความนิยมอย่างรวดเร็วจากความสามารถในการส่งกลับแบบไร้แปรงถ่านภายใต้สภาวะที่ต้องการ

 

1. หุ่นยนต์ร่วมปฏิบัติงานและความต้องการเซ็นเซอร์น้ำหนักเบา กะทัดรัด และปลอดภัย

1.1 การเพิ่มขึ้นของโคบอทในระบบอัตโนมัติสมัยใหม่

หุ่นยนต์ร่วมปฏิบัติงานหรือโคบอทได้รับการออกแบบเพื่อใช้พื้นที่ทำงานร่วมกับผู้ปฏิบัติงานที่เป็นมนุษย์ โดยไม่ต้องเฝ้ารั้วหรือกรงนิรภัย กระบวนทัศน์ใหม่นี้กำหนดให้หุ่นยนต์ต้องมีความปลอดภัย ตอบสนอง และใช้งานได้หลากหลาย ลำดับความสำคัญในการออกแบบที่สำคัญ ได้แก่ :

• แขนน้ำหนักเบาและเอฟเฟกต์ส่วนปลาย
  เพื่อลดพลังงานจลน์ในกรณีที่เกิดการสัมผัสโดยไม่ได้ตั้งใจ ตัวเชื่อมโยงโคบอทถูกสร้างขึ้นจากอะลูมิเนียมหรือคอมโพสิตคาร์บอน โดยแต่ละข้อต่อได้รับการปรับปรุงให้มีความเฉื่อยต่ำ

• โคบอทส์ ที่มีขนาดกะทัดรัด
  มักทำงานบนพื้นโรงงานหรือม้านั่งในห้องปฏิบัติการที่มีผู้คนหนาแน่น ข้อต่อและเซ็นเซอร์จะต้องอยู่ภายในขอบเขตพื้นที่ที่คับแคบ

• มาตรฐานความปลอดภัยสูง
  ISO 10218-1 และ ISO/TS 15066 กำหนดข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสำหรับการออกแบบและการทำงานของหุ่นยนต์ รวมถึงแรงและความเร็วสูงสุดที่อนุญาตเมื่อสัมผัสกับมนุษย์

ลำดับความสำคัญเหล่านี้กำหนดให้มีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี��ยวกับเซ็นเซอร์ตอบรับตำแหน่ง ตัวเข้ารหัสแบบออปติคอลหรือรีโซลเวอร์ขนาดใหญ่จะเพิ่มน้ำหนัก เทอะทะ และจำเป็นต้องมีกล่องป้องกัน ในทางตรงกันข้าม รีโซลเวอร์แบบไมโครเฮาส์จะรวมการตอบสนองแบบสัมบูรณ์เข้ากับแพ็คเกจปิดผนึกที่เป็นโลหะทั้งหมด ซึ่งสามารถรวมเข้ากับตัวเรือนข้อต่อแบบบางได้โดยตรง

1.2 ข้อกำหนดของเซ็นเซอร์สำหรับการใช้งานการทำงานร่วมกัน

การทำงานของโคบอทที่มีประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับ:

• ความแม่นยำของตำแหน่งสัมบูรณ์ ข้อ
  ต่อแต่ละข้อจะต้องทราบมุมของมันทันที แม้หลังจากวงจรไฟฟ้าแล้ว เพื่อกลับมาทำงานต่อโดยไม่ต้องกลับบ้าน

• มวลต่ำและขนาดเล็ก
  มวลเซ็นเซอร์ที่เพิ่มทุกกรัมจะเพิ่มการใช้พลังงานและลดประสิทธิภาพแบบไดนามิก

• เซ็นเซอร์ ความปลอดภัยทางไฟฟ้าและเครื่องกล
  ต้องเป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยของฉนวน การต่อสายดิน และความล้มเหลวทางกลไกที่เข้มงวด

• ความทนทานในสภาพแวดล้อมที่มีมนุษย์เป็นศูนย์กลาง
  โคบอทมักจะทำงานใกล้กับสถานีเชื่อม ตัวกระตุ้นแบบนิวแมติก หรือเครื่องเจาะ ซึ่งเป็นแหล่งที่มาของ EMI และการสั่นสะเทือน

รีโซลเวอร์แบบ Housed ทำเครื่องหมายในช่องเหล่านี้ทั้งหมดโดยนำเสนอเอาต์พุตอะนาล็อกสัมบูรณ์ไร้แปรงถ่านในโครงโลหะที่ได้รับการจัดอันดับ IP ซึ่งแยกขดลวดภายในออกจากสิ่งปนเปื้อนภายนอกและการกระแทกทางกล

 

2. เครื่องแก้ปัญหาแบบ Micro Housed ของ Windouble: ข้อดีด้านโครงสร้างที่กะทัดรัด

เพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของโคบอท Windouble ได้พัฒนาซีรีย์รีโซลเวอร์แบบไมโครเฮาส์ซึ่งออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อให้มีขนาดและมวลน้อยที่สุดโดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพลดลง ข้อดีทางโครงสร้างที่สำคัญ ได้แก่ :

2.1 การออกแบบที่อยู่อาศัยขนาดกะทัดรัดเป็นพิเศษ

• เส้นผ่านศูนย์กลางเล็กเพียง 12 มม.
  ซีรีส์ไมโครของ Windouble มีรีโซลเวอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกไม่เกิน 12 มม. และความยาวไม่เกิน 20 มม. ซึ่งเล็กพอที่จะซ้อนอยู่ภายในโมดูลข้อมือหุ่นยนต์แบบบางได้

• ตัวเลือกหน้าแปลนบาง หน้า
  แปลนโปรไฟล์ต่ำช่วยให้สามารถติดตั้งโดยตรงกับเซอร์โวมอเตอร์ไร้แปรงถ่านเพลากลวงที่ใช้กันทั่วไปในข้อต่อโคบอท ช่วยลดแผ่นอะแดปเตอร์ที่เทอะทะ

• ในตัวตัวเชื่อมต่อแบบรวม ติดตั้งอยู่ในตัวเครื่อง ช่วยลดความยุ่งยากในการเดินสายเคเบิล และป้องกันอันตรายจากการกีดขวาง
  เคเบิลแกลนด์ขนาดเล็กมาตรฐาน IP67 และขั้วต่อ micro-D

2.2 โครงสร้างน้ำหนักเบา

• อลูมิเนียมและ PEEK Composite Mix
  Windouble ปรับสมดุลความแข็งแรงและน้ำหนักโดยการตัดเฉือนตัวเรือนจากอะลูมิเนียมเกรดอากาศยาน และเลือกใช้เม็ดมีดโพลีเมอร์ PEEK ในบริเวณที่ไม่มีโหลด

• ขดลวดเคลือบอีพ็อกซี่ ขด
  ลวดทองแดงเคลือบฟันชั้นดีถูกบรรจุในอีพ็อกซี่ความเค้นต่ำ เพื่อรักษาขดลวดจากการสั่นสะเทือนในขณะที่เพิ่มมวลน้อยที่สุด

ไมโครรีโซลเวอร์ที่ประกอบเสร็จสมบูรณ์มีน้ำหนักน้อยกว่า 10 กรัม ซึ่งแทบจะมองไม่เห็นในงบประมาณน้ำหนักโดยรวมของโคบอท แต่ยังให้ผลป้อนกลับที่แข็งแกร่งและครบถ้วนภายใน ±10 อาร์คนาที

 

3. บทบาททางอ้อมในการป้อนกลับการควบคุมแรงและข้อต่อที่ยืดหยุ่น

แม้ว่าตัวรีโซลเวอร์แบบประจำจะให้ตำแหน่งเชิงมุมเป็นหลัก แต่สัญญาณที่มีความสมบูรณ์สูงถือเป็นรากฐานสำคัญของฟังก์ชันการควบคุมแรงและการปฏิบัติตามข้อกำหนดขั้นสูงในโคบอทสมัยใหม่

3.1 การประมาณค่าแรง-แรงบิดโดยการแยกตำแหน่ง

• การปฏิบัติตามข้อกำหนดแบบไดนามิก
  ด้วยการติดตามความเบี่ยงเบนเล็กน้อยระหว่างตำแหน่งที่ได้รับคำสั่งและตำแหน่งจริง—ได้มาจากเอาท์พุตรีโซลเวอร์—ตัวควบคุมสามารถอนุมานแรงภายนอกที่กระทำกับแขนได้

• Soft Grasping
  ในงานหยิบและวางหรือประกอบ หุ่นยนต์จะปรับแรงจับเมื่อตรวจจับการโก่งตัวเล็กน้อย เพื่อป้องกันความเสียหายของส่วนประกอบ

• การตรวจจับการชน การ
  ตรวจจับความต้านทานการเคลื่อนไหวโดยไม่ได้วางแผนอย่างรวดเร็วจะกระตุ้นให้เกิดการหยุดตามปกติได้เร็วกว่าอาร์เรย์เซ็นเซอร์ภายนอกใดๆ

ความคิดเห็นรีโซลเวอร์ที่แม่นยำทำให้มั่นใจได้ว่าลูปควบคุมแรงเหล่านี้เชื่อถือได้ ตอบสนอง และเสถียร ช่วยให้โคบอทสามารถแบ่งปันพื้นที่ทำงานกับผู้ปฏิบัติงานได้อย่างปลอดภัย

3.2 การเปิดใช้งานสถาปัตยกรรมร่วมที่ยืดหยุ่น

• Series Elastic Actuators (SEA)
  โคบอทบางตัวใช้ SEA ที่มีส่วนประกอบสปริงที่เป็นไปตามข้อกำหนดระหว่างมอเตอร์และตัวต่อเอาท์พุต รีโซลเวอร์ป้อนกลับทั้งมอเตอร์และเพลาเอาท์พุตช่วยใ80c=โพเทนชิโอมิเตอร์

• โมดูลความแข็งแบบแปรผัน
  การตั้งค่ารีโซลเวอร์คู่จะป้อนมุมมอเตอร์กลับและการโก่งตัวของข้อต่อ ช่วยให้สามารถปรับความแข็งด้วยซอฟต์แวร์ได้สำหรับงานต่างๆ ตั้งแต่การประกอบที่ละเอียดอ่อนไปจนถึงการจัดการน้ำหนักบรรทุกหนัก

ตัวรีโซลเวอร์แบบไมโครเฮาส์ Windouble พร้อมเอาต์พุตสัมบูรณ์และรอยเท้าตามแนวแกนที่น้อยที่สุด ผสานรวมเข้ากับการออกแบบ SEA ขนาดกะทัดรัดเหล่านี้ได้อย่างราบรื่น เสริมศักยภาพให้กับข้อต่อโคบอทเจเนอเรชั่นใหม่

 

4. ภูมิคุ้มกัน EMI และพฤติกรรมความร้อนภายใต้สถานการณ์ความถี่สูงและมัลติทาสกิ้ง

โคบอทมักจะเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วและซ้ำๆ บนแกนหลายแกนพร้อมๆ กัน ภายใต้สภาวะเหล่านี้ เซ็นเซอร์ต้องเผชิญกับความท้าทายที่สำคัญสองประการ:

• การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI)

• การดริฟท์ความร้อนจากการทำงานต่อเนื่อง

4.1 ภูมิคุ้มกันที่ใช้หม้อแปลงไฟฟ้าต่อ EMI

• การสร้างสัญญาณแบบเหนี่ยวนำ
  ต่างจากตัวเข้ารหัสแบบออปติคัลที่ต้องอาศัยเซ็นเซอร์วัดแสงและสัญญาณดิจิตอล ตัวรีโซลเวอร์จะส่งแรงดันไฟฟ้าไซน์และโคไซน์แบบอะนาล็อกผ่านการเชื่อมต่อแม่เหล็กไฟฟ้า สัญญาณจากหม้อแปลงเหล่านี้จะปฏิเสธสัญญาณรบกวนในโหมดทั่วไปและคบจริง อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนของรีโซลเวอร์เกิน 60 dB แม้อยู่ภายในระยะ 10 ซม. จากมอเตอร์เหนี่ยวนำกำลังสูง จึงรับประกันการควบคุมการเคลื่อนไหวที่เชื่อถือได้แม้จะมีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าก็ตาม

• ตัวเรือนโลหะหุ้มฉนวน
  เปลือกอะลูมิเนียมของรีโซลเวอร์ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกัน EMI สองเท่า ช่วยปกป้องคอยล์ภายในจากสนามภายนอกที่สร้างโดยเซอร์โวไดรฟ์หรืออุปกรณ์เชื่อมในบริเวณใกล้เคียง

• เส้นกระตุ้นแบบกรอง
  Windouble ระบุความถี่การกระตุ้น และแนะนำตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุแบบอินไลน์เพื่อลดเสียงรบกวนเพิ่มเติม ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในฐานโคบอทที่มีบัสบาร์กระแสสูง

ในการทดสอบจริง อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนของรีโซลเวอร์เกิน 60 dB แม้อยู่ภายในระยะ 10 ซม. จากมอเตอร์เหนี่ยวนำกำลังสูง จึงรับประกันการควบคุมการเคลื่อนไหวที่เชื่อถือได้แม้จะมีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าก็ตาม

4.2 การจัดการผลกระทบจากความร้อนในการทำงานต่อเนื่อง

• วัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์ความร้อนต่ำ
  Windouble ใช้โลหะผสมทองแดงเฉพาะทางและอีพอกซีที่มีความเสถียรทางความร้อน เพื่อลดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของขดลวดตามอุณหภูมิ

• การตรวจจับอุณหภูมิแบบฝัง (อุปกรณ์เสริม)
  รุ่นไมโครรีโซลเวอร์บางรุ่นจะมีเทอร์มิสเตอร์ขนาดเล็กที่สัมผัสกับชุดขดลวด โดยจะส่งข้อมูลอุณหภูมิไปยังตัวควบคุมเพื่อการชดเชยแบบไดนามิก

• การจำลองและการทดสอบความร้อน
  การออกแบบรีโซลเวอร์แต่ละชิ้นผ่านการสร้างแบบจำลองความร้อนที่มีองค์ประกอบจำกัดและการเบิร์นอินในโลกแห่งความเป็นจริงที่สูงถึง 120 °C เป็นเวลา 1,000 ชั่วโมง ทำให้มั่นใจได้ถึงความเสถียรของสัญญาณภายใต้รอบการทำงานสูงอย่างต่อเนื่อง

วิธีการที่เข้มงวดนี้รับประกันว่าแม้ในระหว่างการเคลื่อนที่แบบวนด้วยความเร็วสูงอย่างต่อเนื่อง—ซึ่งพบได้ทั่วไปในการทำงานของโคบอทแบบมัลติทาสกิ้ง—เอาท์พุตตัวแยกค่ายังคงแม่นยำและไม่มีการเคลื่อนตัว

 

5. กรณีศึกษา: แบรนด์โคบอทระดับสากลผสานรวมตัวแก้ปัญหา Windouble Micro Housed

5.1 ความเป็นมาของโครงการ

ผู้ผลิตโคบอทชั้นนำของยุโรปรายหนึ่งพยายามปรับปรุงน้ำหนักบรรทุกและประสิทธิภาพของแขนร่วมมือ 6 แกนเจเนอเรชั่นถัดไป เป้าหมายการออกแบบประกอบด้วย:

• ลดความเฉื่อยของข้อต่อลง 15%

• การรักษาความสามารถในการทำซ้ำ ±0.1°

• ลดความซับซ้อนของบรรจุภัณฑ์ร่วมเพื่อการบำรุงรักษาที่ง่ายขึ้น

การทำซ้ำก่อนหน้านี้ใช้ตัวเข้ารหัสแสงขนาดเล็กที่จำเป็นต้องมีฝาครอบป้องกันและการทำความสะอาดเป็นระยะ ซึ่งไม่สามารถป้องกันได้สำหรับความน่าเชื่อถือในระยะยาว

5.2 การใช้งานไมโครรีโซลเวอร์ของ Windouble

• การเลือกเซ็นเซอร์
  ทีมงานโครงการเลือกใช้รีโซลเวอร์ไมโครเฮาส์รุ่น WDR-M12 ของ Windouble ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 12 มม. ระดับ IP67 และความแม่นยำ ±10 อาร์คนาที

• บูร ณาการทาง
  กล หน้าแปลนแบบโลว์โปรไฟล์แบบกำหนดเองได้รับการปรับแต่งให้เข้ากับหน้ามอเตอร์โคบอท ขั้วต่อ micro-D ในตัวของรีโซลเวอร์ที่ป้อนโดยตรงเข้ากับชุดสายไฟภายในของแขน

• เอาต์พุตตัวแก้ไข การปรับตัวของระบบควบคุม
  เชื่อมต่อกับโมดูล RDC ขนาดกะทัดรัดที่วางอยู่ภายในฐานร่วม โดยมีข้อมูลตำแหน่งดิจิทัลที่สตรีมผ่าน CANopen ไปยังตัวควบคุมหุ่นยนต์

5.3 ผลลัพธ์การปฏิบัติงาน

• การลดน้ำหนัก
  การเปลี่ยนตัวเข้ารหัสแบบออปติคัลลดลง 25 กรัมต่อข้อต่อ ช่วยลดความเฉื่อยของแขนสะสมได้ 18%

• ความน่าเชื่อถือที่ดีขึ้น
  หลังจาก 12 เดือนในการทดสอบโรงงานในสภาพแวดล้อมแบบผสมผสาน แขนที่ติดตั้งรีโซลเวอร์พบว่ามีข้อผิดพลาดเกี่ยวกับเซ็นเซอร์เป็นศูนย์ เมื่อเทียบกับข้อผิดพลาดของตัวเข้ารหัสสามจุดในการออกแบบก่อนหน้า

• ความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น
  การตอบรับที่สมบูรณ์จะขจัดกิจวัตรการกลับบ้านเมื่อเปิดเครื่อง ทำให้มั่นใจได้ถึงพฤติกรรมของข้อต่อที่สอดคล้องกันในระหว่างการนำทางแบบแมนนวล และลดการเคลื่อนไหวที่ไม่คาดคิด

การบูรณาการที่ประสบความสำเร็จนี้แสดงให้เห็นว่าเครื่องรีโซลเวอร์แบบไมโครเฮาส์ของ Windouble ช่วยให้โคบอทมีประสิทธิภาพสูงขึ้น บำรุงรักษาน้อยลง และเพิ่มความปลอดภัยได้อย่างไร ซึ่งเป็นจุดขายหลักในตลาดที่มีการแข่งขันสูง

 

บทสรุป

ในด้านการพัฒนาของวิทยาการหุ่นยนต์ร่วมปฏิบัติงาน ความแม่นยำ ความกะทัดรัด และความน่าเชื่อถือเป็นสิ่งที่ไม่สามารถต่อรองได้ เครื่องรีโซลเวอร์แบบไมโครเฮาส์ของ Windouble มอบทุกด้าน:

• การตอบสนองแบบไร้แปรงถ่านแบบสัมบูรณ์:  ไม่ต้องกลับบ้าน ไม่มีการสัมผัสทางกลไก ไม่มีการสึกหรอ

• กะทัดรัดเป็นพิเศษและน้ำหนักเบา:  ผสานรวมเข้ากับข้อต่อโคบอทที่บางและมีความเฉื่อยต่ำได้อย่างราบรื่น

• ภูมิคุ้มกัน EMI ที่แข็งแกร่งและความเสถียรทางความร้อน:  สัญญาณที่เชื่อถือได้ท่ามกลางการเคลื่อนที่แบบหลายแกนความถี่สูงและสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า

• การสนับสนุนทางอ้อมสำหรับการควบคุมกำลังและการปฏิบัติตามข้อกำหนด:  ช่วยให้เกิดปฏิสัมพันธ์ที่ละเอียดอ่อนและเป็นมิตรกับมนุษย์

ด้วยการร่วมมือกับ Shanghai Yingshuang (Windouble) Electric Machinery Technology Co., Ltd. ผู้ออกแบบโคบอทจะสามารถเข้าถึงเทคโนโลยีรีโซลเวอร์ที่ล้ำสมัยซึ่งได้รับการสนับสนุนโดยการทดสอบที่เข้มงวด การปรับแต่งที่ยืดหยุ่น และการสนับสนุนทั่วโลก หากคุณกำลังออกแบบหุ่นยนต์ร่วมปฏิบัติงานเจเนอเรชั่นถัดไป ลองพิจารณาไมโคร รีโซลเวอร์ที่ติดตั้งไว้ เป็นกุญแจสำคัญในการปลดล็อคการควบคุมการเคลื่อนไหวที่ปลอดภัย แม่นยำยิ่งขึ้น และมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น

พร้อมที่จะเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของหุ่นยนต์ของคุณแล้วหรือยัง?
เยี่ยม www.windoublesensor.com  เพื่อสำรวจกลุ่มผลิตภัณฑ์รีโซลเวอร์ขนาดเล็กของเรา ดาวน์โหลดเอกสารข้อมูล หรือขอตัวอย่างที่กำหนดเองสำหรับโครงการของคุณ