Jakie są różnice pomiędzy pneumatycznymi i serwomechanizmowo sterowanymi stawami robota?

Jako dostawcaStawy Robota, Byłem świadkiem na własne oczy szybkiej ewolucji technologii połączeń robotycznych w ostatnich latach. Dwa główne typy przegubów robotów to przeguby pneumatyczne i przeguby sterowane serwomechanizmem. Na tym blogu przeanalizuję różnice między tymi dwoma typami, co może pomóc w podjęciu świadomej decyzji przy wyborze odpowiednich przegubów do zastosowań w robotyce.

1. Zasady działania

Pneumatyczne przeguby robotów

Złącza pneumatyczne działają na zasadzie sprężonego powietrza. Sprężone powietrze jest magazynowane w zbiorniku, a następnie uwalniane do siłownika pneumatycznego, takiego jak cylinder lub membrana. Kiedy sprężone powietrze dostaje się do siłownika, wytwarza siłę, która porusza tłokiem lub membraną, co z kolei powoduje ruch złącza. Ruch jest często liniowy lub obrotowy, w zależności od konstrukcji siłownika. Na przykład w prostym pneumatycznym ramieniu robota cylinder pneumatyczny może służyć do wysuwania lub cofania ramienia, natomiast siłownik obrotowy może służyć do obracania ramienia wokół punktu obrotu.

Serwo – kontrolowane przeguby robota

Przeguby sterowane serwo opierają się na silnikach serwo. Serwosilnik składa się z silnika, mechanizmu sprzężenia zwrotnego (zwykle enkodera) i obwodu sterującego. Obwód sterujący otrzymuje sygnał sterujący, który określa żądane położenie, prędkość lub moment obrotowy złącza. Mechanizm sprzężenia zwrotnego stale monitoruje rzeczywiste położenie, prędkość lub moment obrotowy silnika i przesyła te informacje z powrotem do obwodu sterującego. Następnie obwód sterujący reguluje moc wyjściową silnika, aby zminimalizować różnicę między wartościami pożądanymi i rzeczywistymi. Ten zamknięty system sterowania pozwala na precyzyjną kontrolę ruchu stawu.

2. Charakterystyka wydajności

Precyzja ruchu

Przeguby sterowane serwo zapewniają znacznie większą precyzję ruchu w porównaniu do przegubów pneumatycznych. Układ sterowania w pętli zamkniętej w serwomotorach umożliwia im dokładne podążanie za zadaną pozycją, prędkością i momentem obrotowym. Dzięki temu przeguby sterowane serwomechanizmem idealnie nadają się do zastosowań wymagających dużej precyzji, takich jak operacje podnoszenia i umieszczania w produkcji elektroniki lub robotyce chirurgicznej. Z drugiej strony złącza pneumatyczne są generalnie mniej precyzyjne ze względu na czynniki takie jak ściśliwość powietrza i tarcie w siłownikach. Ruch złączy pneumatycznych może charakteryzować się pewnym przekroczeniem lub luzem, co może mieć wpływ na dokładność działania robota.

Prędkość i przyspieszenie

Przeguby sterowane serwo mogą osiągać duże prędkości i duże przyspieszenia. Serwomotor może szybko dostosować swoją moc wyjściową w oparciu o sygnał sterujący, umożliwiając szybki ruch przegubu do żądanej pozycji. Natomiast przeguby pneumatyczne mają ograniczenia pod względem prędkości i przyspieszenia. Natężenie przepływu sprężonego powietrza i bezwładność elementów siłownika ograniczają maksymalną prędkość i przyspieszenie, jakie można osiągnąć. Złącza pneumatyczne są bardziej odpowiednie do zastosowań, w których wystarczająca jest umiarkowana prędkość i przyspieszenie, takich jak proste zadania związane z transportem materiałów.

Obciążenie - Nośność

Złącza pneumatyczne mogą zapewniać stosunkowo dużą siłę wyjściową, dzięki czemu nadają się do zastosowań wymagających dużej nośności. Siła wytwarzana przez siłownik pneumatyczny jest proporcjonalna do ciśnienia sprężonego powietrza i powierzchni tłoka lub membrany. Jednakże nośność przegubów sterowanych serwo może być również dość duża, szczególnie w przypadku stosowania serwomotorów o wysokim momencie obrotowym. Zaletą przegubów sterowanych serwo jest to, że mogą utrzymywać stały moment obrotowy w szerokim zakresie prędkości, co jest korzystne w zastosowaniach, w których obciążenie zmienia się podczas pracy.

3. Względy kosztów

Koszt początkowy

Złącza pneumatyczne mają zazwyczaj niższy koszt początkowy w porównaniu ze złączami sterowanymi serwomechanizmem. Elementy pneumatyczne, takie jak cylindry, zawory i sprężarki powietrza, są stosunkowo niedrogie. Ponadto system sterowania przegubami pneumatycznymi jest często prostszy, co dodatkowo obniża koszty. Z drugiej strony złącza sterowane serwo wymagają droższych serwomotorów, enkoderów i obwodów sterujących. Koszt przegubu sterowanego serwomechanizmem może być kilkakrotnie wyższy niż przegubu pneumatycznego, szczególnie w zastosowaniach wymagających dużej precyzji i wysokiego momentu obrotowego.

Koszt operacyjny

Koszt eksploatacji złączy pneumatycznych obejmuje koszt wytworzenia sprężonego powietrza, który może być znaczący, szczególnie w przypadku zastosowań na dużą skalę. Układy sprężonego powietrza wymagają energii do działania sprężarki powietrza, a straty mogą również wynikać z nieszczelności przewodów pneumatycznych. Przeguby sterowane serwo zużywają energię elektryczną, ale zużycie energii można kontrolować dokładniej. Ponadto przeguby sterowane serwomechanizmem mają zazwyczaj dłuższą żywotność i wymagają mniej konserwacji w porównaniu do przegubów pneumatycznych, co w dłuższej perspektywie może obniżyć całkowite koszty operacyjne.

4. Scenariusze zastosowań

Połączenia pneumatyczne

Złącza pneumatyczne są powszechnie stosowane w zastosowaniach, w których wymagana jest opłacalność, prostota i duża siła wyjściowa. Niektóre typowe zastosowania obejmują:

• Produkcja samochodów: Złącza pneumatyczne są stosowane na liniach montażowych do zadań takich jak podnoszenie, zaciskanie i prasowanie. Siłowniki pneumatyczne charakteryzujące się dużą siłą wyjściową mogą obsługiwać ciężkie komponenty, a prostota układu pneumatycznego ułatwia integrację z linią produkcyjną.
• Przemysł opakowaniowy: Złącza pneumatyczne są stosowane w maszynach pakujących do zadań takich jak napełnianie, zamykanie i etykietowanie. Umiarkowane wymagania dotyczące prędkości i siły w tych zastosowaniach sprawiają, że złącza pneumatyczne są odpowiednim wyborem.

Serwo – kontrolowane przeguby

Przeguby sterowane serwo są preferowane w zastosowaniach wymagających dużej precyzji, szybkości i elastyczności. Oto kilka przykładów:

• Ramię robota w produkcji elektroniki: Przeguby sterowane serwo są stosowane w ramionach robotów do operacji podnoszenia i umieszczania małych elementów elektronicznych. Wysoka precyzja i szybkość przegubów sterowanych serwomechanizmem zapewniają dokładne rozmieszczenie komponentów, co ma kluczowe znaczenie dla jakości produktu końcowego.
• Roboty humanoidalne: Przeguby sterowane serwo są używane w robotach humanoidalnych w celu naśladowania ludzkich ruchów. Możliwość precyzyjnego kontrolowania położenia, prędkości i momentu obrotowego stawów pozwala humanoidalnym robotom wykonywać złożone zadania, takie jak chodzenie, chwytanie i interakcja z otoczeniem.

5. Nasza oferta produktów

Jako dostawcaStawy Robotaoferujemy szeroką gamę przegubów robotycznych, aby sprostać różnym potrzebom klientów. NaszModuły połączeń mikrorobotówsą przeznaczone do zastosowań wymagających małych rozmiarów i bardzo precyzyjnych połączeń, takich jak mikromontaż i robotyka medyczna. Moduły te są kompaktowe i lekkie, a jednocześnie oferują doskonałą wydajność pod względem precyzji i szybkości ruchu.

Zapewniamy równieżLekkie moduły przegubowe, które nadają się do zastosowań, w których ważna jest redukcja masy, takich jak roboty mobilne i drony powietrzne. Moduły te są wykonane z lekkich materiałów, bez utraty wytrzymałości i wydajności.

6. Wniosek

Podsumowując, przeguby robota sterowane pneumatycznie i serwo mają swoje zalety i wady. Złącza pneumatyczne są ekonomiczne, proste i mogą zapewniać dużą siłę wyjściową, dzięki czemu nadają się do zastosowań, w których wystarczająca jest umiarkowana precyzja i prędkość. Z kolei przeguby sterowane serwo zapewniają wysoką precyzję, szybkość i elastyczność, ale są droższe. Wybierając pomiędzy tymi dwoma rodzajami połączeń, ważne jest, aby wziąć pod uwagę specyficzne wymagania danego zastosowania, takie jak precyzja, prędkość, nośność i koszt.

Jeśli jesteś zainteresowany naszymiStawy Robotaproduktów lub masz jakiekolwiek pytania dotyczące wyboru przegubów robotów, skontaktuj się z nami w celu dalszej dyskusji i negocjacji w sprawie zamówienia. Zależy nam na dostarczaniu najlepszych rozwiązań do zastosowań zrobotyzowanych.

Referencje

• Spong, MW, Hutchinson, S. i Vidyasagar, M. (2006). Modelowanie i sterowanie robotami. Wiley’a.
• Craig, JJ (2005). Wprowadzenie do robotyki: mechanika i sterowanie . Sala Pearson Prentice.
• Parniapour, M. (2011). Siłowniki i systemy pneumatyczne. Skoczek.