ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับหุ่นยนต์อุตสาหกรรม

หุ่นยนต์อุตสาหกรรมs เครื่องจักรเหล่านี้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการผลิต เช่น การผลิตรถยนต์ เครื่องใช้ไฟฟ้า อาหาร เป็นต้น พวกมันสามารถทดแทนการทำงานเชิงกลที่ซ้ำซากจำเจ และเป็นเครื่องจักรที่อาศัยพลังงานและความสามารถในการควบคุมของตัวเองเพื่อทำงานต่างๆ สามารถรับคำสั่งจากมนุษย์และทำงานตามโปรแกรมที่ตั้งไว้ล่วงหน้าได้ ต่อไปนี้เราจะพูดถึงส่วนประกอบหลักของเครื่องจักรเหล่านี้หุ่นยนต์อุตสาหกรรมs.

1. หัวข้อ

ส่วนประกอบหลักของหุ่นยนต์คือฐานเครื่องและกลไกการขับเคลื่อน ซึ่งรวมถึงแขนใหญ่ แขนท่อนล่าง ข้อมือ และมือ ซึ่งประกอบกันเป็นระบบกลไกที่มีองศาอิสระหลายระดับ นอกจากนี้หุ่นยนต์บางตัวยังมีกลไกการเดินอีกด้วยหุ่นยนต์อุตสาหกรรมsมีองศาอิสระ 6 องศาหรือมากกว่านั้น โดยทั่วไปข้อมือจะมีองศาอิสระในการเคลื่อนไหวเพียง 1 ถึง 3 องศา

2. ระบบขับเคลื่อน

ระบบขับเคลื่อนของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมsระบบขับเคลื่อนแบ่งออกเป็นสามประเภทตามแหล่งพลังงาน ได้แก่ ไฮดรอลิก นิวแมติก และไฟฟ้า ทั้งสามประเภทนี้สามารถนำมาผสมผสานกันเป็นระบบขับเคลื่อนแบบผสมผสานได้ตามความต้องการ หรืออาจขับเคลื่อนทางอ้อมผ่านกลไกการส่งกำลังเชิงกล เช่น สายพานซิงโครนัส ชุดเฟือง และเฟือง ระบบขับเคลื่อนประกอบด้วยอุปกรณ์กำลังและกลไกการส่งกำลัง ซึ่งใช้ในการดำเนินการตามกลไกนั้นๆ ระบบขับเคลื่อนพื้นฐานทั้งสามประเภทนี้มีลักษณะเฉพาะของตนเอง ปัจจุบันระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าเป็นระบบที่ได้รับความนิยมมากที่สุด เนื่องจากมีแรงเฉื่อยต่ำ มอเตอร์เซอร์โว AC และ DC แรงบิดสูง รวมถึงไดรฟ์เซอร์โวที่รองรับ (ตัวแปลงความถี่ AC, ตัวปรับความกว้างพัลส์ DC) จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย ระบบประเภทนี้ไม่จำเป็นต้องแปลงพลังงาน ใช้งานง่าย และควบคุมได้อย่างละเอียดอ่อน มอเตอร์ส่วนใหญ่ต้องการกลไกการส่งกำลังที่ละเอียดอ่อน นั่นคือ ตัวลดความเร็ว ฟันของตัวลดความเร็วจะใช้ตัวแปลงความเร็วเฟืองเพื่อลดจำนวนรอบการหมุนย้อนกลับของมอเตอร์ให้เหลือจำนวนรอบที่ต้องการ เพื่อให้ได้แรงบิดที่มากขึ้น จึงช่วยลดความเร็วและเพิ่มแรงบิด เมื่อโหลดมาก มอเตอร์เซอร์โวจะเพิ่มกำลังโดยไม่รู้ตัว ซึ่งคุ้มค่ามาก และแรงบิดเอาต์พุตสามารถเพิ่มขึ้นได้ผ่านตัวลดความเร็วภายในช่วงความเร็วที่เหมาะสม มอเตอร์เซอร์โวมีแนวโน้มที่จะเกิดความร้อนและการสั่นสะเทือนความถี่ต่ำเมื่อทำงานที่ความถี่ต่ำ การทำงานซ้ำๆ เป็นเวลานานไม่เอื้อต่อการทำงานที่แม่นยำและเชื่อถือได้ การมีมอเตอร์ลดความเร็วที่มีความแม่นยำช่วยให้มอเตอร์เซอร์โวทำงานที่ความเร็วที่เหมาะสม เสริมความแข็งแกร่งของตัวเครื่อง และให้แรงบิดที่มากขึ้น ปัจจุบันตัวลดแรงดันไฟหลักๆ มีอยู่สองประเภท ได้แก่ ตัวลดแรงดันไฟแบบฮาร์มอนิก และตัวลดแรงดันไฟแบบ RV

3. ระบบควบคุม

เดอะระบบควบคุมหุ่นยนต์ระบบควบคุมเปรียบเสมือนสมองของหุ่นยนต์และเป็นปัจจัยหลักที่กำหนดหน้าที่และการทำงานของหุ่นยนต์ ระบบควบคุมจะส่งสัญญาณคำสั่งไปยังระบบขับเคลื่อนและกลไกการทำงานตามโปรแกรมที่ป้อนเข้ามา และควบคุมการทำงานเหล่านั้น หน้าที่หลักของระบบควบคุมคือ...หุ่นยนต์อุตสาหกรรม เทคโนโลยีการควบคุมคือการควบคุมช่วงกิจกรรม ท่าทาง วิถีการเคลื่อนที่ และระยะเวลาการกระทำหุ่นยนต์อุตสาหกรรมในพื้นที่ทำงาน มีลักษณะเด่นคือ การเขียนโปรแกรมที่ไม่ซับซ้อน การใช้งานเมนูซอฟต์แวร์ อินเทอร์เฟซผู้ใช้ที่เป็นมิตร การแจ้งเตือนการทำงานออนไลน์ และการใช้งานที่สะดวก ระบบควบคุมเป็นหัวใจสำคัญของหุ่นยนต์ และบริษัทต่างชาติที่เกี่ยวข้องต่างจับตาดูการทดลองของเราอย่างใกล้ชิด ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ประสิทธิภาพของไมโครโปรเซสเซอร์จึงสูงขึ้นเรื่อยๆ และราคาถูกลงเรื่อยๆ ปัจจุบัน ไมโครโปรเซสเซอร์ 32 บิตที่มีราคา 1-2 ดอลลาร์สหรัฐฯ ได้ปรากฏในตลาดแล้ว ไมโครโปรเซสเซอร์ราคาประหยัดได้นำมาซึ่งโอกาสในการพัฒนาใหม่ๆ สำหรับระบบควบคุมหุ่นยนต์ ทำให้สามารถพัฒนาระบบควบคุมหุ่นยนต์ที่มีต้นทุนต่ำและประสิทธิภาพสูงได้ เพื่อให้ระบบมีขีดความสามารถในการประมวลผลและการจัดเก็บข้อมูลที่เพียงพอ ระบบควบคุมหุ่นยนต์ในปัจจุบันจึงประกอบด้วยชิปที่มีประสิทธิภาพสูง เช่น ARM series, DSP series, POWERPC series, Intel series และอื่นๆ   เนื่องจากฟังก์ชันและคุณสมบัติของชิปอเนกประสงค์ที่มีอยู่ไม่สามารถตอบสนองความต้องการของระบบหุ่นยนต์บางระบบได้อย่างครบถ้วน ทั้งในด้านราคา ฟังก์ชันการทำงาน การบูรณาการ และอินเทอร์เฟซ จึงทำให้เกิดความต้องการเทคโนโลยี SoC (System on Chip) ในระบบหุ่นยนต์ โดย SoC จะรวมเอาโปรเซสเซอร์เข้ากับอินเทอร์เฟซที่จำเป็น ซึ่งจะช่วยลดความซับซ้อนในการออกแบบวงจรต่อพ่วงของระบบ ลดขนาดของระบบ และลดต้นทุน ตัวอย่างเช่น บริษัท Actel ได้รวมเอาแกนประมวลผล NEOS หรือ ARM7 เข้ากับผลิตภัณฑ์ FPGA ของตนเพื่อสร้างระบบ SoC ที่สมบูรณ์ ในส่วนของเทคโนโลยีควบคุมหุ่นยนต์นั้น การวิจัยส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่น และมีผลิตภัณฑ์ที่พัฒนาแล้ว เช่น บริษัท DELTATAU ของสหรัฐอเมริกา และบริษัท Pengli จำกัด ของญี่ปุ่น เป็นต้น ตัวควบคุมการเคลื่อนไหวของบริษัทเหล่านี้ใช้เทคโนโลยี DSP เป็นแกนหลักและใช้โครงสร้างแบบเปิดบนพีซี 4. ส่วนปลายของแขนกล ส่วนปลายแขนกล (End effector) คือชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อกับข้อต่อสุดท้ายของแขนกล โดยทั่วไปใช้สำหรับจับวัตถุ เชื่อมต่อกับกลไกอื่นๆ และปฏิบัติงานที่ต้องการ ผู้ผลิตหุ่นยนต์ส่วนใหญ่ไม่ได้ออกแบบหรือจำหน่ายส่วนปลายแขนกล ในกรณีส่วนใหญ่ พวกเขาจะจัดหาเพียงแค่ตัวจับยึดแบบง่ายๆ เท่านั้น โดยปกติแล้ว ส่วนปลายแขนกลจะติดตั้งอยู่บนหน้าแปลน 6 แกนของหุ่นยนต์เพื่อทำงานในสภาพแวดล้อมที่กำหนด เช่น การเชื่อม การพ่นสี การติดกาว และการขนถ่ายชิ้นส่วน ซึ่งเป็นงานที่ต้องใช้หุ่นยนต์ในการดำเนินการ

ภาพรวมของมอเตอร์เซอร์โว ตัวขับเซอร์โว หรือที่รู้จักกันในชื่อ "ตัวควบคุมเซอร์โว" และ "ตัวขยายสัญญาณเซอร์โว" คือตัวควบคุมที่ใช้ควบคุมมอเตอร์เซอร์โว หน้าที่ของมันคล้ายกับตัวแปลงความถี่ในมอเตอร์ AC ทั่วไป และเป็นส่วนหนึ่งของระบบเซอร์โว โดยทั่วไป มอเตอร์เซอร์โวจะถูกควบคุมด้วยสามวิธี ได้แก่ ตำแหน่ง ความเร็ว และแรงบิด เพื่อให้ได้ตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูงของระบบส่งกำลัง

1. การจำแนกประเภทของมอเตอร์เซอร์โว มอเตอร์เซอร์โวแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ มอเตอร์เซอร์โวแบบกระแสตรง (DC) และมอเตอร์เซอร์โวแบบกระแสสลับ (AC)

มอเตอร์เซอร์โว AC แบ่งออกเป็นมอเตอร์เซอร์โวแบบอะซิงโครนัสและมอเตอร์เซอร์โวแบบซิงโครนัส ปัจจุบันระบบไฟฟ้ากระแสสลับกำลังค่อยๆ เข้ามาแทนที่ระบบไฟฟ้ากระแสตรง เมื่อเปรียบเทียบกับระบบไฟฟ้ากระแสตรง มอเตอร์เซอร์โว AC มีข้อดีคือมีความน่าเชื่อถือสูง ระบายความร้อนได้ดี มีโมเมนต์ความเฉื่อยต่ำ และสามารถทำงานภายใต้แรงดันสูงได้ เนื่องจากไม่มีแปรงถ่านและเฟืองบังคับทิศทาง ระบบเซอร์โว AC จึงกลายเป็นระบบเซอร์โวแบบไร้แปรงถ่าน และมอเตอร์ที่ใช้ในระบบนี้คือมอเตอร์อะซิงโครนัสแบบกรงและมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรที่มีโครงสร้างแบบไร้แปรงถ่าน 1) มอเตอร์เซอร์โว DC แบ่งออกเป็นมอเตอร์แบบมีแปรงถ่านและมอเตอร์แบบไม่มีแปรงถ่าน

①มอเตอร์แบบมีแปรงถ่านมีต้นทุนต่ำ โครงสร้างเรียบง่าย แรงบิดเริ่มต้นสูง ช่วงความเร็วรอบกว้าง ควบคุมง่าย ต้องการการบำรุงรักษา แต่ก็บำรุงรักษาง่าย (เปลี่ยนแปรงถ่าน) ก่อให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า มีข้อกำหนดเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมในการใช้งาน และมักใช้เพื่อควบคุมต้นทุนในงานอุตสาหกรรมและงานพลเรือนทั่วไปที่ต้องการความละเอียดอ่อน

②มอเตอร์ไร้แปรงถ่านมีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา ให้กำลังขับสูงและตอบสนองรวดเร็ว มีความเร็วสูงและแรงเฉื่อยต่ำ แรงบิดคงที่ และการหมุนที่ราบรื่น การควบคุมมีความซับซ้อนและชาญฉลาด วิธีการสลับกระแสแบบอิเล็กทรอนิกส์มีความยืดหยุ่น สามารถสลับกระแสด้วยคลื่นสี่เหลี่ยมหรือคลื่นไซน์ได้ มอเตอร์ไม่ต้องบำรุงรักษาและมีประสิทธิภาพสูง ประหยัดพลังงาน แผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าน้อย อุณหภูมิเพิ่มขึ้นต่ำ และอายุการใช้งานยาวนาน เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมต่างๆ

2. คุณลักษณะของมอเตอร์เซอร์โวประเภทต่างๆ

1) ข้อดีและข้อเสียของมอเตอร์เซอร์โว DC ข้อดี: ควบคุมความเร็วได้อย่างแม่นยำ มีแรงบิดและความเร็วสูง หลักการควบคุมไม่ซับซ้อน ใช้งานง่าย และราคาถูก ข้อเสีย: การสลับกระแสไฟฟ้าด้วยแปรงถ่าน, ข้อจำกัดด้านความเร็ว, แรงต้านเพิ่มเติม, การเกิดอนุภาคสึกหรอ (ไม่เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่ปราศจากฝุ่นและอาจเกิดการระเบิดได้)

2) ข้อดีและข้อเสียของมอเตอร์เซอร์โว AC ข้อดี: มีคุณสมบัติการควบคุมความเร็วที่ดี ควบคุมได้อย่างราบรื่นตลอดช่วงความเร็ว แทบไม่มีการสั่นสะเทือน ประสิทธิภาพสูงกว่า 90% สร้างความร้อนน้อย ควบคุมความเร็วสูง ควบคุมตำแหน่งได้อย่างแม่นยำสูง (ขึ้นอยู่กับความแม่นยำของตัวเข้ารหัส) สามารถรักษาแรงบิดคงที่ได้ภายในช่วงการทำงานที่กำหนด มีแรงเฉื่อยต่ำ เสียงรบกวนต่ำ ไม่มีการสึกหรอของแปรงถ่าน และไม่ต้องบำรุงรักษา (เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่ปราศจากฝุ่นและวัตถุระเบิด) ข้อเสีย: การควบคุมซับซ้อนกว่า ต้องปรับพารามิเตอร์ของตัวขับที่หน้างาน และต้องกำหนดพารามิเตอร์ PID รวมถึงต้องมีการเชื่อมต่อมากขึ้น ปัจจุบัน เซอร์โวไดรฟ์ทั่วไปใช้ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP) เป็นแกนควบคุม ซึ่งสามารถใช้งานอัลกอริธึมควบคุมที่ค่อนข้างซับซ้อนและบรรลุการแปลงเป็นดิจิทัล การเชื่อมต่อเครือข่าย และความอัจฉริยะ อุปกรณ์กำลังไฟฟ้าโดยทั่วไปใช้วงจรขับที่ออกแบบโดยใช้โมดูลกำลังไฟฟ้าอัจฉริยะ (IPM) เป็นแกนหลัก IPM รวมวงจรขับและมีวงจรตรวจจับและป้องกันความผิดพลาด เช่น แรงดันเกิน กระแสเกิน ความร้อนสูงเกิน และแรงดันต่ำเกิน นอกจากนี้ยังมีการเพิ่มซอฟต์แวร์ลงในวงจรหลัก และวงจรสตาร์ทเพื่อลดผลกระทบของกระบวนการสตาร์ทต่อตัวขับ หน่วยขับกำลังจะแปลงกำลังไฟฟ้าสามเฟสหรือกำลังไฟฟ้าหลักที่ป้อนเข้ามาผ่านวงจรเรียงกระแสแบบฟูลบริดจ์สามเฟสเพื่อให้ได้กระแสตรงที่สอดคล้องกัน จากนั้นกำลังไฟฟ้าสามเฟสหรือกำลังไฟฟ้าหลักที่แปลงแล้วจะถูกแปลงเป็นความถี่โดยอินเวอร์เตอร์แรงดัน PWM แบบไซน์สามเฟสเพื่อขับมอเตอร์เซอร์โว AC แบบซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรสามเฟส กระบวนการทั้งหมดของหน่วยขับกำลังไฟฟ้าสามารถกล่าวได้ง่ายๆ ว่าเป็นกระบวนการ AC-DC-AC วงจรโทโพโลยีหลักของหน่วยเรียงกระแส (AC-DC) คือวงจรเรียงกระแสแบบฟูลบริดจ์สามเฟสที่ไม่มีการควบคุม

ภาพแสดงชิ้นส่วนแยกส่วนของตัวลดฮาร์โมนิก บริษัท Nabtesco ของญี่ปุ่นใช้เวลา 6-7 ปี นับตั้งแต่เสนอแบบ RV ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 จนกระทั่งประสบความสำเร็จอย่างมากในการวิจัยตัวลดเกียร์ RV ในปี 1986 และบริษัท Nantong Zhenkang และ Hengfengtai ซึ่งเป็นบริษัทแรกๆ ที่ผลิตผลงานได้ในจีน ก็ใช้เวลา 6-8 ปีเช่นกัน นั่นหมายความว่าวิสาหกิจในประเทศของเราไม่มีโอกาสหรือ? ข่าวดีก็คือ หลังจากหลายปีของการพัฒนา บริษัทจีนก็ประสบความสำเร็จในที่สุดในที่สุดในด้านนี้

*บทความนี้คัดลอกมาจากอินเทอร์เน็ต โปรดติดต่อเราเพื่อขอให้ลบออกหากพบการละเมิดลิขสิทธิ์