المكونات المغناطيسية: دعم قوي لوظائف الروبوت

1. دور المكونات المغناطيسية في الروبوتات

1.1. تحديد المواقع بدقة

في أنظمة الروبوت، يتم استخدام أجهزة الاستشعار المغناطيسية على نطاق واسع. على سبيل المثال، في بعض الروبوتات الصناعية، يمكن لأجهزة الاستشعار المغناطيسية المدمجة اكتشاف التغيرات في المجال المغناطيسي المحيط في الوقت الفعلي. ويمكن لهذا الكشف أن يحدد بدقة موقع الروبوت واتجاهه في الفضاء ثلاثي الأبعاد، بدقة تصل إلى المليمترات. وفقا لإحصاءات البيانات ذات الصلة، فإن خطأ تحديد المواقع للروبوتات التي يتم وضعها بواسطة أجهزة الاستشعار المغناطيسية عادة ما يكون في الداخل±5 ملم، مما يوفر ضمانًا موثوقًا للروبوتات لأداء مهام عالية الدقة في البيئات المعقدة.

1.2. التنقل الفعال

تعمل الأشرطة المغناطيسية أو العلامات المغناطيسية الموجودة على الأرض كمسارات ملاحية وتلعب دورًا مهمًا في مشاهد مثل التخزين الآلي والخدمات اللوجستية وخطوط الإنتاج. إذا أخذنا روبوتات المناولة الذكية كمثال، فإن تقنية استخدام الملاحة بالشريط المغناطيسي ناضجة نسبيًا ومنخفضة التكلفة ودقيقة وموثوقة في تحديد المواقع. بعد وضع الشرائط المغناطيسية على خط التشغيل، يمكن للروبوت الذكي الحصول على الخطأ بين الآلة نفسها ومسار تتبع الهدف من خلال إشارة بيانات المجال الكهرومغناطيسي على المسار، وإكمال أعمال الملاحة لنقل الآلة من خلال حسابات دقيقة ومعقولة و قياس. بالإضافة إلى ذلك، يعد التنقل بالأظافر المغناطيسية أيضًا طريقة شائعة للتنقل. مبدأ تطبيقه هو العثور على مسار القيادة بناءً على إشارة البيانات المغناطيسية التي يتلقاها مستشعر الملاحة من المسمار المغناطيسي. لا يمكن أن تكون المسافة بين المسامير المغناطيسية كبيرة جدًا. عندما يكون بين اثنين من المسامير المغناطيسية، سيكون روبوت المناولة في حالة حساب التشفير.

1.3. امتزاز لقط قوي

إن تجهيز الروبوت بمشابك مغناطيسية يمكن أن يحسن بشكل كبير من قدرة تشغيل الروبوت. على سبيل المثال، يمكن تركيب المشبك المغناطيسي الهولندي GOUDSMIT بسهولة في خط الإنتاج ويمكنه التعامل بأمان مع المنتجات المغناطيسية بقدرة رفع قصوى تصل إلى 600 كجم. يتمتع المقبض المغناطيسي MG10 الذي أطلقته OnRobot بقوة قابلة للبرمجة ومجهز بمشابك مدمجة وأجهزة استشعار للكشف عن الأجزاء في مجالات التصنيع والسيارات والفضاء. يمكن لهذه المشابك المغناطيسية تثبيت أي شكل أو شكل تقريبًا من قطع العمل الحديدية، ولا يلزم سوى منطقة اتصال صغيرة لتحقيق قوة تثبيت قوية.

1.4. الكشف عن التنظيف الفعال

يمكن لروبوت التنظيف تنظيف الأجزاء المعدنية أو غيرها من الأشياء الصغيرة الموجودة على الأرض بشكل فعال عن طريق الامتزاز المغناطيسي. على سبيل المثال، تم تجهيز روبوت تنظيف الامتزاز بمغناطيس كهربائي في الفتحة على شكل مروحة للتعاون مع مفتاح التحكم في السكتة الدماغية، بحيث عندما تدخل الفتحة على شكل مروحة إلى المنطقة المحددة مسبقًا، يتم إيقاف تشغيل المغناطيس الكهربائي، بحيث يتم إيقاف النفايات المعدنية تسقط الأجزاء في فتحة التجميع، ويتم توفير هيكل تحويل في الجزء السفلي من الفتحة على شكل مروحة لتجميع سائل النفايات. وفي الوقت نفسه، يمكن أيضًا استخدام أجهزة الاستشعار المغناطيسية للكشف عن الأجسام المعدنية على الأرض، مما يساعد الروبوت على التكيف بشكل أفضل مع البيئة والاستجابة وفقًا لذلك.

1.5. التحكم الدقيق في المحركات

في أنظمة مثل محركات التيار المستمر والمحركات السائر، يعد التفاعل بين المجال المغناطيسي والمحرك أمرًا بالغ الأهمية. إذا أخذنا المواد المغناطيسية NdFeB كمثال، فهي تحتوي على منتج طاقة مغناطيسية عالي ويمكن أن توفر قوة مجال مغناطيسي قوية، بحيث يتميز محرك الروبوت بخصائص الكفاءة العالية والسرعة العالية وعزم الدوران العالي. على سبيل المثال، إحدى المواد التي يستخدمها Zhongke Sanhuan في مجال الروبوتات هي NdFeB. في محرك الروبوت، يمكن استخدام مغناطيس NdFeB كمغناطيس دائم للمحرك لتوفير قوة مجال مغناطيسي قوية، بحيث يتمتع المحرك بخصائص الكفاءة العالية والسرعة العالية وعزم الدوران العالي. وفي الوقت نفسه، في مستشعر الروبوت، يمكن استخدام مغناطيس NdFeB باعتباره المكون الأساسي للمستشعر المغناطيسي لاكتشاف وقياس معلومات المجال المغناطيسي حول الروبوت.

2. تطبيق الروبوتات ذات المغناطيس الدائم

2.1. تطبيق الروبوتات البشرية

تتطلب هذه المجالات الناشئة للروبوتات البشرية مكونات مغناطيسية لتحقيق وظائف مثل تحويل الجهد وتصفية EMC. وقالت مكسيم تكنولوجي إن الروبوتات البشرية تحتاج إلى مكونات مغناطيسية لإكمال هذه المهام المهمة. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم المكونات المغناطيسية أيضًا في الروبوتات البشرية لقيادة المحركات وتوفير الطاقة لحركة الروبوتات. وفيما يتعلق بأنظمة الاستشعار، يمكن للمكونات المغناطيسية أن تستشعر البيئة المحيطة بدقة وتوفر الأساس لعملية صنع القرار للروبوت. فيما يتعلق بالتحكم في الحركة، يمكن للمكونات المغناطيسية ضمان حركات الروبوت الدقيقة والمستقرة، وتوفير عزم دوران وقوة كافيين، وتمكين الروبوتات البشرية من إكمال مهام الحركة المعقدة المختلفة. على سبيل المثال، عند حمل أشياء ثقيلة، يمكن أن يضمن عزم الدوران القوي قدرة الروبوت على الإمساك بالأشياء وتحريكها بثبات.

2.2. تطبيق المحركات المشتركة

تشتمل مكونات المغناطيس الدائم للدوار المغناطيسي للمحرك المشترك للروبوت على آلية دوارة وآلية احتجاز. يتم توصيل الحلقة الدوارة في آلية الدوران بأنبوب التثبيت من خلال لوحة دعم، ويتم تزويد السطح الخارجي بأخدود تثبيت أول لتركيب المكون المغناطيسي الأول، كما يتم توفير مكون تبديد الحرارة لتحسين كفاءة تبديد الحرارة . يتم تزويد حلقة التثبيت في آلية التثبيت بأخدود تثبيت ثانٍ لتركيب المكون المغناطيسي الثاني. عند الاستخدام، يمكن ضبط آلية الاحتفاظ بشكل مريح داخل مبيت محرك المفصل الموجود من خلال حلقة الاحتفاظ، ويمكن ضبط آلية الدوران على دوار محرك المفصل الموجود من خلال أنبوب التثبيت، ويتم تثبيت أنبوب التثبيت وتقييده بواسطة ثقب الاحتفاظ. يزيد أخدود تبديد الحرارة من مساحة التلامس مع جدار السطح الداخلي لغطاء المحرك المشترك الموجود، بحيث يمكن لحلقة الاحتفاظ أن تنقل الحرارة الممتصة بكفاءة إلى غلاف المحرك، وبالتالي تحسين كفاءة تبديد الحرارة. عندما يدور أنبوب التثبيت مع الدوار، فإنه يمكن أن يدفع الحلقة الدوارة للتدوير من خلال لوحة الدعم. تعمل الحلقة الدوارة على تسريع تبديد الحرارة من خلال المشتت الحراري الأول والمشتت الحراري الثاني المثبت على جانب واحد من شريط التوصيل الحراري. في الوقت نفسه، يمكن لتدفق الهواء الناتج عن دوران دوار المحرك تسريع تفريغ الحرارة داخل المحرك من خلال منفذ تبديد الحرارة، مما يحافظ على بيئة التشغيل العادية للكتلة المغناطيسية الأولى والكتلة المغناطيسية الثانية. علاوة على ذلك، فإن كتلة التوصيل الأولى وكتلة التوصيل الثانية مناسبتان لتركيب واستبدال المقعد الأول المطابق على شكل حرف L أو المقعد الثاني على شكل L، بحيث يمكن تركيب الكتلة المغناطيسية الأولى والكتلة المغناطيسية الثانية بشكل ملائم استبدال وفقا لحالة الاستخدام الفعلي.

2.3. تطبيق الروبوت الصغير

من خلال مغنطة الروبوت الصغير، يمكنه الدوران والتحرك بمرونة في بيئة معقدة. على سبيل المثال، قام الباحثون في معهد بكين للتكنولوجيا بدمج جزيئات NdFeB مع مواد PDMS السيليكونية الناعمة لصنع روبوت دقيق ناعم، وقاموا بتغطية السطح بطبقة هيدروجيل متوافقة حيويًا، مما تغلب على الالتصاق بين الجسم الدقيق والطرف الناعم للروبوت، مما يقلل من الالتصاق بين الجسم الصغير والطرف الناعم للروبوت. الاحتكاك بين الروبوت الصغير والركيزة، والحد من الأضرار التي لحقت الأهداف البيولوجية. يتكون نظام الدفع المغناطيسي من زوج من المغناطيسات الكهربائية العمودية. يتحول الروبوت الصغير ويهتز وفقًا للمجال المغناطيسي. نظرًا لأن الروبوت ناعم، فيمكنه ثني جسمه بمرونة ويمكنه الدوران بمرونة في بيئة متشعبة معقدة. ليس هذا فحسب، بل يستطيع الروبوت الصغير أيضًا التعامل مع الأشياء الدقيقة. وفي لعبة "تحريك الخرزة" التي صممها الباحثون، يمكن التحكم في الروبوت الصغير عن طريق المجال المغناطيسي، من خلال طبقات من المتاهات "لتحريك" الخرزات المستهدفة في الأخدود المستهدف. يمكن إكمال هذه المهمة في بضع دقائق فقط. وفي المستقبل، يخطط الباحثون لتقليل حجم الروبوت الصغير بشكل أكبر وتحسين دقة التحكم فيه، مما يثبت أن الروبوت الصغير لديه إمكانات كبيرة للعملية داخل الأوعية الدموية.

3. متطلبات الروبوت للمكونات المغناطيسية

تبلغ قيمة المكون المغناطيسي الواحد للروبوت البشري 3.52 أضعاف قيمة مغناطيس NdFeB. يجب أن يتمتع المكون المغناطيسي بخصائص عزم الدوران الكبير، والانحراف المغناطيسي الصغير، وحجم المحرك الصغير، ومتطلبات الأداء المغناطيسي العالي للوحدة. ويمكن ترقيتها من مادة مغناطيسية بسيطة إلى منتج مكون مغناطيسي.

3.1. عزم دوران كبير

يتأثر عزم دوران المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم بعوامل متعددة، من بينها قوة المجال المغناطيسي التي تعد أحد العوامل الرئيسية. يمكن أن تزيد مادة المغناطيس الدائم وهيكل الدائرة المغناطيسية الأمثل في المكون المغناطيسي من قوة المجال المغناطيسي، وبالتالي تحسين خرج عزم الدوران للمحرك. على سبيل المثال، حجم الفولاذ المغناطيسي يؤثر بشكل مباشر على قوة المجال المغناطيسي للمحرك. بشكل عام، كلما زاد حجم الفولاذ المغناطيسي، زادت قوة المجال المغناطيسي. يمكن أن توفر قوة المجال المغناطيسي الأكبر قوة مغناطيسية أقوى، وبالتالي زيادة عزم دوران المحرك. في الروبوتات البشرية، يلزم عزم دوران أكبر لزيادة القدرة على التحمل لإكمال المهام المعقدة المختلفة، مثل حمل الأشياء الثقيلة.

3.2. انحراف مغناطيسي صغير

يمكن أن يؤدي الانحراف المغناطيسي الصغير إلى تقليل أخطاء الحركة. في التحكم في حركة الروبوتات البشرية، تعد الحركات الدقيقة أمرًا بالغ الأهمية. إذا كان الانحراف المغناطيسي كبيرًا جدًا، فسيكون عزم الدوران الناتج للمحرك غير مستقر، مما يؤثر على دقة حركة الروبوت. ولذلك، تتطلب الروبوتات البشرية زوايا انحراف مغناطيسية صغيرة جدًا للمكونات المغناطيسية لضمان تحركات دقيقة للروبوت.

3.3. حجم المحرك صغير

عادةً ما يحتاج تصميم الروبوتات الشبيهة بالبشر إلى مراعاة محدودية المساحة، لذا يجب أن يكون حجم محرك المكون المغناطيسي صغيرًا. من خلال تصميم اللف المعقول، وتحسين هيكل الدائرة المغناطيسية واختيار قطر العمود، يمكن تحسين كثافة عزم الدوران للمحرك، وبالتالي تحقيق خرج عزم دوران أكبر مع تقليل حجم المحرك. وهذا يمكن أن يجعل هيكل الروبوت أكثر إحكاما ويحسن مرونة الروبوت وقدرته على التكيف.

3.4. متطلبات الأداء المغناطيسي للوحدة العالية

يجب أن تتمتع المواد المغناطيسية المستخدمة في الروبوتات البشرية بأداء مغناطيسي عالي. وذلك لأن الروبوتات البشرية تحتاج إلى تحقيق تحويل فعال للطاقة والتحكم في الحركة في مساحة محدودة. يمكن للمكونات المغناطيسية ذات الأداء المغناطيسي العالي للوحدة أن توفر قوة مجال مغناطيسي أقوى، مما يجعل المحرك يتمتع بكفاءة وأداء أعلى. وفي الوقت نفسه، يمكن للأداء المغناطيسي العالي للوحدة أيضًا تقليل حجم ووزن المكون المغناطيسي، مما يلبي متطلبات الروبوتات البشرية من حيث الوزن الخفيف.

4. التطوير المستقبلي

لقد أظهرت المكونات المغناطيسية قيمة ممتازة في العديد من المجالات نظرًا لأدائها الفريد وآفاق تطويرها مشرقة. في المجال الصناعي، فهو أداة مساعدة رئيسية لتحديد موضع الروبوت بدقة، والتنقل الفعال، والتثبيت والامتصاص القوي، والتنظيف والكشف الفعال، والتحكم الدقيق في المحرك. لا غنى عنه في أنواع مختلفة من الروبوتات مثل الروبوتات البشرية والمحركات المشتركة والروبوتات الصغيرة. مع التوسع المستمر في الطلب في السوق، فإن متطلبات المكونات المغناطيسية عالية الأداء آخذة في الارتفاع أيضًا. تحتاج الشركات إلى التحسين المستمر لجودة المنتج والمستوى الفني في عملية التطوير لإنشاء منتجات مكونات مغناطيسية ذات أداء أعلى وجودة أكثر موثوقية. سيؤدي الطلب في السوق والإصلاحات التكنولوجية إلى تعزيز صناعة المكونات المغناطيسية نحو مستقبل أوسع.