1. Die Rolle magnetischer Komponenten in Robotern
1.1. Genaue Positionierung
In Robotersystemen werden häufig magnetische Sensoren eingesetzt. Beispielsweise können in einigen Industrierobotern die eingebauten Magnetsensoren Änderungen im umgebenden Magnetfeld in Echtzeit erkennen. Diese Erkennung kann die Position und Richtung des Roboters im dreidimensionalen Raum präzise und auf den Millimeter genau bestimmen. Laut einschlägiger Datenstatistik liegt der Positionierungsfehler von Robotern, die durch Magnetsensoren positioniert werden, normalerweise innerhalb±5 mm, was eine zuverlässige Garantie dafür ist, dass Roboter hochpräzise Aufgaben in komplexen Umgebungen ausführen können.
1.2. Effiziente Navigation
Die Magnetstreifen oder magnetischen Markierungen auf dem Boden dienen als Navigationspfade und spielen eine wichtige Rolle in Szenen wie automatisierter Lagerhaltung, Logistik und Produktionslinien. Am Beispiel intelligenter Handhabungsroboter ist die Technologie der Magnetstreifennavigation relativ ausgereift, kostengünstig und bei der Positionierung genau und zuverlässig. Nach dem Verlegen von Magnetstreifen auf der Betriebslinie kann der intelligente Roboter den Fehler zwischen der Maschine selbst und dem Zielverfolgungspfad anhand des elektromagnetischen Felddatensignals auf dem Pfad ermitteln und die Navigationsarbeit des Maschinentransports durch genaue und vernünftige Berechnungen abschließen Messung. Darüber hinaus ist auch die magnetische Nagelnavigation eine gängige Navigationsmethode. Sein Anwendungsprinzip besteht darin, den Fahrweg anhand des magnetischen Datensignals zu ermitteln, das der Navigationssensor vom Magnetnagel empfängt. Der Abstand zwischen den Magnetnägeln darf nicht zu groß sein. Befindet sich der Handhabungsroboter zwischen zwei Magnetnägeln, befindet er sich im Zustand der Encoderberechnung.
1.3. Starke Klemmadsorption
Die Ausstattung des Roboters mit magnetischen Klemmen kann die Bedienfähigkeit des Roboters erheblich verbessern. Beispielsweise lässt sich die niederländische Magnetklemme GOUDSMIT einfach in die Produktionslinie einbauen und kann ferromagnetische Produkte mit einer maximalen Tragfähigkeit von 600 kg sicher handhaben. Der von OnRobot eingeführte Magnetgreifer MG10 verfügt über eine programmierbare Kraft und ist mit integrierten Klemmen und Teileerkennungssensoren für die Bereiche Fertigung, Automobil und Luft- und Raumfahrt ausgestattet. Diese Magnetspanner können fast jede Form von Eisenwerkstücken spannen und es ist nur eine kleine Kontaktfläche erforderlich, um eine starke Spannkraft zu erreichen.
1.4. Effektive Reinigungserkennung
Der Reinigungsroboter kann durch magnetische Adsorption effektiv Metallfragmente oder andere kleine Gegenstände auf dem Boden reinigen. Beispielsweise ist ein Adsorptionsreinigungsroboter mit einem Elektromagneten im fächerförmigen Schlitz ausgestattet, der mit dem Hubsteuerschalter zusammenwirkt, sodass der Elektromagnet ausgeschaltet wird, wenn der fächerförmige Schlitz in den vorgegebenen Bereich eintritt, so dass der Metallabfall entfernt wird Teile fallen in den Sammelschlitz, und am Boden des fächerförmigen Schlitzes ist eine Umleitungsstruktur vorgesehen, um die Abfallflüssigkeit aufzufangen. Gleichzeitig können Magnetsensoren auch zur Erkennung von Metallobjekten am Boden eingesetzt werden, was dem Roboter hilft, sich besser an die Umgebung anzupassen und entsprechend zu reagieren.
1.5. Präzise Motorsteuerung
In Systemen wie Gleichstrommotoren und Schrittmotoren ist die Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld und dem Motor entscheidend. Am Beispiel des magnetischen NdFeB-Materials weist es ein hohes magnetisches Energieprodukt auf und kann eine starke Magnetfeldkraft bereitstellen, sodass der Robotermotor die Eigenschaften eines hohen Wirkungsgrads, einer hohen Geschwindigkeit und eines hohen Drehmoments aufweist. Eines der von Zhongke Sanhuan im Roboterbereich verwendeten Materialien ist beispielsweise NdFeB. Im Motor des Roboters können NdFeB-Magnete als Permanentmagnete des Motors verwendet werden, um eine starke Magnetfeldkraft bereitzustellen, sodass der Motor die Eigenschaften eines hohen Wirkungsgrads, einer hohen Geschwindigkeit und eines hohen Drehmoments aufweist. Gleichzeitig können im Sensor des Roboters NdFeB-Magnete als Kernkomponente des Magnetsensors verwendet werden, um die Magnetfeldinformationen rund um den Roboter zu erfassen und zu messen.
2. Einsatz von Permanentmagnetrobotern
2.1. Einsatz humanoider Roboter
Diese aufstrebenden Bereiche humanoider Roboter erfordern magnetische Komponenten, um Funktionen wie Spannungsumwandlung und EMV-Filterung zu realisieren. Maxim Technology sagte, dass humanoide Roboter magnetische Komponenten benötigen, um diese wichtigen Aufgaben zu erfüllen. Darüber hinaus werden magnetische Komponenten auch in humanoiden Robotern verwendet, um Motoren anzutreiben und Energie für die Bewegung von Robotern bereitzustellen. Bei den Sensorsystemen können magnetische Komponenten die Umgebung genau erfassen und eine Grundlage für die Entscheidungsfindung des Roboters liefern. Im Hinblick auf die Bewegungssteuerung können magnetische Komponenten die präzisen und stabilen Bewegungen des Roboters sicherstellen, ausreichend Drehmoment und Leistung bereitstellen und es humanoiden Robotern ermöglichen, verschiedene komplexe Bewegungsaufgaben zu erledigen. Beispielsweise kann beim Tragen schwerer Gegenstände ein starkes Drehmoment dafür sorgen, dass der Roboter Gegenstände stabil greifen und bewegen kann.
2.2. Anwendung von Gelenkmotoren
Zu den Permanentmagnetkomponenten des Magnetrotors für den Gelenkmotor des Roboters gehören ein Drehmechanismus und ein Haltemechanismus. Der Drehring im Drehmechanismus ist über eine Stützplatte mit dem Montagerohr verbunden, und die Außenfläche ist mit einer ersten Montagenut zur Montage der ersten magnetischen Komponente versehen, und eine Wärmeableitungskomponente ist ebenfalls vorgesehen, um die Wärmeableitungseffizienz zu verbessern . Der Haltering im Haltemechanismus ist mit einer zweiten Montagenut zur Montage der zweiten magnetischen Komponente versehen. Bei der Verwendung kann der Haltemechanismus durch den Haltering bequem im Inneren des vorhandenen Gelenkmotorgehäuses angebracht werden, und der Drehmechanismus kann durch das Montagerohr am vorhandenen Gelenkmotorrotor angebracht werden, wobei das Montagerohr durch den fixiert und begrenzt wird Halteloch. Die Wärmeableitungsnut vergrößert die Kontaktfläche mit der Innenwand des vorhandenen gemeinsamen Motorgehäuses, sodass der Haltering die absorbierte Wärme effizient auf das Motorgehäuse übertragen und so die Wärmeableitungseffizienz verbessern kann. Wenn sich das Montagerohr mit dem Rotor dreht, kann es den Drehring durch die Stützplatte in Drehung versetzen. Der rotierende Ring beschleunigt die Wärmeableitung durch den ersten Kühlkörper und den zweiten Kühlkörper, der auf einer Seite des Wärmeleitbandes befestigt ist. Gleichzeitig kann der durch die Drehung des Motorrotors erzeugte Luftstrom die Wärmeabgabe innerhalb des Motors durch die Wärmeableitungsöffnung beschleunigen und so die normale Betriebsumgebung des ersten Magnetblocks und des zweiten Magnetblocks aufrechterhalten. Darüber hinaus sind der erste Verbindungsblock und der zweite Verbindungsblock praktisch für die Installation und den Austausch des entsprechenden ersten L-förmigen Sitzes oder des zweiten L-förmigen Sitzes, sodass der erste Magnetblock und der zweite Magnetblock bequem installiert und ausgetauscht werden können entsprechend der tatsächlichen Nutzungssituation ausgetauscht werden.
2.3. Mikroroboteranwendung
Durch die Magnetisierung des Mikroroboters kann er sich in einer komplexen Umgebung flexibel drehen und bewegen. Beispielsweise kombinierten Forscher am Beijing Institute of Technology NdFeB-Partikel mit weichen Silikon-PDMS-Materialien, um einen mikroweichen Roboter herzustellen, und bedeckten die Oberfläche mit einer biokompatiblen Hydrogelschicht, wodurch die Adhäsion zwischen dem Mikroobjekt und der weichen Spitze des Roboters überwunden und reduziert wurde die Reibung zwischen dem Mikroroboter und dem Substrat und die Reduzierung von Schäden an biologischen Zielen. Das magnetische Antriebssystem besteht aus einem Paar vertikaler Elektromagnete. Der Mikroroboter dreht und vibriert entsprechend dem Magnetfeld. Da der Roboter weich ist, kann er seinen Körper flexibel biegen und sich in einer komplexen, gegabelten Umgebung flexibel drehen. Darüber hinaus kann der Mikroroboter auch Mikroobjekte manipulieren. In dem von den Forschern entwickelten „Perlenbewegungsspiel“ kann der Mikroroboter durch das Magnetfeld durch Labyrinthschichten gesteuert werden, um die Zielperlen in die Zielrille zu „bewegen“. Diese Aufgabe kann in nur wenigen Minuten erledigt werden. In Zukunft planen die Forscher, die Größe des Mikroroboters weiter zu reduzieren und seine Steuerungsgenauigkeit zu verbessern, was beweist, dass der Mikroroboter großes Potenzial für intravaskuläre Operationen hat.
3. Roboteranforderungen für magnetische Komponenten
Der Wert einer einzelnen magnetischen Komponente eines humanoiden Roboters ist 3,52-mal so hoch wie der eines NdFeB-Magneten. Die magnetische Komponente muss die Eigenschaften eines großen Drehmoments, einer kleinen magnetischen Deklination, einer kleinen Motorgröße und hohen Anforderungen an die magnetische Leistung der Einheit aufweisen. Es kann von einem einfachen magnetischen Material zu einem Produkt mit magnetischen Komponenten aufgerüstet werden.
3.1. Großes Drehmoment
Das Drehmoment eines Permanentmagnet-Synchronmotors wird von mehreren Faktoren beeinflusst, unter denen die magnetische Feldstärke einer der Schlüsselfaktoren ist. Das Permanentmagnetmaterial und die optimierte Magnetkreisstruktur in der Magnetkomponente können die magnetische Feldstärke erhöhen und dadurch die Drehmomentabgabe des Motors verbessern. Beispielsweise wirkt sich die Größe des Magnetstahls direkt auf die magnetische Feldstärke des Motors aus. Generell gilt: Je größer der magnetische Stahl, desto größer die magnetische Feldstärke. Eine größere Magnetfeldstärke kann eine stärkere Magnetkraft erzeugen und dadurch die Drehmomentabgabe des Motors erhöhen. Bei humanoiden Robotern ist ein größeres Drehmoment erforderlich, um die Tragfähigkeit für verschiedene komplexe Aufgaben zu erhöhen, beispielsweise das Tragen schwerer Gegenstände.
3.2. Kleine magnetische Deklination
Eine kleine magnetische Deklination kann Bewegungsfehler reduzieren. Bei der Bewegungssteuerung humanoider Roboter sind präzise Bewegungen entscheidend. Wenn die magnetische Deklination zu groß ist, ist das Ausgangsdrehmoment des Motors instabil und beeinträchtigt dadurch die Bewegungsgenauigkeit des Roboters. Daher benötigen humanoide Roboter sehr kleine magnetische Deklinationswinkel magnetischer Komponenten, um genaue Bewegungen des Roboters sicherzustellen.
3.3. Kleine Motorgröße
Bei der Konstruktion humanoider Roboter müssen in der Regel Platzbeschränkungen berücksichtigt werden, sodass die Motorgröße der magnetischen Komponente klein sein muss. Durch eine sinnvolle Wicklungskonstruktion, die Optimierung der Magnetkreisstruktur und die Auswahl des Wellendurchmessers kann die Drehmomentdichte des Motors verbessert werden, wodurch eine höhere Drehmomentabgabe bei gleichzeitiger Reduzierung der Motorgröße erreicht wird. Dadurch kann die Struktur des Roboters kompakter gestaltet und die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit des Roboters verbessert werden.
3.4. Hohe Anforderungen an die magnetische Leistung der Einheit
Die in humanoiden Robotern verwendeten magnetischen Materialien müssen eine hohe magnetische Leistung aufweisen. Denn humanoide Roboter müssen auf begrenztem Raum eine effiziente Energieumwandlung und Bewegungssteuerung erreichen. Magnetische Komponenten mit hoher magnetischer Einheitsleistung können eine stärkere Magnetfeldkraft erzeugen, wodurch der Motor eine höhere Effizienz und Leistung aufweist. Gleichzeitig kann die hohe magnetische Leistung der Einheit auch die Größe und das Gewicht der magnetischen Komponente reduzieren und so den Anforderungen humanoider Roboter an Leichtbau gerecht werden.
4. Zukünftige Entwicklung
Magnetische Komponenten haben aufgrund ihrer einzigartigen Leistung in vielen Bereichen einen hervorragenden Wert gezeigt und ihre Entwicklungsaussichten sind rosig. Im industriellen Bereich ist es ein wichtiges Hilfsmittel für präzise Roboterpositionierung, effiziente Navigation, starke Klemmung und Adsorption, effektive Reinigung und Erkennung sowie präzise Motorsteuerung. Es ist in verschiedenen Robotertypen wie humanoiden Robotern, Gelenkmotoren und Mikrorobotern unverzichtbar. Mit der kontinuierlichen Ausweitung der Marktnachfrage steigen auch die Anforderungen an leistungsstarke Magnetkomponenten. Unternehmen müssen die Produktqualität und das technische Niveau im Entwicklungsprozess kontinuierlich verbessern, um magnetische Komponentenprodukte mit höherer Leistung und zuverlässigerer Qualität herzustellen. Marktnachfrage und technologische Reformen werden die Magnetkomponentenindustrie weiter in eine breitere Zukunft führen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 19. November 2024
