اجزای مغناطیسی: پشتیبانی قوی از عملکرد ربات

1. نقش اجزای مغناطیسی در روبات ها

1.1. موقعیت یابی دقیق

در سیستم های ربات، حسگرهای مغناطیسی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال، در برخی از روبات‌های صنعتی، حسگرهای مغناطیسی داخلی می‌توانند تغییرات میدان مغناطیسی اطراف را در زمان واقعی تشخیص دهند. این تشخیص می تواند موقعیت و جهت ربات را در فضای سه بعدی و با دقت میلی متری به دقت تعیین کند. با توجه به آمار داده های مربوطه، خطای موقعیت یابی ربات هایی که توسط حسگرهای مغناطیسی قرار می گیرند معمولاً در داخل است±5 میلی متر، که تضمین قابل اعتمادی را برای ربات ها برای انجام وظایف با دقت بالا در محیط های پیچیده فراهم می کند.

1.2. ناوبری کارآمد

نوارهای مغناطیسی یا نشانگرهای مغناطیسی روی زمین به عنوان مسیرهای ناوبری عمل می کنند و نقش مهمی در صحنه هایی مانند انبارداری خودکار، تدارکات و خطوط تولید دارند. با در نظر گرفتن ربات‌های کنترل هوشمند، فناوری استفاده از ناوبری نوار مغناطیسی نسبتاً بالغ، کم‌هزینه و در موقعیت‌یابی دقیق و قابل اعتماد است. ربات هوشمند پس از گذاشتن نوارهای مغناطیسی بر روی خط عملیاتی، می تواند خطای بین خود دستگاه و مسیر ردیابی هدف را از طریق سیگنال داده های میدان الکترومغناطیسی موجود در مسیر به دست آورد و با محاسبه دقیق و معقول، کار ناوبری حمل و نقل دستگاه را تکمیل کند. اندازه گیری علاوه بر این، ناوبری ناخن مغناطیسی نیز یک روش ناوبری رایج است. اصل کاربرد آن یافتن مسیر رانندگی بر اساس سیگنال داده مغناطیسی دریافت شده توسط سنسور ناوبری از میخ مغناطیسی است. فاصله بین میخ های مغناطیسی نمی تواند خیلی زیاد باشد. هنگامی که بین دو میخ مغناطیسی قرار دارد، ربات هندلینگ در حالت محاسبه رمزگذار خواهد بود.

1.3. جذب گیره ای قوی

تجهیز ربات به گیره های مغناطیسی می تواند توانایی عملیاتی ربات را تا حد زیادی بهبود بخشد. به عنوان مثال، گیره مغناطیسی GOUDSMIT هلندی را می توان به راحتی در خط تولید نصب کرد و با خیال راحت محصولات فرومغناطیسی را با حداکثر ظرفیت بالابری 600 کیلوگرم حمل کرد. گیره مغناطیسی MG10 که توسط OnRobot راه اندازی شده است، دارای نیروی قابل برنامه ریزی است و مجهز به گیره های داخلی و سنسورهای تشخیص قطعه برای زمینه های تولید، خودرو و هوافضا است. این گیره های مغناطیسی می توانند تقریباً هر شکل یا شکلی از قطعات آهنی را ببندند و برای دستیابی به نیروی گیره قوی فقط به یک سطح تماس کوچک نیاز است.

1.4. تشخیص تمیز کردن موثر

ربات تمیزکننده می تواند قطعات فلزی یا سایر اجسام کوچک روی زمین را با جذب مغناطیسی به طور موثر تمیز کند. به عنوان مثال، یک ربات تمیزکننده جذب به یک آهنربای الکترومغناطیس در شیار فن شکل مجهز شده است تا با سوئیچ کنترل ضربه ای همکاری کند، به طوری که وقتی شکاف فن شکل وارد منطقه از پیش تعیین شده می شود، آهنربای الکتریکی خاموش می شود، به طوری که ضایعات فلزی قطعات در شکاف جمع آوری قرار می گیرند و یک ساختار انحرافی در پایین شکاف فن شکل برای جمع آوری مایع زباله در نظر گرفته شده است. در عین حال، از حسگرهای مغناطیسی نیز می توان برای تشخیص اجسام فلزی روی زمین استفاده کرد که به ربات کمک می کند تا بهتر با محیط سازگار شود و بر اساس آن واکنش نشان دهد.

1.5. کنترل دقیق موتور

در سیستم هایی مانند موتورهای DC و موتورهای پله ای، تعامل بین میدان مغناطیسی و موتور بسیار مهم است. با در نظر گرفتن مواد مغناطیسی NdFeB به عنوان مثال، محصول انرژی مغناطیسی بالایی دارد و می تواند نیروی میدان مغناطیسی قوی را ارائه دهد، به طوری که موتور ربات دارای ویژگی های بازده بالا، سرعت بالا و گشتاور بالا است. به عنوان مثال، یکی از مواد مورد استفاده Zhongke Sanhuan در زمینه ربات، NdFeB است. در موتور ربات می توان از آهنرباهای NdFeB به عنوان آهنرباهای دائمی موتور برای ایجاد نیروی میدان مغناطیسی قوی استفاده کرد، به طوری که موتور دارای ویژگی های راندمان بالا، سرعت بالا و گشتاور بالا است. در عین حال، در حسگر ربات، آهنرباهای NdFeB می توانند به عنوان جزء اصلی حسگر مغناطیسی برای شناسایی و اندازه گیری اطلاعات میدان مغناطیسی اطراف ربات استفاده شوند.

2. کاربرد ربات های آهنربای دائم

2.1. کاربرد ربات های انسان نما

این میدان‌های نوظهور ربات‌های انسان‌نما به اجزای مغناطیسی برای تحقق عملکردهایی مانند تبدیل ولتاژ و فیلتر کردن EMC نیاز دارند. Maxim Technology گفت که روبات های انسان نما برای انجام این وظایف مهم به اجزای مغناطیسی نیاز دارند. علاوه بر این، اجزای مغناطیسی نیز در روبات‌های انسان‌نما برای به حرکت درآوردن موتورها و تامین انرژی برای حرکت روبات‌ها استفاده می‌شوند. از نظر سیستم های حسگر، اجزای مغناطیسی می توانند محیط اطراف را به دقت حس کنند و مبنایی برای تصمیم گیری ربات فراهم کنند. از نظر کنترل حرکت، اجزای مغناطیسی می توانند حرکات دقیق و پایدار ربات را تضمین کنند، گشتاور و قدرت کافی را فراهم کنند و ربات های انسان نما را قادر به انجام وظایف مختلف حرکتی پیچیده کنند. به عنوان مثال، هنگام حمل اجسام سنگین، گشتاور قوی می تواند اطمینان حاصل کند که ربات می تواند به طور پایدار اجسام را بگیرد و حرکت دهد.

2.2. کاربرد موتورهای مفصلی

اجزای آهنربای دائمی روتور مغناطیسی برای موتور مشترک ربات شامل مکانیزم چرخشی و مکانیزم نگهدارنده است. حلقه چرخان در مکانیزم دوار از طریق یک صفحه پشتیبانی به لوله نصب متصل می شود و سطح بیرونی با اولین شیار نصب برای نصب اولین جزء مغناطیسی ارائه می شود و یک جزء اتلاف حرارت نیز برای بهبود راندمان اتلاف گرما ارائه می شود. . حلقه نگهدارنده در مکانیزم نگهدارنده با یک شیار نصب دوم برای نصب جزء مغناطیسی دوم ارائه شده است. هنگام استفاده، مکانیسم نگهدارنده را می توان به راحتی در داخل محفظه موتور مشترک موجود از طریق حلقه نگهدارنده تنظیم کرد، و مکانیسم چرخش را می توان روی روتور موتور مشترک موجود از طریق لوله نصب تنظیم کرد، و لوله نصب توسط دستگاه ثابت و محدود می شود. سوراخ نگهدارنده شیار اتلاف گرما سطح تماس با دیواره سطح داخلی محفظه موتور مشترک موجود را افزایش می دهد، به طوری که حلقه نگهدارنده می تواند گرمای جذب شده را به طور موثر به محفظه موتور منتقل کند و در نتیجه راندمان اتلاف گرما را بهبود بخشد. هنگامی که لوله نصب با روتور می چرخد، می تواند حلقه چرخان را از طریق صفحه پشتیبانی بچرخاند. حلقه چرخان اتلاف گرما را از طریق هیت سینک اول و سینک حرارتی دوم ثابت در یک طرف نوار رسانای حرارت تسریع می کند. در عین حال، جریان هوای تولید شده توسط چرخش روتور موتور می تواند تخلیه گرما را در داخل موتور از طریق درگاه اتلاف گرما تسریع کند و محیط عملکرد طبیعی بلوک مغناطیسی اول و بلوک مغناطیسی دوم را حفظ کند. علاوه بر این، بلوک اتصال اول و بلوک اتصال دوم برای نصب و جایگزینی اولین صندلی L شکل مربوطه یا دومین صندلی L شکل مناسب است، به طوری که بلوک مغناطیسی اول و بلوک مغناطیسی دوم را می توان به راحتی نصب کرد و با توجه به وضعیت استفاده واقعی جایگزین شده است.

2.3. اپلیکیشن میکرو ربات

با مغناطیس کردن ربات میکرو، می تواند به طور انعطاف پذیر بچرخد و در یک محیط پیچیده حرکت کند. به عنوان مثال، محققان موسسه فناوری پکن ذرات NdFeB را با مواد PDMS نرم سیلیکونی ترکیب کردند تا یک ربات میکرو نرم بسازند و سطح آن را با یک لایه هیدروژل زیست سازگار پوشانده و بر چسبندگی بین جسم میکرو و نوک نرم ربات غلبه کرده و کاهش دهند. اصطکاک بین میکرو ربات و بستر و کاهش آسیب به اهداف بیولوژیکی. سیستم محرک مغناطیسی از یک جفت آهنربای الکتریکی عمودی تشکیل شده است. ربات میکرو با توجه به میدان مغناطیسی می چرخد ​​و می لرزد. از آنجایی که ربات نرم است، می‌تواند بدن خود را به شکلی انعطاف‌پذیر خم کند و در یک محیط دوشاخه پیچیده به‌طور انعطاف‌پذیر بچرخد. نه تنها این، ربات میکرو می تواند اجسام ریز را نیز دستکاری کند. در بازی "حرکت مهره" که توسط محققان طراحی شده است، می توان ربات میکرو را با میدان مغناطیسی، از طریق لایه های پیچ و خم ها کنترل کرد تا مهره های هدف را به داخل شیار هدف "حرکت" کند. این کار را می توان تنها در چند دقیقه تکمیل کرد. در آینده، محققان قصد دارند اندازه ربات میکرو را بیشتر کاهش دهند و دقت کنترل آن را بهبود بخشند، که ثابت می کند ربات میکرو پتانسیل بالایی برای عملیات داخل عروقی دارد.

3. الزامات ربات برای اجزای مغناطیسی

ارزش یک جزء مغناطیسی منفرد یک ربات انسان نما 3.52 برابر آهنربای NdFeB است. جزء مغناطیسی باید دارای ویژگی‌های گشتاور زیاد، انحراف مغناطیسی کوچک، اندازه موتور کوچک و الزامات عملکرد مغناطیسی واحد بالا باشد. ممکن است از یک ماده مغناطیسی ساده به یک محصول جزء مغناطیسی ارتقا یابد.

3.1. گشتاور زیاد

گشتاور یک موتور سنکرون آهنربای دائمی تحت تأثیر عوامل متعددی قرار می گیرد که در میان آنها قدرت میدان مغناطیسی یکی از عوامل کلیدی است. مواد آهنربای دائمی و ساختار مدار مغناطیسی بهینه شده در جزء مغناطیسی می تواند قدرت میدان مغناطیسی را افزایش دهد و در نتیجه گشتاور خروجی موتور را بهبود بخشد. به عنوان مثال، اندازه فولاد مغناطیسی به طور مستقیم بر قدرت میدان مغناطیسی موتور تأثیر می گذارد. به طور کلی، هرچه فولاد مغناطیسی بزرگتر باشد، قدرت میدان مغناطیسی بیشتر است. قدرت میدان مغناطیسی بزرگتر می تواند نیروی مغناطیسی قوی تری ایجاد کند و در نتیجه گشتاور خروجی موتور را افزایش دهد. در روبات‌های انسان‌نما، گشتاور بزرگ‌تری برای افزایش ظرفیت باربری برای انجام کارهای پیچیده مختلف مانند حمل اجسام سنگین مورد نیاز است.

3.2. انحراف مغناطیسی کوچک

یک انحراف مغناطیسی کوچک می تواند خطاهای حرکتی را کاهش دهد. در کنترل حرکت روبات های انسان نما، حرکات دقیق بسیار مهم است. اگر انحراف مغناطیسی خیلی زیاد باشد، گشتاور خروجی موتور ناپایدار خواهد بود و در نتیجه بر دقت حرکت ربات تأثیر می گذارد. بنابراین، روبات‌های انسان‌نما به زوایای انحراف مغناطیسی بسیار کوچک اجزای مغناطیسی نیاز دارند تا از حرکات دقیق ربات اطمینان حاصل کنند.

3.3. سایز موتور کوچک

طراحی ربات‌های انسان‌نما معمولاً نیاز به در نظر گرفتن محدودیت‌های فضا دارد، بنابراین اندازه موتور جزء مغناطیسی باید کوچک باشد. از طریق طراحی سیم پیچ معقول، بهینه سازی ساختار مدار مغناطیسی و انتخاب قطر شفت، می توان چگالی گشتاور موتور را بهبود بخشید و در نتیجه گشتاور خروجی بیشتری را در عین کاهش اندازه موتور به دست آورد. این می تواند ساختار ربات را فشرده تر کند و انعطاف پذیری و سازگاری ربات را بهبود بخشد.

3.4. الزامات عملکرد مغناطیسی واحد بالا

مواد مغناطیسی مورد استفاده در روبات های انسان نما باید عملکرد مغناطیسی واحد بالایی داشته باشند. این به این دلیل است که ربات های انسان نما باید به تبدیل انرژی کارآمد و کنترل حرکت در یک فضای محدود دست یابند. اجزای مغناطیسی با عملکرد مغناطیسی واحد بالا می توانند نیروی میدان مغناطیسی قوی تری را ارائه دهند و باعث می شوند موتور بازده و عملکرد بالاتری داشته باشد. در عین حال، عملکرد مغناطیسی واحد بالا همچنین می تواند اندازه و وزن جزء مغناطیسی را کاهش دهد و نیازهای روبات های انسان نما را برای سبک وزن برآورده کند.

4. توسعه آینده

اجزای مغناطیسی به دلیل عملکرد منحصر به فرد خود در بسیاری از زمینه ها ارزش بسیار خوبی از خود نشان داده اند و چشم انداز توسعه آنها روشن است. در زمینه صنعتی، کمک کلیدی برای موقعیت یابی دقیق ربات، ناوبری کارآمد، گیره و جذب قوی، تمیز کردن و تشخیص موثر و کنترل دقیق موتور است. در انواع مختلف ربات ها مانند ربات های انسان نما، موتورهای مفصلی و ربات های میکرو ضروری است. با گسترش مداوم تقاضای بازار، الزامات برای قطعات مغناطیسی با کارایی بالا نیز در حال افزایش است. شرکت ها باید به طور مداوم کیفیت محصول و سطح فنی را در فرآیند توسعه بهبود بخشند تا محصولات اجزای مغناطیسی با عملکرد بالاتر و کیفیت قابل اطمینان تر ایجاد کنند. تقاضای بازار و اصلاحات تکنولوژیکی صنعت قطعات مغناطیسی را به سمت آینده ای گسترده تر ارتقاء می دهد.