1. Rola elementów magnetycznych w robotach
1.1. Dokładne pozycjonowanie
W systemach robotycznych szeroko stosowane są czujniki magnetyczne. Na przykład w niektórych robotach przemysłowych wbudowane czujniki magnetyczne mogą wykrywać zmiany w otaczającym polu magnetycznym w czasie rzeczywistym. Dzięki tej detekcji można dokładnie określić położenie i kierunek robota w przestrzeni trójwymiarowej, z dokładnością do milimetrów. Według odpowiednich danych statystycznych błąd pozycjonowania robotów pozycjonowanych za pomocą czujników magnetycznych zwykle mieści się w granicach±5 mm, co zapewnia robotom niezawodną gwarancję wykonywania zadań o wysokiej precyzji w złożonych środowiskach.
1.2. Wydajna nawigacja
Paski magnetyczne lub znaczniki magnetyczne na ziemi służą jako ścieżki nawigacyjne i odgrywają ważną rolę w scenach takich jak zautomatyzowane magazynowanie, logistyka i linie produkcyjne. Biorąc za przykład inteligentne roboty manipulacyjne, technologia wykorzystująca nawigację za pomocą paska magnetycznego jest stosunkowo dojrzała, tania oraz dokładna i niezawodna w pozycjonowaniu. Po ułożeniu pasków magnetycznych na linii operacyjnej inteligentny robot może uzyskać błąd między samą maszyną a ścieżką śledzenia celu poprzez sygnał danych pola elektromagnetycznego na ścieżce i zakończyć prace nawigacyjne transportu maszyny poprzez dokładne i rozsądne obliczenia i pomiar. Ponadto nawigacja magnetyczna jest również powszechną metodą nawigacji. Zasada jego zastosowania polega na znalezieniu ścieżki jazdy na podstawie sygnału danych magnetycznych otrzymanych przez czujnik nawigacyjny z gwoździa magnetycznego. Odległość pomiędzy gwoździami magnetycznymi nie może być zbyt duża. Znajdując się pomiędzy dwoma gwoździami magnetycznymi, robot obsługujący będzie w stanie obliczeń enkodera.
1.3. Silna adsorpcja zaciskająca
Wyposażenie robota w zaciski magnetyczne może znacznie poprawić jego możliwości operacyjne. Na przykład holenderski zacisk magnetyczny GOUDSMIT można łatwo zainstalować na linii produkcyjnej i bezpiecznie przenosić produkty ferromagnetyczne o maksymalnym udźwigu 600 kg. Chwytak magnetyczny MG10 wprowadzony na rynek przez firmę OnRobot ma programowalną siłę i jest wyposażony we wbudowane zaciski i czujniki wykrywania części do zastosowań w przemyśle produkcyjnym, motoryzacyjnym i lotniczym. Te zaciski magnetyczne mogą mocować prawie każdy kształt i formę elementów żelaznych, a do uzyskania dużej siły mocowania wymagana jest tylko niewielka powierzchnia styku.
1.4. Skuteczne wykrywanie czyszczenia
Robot sprzątający może skutecznie oczyścić fragmenty metalu lub inne drobne przedmioty z podłoża poprzez adsorpcję magnetyczną. Przykładowo robot czyszczący adsorpcyjnie wyposażony jest w elektromagnes umieszczony w wachlarzowej szczelinie, który współpracuje z wyłącznikiem kontroli skoku, dzięki czemu gdy wachlarzowata szczelina wejdzie w zadany obszar, elektromagnes zostanie wyłączony, dzięki czemu odpady metalowe części wpadają do szczeliny zbiorczej, a na dnie szczeliny w kształcie wachlarza znajduje się konstrukcja odchylająca, służąca do zbierania zużytej cieczy. Jednocześnie czujniki magnetyczne można również wykorzystać do wykrywania metalowych obiektów na ziemi, pomagając robotowi lepiej dostosować się do otoczenia i odpowiednio reagować.
1,5. Precyzyjne sterowanie silnikiem
W układach takich jak silniki prądu stałego i silniki krokowe kluczowa jest interakcja między polem magnetycznym a silnikiem. Biorąc na przykład materiały magnetyczne NdFeB, mają one produkt o wysokiej energii magnetycznej i mogą zapewnić silną siłę pola magnetycznego, dzięki czemu silnik robota charakteryzuje się wysoką wydajnością, dużą prędkością i wysokim momentem obrotowym. Na przykład jednym z materiałów stosowanych przez Zhongke Sanhuan w dziedzinie robotów jest NdFeB. W silniku robota magnesy NdFeB można zastosować jako magnesy trwałe silnika, aby zapewnić silną siłę pola magnetycznego, dzięki czemu silnik charakteryzuje się wysoką wydajnością, dużą prędkością i wysokim momentem obrotowym. Jednocześnie w czujniku robota magnesy NdFeB można wykorzystać jako główny element czujnika magnetycznego do wykrywania i pomiaru informacji o polu magnetycznym wokół robota.
2. Zastosowanie robotów z magnesami trwałymi
2.1. Zastosowanie robotów humanoidalnych
Te wyłaniające się dziedziny robotów humanoidalnych wymagają komponentów magnetycznych do realizacji takich funkcji, jak konwersja napięcia i filtrowanie EMC. Firma Maxim Technology stwierdziła, że roboty humanoidalne potrzebują komponentów magnetycznych, aby wykonać te ważne zadania. Ponadto elementy magnetyczne są również wykorzystywane w robotach humanoidalnych do napędzania silników i zapewniania mocy do poruszania się robotów. Jeśli chodzi o systemy wykrywania, komponenty magnetyczne mogą dokładnie wykrywać otaczające środowisko i stanowić podstawę do podejmowania decyzji przez robota. Jeśli chodzi o kontrolę ruchu, komponenty magnetyczne mogą zapewnić precyzyjne i stabilne ruchy robota, zapewnić wystarczający moment obrotowy i moc oraz umożliwić robotom humanoidalnym wykonywanie różnych złożonych zadań ruchowych. Na przykład podczas przenoszenia ciężkich przedmiotów duży moment obrotowy może zapewnić robotowi stabilne chwytanie i przesuwanie obiektów.
2.2. Zastosowanie silników przegubowych
Elementy wirnika magnetycznego wspólnego silnika robota z magnesami trwałymi obejmują mechanizm obrotowy i mechanizm ustalający. Pierścień obrotowy w mechanizmie obrotowym jest połączony z rurą montażową poprzez płytę nośną, a powierzchnia zewnętrzna jest wyposażona w pierwszy rowek montażowy do montażu pierwszego elementu magnetycznego, a także element rozpraszający ciepło w celu poprawy wydajności rozpraszania ciepła . Pierścień ustalający w mechanizmie ustalającym jest wyposażony w drugi rowek montażowy do mocowania drugiego elementu magnetycznego. Podczas użytkowania mechanizm ustalający można wygodnie umieścić wewnątrz istniejącej obudowy silnika przegubowego za pomocą pierścienia ustalającego, a mechanizm obrotowy można ustawić na istniejącym wirniku silnika przegubowego za pomocą rurki montażowej, a rura montażowa jest zamocowana i ograniczona przez otwór ustalający. Rowek odprowadzający ciepło zwiększa powierzchnię styku z wewnętrzną powierzchnią ścianki istniejącej przegubowej obudowy silnika, dzięki czemu pierścień ustalający może skutecznie przenosić pochłonięte ciepło do obudowy silnika, poprawiając w ten sposób skuteczność odprowadzania ciepła. Gdy rura montażowa obraca się wraz z wirnikiem, może napędzać pierścień obrotowy w celu obracania się przez płytę nośną. Obrotowy pierścień przyspiesza odprowadzanie ciepła poprzez pierwszy radiator oraz drugi radiator zamocowany po jednej stronie listwy przewodzącej ciepło. Jednocześnie przepływ powietrza wytwarzany przez obrót wirnika silnika może przyspieszyć odprowadzanie ciepła wewnątrz silnika przez port rozpraszania ciepła, utrzymując normalne środowisko pracy pierwszego bloku magnetycznego i drugiego bloku magnetycznego. Co więcej, pierwszy blok łączący i drugi blok łączący są wygodne do montażu i wymiany odpowiedniego pierwszego gniazda w kształcie litery L lub drugiego gniazda w kształcie litery L, tak że pierwszy blok magnetyczny i drugi blok magnetyczny mogą być wygodnie instalowane i wymienić zgodnie z rzeczywistą sytuacją użytkowania.
2.3. Aplikacja mikro robota
Magnetyzując mikrorobota, może on elastycznie się obracać i poruszać w złożonym środowisku. Na przykład naukowcy z Pekińskiego Instytutu Technologii połączyli cząstki NdFeB z miękkimi silikonowymi materiałami PDMS, aby stworzyć mikromiękkiego robota i pokryli powierzchnię biokompatybilną warstwą hydrożelową, przezwyciężając przyczepność pomiędzy mikroobiektem a miękką końcówką robota, redukując tarcie pomiędzy mikrorobotem a podłożem i zmniejszenie uszkodzeń celów biologicznych. Magnetyczny układ napędowy składa się z pary pionowych elektromagnesów. Mikrorobot obraca się i wibruje w zależności od pola magnetycznego. Ponieważ robot jest miękki, może elastycznie zginać swoje ciało i elastycznie obracać się w złożonym, rozwidlonym środowisku. Co więcej, mikrorobot może także manipulować mikroobiektami. W zaprojektowanej przez naukowców grze polegającej na „przesuwaniu koralików” mikrorobotem można sterować za pomocą pola magnetycznego, przechodząc przez warstwy labiryntów, aby „przesunąć” docelowe koraliki do docelowego rowka. To zadanie można wykonać w ciągu zaledwie kilku minut. W przyszłości naukowcy planują dalsze zmniejszenie rozmiarów mikrorobota i poprawę dokładności jego sterowania, co dowodzi, że mikrorobot ma ogromny potencjał w zakresie operacji wewnątrznaczyniowych.
3. Wymagania robotów dotyczące elementów magnetycznych
Wartość pojedynczego elementu magnetycznego robota humanoidalnego jest 3,52 razy większa niż magnesu NdFeB. Element magnetyczny musi charakteryzować się dużym momentem obrotowym, małą deklinacją magnetyczną, małym rozmiarem silnika i wysokimi wymaganiami dotyczącymi wydajności magnetycznej jednostki. Można go ulepszyć z prostego materiału magnetycznego do produktu będącego komponentem magnetycznym.
3.1. Duży moment obrotowy
Na moment obrotowy silnika synchronicznego z magnesami trwałymi wpływa wiele czynników, wśród których jednym z kluczowych jest siła pola magnetycznego. Materiał magnesu trwałego i zoptymalizowana struktura obwodu magnetycznego w elemencie magnetycznym mogą zwiększyć natężenie pola magnetycznego, poprawiając w ten sposób wyjściowy moment obrotowy silnika. Na przykład rozmiar stali magnetycznej bezpośrednio wpływa na siłę pola magnetycznego silnika. Ogólnie rzecz biorąc, im większa stal magnetyczna, tym większe natężenie pola magnetycznego. Większe natężenie pola magnetycznego może zapewnić większą siłę magnetyczną, zwiększając w ten sposób wyjściowy moment obrotowy silnika. W robotach humanoidalnych wymagany jest większy moment obrotowy, aby zwiększyć nośność w celu wykonania różnych złożonych zadań, takich jak przenoszenie ciężkich przedmiotów.
3.2. Mała deklinacja magnetyczna
Niewielka deklinacja magnetyczna może zmniejszyć błędy ruchu. W sterowaniu ruchem robotów humanoidalnych kluczowe znaczenie mają precyzyjne ruchy. Jeśli deklinacja magnetyczna jest zbyt duża, wyjściowy moment obrotowy silnika będzie niestabilny, co wpłynie na dokładność ruchu robota. Dlatego roboty humanoidalne wymagają bardzo małych kątów deklinacji magnetycznej elementów magnetycznych, aby zapewnić dokładne ruchy robota.
3.3. Mały rozmiar silnika
Projekt robotów humanoidalnych zwykle wymaga uwzględnienia ograniczeń przestrzennych, dlatego też rozmiar silnika elementu magnetycznego musi być mały. Poprzez rozsądną konstrukcję uzwojenia, optymalizację struktury obwodu magnetycznego i dobór średnicy wału, można poprawić gęstość momentu obrotowego silnika, uzyskując w ten sposób większy wyjściowy moment obrotowy przy jednoczesnym zmniejszeniu rozmiaru silnika. Może to sprawić, że konstrukcja robota będzie bardziej zwarta oraz poprawić elastyczność i możliwości adaptacji robota.
3.4. Wysokie wymagania dotyczące wydajności magnetycznej jednostki
Materiały magnetyczne stosowane w robotach humanoidalnych muszą charakteryzować się wysoką jednostkową wydajnością magnetyczną. Dzieje się tak, ponieważ roboty humanoidalne muszą osiągać efektywną konwersję energii i kontrolę ruchu na ograniczonej przestrzeni. Komponenty magnetyczne o wysokiej jednostkowej wydajności magnetycznej mogą zapewnić większą siłę pola magnetycznego, dzięki czemu silnik ma wyższą wydajność i wydajność. Jednocześnie wysoka wydajność magnetyczna jednostki może również zmniejszyć rozmiar i wagę elementu magnetycznego, spełniając wymagania robotów humanoidalnych w zakresie lekkości.
4. Przyszły rozwój
Komponenty magnetyczne wykazały doskonałą wartość w wielu dziedzinach ze względu na ich wyjątkowe działanie, a perspektywy ich rozwoju są jasne. W przemyśle jest to kluczowa pomoc w precyzyjnym pozycjonowaniu robota, wydajnej nawigacji, silnym mocowaniu i adsorpcji, skutecznym czyszczeniu i wykrywaniu oraz precyzyjnym sterowaniu silnikiem. Jest niezastąpiony w różnego rodzaju robotach, takich jak roboty humanoidalne, silniki przegubowe i mikroroboty. Wraz ze stałym wzrostem zapotrzebowania rynku rosną również wymagania dotyczące wysokowydajnych komponentów magnetycznych. Przedsiębiorstwa muszą stale podnosić jakość produktów i poziom techniczny w procesie rozwoju, aby tworzyć produkty z elementami magnetycznymi o wyższej wydajności i bardziej niezawodnej jakości. Popyt rynkowy i reformy technologiczne będą w dalszym ciągu promować branżę komponentów magnetycznych w kierunku szerszej przyszłości.
Czas publikacji: 19 listopada 2024 r
