Sự phát triển của người máy đang được theo dõi nhanh chóng trong những ngày này khi các công ty tìm cách tạo ra các giải pháp mới cho các vấn đề hàng ngày. Robot đang trở nên thông minh hơn nhờ trí tuệ nhân tạo (AI) học quy trình nhập, năng động hơn trong chuyển động thông qua thiết kế và hiệu quả hơn trong các ứng dụng công nghiệp. Tuy nhiên, các nhà cung cấp dịch vụ dường như bị bỏ qua khi nói đến nhu cầu đổi mới của họ.
CƠ BẢN VỀ HÀNH VI
Cơ cấu truyền động là thành phần chịu trách nhiệm cung cấp chuyển động và sức mạnh trong các khớp và trục của máy móc, giống như rô bốt. Yếu tố quan trọng trong hoạt động của máy móc là tín hiệu điều khiển và nguồn điện đầu vào để tạo điều kiện thuận lợi cho việc di chuyển. Tuy nhiên, bạn cũng cần chuyển đổi đầu ra của động cơ thành tốc độ và mô-men xoắn có thể sử dụng được. Hãy nghĩ về các bánh răng trên một chiếc xe đạp. Chân của bạn có thể không đủ khỏe để lái trực tiếp bánh xe đạp. Bánh răng được sử dụng để thay đổi mô-men xoắn cần thiết để dẫn động bánh xe.
Điều tương tự cũng xảy ra đối với cơ cấu chấp hành rô bốt, trong đó sự kết hợp động cơ / hộp số truyền thống hoạt động cùng nhau để chuyển đổi đầu ra mô-men xoắn thấp hơn của động cơ để đạt được chuyển động mạnh mẽ trong cánh tay rô-bốt ở tốc độ có thể sử dụng được. Hệ thống bánh răng càng phức tạp (tức là tỷ số cao hơn hoặc nhiều giai đoạn bánh răng hơn), thường được yêu cầu cho các ứng dụng mô-men xoắn cao hơn, thì càng có nhiều phản ứng dữ dội tồn tại trong hệ thống truyền động. Phản ứng dữ dội sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác của robot và trong những trường hợp nghiêm trọng, thậm chí có thể ảnh hưởng đến sự an toàn.
Phản ứng dữ dội là “sự chùng xuống” trong hệ thống, còn được gọi là “sự chơi” trong bánh răng (Hình 1). Ví dụ, khi di chuyển vô lăng của một chiếc ô tô cũ sang trái và sang phải khi ô tô đang tắt máy và không có trợ lực lái, bạn có thể cảm thấy một số “chơi” hoặc phản ứng dữ dội trong hệ thống khi vô lăng di chuyển nhưng lốp xe thì không. xoay. Điều này là do dọc theo hệ thống lái, nhiều đầu nối với lượng nhỏ, có thể chấp nhận được, tạo thành một lượt chơi lớn tổng thể trong hệ thống có thể cảm nhận được.
Phản ứng dữ dội là “slack” trong hệ thống, còn được gọi là “play” trong bánh răng (Hình 1)
Rất khó để loại bỏ phản ứng dữ dội trong một hệ thống bánh răng và gần như không thể với hộp số nhiều cấp. Các bánh răng phải được sản xuất với độ khít hoặc dung sai rất chặt chẽ, điều này có thể gây tốn kém. Ngoài ra, dung sai chặt chẽ dẫn đến ma sát cao, hoặc cần có một cơ cấu để giữ cho các bánh răng ăn khớp chặt chẽ trong phạm vi mô-men xoắn của chúng.
Các hệ thống bánh răng linh hoạt, giống như một bánh răng sóng biến dạng, cung cấp một phương pháp khác để giúp loại bỏ phản ứng dữ dội, vì hộp số có một số thành phần linh hoạt chiếm “độ chùng”. Thật không may, điều này có thể dẫn đến sự mong manh tiềm ẩn và làm cho việc backdriving vận hành ngược lại thiết bị rất khó khăn.
Bộ truyền động giảm tốc thích hợp cho các ứng dụng tốc độ thấp hơn vì chúng cho phép động cơ hoạt động ở tốc độ cao và mô-men xoắn thấp hơn ở một “điểm tốt” về hiệu quả. Nó cũng cho phép hệ thống sử dụng động cơ có mô-men xoắn tương đối thấp (yếu hơn) phổ biến hiện nay.
Loại bánh răng cơ bản nhất là bánh răng thúc, nơi các răng bên trong bánh răng sẽ tiếp xúc hoàn toàn trong mỗi lần ăn khớp, gây ra tiếng ồn lớn, dẫn đến mòn và thường là cần bôi trơn. Vấn đề tiếng ồn dẫn đến việc tạo ra bánh răng xoắn, cho phép các răng ăn khớp dần dần. Khi chúng ta thay đổi tỷ số truyền để khuếch đại mô-men xoắn, thì cái giá phải trả là tốc độ giảm. Đó là do động cơ dẫn động hộp số giảm tốc độ đầu ra để khuếch đại mô-men xoắn. Đây là lý do tại sao đầu hộp số cũng thường được gọi là bộ giảm tốc độ.
BỘ CHẾ TẠO TRUYỀN ĐỘNG TRỰC TIẾP
Ở bộ truyền động truyền động trực tiếp, hộp số truyền thống bị loại bỏ. Tuy nhiên, nó yêu cầu động cơ trong bộ truyền động dẫn động trực tiếp có thể tạo ra đủ mô-men xoắn gốc ở tốc độ có thể sử dụng (tức là không phải hàng nghìn RPM mà là hàng trăm RPM thấp). Các lợi ích của tính năng truyền động trực tiếp là rất nhiều và nó đã trở thành niềm mơ ước từ lâu của các nhà sản xuất rô bốt.
Truyền động trực tiếp không có phản ứng dữ dội vì không có bánh răng; độ cứng xoắn cung cấp độ chính xác rất cao. Truyền động trực tiếp cũng có thể điều khiển ngược hoàn toàn, mang lại lợi ích to lớn cho các rô bốt cộng tác cần được con người di chuyển và định vị. Hơn hết, khả năng chịu va đập cao khiến chúng rất phù hợp với bộ xương ngoài và rô bốt đi bộ, nơi tác động từ việc đi bộ có thể làm hỏng bánh răng.
Ngoài ra, không có hộp số có nghĩa là thiếu quán tính, đây là một lợi thế lớn từ góc độ an toàn trong rô bốt và máy móc. Nếu một chiếc xe bắt đầu lăn xuống đồi, quán tính tích tụ sẽ khiến bạn rất khó dừng lại nhanh chóng. Điều tương tự cũng xảy ra với hộp số: Nếu bạn có động cơ chạy ở tốc độ 4000 vòng / phút và hộp số tỷ lệ 100: 1, thì việc dừng xe ngay lập tức là không thể. Hộp số cần thời gian để giảm tốc độ.
Những lợi ích cũng mở rộng đến việc triển khai các giải pháp robot. Phản ứng dữ dội trong các hệ thống bánh răng thường yêu cầu lập trình phức tạp để hỗ trợ cải thiện độ chính xác để bù đắp cho “hoạt động” trong các bánh răng. Điều này mất thời gian và thường cần được hiệu chuẩn lại liên tục. Các bánh răng cũng bị hư hỏng và phải được thay thế hoặc bôi trơn, điều này làm tăng thêm chi phí bảo trì.
Lợi ích khác là chi phí. Bằng cách loại bỏ hộp số, thiết bị truyền động dẫn động trực tiếp thực sự chỉ là một động cơ, chứ không phải là một tổ hợp động cơ / hộp số. Điều đó giúp tiết kiệm chi phí ngay lập tức. Khi chi phí truyền động được giảm xuống, nó đưa robot đến gần điểm thiếu linh hoạt. Điều này sẽ thúc đẩy việc áp dụng robot không chỉ cho mục đích công nghiệp mà còn cho mục đích sử dụng của người tiêu dùng và phi nhà máy như chăm sóc sức khỏe.
Các đặc tính mới đang được sử dụng trong thiết bị truyền động để cho phép thiết kế robot hoạt động mà không cần bánh răng. Các tính năng cần tìm trong một ổ đĩa trực tiếp là:
• Từ tính khuếch đại: Tìm kiếm các cấu hình độc đáo giúp tăng lực hiệu dụng của nam châm vĩnh cửu tiêu chuẩn.
• Sức mạnh tổng hợp cấu trúc-từ tính: Lực từ trường cực lớn được tạo ra thông qua từ tính khuếch đại sẽ làm sụp đổ cấu trúc động cơ thông thường. Cấp hiệu suất mới này của nam châm yêu cầu cấu trúc cơ học đủ mạnh để chịu được các lực tạo ra, nhưng đủ nhẹ để cung cấp tỷ lệ mô-men xoắn trên trọng lượng cao nhất.
• Nhiệt động lực học dị thường: Nhiệt là một yếu tố giới hạn trong bất kỳ thiết bị điện từ nào. Sự kết hợp của hai khám phá cơ bản đầu tiên cung cấp một cấu trúc mỏng, nhẹ cho phép tản nhiệt. Tản nhiệt hiệu quả cho phép thiết bị truyền động của bạn hoạt động ở mức công suất cao hơn nhiều so với động cơ thông thường.
Ví dụ về thiết kế truyền động trực tiếp, không cần bánh răng này được gọi là “LiveDrive”, bao gồm ba khám phá cơ bản này (Hình 2).
VẬY, SỰ KHÁC BIỆT GIỮA ĐƯỢC TRUYỀN ĐỘNG VÀ TRỰC TIẾP LÀ GÌ?
Như đã nói ở trên, sự khác biệt chính giữa hai hệ thống là chi phí và hiệu suất của chúng trong robot. Các thiết bị truyền động dẫn động trực tiếp, như LiveDrive, loại bỏ hoàn toàn nhu cầu về hộp số, dẫn đến trọng lượng tổng thể thấp hơn và các bộ phận chuyển động ít hơn. Chúng là các thành phần có thể được sản xuất với chi phí thấp với chi phí thấp hơn 50% so với bộ truyền động hộp số truyền thống.
Loại bỏ hệ thống bánh răng cũng loại bỏ phản ứng dữ dội, có ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác. Các giải pháp truyền động trực tiếp, có thể cung cấp độ chính xác, độ chính xác và độ cứng tương tự cao nhất trên thị trường. Một cải tiến quan trọng khác là khả năng điều khiển lại bộ truyền động. Chúng cũng có thể mang lại hiệu suất này ở tốc độ cao hơn nhiều, vì đặc tính giảm tốc độ của hộp số cũng được loại bỏ khỏi hệ thống.
Công nghệ thiết bị truyền động vẫn không thay đổi trong hơn 50 năm. Sự thiếu chính xác trong chuyển động và số lượng của chúng – một số thiết kế đã kìm hãm tiềm năng của chúng. Việc không cải tiến lại hệ thống truyền động, ngoài việc giảm chi phí và độ phức tạp của việc truyền động, đã làm chậm việc áp dụng rô bốt trong thị trường tiêu dùng. Loại bỏ hộp số và liên tục phát triển công nghệ xung quanh bộ truyền động dẫn động trực tiếp giải quyết những vấn đề này. Do đó, cải thiện hiệu suất và khả năng tiếp cận thị trường.
