Робототехника — междисциплинарная отрасль техники и науки, включающая машиностроение, электронную инженерию, информационную инженерию, информатику и другие. Робототехника занимается проектированием, строительством, эксплуатацией и использованием роботов, а также компьютерных систем для их управления, сенсорной обратной связи и обработки информации.
Эти технологии используются для разработки машин, которые могут заменить людей и воспроизводить их действия. Роботы могут использоваться во многих ситуациях и для множества целей, но сегодня многие из них используются в опасных условиях (включая обнаружение и деактивацию бомб), в производственных процессах или там, где люди не могут выжить (например, в космосе, под водой, при высокой температуре и т. д.). очистка и локализация опасных материалов и радиации). Роботы могут принимать любую форму, но некоторые из них внешне напоминают людей. Говорят, что это помогает принять робота в определенном репликативном поведении, обычно выполняемом людьми. Такие роботы пытаются имитировать ходьбу, поднятие тяжестей, речь, познание или любую другую человеческую деятельность. Многие из сегодняшних роботов вдохновлены природой, внося свой вклад в область робототехники, вдохновленной биотехнологиями.
Концепция создания машин, которые могут работать автономно, восходит к классическим временам, но исследования функциональности и потенциального использования роботов существенно не расширились до 20 века. На протяжении всей истории различные ученые, изобретатели, инженеры и техники часто предполагали, что роботы однажды смогут имитировать человеческое поведение и выполнять задачи по-человечески. Сегодня робототехника является быстрорастущей областью, поскольку технологический прогресс продолжается; исследования, проектирование и создание новых роботов служат различным практическим целям, будь то дома, в коммерческих или военных целях. Многие роботы созданы для выполнения опасных для людей работ, таких как обезвреживание бомб, поиск выживших в неустойчивых руинах, исследование шахт и затонувших кораблей. Робототехника также используется в STEM (наука, технология, инженерия,
Появление нанороботов, микроскопических роботов, которых можно вводить в организм человека, может произвести революцию в медицине и здоровье человека.
Робототехника — это отрасль техники, которая включает в себя концепцию, проектирование, производство и эксплуатацию роботов. Эта область пересекается с электроникой, информатикой, искусственным интеллектом, мехатроникой, нанотехнологиями и биоинженерией.
Подшипники для робототехники и автоматизации
Использование робототехники и автоматизации продолжает становиться все более распространенным явлением в различных отраслях, особенно в производстве, поскольку компании полностью осознают потенциал своей способности снижать затраты, увеличивать производство и повышать эффективность и конкурентоспособность.
Типичные области применения промышленных роботов включают сварку, покраску, сборку, проверку и тестирование продукции. По мере развития технологии автоматизация продемонстрировала экспоненциальное улучшение выносливости, скорости и точности, при этом более чувствительные приложения в медицине и других высокотехнологичных секторах стали обычным явлением.
При тщательно спланированном, запрограммированном движении по двум или более осям подшипники играют важную роль в аспекте управления движением этой технологии. Использование высокоточных подшипников является неотъемлемым фактором для тех, кто занимается проектированием и обслуживанием этих приложений. Срок службы и производительность подшипника требуют указания правильного типа, материала и смазки.
Однорядные шарикоподшипники с глубоким желобом, размеры которых варьируются от миниатюрных до очень больших, как правило, являются оптимальным выбором для большинства применений в робототехнике и автоматизации. Подшипники тонкого сечения часто проектируются в соединениях манипуляторов роботов из-за их малой массы, компактной конструкции и высокой скорости.
Роликовые подшипники обычно являются первым выбором для тяжелых условий эксплуатации. Опорно-поворотные устройства обычно выбирают для основного вращения и связанного с ними подъемного оборудования. Гибридные (керамические шарики с кольцами из нержавеющей стали) и полностью керамические подшипники являются отличной альтернативой для работы в вакууме или других суровых условиях.
Опасные среды, которым часто подвергаются роботизированные приложения, требуют надлежащей защиты от загрязнения, чтобы предотвратить попадание мусора всех типов, форм и размеров в подшипник и причинение непоправимого повреждения или преждевременного выхода из строя.
Доступно множество типов заглушек подшипников, каждый из которых имеет свои преимущества. Независимо от типа крышки продлевают срок службы подшипника, предотвращая попадание загрязняющих веществ на критические поверхности внутри подшипника и помогая удерживать смазку в подшипнике.
Металлические экраны не имеют прямого контакта с внутренним кольцом, что сводит к минимуму крутящий момент и помогает максимизировать рабочую скорость. Литые резиновые уплотнения (обычно изготовленные из проверенного материала Buna-N) контактируют с внутренним кольцом, что обеспечивает лучшую защиту в более загрязненных средах по сравнению с металлическими экранами, но также увеличивает пусковой и рабочий крутящий момент из-за сопротивления уплотнения.
Уплотнения также могут снижать максимальную скорость вращения по сравнению с желаемым уровнем оборотов, что необходимо учитывать. В зависимости от типа подшипника для дополнительной защиты могут быть доступны комбинированные уплотнения/экраны.
Обладая отличной стойкостью к воздействию определенных химикатов, уплотнения из ПТФЭ, армированного стекловолокном, могут быть предпочтительным выбором, поскольку они также обеспечивают более высокую скорость вращения и меньшее сопротивление крутящему моменту по сравнению с резиновыми уплотнениями.
Условия эксплуатации, приложенная нагрузка и предполагаемый профиль движения также могут влиять на выбор материала подшипника. Для суровых или коррозионных сред, типичных для медицины, общественного питания и химической промышленности, для колец и шариков часто используется нержавеющая сталь 440C вместо стандартного материала из твердой хромистой стали.
Надлежащая смазка подшипников является еще одним важным аспектом оптимизации рабочих характеристик и продления срока службы подшипников. Например, при производстве пищевых продуктов и напитков строгие нормативные требования часто предписывают использовать смазочные материалы пищевого класса H1, которые обычно содержат синтетические углеводородные базовые масла с загустителями из мочевины, полимочевины или алюминиевого комплекса, из-за возможности случайного контакта.
Важнейшими функциями смазки является минимизация сопротивления трения и износа движущихся частей, которыми являются (в случае подшипников) шарики или ролики и дорожки качения колец. Смазка, разработанная для конкретных условий эксплуатации, обеспечит надлежащую несущую способность и защитную пленку от износа. В идеальном состоянии поддерживается разделение этих поверхностей трения этой пленкой. Кроме того, смазка обеспечивает отвод тепла и общую термическую стабильность подшипника. Правильный выбор смазочного материала позволит избежать быстрого износа с течением времени, а также обеспечит защиту от коррозии, проникновения влаги и загрязняющих веществ.
Оптимизация подшипников для роботизированных приложений
Идея персональных роботов, помогающих по дому, кажется великолепной, но мы далеки от того, чтобы технология стала достаточно эффективной и доступной, чтобы ее можно было использовать в больших масштабах. Точность и аккуратность, необходимые для того, чтобы «бытовые» роботы стали реальностью, становятся все более возможными благодаря исследованиям и разработкам, проводимым в области промышленной автоматизации, особенно в последнее десятилетие.
От производства и упаковки до хирургических сред роботы выполняют все более сложные задачи быстрее и с большей точностью, чем когда-либо прежде. Например, в операционных роботы могут выполнять сложные операции с такой воспроизводимой точностью, что связанный с ними риск для пациента резко снижается, а время восстановления увеличивается.
Наши отношения с промышленными роботами также меняются. В заводских цехах коллаборативные роботы вырываются из клеток, которые традиционно ограничивали их, чтобы работать на открытом воздухе вместе с людьми.
Эти разработки стали возможными благодаря достижениям в области технологий двигателей, приводов и датчиков, а также крайне важному подшипнику. Гибридные хромированные и стальные подшипники, керамические подшипники и поворотные подшипники широко используются в робототехнике, но тонкостенные подшипники также играют ключевую роль, но инженеры могут упускать их из виду.
Небольшое пространство
Подшипники с тонким сечением обеспечивают более высокие скорости, повышают эффективность, обеспечивают более высокий уровень гибкости конструкции, а также снижают трение. А поскольку между внутренним и внешним кольцом очень небольшая разница в размерах, они также уменьшают вес и объем приложения, что делает их идеальным выбором для робототехники, где и занимаемая площадь, и вес являются элементами премиум-класса.
Однако из-за того, что они такие тонкие, особое внимание следует уделить округлости самого кольца. Если вы возьмете подшипник тонкого сечения без смазки и прокрутите внутреннее кольцо, легкое сжатие внешнего кольца остановит подшипник на своих дорожках благодаря гибкости устройства.
В результате производственный процесс должен быть чрезвычайно точным, чтобы обеспечить максимально возможную степень округлости обоих колец, а также хороший уровень шума в самом подшипнике. Обычно для этого требуется тонкое шлифование и механическая обработка, что дополняется очень высоким уровнем качества как самого процесса, так и исходных материалов. Если кольца сформированы не идеально, даже незначительное отклонение приведет к тому, что подшипник не будет работать плавно, что приведет к избыточному шуму.
Эти тонкостенные шарикоподшипники могут поставляться открытыми, экранированными или герметичными из хромистой стали SAE52100 или нержавеющей стали марки 440 и рассчитаны на то, чтобы выдерживать некоторые радиальные нагрузки, а также умеренные осевые нагрузки в обоих направлениях. Некоторые тонкие подшипники меньшего размера также доступны с нейлоновым высокоскоростным синтетическим фиксатором, армированным стекловолокном.
Смазка тонкого сечения
Для тонкостенных подшипников следует выбирать смазку с низким крутящим моментом, свободным вращением и низким уровнем шума, поскольку слишком жесткая смазка не даст наилучших результатов и может увеличить крутящий момент подшипника до неприемлемого уровня.
Смазка с температурным диапазоном от -40 до 150 °C была бы наиболее подходящей, поскольку это отражает разнообразие применений, в которых робот, скорее всего, будет использоваться, от охлаждения до мест рядом с печью. Также важно выбрать пищевую смазку, если робот будет использоваться в производстве или упаковке продуктов питания или напитков.
Правильный выбор смазки обеспечит свободный ход подшипника, что, в свою очередь, снизит энергопотребление самой машины, а также долгосрочные затраты на техническое обслуживание. Это также один из факторов, влияющих на общую скорость манипулятора робота.
Таким образом, хотя роботы-гуманоиды, возможно, и не убирают наши дома, вполне вероятно, что их влияние на промышленность будет продолжать быстро расти.
2020-03-06
