İnsansı robotların önümüzdeki 10 ila 15 yıl içinde 6 milyar doların üzerinde bir fırsat oluşturacağı yönünde öngörüler mevcut. 1 Çok sayıda laboratuvar, araştırma kuruluşu ve startup şirketi bu durumun farkında ve yarışın ilerisinde konseptler ve prototipler oluşturmak için acele ediyorlar. Hedef tabii ki, kolayca üretilip pazara sunulabilecek bir robot tasarlamak ve inşa etmek olmalı; müşterinin benimseyeceği bir insansı robot.
Köklü robotik şirketleri için mümkün olan tasarım ve üretim kaynaklarından yoksun olan ve genellikle akademik kurumlarda oluşan tasarım ekipleri işe en iyi anladıkları zorlukları çözerek başlıyorlar. Robotik hareket açısından bu, robotik eklemlerin hareketini kontrol eden aktüatörler için bir konseptle başlamak anlamına geliyor.
Aktüatör konsepti bir doktora tezi olarak başlayabilir. Örneğin burada ilk amaç belirli bir spresifikasyona göre çalışacak tek eksen elde etmektir. Ancak insansı robotlarda, robotun tüm ağırlığını taşımak, dengelemek zorunda olan ayak bileği, dizler ve kalçalardan yükleri çok geniş bir hareket aralığında hassas bir şekilde yönlendirmesi gereken omuzlara, dirseklere ve bileklere kadar her biri farklı hareket gerekliliklerine sahip 40 veya üzerinde farklı eklem bulunması çok doğaldır.
Tek eksenli bir ilk konseptten çok eksenli çalışan bir prototipe geçiş, tüm insansı robot eklemlerinin çok sayıda farklı ihtiyacını karşılayacak şekilde tasarlanmış ve boyutlandırılmış aktüatörler gerektirir. İlk aktüatör konseptine dayalı bu büyük ölçekli entegrasyonu başarmak, üretimi yapılabilir ve pazara sunulabilir bir insansı robota ulaşmada büyük bir engeldir.
Kollmorgen, robotik mühendislerine konseptlerini çizim tahtasından pazarlanabilir, başarılı bir ürüne dönüştürmelerine yardım etme konusunda geniş bir deneyime sahiptir. Bu üç ipucu, iyi entegre edilmiş, yüksek derecede kabiliyetli bir insansı robotu hayata geçirmede size yardımcı olacaktır.
1: Başlangıçtan İtibaren Basitleştirin
İnsansı robotunuz dahilindeki aktüatörler farklı amaçlara uygun olmalıdır, bu nedenle genel tasarımı basitleştirmek önemli bir zorluktur. Çok sayıda mühendislik ekibi tek bir aktüatörü tasarlamak ve optimize etmekle işe başlar ancak en sonunda uyum içinde çalışan tam bir robot konseptini nasıl oluşturacakları konusunda mücadele etmek zorunda kalırlar.
Bu durum tipik olarak Ar-Ge aşamasından yatırım aşamasına geçmeyi ve şirketi kendi kendine yetebilecek bir pozisyona sokabilecek risk sermayesini çekmeyi gerektirir. İdeal biçimde çalışan bir robota ulaşmak için birden fazla prototipleme yinelemesi gerekebilir. Bu tasarım tamamlandığında çözümün satış veya hizmet teklifi olarak pazara sunulması için ölçeğin büyütülmesi gereklidir.
Şirketler, geliştirme süreçlerindeki gizli riski bu ürün haline getirme aşamasında fark edebilir: prototipte iyi çalışan ancak belirli bir ölçekte üretimi zor ya da pahalı olan bir robot. İnsansı robotlar çok sayıda hareketli parçasıyla oldukça karmaşıktır, bu nedenle tasarım aşamasında üretilebilirliği gözden kaçırmak çok olasıdır. Üretilebilirlik sorunlarını çok geç fark etmek, maliyetli bir yeniden tasarım veya üretilmesi aşırı ölçüde pahalı ve pazarda kabul görmeyebilecek bir robotla yola devam etmek anlamına gelir.
Bu riski en aza indirmek için ortak bir temel mimariyi paylaşan fakat insansı robot gövdesindeki çeşitli eklemlerin ihtiyaçlarını karşılamak üzere boyut ve tork açısından ölçeklendirilebilme esnekliğine sahip bir dizi aktüatör tasarımıyla başlamanızı öneriyoruz. Ar-Ge aşamasında mükemmelleştirdiğiniz aktüatör belirli bir kol veya bacak ekleminde iyi çalışabilir ancak genel robot tasarımındaki diğer eklemlerde iyi çalışma açısından hantal, ağır ya da pahalı olabilir.
Maliyetleri kontrol altında tutmak ve üretilebilirliği sağlamak üzere benzer işlevlere (ör. döner, lineer aktüasyon) sahip eklemlerde ortak tasarım elementlerini kullanın; böylece tasarım boyut açısından gerektiği şekilde büyütülüp küçültülebilir. Başlangıçtan itibaren, tüm sistem yaklaşımını kullanarak motorların ve diğer eklem bileşenlerinin ürünleştirilmiş robot tasarımına entegrasyonunu basitleştirebilirsiniz.
2: Çoğu Eklemin ya da Tüm Eklemlerin İhtiyaçlarına Hizmet Edebilecek Dişli ve Motor Tasarımlarını Seçin
İnsan hareketinde, dizler, kalçalar, omuzlar, dirsekler ve diğer birçok eklem yüksek ölçüde dinamik bir koordinasyonla bir arada çalışır. Bu özellikleri simüle etmek için insansı bir robotun 40 derece veya daha fazla serbest harekete ihtiyacı olabilir. Mühendislik ekibiniz, her bir dişli kutusunun çıkışındaki net tork ihtiyacını anlamak için bu eksenlerin her birini modellemelidir.
Bu analize bağlı olarak her bir eklem için en uygun dişliyi belirleyebilirsiniz. Motor tasarımının dişli tasarımına dayandırılmasının çok önemli olduğuna inanıyoruz; tam tersinin değil. Çoğu insansı robot eklemi açısından, gerinim dalgası dişlisi olarak da bilinen harmonik dişliler en hafif, en kompakt eklemi sıfır geri tepme ile mümkün kılar. Bunlar, robotunuzun genel boyutunu ve hassasiyetini optimize etmek için dikkate alınması gereken kritik özelliklerdir.
Harmonik dişli kutuları tipik olarak 80:1 ila 180:1 oranında dişli azaltma oranı sunar. İnsansı robotların, beklenmedik ortamlarda dengelerini koruyabilmeleri ve etkin bir şekilde çalışabilmeleri için nispeten hızlı bir şekilde hızlanan ve yavaşlayabilen eklemlere ihtiyaçları vardır. Bu dişli setlerini 2000 rpm veya daha yüksek hızlar dahil geniş bir hız aralığında tutarlı tork sağlayabilen motorlarla donatmanız gerekecektir.
Maliyetleri kontrol altında tutmak ve üretilebilirliği sağlama almak için satışta bulunan ve mümkün olan en geniş ölçüdeki döner eklem ihtiyaçlarına uygun boyutlardaki dişlileri arayın. Sonrasında, seçilmiş harmonik dişli kutularınızın her biri için tanımladığınız çap, hız ve çıkış torku derecelendirme gerekliliklerini karşılamak üzere boyutlandırılan ve performans gösteren bir motor tasarımı arayın.
3: Entegrasyonu Basitleştirmek için Kollomorgen'in TBM2G Gövdesiz Servo Motorlarına Bakın
Bugün pazarda bulunan hemen hemen bütün gövdesiz servo motorlar robotik eklemlerin dışındaki amaçlarla tasarlanmıştır. Örneğin, drone'lar için tasarlanmış motorlar yalnızca dar bir hız aralığında optimum tork sağlar. Kollmorgen’in TBM2G motorları farklıdır. Robota uyumlu olacak şekilde özel olarak tasarlanmışlardır.
TBM2G motorları, robotik eklemlerde kullanım için en uygun ve geniş ölçüde ulaşılabilir olan harmonik dişlilere kolayca entegre edilmek üzere boyutlandırılmıştır. Bu motorlar, daha büyük kalça ve diz eklemlerinden daha kompakt omuz, dirsek ve bileklere kadar neredeyse bütün insansı robot eklemlerine uyacak geniş bir ölçekte boyutlandırılmıştır. Çoğu gövdesiz motor yalnızca iki veya üç gövde boyutunda mevcutken TBM2G motorları 50 mm ila 115 mm aralığındaki yedi farklı çapta ayrıca 8 mm, 13 mm ve 26 mm boyutlarındaki yığın uzunluklarında, toplamda 21 boyutta mevcuttur.
Bu motorlar ayrıca, insansı robotları diğer pek çok robotik uygulamadan ayıran son derece dinamik hareket gerekliliklerini karşılayarak tüm hız aralıklarında tutarlı tork sağlamak üzere tasarlanmışlardır. Ayrıca, yalnızca 85°C'lik sarım sıcaklığında olağanüstü performans sunarlar. Aynı sınıfa dahil olan diğer motorlar yalnızca 155°C kadar yüksek sıcaklıklarda çalışırken tam performans sağlarlar. Bu sıcaklık ise dişli yağlayıcılarını hızla bozabilir ve elektronik geri bildirim bileşenlerinin güvenilirliğini etkileyebilir.
Ek ipucu: Uzmanlarla İş Birliği Yapın
Kollmorgen, bir hareket tedarikçisinden fazlasıdır. Yüzlerce yıllık kollektif deneyim ve binlerce başarılı uygulama ile robotik mühendislerinin başarmasına yardımcı olmaya kararlıyız. Yüksek üretkenlik seviyelerine sahip cobot'lardan hassas ve titiz cerrahi robotlara, yeni bir üretkenliği ve olasılıkları mümkün kılarak insanları tekrarlayan, ağır ve kimi zaman tehlikeli işlerden kurtarmayı vaat eden insansı robotların yükselen nesline kadar robotik hareketin gerekliliklerini biliyoruz.
İnsansı robot konseptinizi hayata geçirmeye hazır mısınız? İhtiyaçlarınızı ve hedeflerinizi Kollmorgen robotik uzmanlarıyla konuşmak için bizimle www.kollmorgen.com/en-us/service-and-support/contact-us adresinden iletişime geçin.
1. İnsansı Robotlar: Düşünebileceğinizden Daha Yakında, Goldman Sachs, 15 Kasım 2022