1.1 Cefndir Ymchwil
Gyda datblygiad cyflym gwyddoniaeth a thechnoleg,galluoedd deallusparhau i wella, gan wneud gweithgynhyrchu clyfar yn duedd gyffredin mewn datblygiad diwydiannol. Er enghraifft, mae data a ryddhawyd gan Weinyddiaeth Diwydiant Gwybodaeth Tsieina yn dangos bod gweithgynhyrchu clyfar domestig wedi cyflawni twf rhyfeddol o 11.6% yn 2023—tystiolaeth o ymdrechion parhaus y genedl ac arloesedd technolegol yn y maes hwn. Ar ben hynny, mae nifer yr arloesiadau ymhlith mentrau gweithgynhyrchu clyfar wedi cynyddu'n sylweddol, gan gwmpasu sectorau fel gweithgynhyrchu offer pen uchel, deunyddiau uwch, a thechnolegau amgylcheddol, gan adlewyrchu bywiogrwydd a thrawsnewidiad dwys y diwydiant. Nid yn unig y mae'r duedd hon wedi chwyldroi dulliau cynhyrchu gweithgynhyrchu traddodiadol ond hefyd wedi cyflymu uwchraddio diwydiannol, gan wella effeithlonrwydd ac ansawdd. Yn gynyddol, mae llinellau cynhyrchu awtomataidd a robotiaid diwydiannol yn disodli llafur dynol.
Gyda datblygiad yoes gweithgynhyrchu deallus, mae nodweddion technolegol hynod awtomataidd a deallus robotiaid diwydiannol yn cyd-fynd yn berffaith â gofynion cynyddol y diwydiant gweithgynhyrchu am gywirdeb uchel, rhwyddineb gweithredol, a hyblygrwydd mewn prosesau cynhyrchu. Mae hyn wedi cynyddu eu harwyddocâd mewn gweithgynhyrchu, gan eu gwneud yn rym allweddol sy'n gyrru trawsnewid ac uwchraddio diwydiannol. Mae robotiaid cydweithredol—dyfeisiau diwydiannol sy'n gallu cyflawni cydweithrediad peiriant-i-beiriant a chydweithrediad dynol-robot—wedi dod i'r amlwg fel ffocws allweddol mewn ymchwil roboteg oherwydd eu hymddygiad ymreolaethol a'u galluoedd cydweithredol, gan eu gosod i chwarae rhan amlwg mewn roboteg ddiwydiannol y dyfodol. Mewn technoleg robotiaid cydweithredol, mae metrigau perfformiad modur servo—gan gynnwys cyflymder ymateb trorym, cywirdeb trorym, cywirdeb lleoli, defnydd pŵer, a sefydlogrwydd tymheredd—yn pennu effeithlonrwydd, sefydlogrwydd a chywirdeb symudiad robot yn uniongyrchol. Fel craidd pŵer robotiaid, mae perfformiad systemau servo yn effeithio'n feirniadol ar gywirdeb a dibynadwyedd symudiad. Yn nodedig, mae moduron servo ar y cyd yn chwarae rhan allweddol wrth gyflawni cywirdeb lleoli. Mae modur servo ar y cyd rhagorol yn sicrhau lleoli manwl gywir a symudiad sefydlog yn ystod tasgau cymhleth, a thrwy hynny'n gwella effeithlonrwydd gweithredol ac yn lleihau gwallau.
Mae'r "14eg Gynllun Pum Mlynedd ar gyfer Datblygu'r Diwydiant Robotiaid" yn pwysleisio hyrwyddo ymchwil ar gymalau robotig integredig deallus, gyda chymalau o'r fath yn arbennig o addas ar gyfer robotiaid cydweithredol. Mae eu cysyniad dylunio hynod integredig yn ymgorffori gweithredyddion, synwyryddion a gyrwyr sylfaenol yn uniongyrchol i'r cymal ei hun, gan droi pob cymal yn uned reoli annibynnol. Trwy optimeiddio strwythur a chynllun mewnol, mae'r bensaernïaeth rheoli ddosbarthedig yn lleihau nifer y ceblau rhwng gwahanol lefelau system yn sylweddol, a thrwy hynny'n gostwng costau cynnal a chadw ac yn gwella dibynadwyedd cyffredinol. Mae'r dyluniad modiwlaidd hefyd yn hwyluso ailosod a chynnal a chadw cymalau yn haws, gan roi hwb sylweddol i gystadleurwydd robotiaid cydweithredol yn y farchnad.
Ycysyniad robotiaid cydweithredolfe'i cyflwynwyd gyntaf ym 1996, gyda'i athroniaeth ddylunio yn chwyldroi roboteg draddodiadol trwy alluogi gweithrediadau cydlynol rhwng robotiaid a bodau dynol ar linellau cynhyrchu. Mae'r dull cydweithredol hwn nid yn unig yn manteisio ar effeithlonrwydd a chywirdeb robotiaid ond hefyd yn integreiddio deallusrwydd a hyblygrwydd dynol, gan wella effeithlonrwydd gweithredol a hylifedd. O'i gymharu â robotiaid diwydiannol confensiynol, mae robotiaid cydweithredol yn arddangos nodweddion penodol, gan sefydlu eu hunain fel is-gategori arwyddocaol o fewn y maes roboteg. Mae eu strwythurau ffisegol a'u systemau rheoli wedi cael eu haddasu'n sylweddol. Defnyddir robotiaid diwydiannol traddodiadol—megis y cyfluniadau braich robotig a ddangosir yn Ffigur 1—yn bennaf mewn cymwysiadau paledu, trin deunyddiau, weldio a thorri laser. Er bod y robotiaid hyn yn cynnwys anhyblygedd uchel, sefydlogrwydd strwythurol, a chynhwysedd dwyn llwyth cryf, maent hefyd yn cyflwyno cyfyngiadau: maint a màs cymharol fawr, inertia symud sylweddol, dyluniadau swmpus gyda hyblygrwydd gwael, ac anallu i gyflawni tasgau cydosod ystwyth iawn. Yn ogystal, mae eu momentwm inertial sylweddol a'u symudiadau cyflym yn peri risgiau diogelwch sylweddol i bersonél o fewn eu radiws gweithredol, gan olygu bod angen gweithredu o fewn ardaloedd caeedig caeedig.
Ffigur 1 Breichiau robotig diwydiannol traddodiadol a robotiaid cydweithredol
Mae robotiaid cydweithredol yn galluogi gweithredu ar yr un pryd â bodau dynol mewn mannau a rennir ac yn hwyluso rhyngweithio pellter agos o fewn parthau cydweithredol. O'i gymharu â breichiau robotig traddodiadol, mae robotiaid cydweithredol fel arfer yn cario llwyth uchaf o 20 kg ar eu heffeithydd pen, gydag ystod weithredol sy'n gymharol â chyrhaeddiad braich ddynol. Mae eu strwythur yn symlach na strwythur breichiau robotig diwydiannol confensiynol sy'n cynnwys mecanweithiau trosglwyddo cymhleth, tra'n cynnig adborth grym sensitif, hyblygrwydd pwysau ysgafn, a galluoedd canfyddiad cadarn. Mae'r nodweddion hyn yn caniatáu iddynt addasu grym yn ddeinamig yn ystod rhyngweithiadau dynol, gan atal difrod treisgar yn effeithiol. O ganlyniad, gall robotiaid cydweithredol gydweithio'n ddiogel â bodau dynol i gwblhau tasgau heb fod angen rhwystrau diogelwch traddodiadol.
Mae robotiaid cydweithredol yn ymwneud â gweithrediadau cyswllt uniongyrchol rhwng pobl; felly, mae diogelwch yn ofyniad anhepgor mewn cydweithrediad rhwng pobl a robotiaid. Mae'n hanfodol rheoli pŵer gweithredol a thorc cylchdro yn llym wrth ddefnyddio mesurau technegol fel rheoli cerrynt, rheoli thorc, synwyryddion cyswllt, a chanfod gwrthdrawiadau i atal anafiadau i bersonél. Mae angen optimeiddio ymhellach systemau rheoli gyrru deallus robotiaid hefyd ar gyfer rheoli diogelwch, gan alluogi rheolaeth llyfn addasol trwy gyfrifiadau deinamig a modelu yn seiliedig ar arsylwr.
Mewn astudiaeth ddiweddar, tynnodd Ffederasiwn Rhyngwladol Roboteg (IFR) sylw at y ffaith y bydd datblygiad robotiaid yn y dyfodol yn bennaf yn dangos tueddiadau tuag at symlrwydd, rhwyddineb defnydd, hyblygrwydd a chydweithio diogel. Bydd robotiaid diwydiannol yn cyflawni lefelau uwch o awtomeiddio a deallusrwydd yn raddol; bydd eu dyluniad hawdd ei ddefnyddio yn gostwng rhwystrau gweithredol, gan alluogi mwy o fentrau i fanteisio ar dechnoleg roboteg yn ddiymdrech i wella effeithlonrwydd cynhyrchu. Yn y cyfamser, bydd dyluniadau sy'n cynnwys hyblygrwydd a galluoedd cydweithio diogel yn galluogi robotiaid i addasu'n well i amgylcheddau cynhyrchu amrywiol a chymhleth, gan hwyluso cydweithrediad rhwng pobl a robotiaid a hyrwyddo datblygiad cynhyrchu diwydiannol yn ddeallus ac yn effeithlon ymhellach.
Ffigur 2: Ardal waith y robot cydweithredol
1.2 Arwyddocâd Ymchwil
Yn y farchnad roboteg gydweithredol gyfredol, mae robotiaid saith gradd o ryddid yn cael eu ffafrio oherwydd eu hystod weithredol helaeth a'u hyblygrwydd. Mae'r robotiaid hyn yn darparu graddau rhyddid diangen, gan gynnig potensial mwy ar gyfer awtomeiddio diwydiannol a gweithgynhyrchu clyfar. Cyflawnir pob gradd o ryddid trwy gymal robotig, sy'n gwasanaethu fel ffactor hollbwysig wrth bennu perfformiad robotig. Mae'r pedwar prif wneuthurwr—FANUC, ABB, Yaskawa, a KUKA—yn defnyddio systemau trosglwyddo gwahanol yn eu breichiau robotig diwydiannol traddodiadol; fodd bynnag, maent yn y bôn yn defnyddio moduron servo wedi'u paru â gerau bevel, gerau sbardun, neu wregysau cydamserol i drosglwyddo pŵer i'r cymalau ar gyfer cylchdroi. Mae'r dulliau trosglwyddo hyn yn cyfyngu ar faint cymalau robotig. Er bod cyflawni cywirdeb uchel yn bosibl, mae miniatureiddio yn parhau i fod yn heriol. Fel y dangosir yn Ffigur 3, mae robotiaid diwydiannol traddodiadol angen cypyrddau rheoli allanol sy'n gartref i yriannau servo modur, gyda nifer o wifrau'n cysylltu pob modur â'r cabinet, gan gyfyngu ar y defnydd hyblyg o systemau rheoli.
Ffigur 3 Robot diwydiannol traddodiadol a chabinet rheoli
O ystyried na all cyfluniadau cymalau traddodiadol breichiau robotig diwydiannol fodloni gofynion robotiaid cydweithredol mwyach, mae'r cymalau hyn wedi cefnu ar fecanweithiau trosglwyddo confensiynol o blaid athroniaeth ddylunio newydd. Mae'r dull hwn yn canolbwyntio ar gyflawni systemau ysgafn, foltedd isel, ac integredig iawn trwy integreiddio'r rheolydd, y gyrrwr servo, a'r modur o fewn y cymal ei hun, gyda chysylltiadau trydanol sylfaenol hefyd wedi'u gweithredu'n fewnol. Dim ond nifer fach iawn o ryngwynebau rheoli sy'n agored yn allanol, gan symleiddio gwifrau allanol a lleihau cymhlethdod peirianneg. Cyfeirir at ddyluniad o'r fath fel cymal integredig.
O ystyried yr anghenion datblygu a'r tueddiadau cyfredol mewn cymalau robotiaid cydweithredol, mae dylunio cymal robot cydweithredol integredig ysgafn, foltedd isel, integredig iawn, a pherfformiad uchel yn arbennig o hanfodol. Mae cymal integredig o'r fath yn ymgorffori'r holl gydrannau hanfodol sy'n ofynnol ar gyfer symud cymalau—gan gynnwys gweithredyddion, rheolyddion, gyrwyr, a synwyryddion—a gall weithredu'n annibynnol fel modiwl annibynnol. Pan gaiff ei gysylltu â'r prif reolydd neu fodiwlau eraill trwy fysiau pŵer a rheoli syml, mae'r dyluniad hynod gydlynol ond cyplu isel hwn yn gwella graddadwyedd robotiaid cydweithredol yn sylweddol. Trwy ddefnyddio'r cymal modiwlaidd integredig hwn a'i baru â breichiau robotig a phen-effeithwyr o'r maint priodol, gellir cydosod robotiaid cydweithredol sydd wedi'u teilwra i wahanol ofynion yn hawdd.
Ffigur 4 Diagram sgematig o'r cymal modiwlaidd
Mae ymchwil ar gymalau integredig ar gyfer robotiaid cydweithredol a'u systemau rheoli servo o bwys sylweddol ar gyfer datblygiad roboteg gydweithredol. Mae technolegau craidd y cymalau integredig hyn yn cynnwys dau gydran allweddol: lleihäwyr harmonig a systemau rheoli gyrru modur cymal ynghyd â'u algorithmau rheoli cyfatebol. Mae Zhixin Drive Technology (Shijiazhuang) Co., Ltd. yn canolbwyntio ei ymchwil ar systemau rheoli gyrru modur cymal ar gyfer robotiaid cydweithredol, gan gynnal astudiaethau manwl ar fecanweithiau gyrru a rheoli modur cymal. Mae'r cwmni'n datblygu cyfres o gynhyrchion modur cymal robot integredig deallus iawn sy'n galluogi galluoedd rheoli mwy hyblyg a dibynadwy ar gyfer cymalau robot cydweithredol, gan ymgorffori nodweddion hanfodol fel hunan-ganfyddiad, gwneud penderfyniadau deallus, gweithredu medrus, a rheolaeth fanwl gywir - a thrwy hynny fodloni gofynion datblygu offer clyfar.
2 Statws Ymchwil Cyfredol yn Ddomestig ac yn Rhyngwladol
Ym 1956, sefydlodd y ffisegydd Americanaidd Joe Engelberger a'r dyfeisiwr George Devol gwmni roboteg o'r enw Unimation, a ddatblygodd robot diwydiannol cyntaf y byd - yr Unimate - yn llwyddiannus ym 1959.
Defnyddiodd General Motors robotiaid am y tro cyntaf mewn cynhyrchu diwydiannol yn ei gyfleuster yn New Jersey ym 1961. Ym 1969, cyflwynodd Japan robotiaid gan Unimation, gan drwyddedu ei dechnoleg yn ddiweddarach i Kawasaki Heavy Industries a'r KUKAI Corporation yn y DU ar gyfer gweithrediadau gweithgynhyrchu robotiaid yn Japan a'r DU, yn y drefn honno. Gyda datblygiad diwydiant modurol Japan, mae nifer cynyddol o robotiaid wedi disodli llafur dynol mewn cynhyrchu, gan ddangos eu gwerth ymarferol yn llawn. O ganlyniad, mae Japan wedi rhoi pwyslais cynyddol ar ddatblygu roboteg ddiwydiannol. Gan ddechrau gyda Kawasaki Heavy Industries fel yr arloeswr mewn mabwysiadu technoleg robotiaid, ac yna ymddangosiad cwmnïau roboteg byd-enwog fel FANUC a Yaskawa, mae Japan wedi dod yn un o'r gwledydd sy'n meistroli technolegau robotig arloesol yn fyd-eang.
Ym 1973, addasodd y cwmni Almaenig KUKA y robot Unimate i greu'r robot chwe gradd o ryddid cyntaf, y Famulus, wedi'i bweru gan fodur trydan. Ym 1974, datblygodd ASEA (rhagflaenydd ABB), cwmni trydanol cyffredinol o Sweden, y robot cwbl drydanol cyntaf yn y byd, yr IRB 6, a reolir gan ficrobrosesydd, gan wella deallusrwydd robotig yn sylweddol. Ym 1978, defnyddiodd y Cwmni Unimation yn yr Unol Daleithiau ei robot diwydiannol PUMA yn eang ar linellau cydosod General Motors, gan ddangos ymhellach ymarferoldeb a gwerth robotiaid diwydiannol a nodi aeddfedrwydd llawn technoleg roboteg ddiwydiannol, a thrwy hynny osod sylfaen gadarn ar gyfer datblygiadau technolegol dilynol.
Dros y dros bedair degawd o ddatblygiad roboteg ddiwydiannol, mae datblygiadau technolegol wedi bod yn barhaus. Fodd bynnag, oherwydd ystyriaethau diogelwch, mae robotiaid fel arfer wedi'u gosod mewn gorsafoedd gwaith penodol ac wedi'u hynysu gan reiliau gwarchod, gan eu hatal rhag gweithio ochr yn ochr â bodau dynol yn yr un gofod. Mae'r cyfluniad traddodiadol hwn yn cyfyngu ar gydweithrediad rhwng bodau dynol a robotiaid, gan ei gwneud hi'n anodd cyflawni gweithrediadau cydweithredol gwirioneddol effeithlon. Er gwaethaf nifer o ymdrechion ac archwiliadau, mae cyflawni cydweithrediad diogel rhwng bodau dynol a robotiaid yn parhau i fod yn her fawr ym maes roboteg ddiwydiannol.
Nid tan 2005 y cyflwynodd prosiect mawr a ariannwyd gan yr UE y cysyniad o robotiaid cydweithredol. Daeth y fenter â chwmnïau roboteg diwydiannol blaenllaw fel ABB, KUKA, Reis, Comau, a Gudel ynghyd i ddatblygu robot fforddiadwy, cryno a hyblyg ar y cyd a gynlluniwyd yn benodol ar gyfer mentrau bach a chanolig, gyda'r nod o leihau dibyniaeth ar allanoli llafur. Tynnodd y prosiect hwn sylw'n benodol at botensial cydweithio rhwng pobl a robotiaid, gan osod sylfaen gadarn ar gyfer y cysyniad o robotiaid cydweithredol.
Addasiadau a chymwysiadau o robotiaid diwydiannol traddodiadol oedd robotiaid cydweithredol cynnar yn bennaf, heb newid eu hathroniaeth ddylunio na'u dulliau gweithredu yn sylfaenol. Ers ei sefydlu yn 2005, mae Universal Robots wedi bod yn ymroddedig i ddatblygu robotiaid cydweithredol sy'n gallu gweithio'n ddiogel ochr yn ochr â gweithwyr dynol. Yn 2009, lansiodd y cwmni'r UR5—robot cydweithredol cyntaf y byd—gan nodi dechrau'r cyfnod hwn. Wedi hynny, cyflwynodd Rethink y Baxter dwy fraich a'r robot Sawyer un fraich newydd, gan sefydlu roboteg gydweithredol yn raddol fel disgyblaeth gydnabyddedig a derbyniol o fewn roboteg ddiwydiannol. Mae'r datblygiad hwn wedi darparu mewnwelediadau a chyfeiriadau newydd ar gyfer awtomeiddio diwydiannol a datblygiad deallus yn y dyfodol.
Ffigur 5: Robot UR5 a robot Sawyer Baxter
Dangosodd Cwmni Robotiaid Siasun, sy'n gysylltiedig â Sefydliad Awtomeiddio Shenyang yn Academi Gwyddorau Tsieina, robot cydweithredol hyblyg saith echel a oedd yn cynrychioli lefel dechnolegol uwch Tsieina am y tro cyntaf yn yr Expo Diwydiannol ym mis Tachwedd 2015. Ers hynny, mae nifer o fodelau robot cydweithredol domestig fel Luoshi ac Aobo wedi ennill cydnabyddiaeth yn raddol.
O ran cymalau robotig, y prif wahaniaeth rhwng cymalau robotiaid cydweithredol a rhai robotiaid diwydiannol trwm traddodiadol yw eu "hyblygrwydd". Mae'r hyblygrwydd hwn yn amlwg trwy anystwythder mecanyddol is, inertia llai, a'r gallu i synhwyro trorym. Ar hyn o bryd, mae'r hyblygrwydd cymalau a ddefnyddir mewn breichiau robotig cydweithredol yn deillio'n bennaf o reolaeth safle fanwl gywir a rheolaeth trorym.
Ffigur 6 Strwythur nodweddiadol y cymal integredig mewn robotiaid cydweithredol
Mae trosolwg o ymchwil gyfredol yn datgelu bod datblygiad roboteg Tsieina wedi dechrau'n hwyrach na datblygiad gwledydd fel yr Unol Daleithiau a Japan. Mae ymchwil ar robotiaid cydweithredol yn dal i fod yn sylweddol y tu ôl i gynhyrchion rhyngwladol presennol, gyda thagfeydd allweddol yn gorwedd mewn lleihäwyr harmonig a systemau rheoli gyriant modur ar y cyd. Ar hyn o bryd mae gan robotiaid cydweithredol domestig le sylweddol i wella mewn galluoedd rheoli ar y cyd, yn enwedig o ran cywirdeb rheoli a rheolaeth ddeallus. Ar ben hynny, mae tueddiadau ymchwil roboteg byd-eang yn dangos bod diogelwch, hyblygrwydd a deallusrwydd yn nodweddion amlwg o ddatblygiad technolegol. Mae cymalau robotiaid yn esblygu tuag at systemau gyrru-rheoli integredig iawn a mwy o ddeallusrwydd. Er bod cymalau robotiaid cydweithredol wedi newid o reolaeth ganolog draddodiadol i bensaernïaeth rheoli gyrru-ddosranedig, dim ond gweithredoedd a yrrir gan fodur y maent yn eu cyflawni ar hyn o bryd, gan ddiffyg galluoedd mewn canfyddiad ymreolaethol, gwneud penderfyniadau deallus a gweithredu medrus - gan arwain at lefelau cymharol isel o ddeallusrwydd. Mae potensial sylweddol o hyd i ehangu'r galw am systemau roboteg deallus.
Amser postio: Mai-22-2026
