रोबोटिक्स और स्वचालित विनिर्माण में द्रव शक्ति की भूमिका

द्रव शक्ति को समझना

इसके मूल में, द्रव शक्ति यांत्रिक गति या बल में एक काम करने वाले तरल पदार्थ के दबाव और प्रवाह को परिवर्तित करती है। दो प्राथमिक शाखाएं मौजूद हैं:

• ]हाइड्रोलिक - तेल या पानी के ग्लाइकोल मिश्रण जैसे असंगत तरल पदार्थ का उपयोग करता है। यह बहुत अधिक शक्ति पैदा करने में उत्कृष्टता प्राप्त करता है, जिससे यह भारी उठाने, दबाने और बड़े पैमाने पर रोबोट हथियारों के लिए आदर्श होता है।
• Pneumatics – संपीड़ित गैसों का उपयोग करता है (आमतौर पर संपीड़ित हवा)। यह तेजी से, स्वच्छ और हल्के अभिनय के लिए मूल्यवान है, आमतौर पर पिक-एंड-प्लेस रोबोट, ग्रिपर और कम-बल असेंबली स्टेशनों में पाया जाता है।

दोनों सिस्टम एक सामान्य वास्तुकला साझा करते हैं: एक प्राइम मूवर एक पंप या कंप्रेसर को चलाता है; वाल्व प्रत्यक्ष प्रवाह; actuators (सिलेंडर या रोटरी मोटर्स) तरल ऊर्जा को गति में परिवर्तित करते हैं; और सेंसर एक नियंत्रक को दबाव, स्थिति या बल वापस खिलाते हैं। हाइड्रोलिक और वायवीय के बीच विकल्प आवेदन की शक्ति, गति, परिशुद्धता और पर्यावरण आवश्यकताओं पर निर्भर करता है।

द्रव विद्युत प्रणालियों के प्रमुख घटक

• Pumps और कंप्रेसर[ - यांत्रिक ऊर्जा को तरल ऊर्जा में परिवर्तित करें। हाइड्रोलिक पंप (गियर, वैन, पिस्टन) उच्च दबाव प्रदान करते हैं; वायु कंप्रेसर विनियमित दबाव पर निरंतर प्रवाह प्रदान करते हैं।
• Valves - नियंत्रण प्रवाह, दिशा, और दबाव। दिशात्मक नियंत्रण वाल्व (solenoid संचालित, सर्वो) सटीक गति अनुक्रमण सक्षम। आनुपातिक और सर्वो वाल्व बंद लूप स्थिति और बल नियंत्रण की अनुमति देते हैं।
• Actuators - रैखिक सिलेंडर या रोटरी मोटर्स। हाइड्रोलिक सिलेंडर हजारों केएन बल का उत्पादन कर सकते हैं; वायवीय सिलेंडर न्यूनतम जड़ता के साथ तेजी से चक्र समय प्राप्त करते हैं।
• Conditioning Components – फिल्टर, नियामकों, स्नेहक (न्यूनॉटिक्स के लिए) और हीट एक्सचेंजर्स, संचयक (हाइड्रोलिक के लिए) तरल स्वच्छता और सिस्टम दक्षता सुनिश्चित करते हैं।

रोबोटिक्स में अनुप्रयोग

द्रव शक्ति को औद्योगिक और सेवा रोबोट दोनों में गहराई से एकीकृत किया गया है। गियरिंग के बिना कम गति पर उच्च टोक़ देने की क्षमता, और बिना ओवरहीटिंग के सुरक्षित रूप से स्टाल करने की क्षमता, इसे कई कार्यों में विशुद्ध रूप से विद्युत प्रणालियों पर लाभ देता है।

भारी शुल्क संचालन के लिए हाइड्रोलिक रोबोट

ऑटोमोटिव विनिर्माण, निर्माण और खनन में इस्तेमाल किए जाने वाले बड़े औद्योगिक रोबोट हाइड्रोलिक्स पर निर्भर हैं। उदाहरण के लिए, वेल्डिंग या सामग्री हैंडलिंग के लिए हाइड्रोलिक रोबोट हथियार चिकनी, निरंतर बल के साथ कई टन उठा सकते हैं। Festo हाइड्रोलिक रोबोट दर्शाता है कि सर्वो-हाइड्रोलिक अक्ष एक मिलीमीटर के दसवें हिस्से में पोजिशनिंग दोहराव को प्राप्त करते हैं जबकि ताकतों को लागू करते हुए समान आकार की इलेक्ट्रिक मोटर मैच नहीं कर सकते हैं।

वायवीय ग्रिपर और पिक-एंड-प्लेस सिस्टम

उच्च गति वाली असेंबली लाइनों में, वायवीय actuators पावर ग्रिपर जो मिलीसेकेंड में खुलने और बंद होने वाले हैं। समानांतर-जाव ग्रिपर, वैक्यूम कप और कोलेट चक सभी संपीड़ित हवा पर चलते हैं। वायवीय actuators की हल्की प्रकृति रोबोट को कम ऊर्जा खपत के साथ तेजी से बढ़ने की अनुमति देती है। सहयोगी रोबोट (cobots) अक्सर वायवीय अंत-प्रभावकारों का उपयोग करते हैं क्योंकि उन्हें मानव संपर्क के लिए स्वाभाविक रूप से अनुपालन और सुरक्षित होने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है।

मोबाइल और ह्यूमनॉइड रोबोट में द्रव शक्ति

हाइड्रोलिक सिस्टम का उपयोग लेगेड रोबोटों में भी किया जाता है ताकि उच्च बैंडविड्थ बल नियंत्रण प्रदान किया जा सके। उदाहरण के लिए, बोस्टन डायनेमिक्स स्पॉट] अपनी गतिशील चाल के लिए हाइड्रोलिक एक्शन का उपयोग करता है, जबकि मानव रोबोट जैसे DARPA's Atlas विस्फोटक लोकोमोशन और डेक्सटरस हेरफेर करने के लिए हाइड्रोलिक्स पर भरोसा करते हैं।

रोबोटिक्स में द्रव शक्ति के लाभ

• ]हाई पावर डेंसिटी - हाइड्रोलिक सिस्टम बराबर वजन की एक इलेक्ट्रिक मोटर की तुलना में दस गुना अधिक बल पैदा कर सकते हैं। यह कॉम्पैक्ट रोबोट हथियारों और लेगेड रोबोटों के लिए महत्वपूर्ण है।
• प्रेसिजन नियंत्रण – सर्वो वाल्व और स्थिति ट्रांसड्यूसर, ± 0.01 मिमी की सटीकता के साथ बंद लूप नियंत्रण सक्षम बनाता है। फोर्स कंट्रोल अंतर्निहित है क्योंकि दबाव सीधे सीधे बल से संबंधित है।
• विश्वसनीयता और स्थायित्व - द्रव शक्ति प्रणाली बिजली की मोटरों की तुलना में सदमे भार, कंपन और संदूषण को बेहतर सहन करती है। उन्हें ठीक से फ़िल्टर और सील करने पर न्यूनतम रखरखाव की आवश्यकता होती है।
• ]Safety - हाइड्रोलिक सिस्टम को विफल-सुरक्षित (जैसे, बिजली हानि के मामले में वाल्व को नियंत्रित करने वाले असंतुलन वाल्व) के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। वायवीय प्रणाली विस्फोटक वातावरण में आंतरिक रूप से सुरक्षित हैं क्योंकि वे कोई स्पार्क उत्पन्न नहीं करते हैं।
• ]Smooth Motion - हाइड्रोलिक तरल पदार्थ की असंगतता चिकनी, बैकलैश-मुक्त गति प्रदान करती है, जो निरंतर पथ वेल्डिंग या पेंटिंग के लिए आदर्श है।

विद्युत मूल्यांकन के साथ तुलना

जबकि विद्युत रैखिक actuators और रोटरी सर्वो उच्च दक्षता और कम शोर प्रदान करते हैं, उन्हें अक्सर उच्च टोक़ प्राप्त करने के लिए गियरिंग की आवश्यकता होती है, वजन और बैकलैश जोड़ते हैं। इसके विपरीत, सीधे दबाव को बल में परिवर्तित करता है। राष्ट्रीय द्रव पावर एसोसिएशन ] ने नोट किया कि कई भारी भार वाले अनुप्रयोगों में, हाइड्रोलिक सिस्टम बराबर रेटेड इलेक्ट्रिक ड्राइव की तुलना में अधिक लागत प्रभावी और मजबूत रहता है।

स्वचालित विनिर्माण में भूमिका

स्वचालित विनिर्माण लाइनें संचालन के स्पेक्ट्रम के लिए द्रव शक्ति पर निर्भर करती हैं: दबाने, क्लैंपिंग, मुद्रांकन, स्थानांतरित करने, मोल्डिंग और पैकेजिंग। दोहराने योग्य गति के साथ विशाल बलों को उत्पन्न करने की क्षमता उत्पादन को कुशलतापूर्वक प्रवाहित करती है।

हाइड्रोलिक प्रेस और गठन

धातु और प्लास्टिक के उत्पादन में, हाइड्रोलिक प्रेस सामग्री को आकार देने के लिए नियंत्रित बल लागू करते हैं। स्वचालित प्रेस लाइन्स गहरे ड्राइंग, फोर्जिंग और समग्र मोल्डिंग के लिए कई हाइड्रोलिक सिलेंडरों को अनुक्रमित करने के लिए प्रोग्राम करने योग्य लॉजिक कंट्रोलर (PLC) का उपयोग करती हैं। बॉश Rexroth सर्वो हाइड्रोलिक प्रेस की श्रृंखला ऊर्जा कुशल पंप नियंत्रण के माध्यम से पारंपरिक हाइड्रोलिक सिस्टम की तुलना में 30% तक चक्र के समय को कम करती है।

वायवीय संदेश और सामग्री हैंडलिंग

वायवीय प्रणाली वायु दबाव का उपयोग करके ट्यूबों के माध्यम से थोक सामग्री, पाउडर और छोटे हिस्से को स्थानांतरित करती है। स्वचालित कारखानों में, दृष्टि से निर्देशित रोबोट कन्वेयर से घटकों को चुनते हैं, और वायवीय चूषण कप लिफ्ट शीट धातु या कार्डबोर्ड को नुकसान के बिना उठाते हैं। वायवीय उपकरणों की हल्की प्रकृति उन्हें रोबोट कलाई को ओवरलोड किए बिना व्यक्त हथियारों पर भी चढ़ने की अनुमति देती है।

विधानसभा और Clamping

स्वचालित स्क्रूड्राइविंग, रिवेटिंग और वेल्डिंग ऑपरेशन अक्सर स्थिति में क्लैंपिंग भागों के लिए वायवीय actuators का उपयोग करते हैं। हाइड्रोलिक क्लैंप माइक्रोमीटर-स्तर की दोहराव को बनाए रखते हुए मशीनिंग कार्यों के लिए आवश्यक उच्च होल्डिंग बलों को प्रदान करते हैं। रोबोट अंत-ऑफ-आर्म टूलिंग अक्सर कार्यों के बीच जल्दी स्विच करने के लिए वायवीय और हाइड्रोलिक सर्किट दोनों को एकीकृत करता है।

पैकेजिंग और लेबलिंग

उच्च गति पैकेजिंग लाइनों गत्ते का डिब्बा बनाने, उत्पाद सम्मिलन और मामले सील के लिए वायवीय पर निर्भर करते हैं। वायवीय actuators के तेजी से चक्र समय - अधिकतम 120 चक्र प्रति मिनट - सक्षम माध्यम से बिजली actuators बिना अति ताप के मैच के लिए संघर्ष करेंगे। सरल दबाव नियामकों के माध्यम से स्ट्रोक की लंबाई और बल को समायोजित करने की लचीलापन उत्पाद बदलाव के लिए लोकप्रिय बनाता है।

उद्योग में लाभ

• Speed and दक्षता - वायवीय प्रणाली 1 m/s से अधिक वेग हासिल कर सकती है और तेजी से पिक-एंड-प्लेस के लिए काफी तेज हो सकती है। हाइड्रोलिक सिस्टम, जबकि धीमी गति से, पूरे स्ट्रोक में निरंतर बल बनाए रखते हैं, प्रभाव बलों को कम करते हैं और पहनते हैं।
• ]Flexibility - वाल्व को पुनः विन्यास किया जा सकता है या गति प्रोफाइल को बदलने के लिए प्रतिस्थापित किया जा सकता है। उसी आधार प्रणाली को केवल अंतिम प्रभावकारी को बदलकर विभिन्न उत्पादों के अनुकूल बनाया जा सकता है और नियंत्रक को प्रोग्रामिंग किया जा सकता है।
• Cost-Effectiveness - संपीड़ित हवा अपेक्षाकृत सस्ती है, और वायवीय घटक बड़े पैमाने पर उत्पादित होते हैं, प्रारंभिक उपकरण लागत को कम करते हैं। हाइड्रोलिक घटक, जबकि अधिक महंगा, भारी शुल्क अनुप्रयोगों में लंबे समय तक सेवा जीवन प्रदान करते हैं।
• ]ऑटोमेशन इंटीग्रेशन - आधुनिक द्रव शक्ति प्रणाली वास्तविक समय की निगरानी और भविष्य की निगरानी के लिए उद्योग 4.0 प्रोटोकॉल (IO-Link, Profibus, ईथरनेट / IP) के साथ एकीकृत होती है। सेंसर-एक्व्ड सिलेंडर पहनने के स्तर की रिपोर्ट कर सकते हैं, जो अनियोजित डाउनटाइम को कम कर सकते हैं।

ऊर्जा दक्षता विचार

परंपरागत रूप से, विद्युत प्रणालियों की तुलना में कम ऊर्जा दक्षता के लिए द्रव शक्ति की आलोचना की गई है। हालांकि, चर गति पंप ड्राइव, हाइब्रिड संचयक सिस्टम और डिजिटल हाइड्रोलिक जैसे नवाचारों की खाई को संकुचित कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, एक बंद लूप हाइड्रोलिक सर्वो प्रणाली ब्रेकिंग के दौरान ऊर्जा को ठीक कर सकती है और अगले चक्र के लिए इसका उपयोग कर सकती है, जो 70% से ऊपर समग्र क्षमता प्राप्त कर सकती है।

चुनौतियां और भविष्य के रुझान

इसकी ताकत के बावजूद, द्रव शक्ति चुनौतियों का सामना करती है: लीक, शोर, गर्मी उत्पादन, और तरल सफाई की आवश्यकता। जवाब में, निर्माता विकसित हो रहे हैं:

• Electro-हाइड्रोलिक सर्वो सिस्टम (EHS) - सटीक, ऊर्जा-अनुकूलित गति के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स की खुफिया के साथ हाइड्रोलिक्स की शक्ति को जोड़ती है।
• डिजिटल हाइड्रोलिक्स - परिवर्तनीय छिद्र क्षेत्रों को बनाने के लिए ऑन / ऑफ वाल्वों के बैंकों का उपयोग करें, थ्रॉटलिंग हानि को कम करें।
• ]स्मार्ट न्यूमेटिक्स - प्रवाह, दबाव और स्थिति की निगरानी के लिए सेंसर और विकेन्द्रीकृत नियंत्रकों को एकीकृत करता है, जिससे स्वयं-डायग्नॉसेटिक्स और अनुकूली नियंत्रण सक्षम होता है।
• ]Bio आधारित और पर्यावरण के अनुकूल तरल पदार्थ - वनस्पति तेल और सिंथेटिक एस्टर पर्यावरण प्रभाव को कम करते हैं और सुरक्षा में सुधार करते हैं।

आगे की ओर देखते हुए, तरल शक्ति रोबोटिक्स और स्वचालन के साथ विकसित होने के लिए जारी रहेगा। सहयोगी रोबोट की ओर प्रवृत्ति की संभावना इसके अंतर्निहित सुरक्षा के लिए वायवीयों के उपयोग को बढ़ा देगी, जबकि हाइड्रोलिक एक्ट्यूएटर रसद, निर्माण और विनिर्माण में भारी-लिफ्ट स्वचालन के लिए गो-टू समाधान बने रहेंगे।

निष्कर्ष

द्रव शक्ति अप्रचलित से दूर है। इसकी क्षमता उच्च शक्ति घनत्व, सटीक नियंत्रण, बीहड़ विश्वसनीयता और सुरक्षित संचालन को वितरित करने की क्षमता रोबोटिक्स और स्वचालित विनिर्माण में अनिवार्य बनाती है। विशाल हाइड्रोलिक हथियारों से जो कार बॉडी पैनल को छोटे वायवीय ग्रिपर को आकार देते हैं जो इलेक्ट्रॉनिक्स को इकट्ठा करते हैं, द्रव शक्ति प्रणालियों को चुपचाप आधुनिक उद्योग की भौतिक रीढ़ की हड्डी को शक्ति देते हैं। चूंकि डिजिटल नियंत्रण और ऊर्जा कुशल डिजाइनों के साथ प्रौद्योगिकी अग्रिम के रूप में, द्रव शक्ति को अनुकूल करना जारी रहेगा, यह सुनिश्चित करना कि यह दशकों तक स्वचालन का एक आधार बना रहेगा।