ロボティクスと自動製造における流体力の役割

流体力—加圧液体(油圧)とガス(空気)の使用は、発電、制御、および送信力 - の基礎技術が残っています]と[]]]]]]]自動化された製造[]]]。電動サーボと直接駆動モーターが人気で成長している間、流体力システムは、比類のない電力密度、および産業の要求を組み立て、そして、そして、そして、そして、そして、そして、そして、そして、そして、この技術を効果的に組み立てます。

流体力学の理解

核心では、流体力は、作業流体の圧力と流れを機械的運動または力に変換します。 2つの主要な枝が存在します。

Hydraulics] - オイルや水グリコール混合物などの不燃液体を使用します。非常に高い力を発生させ、重い持ち上げ、押し、大規模なロボットアームに最適です。
[]空気] - 圧縮可能なガス(通常圧縮空気)を使用します。これは、ピックアンドプレースロボット、グリッパー、および低負荷アセンブリステーションで一般的に見られる、迅速で清潔で軽量な作動のために評価されます。

システムは、共通のアーキテクチャを共有します。:プライム・ムーバーはポンプまたはコンプレッサーを駆動します。バルブは直接流れます。アクチュエータ(シリンダーまたはロータリーモーター)は、流体エネルギーをモーションに変換します。センサーは、圧力、位置、またはコントローラーに強制を供給します。油圧と空気間の選択は、アプリケーションの力、速度、精度、環境要件によって異なります。

流体力システムの主なコンポーネント

ポンプとコンプレッサー - 油圧ポンプ(ギア、ベーン、ピストン)は高圧を提供します。空気圧縮機は、調整された圧力で一定したフローを提供します。
Valves - 制御フロー、方向、および圧力。方向制御弁(solenoid-operated、サーボ)は、正確なモーションシーケンシングを可能にします。比例およびサーボバルブは、クローズループ位置と強制制御を可能にします。
アクチュエータ - リニアシリンダーまたはロータリーモーター。油圧シリンダーは、数千kNの力を生成することができます。空気圧シリンダーは、最小慣性で迅速なサイクルタイムを達成します。
条件付きコンポーネント] – フィルター、レギュレータ、潤滑剤(空気圧)、熱交換器、アキュレータ(油圧用)は、流体の清浄度とシステム効率を保証します。

ロボティクスの応用例

流体力は、産業・サービスロボットと密接に統合されています。ギアを使わずに低速で高トルクを発揮し、過熱することなく安全に安定させる能力は、多くのタスクで、純粋に電気システムに優位性をもたらします。

ヘビーデューティオペレーションのための油圧ロボット

自動車製造、建設、採掘で使用される大型産業用ロボットは、油圧に依存しています。例えば、溶接や材料の処理のための油圧ロボットアームは、スムーズで持続的な力で複数のトンを持ち上げることができます。 [Festo油圧ロボット]]]は、サーボ油圧軸が、同様のサイズの電動モーターが一致できない力を発揮しながら、ミリメートルの10分の1に位置再現性を達成する方法を示しています。

空気のグリッパーおよびピックアンドプレースシステム

高速アセンブリラインでは、ミリ秒で開閉する空気動アクチュエータパワーグリッパー。並列顎グリッパー、真空カップ、コレットチャックはすべて圧縮空気で実行します。空気動アクチュエータの軽量性は、ロボットがより低いエネルギー消費でより速く移動することができます。折りたたみロボット(コボット)は、しばしば空気中のエンドフェクターを使用しており、それらは、人間との相互作用のために、本質的に妥当かつ安全なものにすることができます。

モバイルロボットとヒューマノイドロボットの流体力

油圧システムは、高帯域幅制御を提供する能力のために、レッジロボットでも使用されています。例えば、[]ボストン・ダイナミクス・スポット]は、そのダイナミック・ギャイトのための油圧作動法を使用し、ヒューマノイドロボットは]DARPAのアトラス]は、爆発的なロコモーションとデキステラスな操作を実行する油圧に依存しています。

ロボティクスにおける流体力の利点

高出力密度 - 油圧システムは、同等の重量の電動モータよりも10倍以上の力を生成することができます。これは、コンパクトなロボットアームとレベドロボットにとって不可欠です。
精密制御] - サーボバルブと位置トランスデューサは、±0.01 mmの精度でクローズループ制御を有効にします。圧力が強制的に強制的に直接関連しているため、強制制御は不可欠です。
[]信頼性と耐久性[] - 流体力システムが、電動モーターよりも優れた衝撃負荷、振動、および汚染を許容します。適切にフィルタリングおよびシールされたときに、メンテナンスが最小限に抑えられます。
[Safety] - 油圧システムは、故障安全(例えば、電力損失の場合の負荷を保持する均衡弁)に設計することができます。空気システムは、火花を発生させないので、爆発的な環境で本質的に安全です。
] 滑らかな動き - 油圧流体の不快性は、連続したパス溶接や塗装に理想的、滑らかでバックラッシュフリーの運動を提供します。

電動アクチュエータとの比較

電動リニアアクチュエータとロータリーサーボは、より高い効率と低騒音を提供する一方で、それらは多くの場合、高トルクを達成し、重量とバックラッシュを追加するためにギアリングを必要とします。対照的に、流体力は、直接圧力を強制に変換します。 []国家流体力協会[]]]]は、多くの重負荷アプリケーションでは、油圧システムは、同等の定格電力よりも費用効果が高く、強烈なままです。

自動製造における役割

自動生産ラインは、作業のスペクトルの流体力に依存します。プレス、クランプ、スタンピング、転送、成形、およびパッケージ。反復可能な速度で巨大な力を生成する能力は、生産を効率的にフロー保ちます。

油圧プレスと成形

金属加工およびプラスチック製造では、油圧プレスは、材料を形状するために制御された力を適用します。自動プレスラインは、プログラム可能なロジックコントローラ(PLC)を使用して、ディープドローイング、鍛造、および複合成形用の複数の油圧シリンダーをシーケンスします。 []]ボッシュRexroth[]]シリーズは、最大30%のサイクル時間を削減し、従来の油圧システムと比較してエネルギー効率のポンプ制御を削減します。

空気の運搬および物質的な処理

空気圧システムは、空気圧を使用してチューブを介してバルク材料、粉末、および小さな部品を移動します。自動工場では、ビジョンガイドされたロボットは、コンベアからコンポーネントを選択し、空気圧吸引カップは、金属や段ボールを損傷することなく持ち上げます。空気圧ツールの軽量性は、ロボットの手首を過負荷することなく、関節アームに取り付けることができます。

組立・クランプ

自動ねじ込み式、リベット式、溶接操作は、多くの場合、位置の部品のクランプに空気作動アクチュエータを使用します。油圧クランプは、マイクロメートルレベルの再現性を維持しながら、加工作業に必要な高い保持力を提供します。ロボットのエンドアームツーリングは、空気圧と油圧回路の両方を頻繁に統合し、タスク間で迅速に切り替えます。

包装および分類

高速包装ラインは、カートンの建設、製品インサート、およびケースシールの気性に依存しています。空気作動アクチュエータの急速なサイクルタイムは、電気アクチュエータが過熱することなくマッチングするのに苦労する、毎分120サイクルを超える - 可変的なスループットを超える。ストロークの長さを調整し、単純な圧力調整器を介して強制する柔軟性は、製品交換に人気が高まっています。

業界の利点

[スピードと効率] - 空気圧システムは、1 m /秒以上の静速度を達成し、急速ピックアップと場所のために十分な加速することができます。油圧システム、減速しながら、ストローク中の一定の力を維持し、衝撃力と摩耗を低減します。
[]柔軟性] - バルブは、モーションプロファイルを変更または交換することができます。同じベースシステムは、エンドフェクターのみを変更し、コントローラをプログラミングすることにより、異なる製品に適応することができます。
Cost-Effectiveness - 圧縮空気は比較的安価であり、空気圧コンポーネントは量産され、初期機器コストを削減します。油圧コンポーネントは、より高価なが、ヘビーデューティアプリケーションで長寿命を提供します。
[Automation Integration] – 現代の流体力システムは、リアルタイムの監視と予測保守のためのインダストリアル4.0プロトコル(IO-Link、Profibus、Ethernet/IP)と統合します。センサー搭載シリンダーは、計画されていないダウンタイムを削減し、摩耗レベルを報告することができます。

エネルギー効率の考慮事項

従来、電気システムと比較して、低エネルギー効率が向上する流体力は批判されています。しかし、可変速度ポンプドライブ、ハイブリッドアキュラシステム、デジタル油圧などのイノベーションはギャップを狭めています。例えば、クローズドループ油圧サーボシステムは、ブレーキの時にエネルギーを回復し、次のサイクルのために再利用することができます。70%以上の全体的な効率を実現します。

チャレンジと未来のトレンド

強靭なパワーは、漏れ、騒音、熱発生、流体清浄化の必要性など、課題に直面しています。応答では、メーカーは開発しています。

[] 電動油圧サーボシステム(EHS) - 油圧の電力を電子機器の知能と組み合わせて、精密でエネルギーを最適化した運動を実現します。
[デジタル油圧] - オン/オフバルブの銀行を使用して、回転損失を減らす、可変的なオリフィス領域を作成します。
スマートエアジャー] – センサーと分散型コントローラーを統合し、フロー、圧力、位置を監視し、自己診断と適応制御を有効にします。
バイオベースおよび環境に優しい流体[ - 植物油および合成エステルは、環境への影響を減らし、安全性を向上させます。

今後、流体力は、ロボットと自動化とともに進化し続けます。協調ロボットへの傾向は、その固有の安全のための空気の使用を増加する可能性があり、油圧アクチュエータは、物流、建設、製造における重荷オートメーションのためのgo-toソリューションを維持します。

コンテンツ

流動力はobsoleteから遠くにあります。その能力はを渡すために、高出力密度、精密な制御、険しい信頼性、および安全な操作は、それがロボット工学および自動化された製造業で不可欠になります。巨大な油圧アームから、車体パネルを形作り、電子機器、流体力システムを組み立てる小さな空気圧式グリッパーに、現代の産業の物理的なバックボーンを静かに電力を供給します。テクノロジーは、デジタル制御とエネルギー効率の高い設計を進歩させるにつれて、動力は、それの自動化を調節するために、電力を続けます。