باعتبارها المكون الأساسي لحركة مفاصل الروبوت، ما هي خصائص مفاصل الروبوت المختلفة (المفاصل الأساسية، مفاصل الذراع، مفاصل الطرف النهائي) التي يجب التركيز عليها عند اختيار ومطابقة معايير محركات المؤازرة؟ وكيف يمكن تحقيق التوازن بين دقة حركة المفاصل والأداء الديناميكي من خلال تحسين المعايير؟
أولاً: المبدأ الأساسي لتكييف محرك المؤازرة: التوافق مع متطلبات المفاصل المختلفة
تُعدّ المحركات المؤازرة الخيار الأمثل لتحريك مفاصل الروبوتات المختلفة، مثل الروبوتات الصناعية والروبوتات التعاونية، وذلك بفضل مزاياها المتمثلة في الدقة العالية والاستجابة السريعة وكثافة عزم الدوران العالية. وتختلف مفاصل الروبوتات اختلافًا كبيرًا في تحديد المواقع الوظيفية وظروف تحمل القوى ومتطلبات الحركة. لذا، يجب أن يُصمّم اختيار المحركات المؤازرة ومواءمة معاييرها وفقًا للاحتياجات المحددة، كما يجب تحسين المعايير لحلّ التناقض بين الدقة والقدرة، بما يضمن استقرار التشغيل العام للروبوت.
ثانيًا: استراتيجية الاختيار الخاصة بكل مفصل: مطابقة الخصائص الحركية مع المتطلبات الأساسية
أولًا، من الضروري توضيح المتطلبات الأساسية للاختيار بناءً على خصائص المفاصل المختلفة. يُعدّ المفصل الأساسي، باعتباره قاعدة الروبوت الحاملة للأحمال، مسؤولًا عن وزن الآلة بأكملها وعزم الدوران بعد تمدد الذراع. وتتمثل متطلباته الأساسية في عزم دوران عالٍ وثبات عالٍ، مع متطلبات منخفضة نسبيًا لسرعة الدوران. عند اختيار محرك سيرفو للمفصل الأساسي، ينبغي إعطاء الأولوية لعزم الدوران المقنن، وعزم الدوران الأقصى، ووقت التشغيل المتواصل. عمومًا، يُختار محرك سيرفو ذو عزم دوران مقنن كبير وعزم قصور ذاتي كبير، مع مُخفِّض سرعة كوكبي دقيق لتحسين خرج عزم الدوران. في الوقت نفسه، يجب التحقق من عزم دوران توقف المحرك لتجنب فقدان الخطوة أثناء بدء التشغيل أو تحمل الأحمال. أما مفصل الذراع، فهو مسؤول عن ضبط وضعية الروبوت ونطاق حركته، مما يتطلب توازنًا بين عزم الدوران والمرونة. ويكون مسار حركته في الغالب في أوضاع تسارع وحمل متغيرة. عند اختيار محرك لمفصل الذراع، تشمل الاعتبارات الرئيسية سرعة الاستجابة الديناميكية، ومطابقة عزم القصور الذاتي، وقدرة التحميل الزائد. يُنصح باختيار محرك سيرفو ذي عزم قصور ذاتي منخفض وأداء تسارع ممتاز لضمان استجابة المفصل السريعة لأوامر التحكم. في الوقت نفسه، يجب تحسين نسبة نقل المخفض لتحقيق التوازن بين عزم الدوران الناتج ومرونة الحركة. يركز مفصل الطرف المؤثر (مثل مفصل القيادة في الملقط أو شعلة اللحام) بشكل أساسي على تحديد المواقع بدقة عالية والحركة السريعة تحت أحمال خفيفة، مع متطلبات عزم دوران منخفضة ولكن بمتطلبات عالية للغاية لدقة تحديد المواقع، ودقة تكرار تحديد المواقع، والاستقرار عند السرعات المنخفضة. لهذا المفصل، يُفضل استخدام محرك سيرفو صغير الطاقة مزود بمشفر عالي الدقة (بدقة لا تقل عن 23 بت). بالإضافة إلى ذلك، يجب تحسين أداء الزحف للمحرك عند السرعات المنخفضة لتجنب تأثير الارتعاش الناتج عن السرعات المنخفضة على دقة التشغيل.
ثالثًا: مسار تحسين المعلمات: تحقيق التوازن الديناميكي بين الدقة والأداء الديناميكي
ثانيًا، يتطلب تحقيق التوازن بين الدقة والأداء الديناميكي من خلال تحسين المعلمات الرئيسية ثلاثة أبعاد. أولًا، تحسين مطابقة عزم القصور الذاتي. تؤثر نسبة عزم القصور الذاتي لدوار المحرك إلى عزم القصور الذاتي للحمل بشكل مباشر على سرعة استجابة المفصل ودقة التحكم، ويجب ضبط نسبة المطابقة بشكل مختلف للمفاصل المختلفة: بالنسبة للمفاصل الأساسية ذات عزم القصور الذاتي الكبير للحمل، يمكن التحكم في النسبة عند 1:5 إلى 1:10؛ بالنسبة لمفاصل الذراع التي تتطلب توازنًا بين الاستجابة والاستقرار، يُوصى بأن تكون النسبة 1:3 إلى 1:5؛ بالنسبة للمفاصل الطرفية ذات عزم القصور الذاتي الصغير للحمل، يجب أن تكون النسبة 1:1 إلى 1:3. تقلل المطابقة المناسبة من تأثير القصور الذاتي وتحسن استقرار التحكم. ثانيًا، التحسين التعاوني لمعلمات عزم الدوران وسرعة الدوران. يتم حساب عزم الدوران الأقصى للحمل وعزم الدوران المقنن للحمل بناءً على مسار حركة المفصل لضمان أن عزم الدوران الأقصى للمحرك يمكنه تغطية أحمال الصدمات اللحظية وأن عزم الدوران المقنن يلبي متطلبات التشغيل المستمر. في الوقت نفسه، اضبط سرعة الدوران لتتوافق مع سرعة حركة المفصل: تُضبط سرعة دوران المفصل الأساسي على 50-200 دورة/دقيقة، ومفصل الذراع على 200-500 دورة/دقيقة، ويمكن زيادة سرعة دوران المفصل النهائي إلى 500-1500 دورة/دقيقة، لتجنب هدر الطاقة الناتج عن السرعة العالية جدًا أو انخفاض كفاءة التشغيل الناتج عن السرعة المنخفضة جدًا. ثالثًا، معايرة معلمات التحكم. حسّن الأداء الديناميكي من خلال ضبط الكسب وتعيين معلمات المرشح لمحرك المؤازرة. بالنسبة للمفاصل النهائية ذات متطلبات الدقة العالية، ارفع كسب حلقة الموضع لتحسين دقة تحديد المواقع وفعّل وظيفة التنعيم عند السرعات المنخفضة لكبح الاهتزاز. أما بالنسبة للمفاصل الأساسية ذات متطلبات الطاقة العالية، فقلل كسب حلقة الموضع بشكل مناسب وارفع كسب حلقة السرعة لتعزيز قدرة مقاومة اضطرابات الحمل، محققًا توازنًا ديناميكيًا بين الدقة والطاقة.
رابعاً: نقاط التكيف المساعدة: مراعاة التوافق البيئي والتعاوني
بالإضافة إلى ذلك، ينبغي مراعاة قابلية التكيف مع البيئة والموثوقية عند اختيار المحركات. قد تعمل الروبوتات الصناعية في بيئات مليئة بالغبار والاهتزازات، لذا يُنصح باختيار محركات سيرفو ذات مستوى حماية IP65 أو أعلى ومقاومة عالية للاهتزازات. أما بالنسبة للروبوتات التعاونية، فتُعدّ السلامة من الاعتبارات الأساسية، لذا يُنصح باستخدام محركات سيرفو منخفضة القصور الذاتي مع كبح سريع، بالإضافة إلى وحدات استشعار عزم الدوران لتوفير الحماية من الحمل الزائد. في الوقت نفسه، يُعدّ التوافق التعاوني بين المحرك والمخفض والمشفّر أمرًا بالغ الأهمية. من الضروري ضمان توافق المعلمات بين هذه المكونات الثلاثة، ومواصلة تحسين دقة الحركة والأداء الديناميكي من خلال عملية تصحيح متكاملة لتلبية متطلبات العمل المختلفة لمفاصل الروبوت المتنوعة.



