Роль постійних магнітів у сучасній промисловій автоматизації та робототехніці
Вступ
Промислова автоматизація та робототехніка є основними чинниками підвищення ефективності виробництва, точності та сталості в епоху Індустрії 4.0. Постійні магніти, які зазвичай виготовляються з сполук, таких як неодим-залізо-бор (NdFeB) або самарій-кобальт (SmCo), є ключовими для цих досягнень. Вони виробляють потужні, стабільні магнітні поля без необхідності постійного енергетичного живлення і є незамінними для сучасних систем автоматизації та робототехніки.
Завдяки використанню в усьому, починаючи від двигунів до складних систем сенсорів і управління, постійні магніти революціонізують різні галузі. У цій статті ми досліджуємо основні застосування постійних магнітів у сфері промислової автоматизації та робототехніки, підкреслюючи роль, яку вони відіграють у підвищенні ефективності, точності та надійності.
Двигуни з постійними магнітами в роботизованих системах приводу: підвищення ефективності та виходу потужності
Що таке постійні магнітні двигуни?
Постійні магнітні двигуни (PMMs) використовують потужні магніти для підтримки постійного магнітного поля, яке не потребує зовнішніх джерел живлення, як це роблять старі індукційні двигуни. Це робить їх більш придатними для впровадження в робототехнічні системи завдяки їх феноменальній ефективності, малому розміру та відмінним характеристикам крутного моменту.
Переваги використання постійних магнітних двигунів у робототехніці
• Поліпшена енергетична ефективність: PMMs не потребують електричного струму для генерації магнітного поля, що зменшує енергетичні втрати. Це призводить до зниження експлуатаційних витрат і довшого терміну служби батарей у робототехнічних системах, що працюють на батареях, роблячи їх більш ефективними, ніж стандартні двигуни.
• Вища потужність на одиницю об'єму: Співвідношення крутного моменту до ваги PMMs дозволяє їх мініатюризувати без компромісів у продуктивності, займаючи менше місця в даному робототехнічному дизайні.
• Поліпшена швидкість і точність: PMM може швидко реагувати на зміни вхідних даних, що робить його ідеальним для застосувань, де потрібні швидке прискорення, гальмування та точність позиціонування.
• Менше генерування тепла: Оскільки PMM є набагато ефективнішими (менше втрат), то генерування тепла є меншим, що сприяє їх надійності та знижує потребу в складних системах охолодження.
Випадки використання в промисловій робототехніці
· Ефективні PMM використовуються в автономних мобільних роботах (AMR) та автоматизованих керованих транспортних засобах (AGV), щоб вони могли максимізувати термін служби батареї та тривалість роботи.
·Навіть використання колаборативних роботів (коботів) покращується завдяки PMM, з більш плавними та точними рухами, що робить їх безпечнішими для роботи поряд з людьми
·Для завдань, таких як зварювання, складання та підйом і переміщення, артикуляційні роботизовані руки вимагають надзвичайно точного моторного контролю.
Магнітні компоненти для сенсорики та контролю: забезпечення точності автоматизації
Ключовий принцип магнітних сенсорів
Промислова автоматизація, ймовірно, буде важливим застосуванням для магнітних сенсорів через вимогу безконтактного визначення положення, виявлення руху та зворотного зв'язку системи. Ці сенсори використовують унікальні властивості постійних магнітів для вимірювання зміщення, швидкості та кутового положення без механічного зносу і не підлягають впливу зовнішніх елементів, таких як пил і волога.
Вступні основні магнітні компоненти в автоматизації
Магнітні енкодери:
· Використовуються для точного зворотного зв'язку положення в роботизованих руках і верстатах з ЧПУ.
· Забезпечують вищу надійність у порівнянні з оптичними енкодерами в агресивних промислових умовах.
· Дозволяють надзвичайно точний контроль обертального та лінійного руху.
Сенсори ефекту Холла:
Виявляють зміни в магнітних полях для визначення положення рухомих частин.
Часто використовуються для безщіткових двигунів постійного струму (BLDC) для правильного узгодження руху ротора.
Магнітні рідинні перемикачі:
a) Забезпечують безконтактну взаємодію для систем безпеки в повністю автоматизованих системах.
b) Допомога у відстеженні відкриття дверей, гнучких роботизованих рук та рухів конвеєрних стрічок.
Лінійні та ротаційні магнітні датчики положення.
a) Допомога в системах керування з замкнутим контуром, що використовуються в робототехніці
b) Поліпшення точності в операціях сервомеханіки.
Магнітні датчики зараз також все більше використовуються в автоматизації.
• Безконтактне вимірювання: Зменшує будь-який механічний знос і подовжує термін служби компонентів.
• Функціонування в жорстких умовах: На відміну від оптичних датчиків, магнітні датчики добре працюють в умовах бруду, жиру та високих температур.
• Висока точність і надійність: Дуже важливо для підтримання високої якості в промисловій автоматизації.
П'ять переваг використання магнітного утримання роботи
Оскільки традиційні рішення для затискання в виробництві використовують механічні сили, цей процес може бути дуже схильним до спотворення матеріалу і демонструє високу варіативність. З іншого боку, магнітне утримання, яке використовує постійні магніти, може міцно утримувати ферромагнітні деталі в потужний, але неінвазивний спосіб і є дуже точним методом обробки.
Типи магнітних затискних систем Електро-постійні магнітні кулачки
· Використовують короткий електричний імпульс для вмикання/вимикання магнітного поля
· Пропонують сильну утримуючу силу, не потребуючи постійного джерела живлення.
· Ідеально підходять для обробки на верстатах з ЧПУ, шліфування та фрезерування
Постійні магнітні пристрої:
· Забезпечують необхідну силу захоплення стабільно і передбачувано.
· Використовуються в автоматизації зварювання автомобілів та роботизованих збірних лініях.
Роботи з магнітними кінцевими ефекторами:
· Дозволяють швидкі та точні операції з підбору та розміщення.
· Зменшують періоди бездіяльності, пов'язані з механічними захватами.
Переваги автоматизації магнітного затискання
· Налаштування та зміна швидкостей: Зменшує час циклу, забезпечуючи ефективність виробництва.
· Стійка сила захоплення: Забезпечує надійність як у обробці, так і в зварювальних операціях
Енергоефективність — У порівнянні зі стандартними вакуумними або пневматичними затискачами, електропостійні магніти споживають енергію лише під час активації та деактивації.
Індустріальні застосування
· Автоматизовані збірні лінії: Є позитивні розташування компонентів.
· Автоматизація зварювання: Підтримує деталі, які потребують високих фіксуючих тисків без деформації.
· CNC обробка: Підвищує точність і мінімізує час налаштування.
Магнітна левітація в розумному виробництві: Зменшення тертя, підвищення ефективності
Що таке магнітна левітація (маглев)?
Технологія магнітної левітації використовує постійні магніти для створення безтертєвої системи руху, зменшуючи знос і підвищуючи ефективність у виробничих процесах.
3.2 Ключові застосування в розумному виробництві
Магнітні конвеєрні системи:
· Знижений механічний тертя, що призводить до меншого зносу та витрат на обслуговування.
· Безшовний високошвидкісний транспорт матеріалів
Магнітні лінійні двигуни:
· Застосування в прецизійному обробленні та напівпровідникових системах
Перегони на Місяць, а зрештою і на Марс, починаються зараз·Дозволяє ультра-гладкий рух з нанометровою точністю
Плаваючі робочі станції:
· Усунення вібраційних помилок на прецизійних збірних лініях.
Переваги левітації з магнетизмом
• Знижене обслуговування: Відсутність фізичного контакту означає менше зносу.
· Ультра-гладкий рух: Добре підходить для чутливих до точності застосувань.
· Енергоефективність: Знижує загальні енергетичні втрати завдяки зменшенню тертя.
Висновок
Постійні магніти залишаться в майбутньому промислової автоматизації
Постійні магніти все більше стають основою інновацій у міру розвитку промислової автоматизації та робототехніки. Від високоефективних двигунів у роботизованих системах до магнітних сенсорів, що підвищують точність, сучасних технік утримання та нових застосувань для магнітної левітації, ці магніти змінюють обличчя сучасного виробництва.
Постійні магніти є ідеальними кандидатами для вирішення викликів, пов'язаних з еволюцією промислової автоматизації, завдяки їх здатності покращувати енергетичну ефективність, підвищувати точність і забезпечувати інтелектуальну автоматизацію. З ростом попиту на більш розумні, адаптивні та високопродуктивні роботизовані системи, важливість технологій постійних магнітів, ймовірно, ще більше зросте.
Промисловості потрібно впроваджувати передові магнітні рішення для покращення операційної ефективності, зниження витрат і закладання основ для сучасного автоматизованого майбутнього.
