楊文輝
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這個(gè)機器人像蛇一般,能極度靈活地曲折前進(jìn),不管再隱密的角落這個(gè)機器人像蛇一般,能極度靈活地曲折前進(jìn),不管再隱密的角落,它都能深入一探究竟。這架機器人能毫不費力地進(jìn)入人員難以觸及的地帶,替我們解決問(wèn)題。不管是飛機安裝作業(yè)、核能發(fā)電廠(chǎng)、或是地下渠道探測作業(yè):感謝maxon馬達,這個(gè)機器人的多關(guān)節蛇型臂能夠執行精確無(wú)比的運動(dòng)。
就好比是科幻電影中的情節,這條機器蛇會(huì )蜿蜒爬行通過(guò)狹窄的洞穴。它的任務(wù):在人類(lèi)無(wú)法靠進(jìn)的地方執行安全檢查,并拍攝影片。在多數行業(yè)領(lǐng)域中,有許多任務(wù)必須在狹窄且具有高度危險性的地方完成。對于執行人員來(lái)說(shuō),狹窄的空間不但難以進(jìn)入,更困難的是,這些空間以及位于其內的設備,必須常常進(jìn)行檢測。位于英國布里斯托(Bristol)的OC Robotics公司從生物界汲取靈感-例如動(dòng)物-研發(fā)出了「Snake-Arm-Robot」(蛇臂機器人)。公司負責人Rob Buckingham以及技術(shù)總監Andrew Graham在2001年共同開(kāi)發(fā)了第一架原型,并且不斷地將蛇型機器人的技術(shù)進(jìn)行改良,迄今已臻至完美。這家創(chuàng )立于1997年的公司致力生產(chǎn)專(zhuān)門(mén)適用于狹窄與具高危險性空間的蛇型機器人。這些蛇型機器人體型修長(cháng)且靈活,可以毫不費力地鉆入任何狹小的孔穴,且靈敏地避開(kāi)障礙物。
它們常被運用于如航太飛行器的組裝、核能工業(yè)、以及醫學(xué)和保全領(lǐng)域。蛇型機器人具有不同的長(cháng)度和直徑,客戶(hù)可依據其應用需求進(jìn)行選擇。一般標準直徑介于40 ~ 150公厘,長(cháng)度則在1 ~ 3.25公尺之間-依客戶(hù)的特殊要求可增長(cháng)至10公尺或直徑加寬至12.5公厘。對蛇型臂的功能有最決定性影響的是其直徑尺寸;直徑越大,機器人在進(jìn)行保養工作時(shí)能舉起的重量也越大。
因此,每條機器蛇都是為客戶(hù)的應用需求量身訂制,在蛇形機器人的「頭」上還可以裝配各式各樣的工具。OC Robotics為目視檢測工作提供了相應的照明設備,不論是用于攝影機、特殊夾臂、或是用于切割金屬或混凝土的雷射機(見(jiàn)影片)。與一般工業(yè)機器人或起重機一樣,蛇形機器人亦可依據應用需求安裝在活動(dòng)式或固定式工作站上。
總是跟著(zhù)鼻子走
蛇臂機器人能夠執行各式各樣的控制和保養作業(yè),且不需周邊的直接支援。操作員可對它進(jìn)行自由導航,行經(jīng)開(kāi)放空間。機器人的操控是透過(guò)一個(gè)專(zhuān)有軟體進(jìn)行。透過(guò)這個(gè)軟體,操作員能夠以「Nose-Following」原理控制蛇形臂。也就是利用一塊操作板(Joypad)將指令傳達至蛇臂尖端,而其他的關(guān)節便會(huì )執行指定的路徑。操作員只要給出繞過(guò)障礙物的指令,蛇臂的其他部位也會(huì )跟著(zhù)避開(kāi)障礙物。OC Robotics的公司負責人Rob Buckingham表示,利用這項科技,當人類(lèi)非不得已必須在危險環(huán)境內工作時(shí),困難度可以大幅減低。
maxon無(wú)刷DC馬達實(shí)現靈活的運動(dòng)
就像人類(lèi)的手臂中連接肌肉和關(guān)節的肌腱一樣,蛇形機器人采用鋼索作為肌腱,將各個(gè)關(guān)節相互連接。蛇臂內的每一條鋼絲都與一顆maxon馬達相連。蛇形彎曲動(dòng)作皆透過(guò)馬達將機械功率傳輸到蛇形臂完成。依據實(shí)際機型,在每根蛇臂里可安裝多達50顆maxon馬達。這些馬達沒(méi)有直接位在蛇型臂內,而是在機器人基座的促動(dòng)器中。這項設計的優(yōu)點(diǎn)在于,馬達和電子系統的位置容易接近,并且在狹小空間內不會(huì )受到壓迫。馬達的另一個(gè)安裝位置在于蛇形臂頭部的各種工具內。例如攝影機或夾臂的動(dòng)作,都是藉由1~2顆maxon馬達來(lái)驅動(dòng)。
maxon motor電機在機器蛇中的應用
驅動(dòng)裝置最大的挑戰是,它們必須提供足夠的功率,同時(shí)體積必須維持精簡(jiǎn)。因此,針對這類(lèi)高復雜度的應用,研發(fā)人員采用了maxon的EC-max 30無(wú)刷型DC馬達(60瓦特)以及GP 32陶瓷行星減速機。
由于采用無(wú)刷電子式換向直流馬達(EC) ,運行時(shí)間可大幅增長(cháng)。maxon 馬達的核心是無(wú)鐵芯繞組-透過(guò)物理條件上的優(yōu)勢,不會(huì )產(chǎn)生頓轉轉矩,擁有高功率和極佳的動(dòng)態(tài)調節性能。為蛇形臂所采用的馬達經(jīng)過(guò)特殊調整,必須使用特殊電纜和固定孔。maxon motor 的行星減速器亦配合應用另外經(jīng)過(guò)修改,且為煞車(chē)器特別設計專(zhuān)用的殼體。OC Robotics 所要求的標準為:運作可靠的馬達、良好的客戶(hù)服務(wù)、高品質(zhì)和高功率密度-這些都是最后選擇了maxon motor 的重要因素。
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