باعتبارها فرعاً أساسياً من فروع الروبوتات الصناعية، اكتسبت الروبوتات التعاونية زخماً عالمياً سريعاً في السنوات الأخيرة. وبفضل مزاياها الكبيرة مثل المرونة العالية، السلامة المُحسَّنة، وسهولة الاستخدام، فقد تم اعتمادها على نطاق واسع في مجالات مثل صناعة السيارات، الطب، والتصنيع، مما جعلها عاملاً مهماً في دفع عجلة الأتمتة الصناعية والتطوير الذكي.
1. ما هو الروبوت التعاوني؟
الترقية الذكية للروبوتات هي سمة مميزة للثورة الصناعية الجديدة. ومع ذلك، تظل مشاركة الإنسان لا تُعوَّض في مجالات منتجات وخطوط إنتاج محددة. على سبيل المثال، في تجميع المكونات عالية الدقة أو التعامل مع المهام المرهقة التي تتطلب مرونة عالية، يعمل الروبوتات التعاونية جنبًا إلى جنب مع المشغلين البشريين لتعظيم كفاءة الروبوتات وذكاء الإنسان. مقارنةً بالروبوتات الصناعية التقليدية، فإنها تقدم فعالية أفضل من حيث التكلفة، وسلامة مُحسَّنة، وراحة أكبر، مما يُسهم بشكل كبير في تطوير الشركات المُصنعة.
المزايا الرئيسية للروبوتات التعاونية:
◾ خفيف الوزن: تُحسّن من القابلية للتحكم والسلامة.
◾ تصميم سهل الاستخدام: يتميز بوجود أسطح ومفاصل ناعمة، دون حواف حادة أو فجوات قد تؤدي إلى إصابة المشغلين.
◾ الإدراك البيئي: يمكنه إدراك المحيط وتعديل الإجراءات بناءً على التغيرات البيئية.
◾ التعاون بين الإنسان والروبوت: مجهزة بإحساس رد فعل قوي ؛ تتوقف فورًا عند الوصول إلى حد القوة المحدد مسبقًا، مما يتيح التعاون الآمن بين الإنسان والروبوت - حتى في غياب الحواجز الأمنية في بعض السيناريوهات.
2. الاتجاهات في أنظمة إمدادات الطاقة لمحركات الروبوتات التعاونية
تدمج الروبوتات عناصر وظيفية متعددة - مثل الاتصال والتصور والإدراك الموضعي والتحكم في المحركات - بناءً على تطبيقاتها ووظائفها. كما تشمل أنظمة طاقة متنوعة، مثل تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر، وإدارة البطاريات، وتحويل التيار المستمر إلى تيار مستمر، والمُحَوِّلات متعددة الطور، والمستشعرات، وسائقي المحركات. من بين هذه الأنظمة، يُعَدُّ نظام محرك المحرك هو القلب النابض للروبوتات التعاونية، وهو مسؤول بشكل أساسي عن التحكم الدقيق في حركة المفاصل وضمان إمدادات الطاقة.
لقد اعتمد نظام الدفع التقليدي في المحركات منذ فترة طويلة على حلول 12 فولت. جاء ظهور أنظمة 48 فولت نتيجة لكون 48 فولت أعلى قيمة جهد آمنة معترف بها عالميًا. مقارنةً بالأجهزة التي تعمل مباشرةً على الكهرباء المنزلية، يمكن للمهندسين المختصين بالعتاد (الهاردوير) تبسيط تصميم حماية النظام، وتقليل حجم المنتج، وبالتالي خفض الوزن والتكلفة والخسائر في الطاقة. تكون المحركات التي تعمل مباشرةً على 48 فولت عمومًا أصغر حجمًا، مما يسمح بمفاصل أكثر إحكامًا وخفيفة الوزن، ما يعزز الكفاءة في استخدام الطاقة والمرونة والموثوقية مع تقليل الوزن والتكاليف. هذا يفتح إمكانيات جديدة لتطبيقات الروبوتات ويُسرع من وتيرة الأتمتة الصناعية.
3. اختيار الملفات الحثية لأنظمة إمداد الطاقة للمحرك الكهربائي بجهد 48 فولت
تُعد المثبّتات مكونات حيوية في أنظمة محركات 48 فولت، وتُستخدم بشكل أساسي في المحولات (DC-DC) (على سبيل المثال، دوائر خفض الجهد (Buck)، ورفع الجهد (Boost)، ورفع-خفض الجهد (Buck-Boost)). وتشمل الوظائف الأساسية لها تخزين الطاقة، والترشيح، وقمع التداخل، وضمان استقرار النظام. ويمكن أن يؤدي اختيار مثبّتات ذات خسائر منخفضة وتيار تشبع عالٍ وتيار عالٍ إلى تحسين كفاءة النظام واستقراره بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، توفر المثبّتات قمعًا قويًا للإشعاع الكهرومغناطيسي (EMI)، مما يقلل من تداخل ضوضاء التبديل في المحولات (DC-DC) مع الدوائر الحساسة الأخرى.
في أنظمة القيادة الكهربائية بجهد 48 فولت، يؤثر أداء الملف بشكل مباشر على استقرار النظام وكفاءته وموثوقيته. وبالتالي، فإن اختيار الملف المناسب أمر بالغ الأهمية بالنسبة للمهندسين المختصين بالعتاد. يجب موازنة دقيقة للمعايير الرئيسية، ومن بينها القيمة الحثية، تيار الاشباع، مقاومة التيار المستمر، والتردد التشغيلي.
معايير اختيار الملف الرئيسية:
◾ القيمة الحثية: تحدد مدى شدة تذبذب التيار وقدرة التخزين للطاقة. تساعد القيم الحثية المناسبة في تقليل تذبذب التيار وتعزيز استقرار النظام.
◾ تيار الاشباع: هو التيار المستمر الذي عنده يشبَع القلب المغناطيسي. اختيار مواد ذات نقاط اشباع عالية واستقرار حراري ممتاز يضمن تشغيلًا مستقرًا.
◾ مقاومة التيار المستمر (DCR): كلما قلت مقاومة التيار المستمر، قلّت خسائر الطاقة وتحسنت الكفاءة. توازن هياكل ملفات الأسلاك المسطحة بين مقاومة منخفضة للتيار المستمر وكثافة طاقة عالية.
◾ التردد التشغيلي: مع اعتماد أشباه الموصلات ذات الفجوة العريضة (SiC، GaN)، ارتفع تردد التبديل إلى نطاق الميغاهرتز. تُعد الملفات المغناطيسية عالية التردد، المدمجة، ذات التيار العالي ضرورية لتحقيق تشغيل النظام بكفاءة واستقرار.
4. كوداكا حلول الملفات المغناطيسية
من خلال البحث والتطوير المستقل والابتكار التكنولوجي، تقدم CODACA مجموعة شاملة من حلول الملفات المغناطيسية لأنظمة الطاقة في محركات الروبوتات التعاونية بجهد 48 فولت، مما يدعم تقدم الأتمتة الصناعية. توفر الشركة مجموعة متنوعة من فئات ونماذج المنتجات، لكل منها خصائص كهربائية فريدة تلبي متطلبات الأداء العالي لهذه الأنظمة.
استخدام قلوب مغناطيسية من مسحوق معدني مع لفات من الأسلاك المسطحة، تتميز بتيار تشبع عالي، وفقدان منخفض، وكفاءة تحويل عالية، ومدى واسع لدرجة الحرارة التشغيلية. وهي مناسبة تمامًا لمُحَوِّلات 48 فولت DC-DC التي تتطلب تيارًا عاليًا وفقدانًا منخفضًا وكثافة طاقة عالية.
تم تشكيلها من مواد قلبية مُركبة ذات خسائر منخفضة مع هيكل مدرع بالكامل، مما يوفر مقاومة قوية للتداخل الكهرومغناطيسي، ومقاومة تيار مستمر منخفضة، وقدرة عالية على تحمل التيار، وفقدان منخفض في القلب. وتفي بالمتطلبات النظامية من حيث الحجم الصغير، التيار العالي، والأداء القوي للتداخل الكهرومغناطيسي.
4.3 محولات القوة SMD
تتضمن نواة مغناطيسية عالية التردد وقليلة الخسائر، مما يؤدي إلى تقليل الخسائر ذات التردد العالي إلى الحد الأدنى. كما أن صغر حجمها يناسب التركيب عالي الكثافة، وتوفر تصميم الدروع المغناطيسية مقاومة قوية للتداخل الكهرومغناطيسي، مما يجعلها مثالية للأنظمة الكهربائية المدمجة والأداء العالي.
مع انتشار الروبوتات التعاونية في مختلف الصناعات، تصبح أداء وموثوقية أنظمة الطاقة الخاصة بمحركاتها التي تعمل بجهد 48 فولت أكثر أهمية متزايدة. اختيار الملفات الحثية بعناية - مع مراعاة الحث، تيار الاشباع، مقاومة التيار المستمر، والتكرار التشغيلي - يضمن تشغيلًا مستقرًا وفعالًا وذو أداء عالٍ. وبفضل الحلول المبتكرة من مزودين مثل CODACA، يمكن للروبوتات التعاونية تحقيق كفاءة أعلى في استخدام الطاقة، والدقة، والموثوقية، مما يسهم في دفع موجة جديدة من الأتمتة الصناعية والتصنيع الذكي.
EN