في عالم الروبوتات السريعة المتطورة ، نادراً ما تنجم AGV (المركبات الموجهة الآلية) بدلاً من ذلك ، غالبًا ما يعودون إلى أداء غير كافٍ من الجيروسكوب. إدخال IMUS منخفضة الدرجة تقدم أخطاء الانجراف والكمون والتعليقات-حلقات التحكم في التغذية. يكمن الحل في نشر جيروسكوب MEMS من الدرجة الدقيقة المصممة من أجل الاستقرار في الوقت الفعلي ، والاستجابة ، والتكامل في الأنظمة الآلية الديناميكية.
Gyroscopes MEMS النواة بالقصور الذاتي للروبوتات المتقدمة-حيث تسلم استشعار معدل الزاوي الدقيق ، وتتبع الاتجاه في الوقت الفعلي ، وردود الفعل الموثوقة في الحزم المدمجة والكفاءة في الطاقة. فهي لا غنى عنها في تمكين التنقل المستقر والحركة المحطمة لكل من AGVs والأسلحة الآلية البشرية.
على مدار العقد الماضي ، عملت على عشرات من عمليات النشر الآلية-من تقييم IMU المبكر إلى تكامل الكامل-وتبرز حقيقة واحدة: تحدد جودة الاستشعار بالقصور الذاتي ما إذا كان الروبوت يعمل فقط أو يؤدي حقًا.
جدول المحتويات
التأثير الصناعي لـ AGVs والروبوتات البشرية
لم تعد AGVs والأسلحة الآلية البشرية مفاهيم مستقبلية - فهي تصبح سريعة الأصول الأساسية في المستودعات والمصانع وحتى المستشفيات. من المتوقع أن ينمو سوق AGV من 4.5 مليار دولار في 2023 إلى 12 مليار دولار بحلول عام 2028 ، في حين من المتوقع أن تقفز الروبوتات البشرية من 1.6 مليار دولار إلى 8.9 مليار دولار ، مما يعكس 22 ٪ و 41 ٪ على التوالي.
إن تشغيل هذا النمو وراء الكواليس هو الجيروسكوبات mems- أجهزة استشعار أساسية توفر اتجاهات في الوقت الفعلي وبيانات السرعة الزاوية. بدونهم ، تفقد AGVs الدقة ، واضحة الأسلحة البشرية مع التوازن والاستجابة.
| شريحة | 2023 حجم السوق | 2028 توقعات | CAGR (2023-2028) |
|---|---|---|---|
| مستودع AGVs | 4.5 مليار دولار | 12.0 مليار دولار | 22% |
| الأسلحة الآلية البشرية | 1.6 مليار دولار | 8.9 مليار دولار | 41% |
في Guidenav ، تم تصميم Gyroscopes MEMS لدينا لتلبية متطلبات هذا الجيل الجديد من الروبوتات - التغلب على استقرار التحيز العالي ، والكمون المنخفض ، وعوامل الشكل المدمجة المثالية للتكامل في المنصات المحمولة والأطراف المفصلية. من الأساطيل ذاتية الحكم إلى المتلوبين المحارين ، نحن نقدم النواة بالقصور الذاتي الذي يبقي الروبوتات متوازنة ودقيقة ، وفي السيطرة.
كيف تعمل جيروسكوبس MEMS بالفعل؟
Gyroscopes mems الشعور بالسرعة الزاوية من خلال تأثير كوريوليس . داخل كل مستشعر ، تهتز الهياكل المجهرية على طول محور ثابت. عند حدوث دوران ، تتسبب قوة Coriolis في تحول يمكن اكتشافه في هذه الاهتزازات ، والتي تترجم بعد ذلك إلى بيانات معدل الزاوي.
بفضل التصنيع المتوافق مع CMOS ، تتناسب هذه الهياكل مع شريحة صغيرة موفرة للطاقة ، مقاومة للصدمات ، ومثالية للروبوتات المضمنة.
لكن جعل MEMS Gyros قابلة للحياة للروبوتات في العالم الحقيقي يستغرق أكثر من التصغير. تشمل التطورات الرئيسية:
- ASIC منخفضة الضوضاء لإخراج إشارة نظيفة وعالية التردد
- المعايرة الحرارية المدمجة لتحقيق الاستقرار في الأداء على درجة الحرارة
- التخميد الميكانيكي لتحمل الاهتزاز والصدمة
لهذا السبب في الروبوتات في العالم الحقيقي-حيث الاهتزازات والمنعطفات المفاجئة والتحولات الحرارية هي القاعدة- تبقى جيروسكوبات mems موثوقة وسريعة الاستجابة وجاهزة للنشر.
لماذا MEMS Gyroscopes حيوية في الروبوتات؟
نظرًا لأن أنظمة الروبوتات تصبح أسرع وأكثر تحددًا وأكثر ديناميكية ، التحكم في التوجه دقيقًا اختياريًا-إنها مهمة مهمة. على الرغم من أن العديد من المستشعرات يمكنها اكتشاف الحركة ، إلا أن جيروسكوبات MEMS فقط توفر قياسًا للسرعة الزاوية في الوقت الفعلي بشكل مستقل عن المراجع الخارجية مثل GPS أو الحقول المغناطيسية. هذا يجعلهم لا يمكن الاستغناء عنه في السيناريوهات حيث يؤثر التوقيت والاستقرار والاستجابة بشكل مباشر على السلامة والأداء.
تصبح قيمتها أكثر وضوحًا في شرعي روبوتيين عالي النمو:
- في AGVS ، تدعم MEMS Gyros المميتة أثناء انقطاع التيار الكهربائي ، مما يتيح المنعطفات السلسة ، والرجوع المتسق ، وردود الفعل في الوقت الفعلي للتخطيط للبطولة والتخطيط للمسار.
- في الروبوتات البشرية ، فإنها تسمح بحركة المفصل المنسقة ، ورد فعل سريع للقوى الخارجية ، والتحكم المستمر في التوازن أثناء المشي أو التلاعب.
بالمقارنة مع أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي ، تجلب MEMS الجيروس ثلاث مزايا رئيسية:
- التصغير - مدمج بسهولة في الروبوتات المتنقلة المدمجة والمفاصل المفصلية
- قابلية التوسع -فعالة من حيث التكلفة بما يكفي للتكامل على مستوى الأسطول أو متعدد المفصلات
- الأداء المنخفض الإنتراف -تمكين حلقات التغذية المرتدة الضيقة ضرورية للحركة الديناميكية
بدلاً من التعامل مع MEMS Gyros كمكونات عامة ، Guidenav بمهندسها خصيصًا للمنصات الآلية - ليس فقط لأجهزة المستشعر ، ولكن أيضًا في البرامج الثابتة وتصميم المرشحات والتكامل الميكانيكي. هذا النهج الذي يحركه التطبيق هو السبب في أن الجيروسكوبات لدينا تتفوق باستمرار على خيارات الجرف في بيئات الروبوتات.
كيفية تحديد جيروسكوب ممس من أجل الروبوتات
لا يتم إنشاء جميع الجيروسكوبات MEMS على قدم المساواة - واختيار الخطأ يمكن أن يؤدي إلى انجراف الأداء أو عدم استقرار النظام أو عدم كفاءة الطاقة. يعتمد الدوران المثالي اعتمادًا كبيرًا على عامل شكل المنصة الآلية ، وديناميات الحركة ، وحساسية حلقة التحكم.
إليكم الطريقة التي أتعامل بها عادةً مع اختيار MEMS Gyro لأنظمة آلية مختلفة:
ل AGVS (المركبات الموجهة الآلية):
- استقرار التحيز : معتدل (<10 °/H) كافية للوقوع القصير إلى المتوسط المدى.
- عرض النطاق الترددي : 50-100 هرتز لتحديثات العنوان السلس دون ضوضاء مفرطة.
- التسامح مع الصدمة : يجب الصمود> 5000 غرام للمتانة الميكانيكية أثناء أحداث الحركة.
- الطاقة : أقل من 100 ميجاوات للحفاظ على كفاءة الطاقة على مستوى النظام.
للأسلحة الآلية البشرية:
- استقرار التحيز : الدقة العالية (<3 °/H) أمر بالغ الأهمية لدقة المستوى المفصل.
- عرض النطاق الترددي : 200+ هرتز لتتبع التعبير السريع والأوامر الحركية الدقيقة.
- عامل الشكل : فائقة الإجهاض ، حيث يتم تضمين المستشعرات في كل مفصل.
- ميزانية الطاقة : <50 ميجاوات لكل مفصل لتجنب تراكم الحرارة واستنزاف البطارية.
| المعلمة | تطبيق AGV | تطبيق Humanoid |
|---|---|---|
| استقرار التحيز | <10 °/h | <3 °/h |
| النطاق الترددي | 50-100 هرتز | 200+ هرتز |
| التسامح مع الصدمة | > 5000 غرام | > 3000 جم |
| مقاس | مضغوط | فائقة التوطين |
| قوة | <100 ميجاوات | <50 ميجاوات لكل مفصل |
مع وجود مئات من عمليات النشر وراءنا ، فإننا نفهم أن أوراق المواصفات وحدها لا تضمن النجاح. لهذا السبب نعمل عن كثب مع مهندسي النظام الآلي لترجمة ملفات تعريف الحركة في العالم الحقيقي إلى تكوينات المستشعرات التي تقدم الأداء والموثوقية الدائمة- ليس فقط في المختبر ، ولكن على أرضية المستودع وفي هذا المجال.
استخدم الحالة 1: MEMS Gyros في AGVs Warehouse
تعمل المركبات المصحوبة بالحكم الذاتي (AGVS) في بيئات داخلية كثيفة حيث لا تكون إشارات GPS غير موثوقة أو غائبة تمامًا . في هذه الظروف ، يكون تقدير العنوان الدقيق أمرًا بالغ الأهمية - خاصةً على مسارات طويلة أو زوايا ضيقة. ولكن حتى انجراف المستشعر الصغير يمكن أن يتراكم بسرعة ، مما يؤدي إلى أخطاء التنقل ، وانحراف المسار ، ودقة البطولات الاربع المتدهورة-مما يؤدي إلى فشل على مستوى المهمة أو الانهيار التشغيلي .
هذا هو المكان الذي تصبح فيه جيروسكوب ممس ضرورية . من خلال تقديم بيانات معدل زاوي مستمر في الوقت الفعلي ، فإنها تدعم:
- المميت عندما يكون GNSS غير متوفر
- اندماج المستشعر مع ترميز العجلات والبطولات القائمة على الرؤية
- الاستقرار في التحكم في الحركة وإعادة تخطيط المسار تحت تخطيطات ديناميكية
في عملية نشر واحدة ، استبدلنا جيررو إرثًا بميميات IMU من الدرجة التكتيكية عبر أسطول AGV المستودع. خلال دورات المهمة المتكررة التي بلغ مجموعها عدة ساعات من وقت التشغيل ، تم تخفيض الانجراف بالانجراف بنسبة 38 ٪ ، وبقيت أخطاء التوطين باستمرار ضمن 20 سم-حتى دون الاعتماد على العلامات الخارجية.
بالنسبة لفرق الروبوتات التي تعمل على أساطيل AGV ، يكون الدرس واضحًا: يبدأ متانة التنقل بدقة بالقصور الذاتي-ويبدأ مع gyro عالي الجودة .
استخدام الحالة 2: الجيروس mems في الأسلحة البشرية
تتطلب الروبوتات البشرية التنسيق الدقيق للمفاصل وتعديل توازن ثابت - غالبًا عبر عشرات المحاور في وقت واحد. في هذا الإعداد ، يمكن أن يؤدي تأخيرات الاستشعار الطفيفة إلى عدم الاستقرار أو فشل الحركة.
من خلال تضمين الجيروسكوبات MEMS مباشرة في كل مفصل ، تكسب الروبوتات:
- ردود الفعل الزاوية عالية السرعة للتحكم في المفصل على مستوى المنعكس
- الاستقرار أثناء المشية والتلاعب ، حتى على الأسطح غير المستوية
- استجابة منخفضة للانتشار للقوى الخارجية والتحولات الحركة
في أحد المشاريع ، خفضت استبدال IMUS العامة مع Guardenav MEMS Gyros Gyros معدلات انخفاض بنسبة 42 ٪ ، وتحسين دقة تحديد المواقع المفصل إلى خلال 1.2 درجة RMS- حتى أثناء الحركة السريعة المتغيرة للحمل.
عندما يتعلق الأمر بالحركة الديناميكية ، فإن الفرق بين السلس وغير المستقر غالبًا ما يكمن في جودة Gyro MEMS .
لماذا Guidenav؟
تبدأ الحركة الدقيقة في الروبوتات مع استشعار بالقصور الذاتي الموثوق. في Guidenav ، نقوم بتصميم Gyroscopes MEMS خصيصًا للمنصات الآلية-بنيت لتحمل الصدمات ، وتقليل الكمون ، وتناسبها في البيئات المقيدة للفضاء.
لاحتياجات التكامل المدمج مثل المفاصل الآلية ، نقدم حلولًا على مستوى الرقائق مثل GuideG4000 -Gyro Sub-9 Mm MEMS مع عدم استقرار التحيز <1 °/H وما يصل إلى 400 هرتز. عندما يكون التكامل ذي المستوى الأعلى مطلوبًا ، يوفر IMUS من الدرجة التكتيكية أداءًا قويًا ومنخفضًا عبر الأنظمة الكاملة.
من النماذج الأولية المبكرة إلى النشر في الحجم ، ساعدنا فرق الروبوتات في جميع أنحاء العالم على تحويل الدقة إلى الأداء الحقيقي. لأنه عندما تكون الحركة مهمة ، فإن الدوران الصحيح ليس مجرد مواصفات - إنه أساس .
