मानवीय रोबोट को चलने, पहुंचने और संतुलन बनाने के लिए शक्ति देने वाले छोटे मोटर
एक रोबोट बनाना जो व्यक्ति की तरह चलता है, इसका मतलब एक कठोर पहेली को हल करना है: दर्जनों जोड़, सीमित स्थान, और बचाने के लिए एक ग्राम भी नहीं। यहां बताया गया है कि कैसे कॉम्पैक्ट एक्चुएटर की एक नई पीढ़ी इस गणना को बदल रही है।
मुख्य बिंदु
- मानवीय रोबोट को मानव जैसी गति बनाने के लिए दर्जनों व्यक्तिगत रूप से नियंत्रित जोड़ों की आवश्यकता होती है, प्रत्येक को एक्चुएटर नामक घटक द्वारा संचालित किया जाता है।
- पारंपरिक जोड़ों का डिज़ाइन चार अलग-अलग भागों का उपयोग करता है: एक मोटर, एक गियरबॉक्स, एक एन्कोडर (वह सेंसर जो स्थिति को ट्रैक करता है), और एक नियंत्रण बोर्ड, जो वजन और वायरिंग जटिलता जोड़ता है।
- एकीकृत एक्चुएटर सभी चार भागों को एक मॉड्यूल में संयोजित करते हैं, असेंबली समय में कटौती करते हैं और रोबोट के कुल वजन को कम करते हैं।
- CubeMars, एक रोबोटिक्स घटक निर्माता, ने AK45-10 जारी किया है, एक एक्चुएटर जो 53 मिमी चौड़ा है और लगभग 260 ग्राम वजन का है जो 7 Nm (न्यूटन-मीटर, घूर्णी बल का एक माप) तक की पीक टॉर्क निकाल सकता है।
- कॉम्पैक्ट एक्चुएटर तकनीक मानवीय रोबोट से परे भी लागू होती है, जिसमें रोबोटिक आर्म, चार-पैर वाले रोबोट, और पहनने योग्य एक्सोस्केलेटन शामिल हैं।
एक पैर पर खड़े होने की कोशिश करने की कल्पना करें। आपका कूल्हा, घुटना और टखना हर सेकंड के अंश में बिना सोचे-समझे छोटे समायोजन कर रहे हैं। अब एक मशीन बनाने की कल्पना करें जो वही करती है, एक मानव-आकार के शरीर के अंदर मोटर, सेंसर और सर्किट बोर्ड के साथ।
यह मानवीय रोबोटिक्स में मुख्य चुनौती है, और यह लगता है उससे कहीं अधिक कठिन है।
मोटर बड़ी बात क्यों हैं?
मानवीय रोबोट के प्रत्येक जोड़ को एक्चुएटर की आवश्यकता होती है, वह उपकरण जो विद्युत शक्ति को भौतिक गति में परिवर्तित करता है। यदि आप एक्चुएटर को गलत तरीके से करते हैं, तो पूरा रोबोट प्रभावित होता है: यह ऊर्जा बर्बाद करता है, अजीब तरीके से चलता है, या बस गिर जाता है।
वर्षों से, इंजीनियरों ने प्रत्येक जोड़ के लिए चार अलग-अलग भागों को एक साथ जोड़ा: एक मोटर, एक गियरबॉक्स (जो गति के लिए टॉर्क का व्यापार करता है, वह घूर्णी बल जो वास्तव में अंग को हिलाता है), एक एन्कोडर (एक छोटा सेंसर जो नियंत्रण प्रणाली को बताता है कि जोड़ कहां इंगित कर रहा है), और एक ड्राइवर बोर्ड (इलेक्ट्रॉनिक्स जो आदेशों की व्याख्या करते हैं और शक्ति को नियंत्रित करते हैं)। प्रति जोड़ चार घटक, दर्जनों जोड़ से गुणा किया जाता है, बहुत सारी वायरिंग, वजन, और गलत होने वाली चीजें जमा होती हैं।
एकीकृत एक्चुएटर वास्तव में क्या ठीक करता है?
यह सभी चार भागों को एक सीलबंद मॉड्यूल में पैकेज करता है। छोटा, हल्का, और स्थापित करने में तेज।
CubeMars, एक कंपनी जो रोबोटिक्स डेवलपर्स के लिए गति-नियंत्रण हार्डवेयर बनाती है, ने The Robot Report द्वारा कवर की गई एक रिपोर्ट में अपने AK45-10 एक्चुएटर का विवरण दिया। मॉड्यूल 53 मिमी व्यास का है, लगभग एक गोल्फ बॉल की चौड़ाई, और लगभग 260 ग्राम वजन का है, एक मानक सूप के डिब्बे के करीब। उस स्थान के अंदर एक ब्रशलेस मोटर, एक 10:1 ग्रहीय गियरबॉक्स (जहां मोटर के 10 घुमाव जोड़ पर एक घुमाव उत्पन्न करते हैं, गति के लिए बल का व्यापार करते हैं), एक एन्कोडर, और ड्राइवर इलेक्ट्रॉनिक्स बैठते हैं। पीक टॉर्क आउटपुट 7 Nm है।
यह मामूली लग सकता है, लेकिन कोहनी और कलाई जैसे आर्म जोड़ों के लिए, जहां सटीकता और गति बेहतर शक्ति से अधिक मायने रखते हैं, यह एक व्यावहारिक फिट है।
| विशेषता | AK45-10 आंकड़ा |
|---|---|
| व्यास | 53 मिमी |
| वजन | ~260 ग्राम |
| पीक टॉर्क | 7 Nm |
| गियर अनुपात | 10:1 ग्रहीय |
| नियंत्रण मोड | सर्वो और MIT-शैली स्थिति/गति/टॉर्क |
कूल्हे और घुटने के जोड़ भारी भार ले जाते हैं, लेकिन पूरे रोबोट में एक ही एकीकृत डिज़ाइन दर्शन लागू होता है: कम बाहरी भागों का अर्थ है एक स्वच्छ यांत्रिक लेआउट और जोड़ से जोड़ तक अधिक सुसंगत व्यवहार।
यह तकनीक वास्तव में कौन उपयोग करता है?
मानवीय रोबोट शीर्षक आवेदन हैं, लेकिन कॉम्पैक्ट एक्चुएटर कहीं भी दिखाई देते हैं जहां एक मशीन को एक तंग पैकेज के अंदर सटीक रूप से चलना चाहिए। हल्के रोबोटिक आर्म को सोचें जो अनुसंधान प्रयोगशालाओं में हैं, चार पैर वाले रोबोट असमान इलाके को पार करते हैं, और एक्सोस्केलेटन (पहनने योग्य फ्रेम जो सीमित गतिशीलता वाले लोगों को सहायता करते हैं)। सभी एक ही मांग साझा करते हैं: छोटा, सटीक, और विश्वसनीय।
डिज़ाइन प्रकल्प में जल्दी इंजीनियरों के लिए, सही एक्चुएटर को शुरू में चुनना डाउनस्ट्रीम में सब कुछ को आकार देता है, बैटरी जीवन से लेकर रोबोट कितनी आसानी से एक अप्रत्याशित पुश पर प्रतिक्रिया कर सकता है।
अंतिम लक्ष्य, एक मशीन है जो इतनी अच्छी तरह चलती है कि आप मोटर के बारे में बिल्कुल सोचना बंद कर देते हैं।
सामान्य प्रश्न
टॉर्क क्या है और यह रोबोट के लिए क्यों मायने रखता है?
टॉर्क वह घूर्णी बल है जो एक मोटर उत्पन्न करता है, न्यूटन-मीटर में मापा जाता है। उच्च टॉर्क का अर्थ है कि एक जोड़ कठोर दबाव डाल सकता है या अधिक वजन पकड़ सकता है, जो कूल्हे और घुटने के जोड़ों के लिए महत्वपूर्ण है जो रोबोट के पूर्ण शरीर के भार को ले जाते हैं।
क्या एक हल्का रोबोट वास्तव में बेहतर प्रदर्शन करता है?
सामान्य तौर पर, हाँ। एक हल्का रोबोट चलने के लिए कम ऊर्जा का उपयोग करता है, अपने संरचनात्मक भागों पर कम तनाव डालता है, और संतुलन में परिवर्तन के लिए तेजी से प्रतिक्रिया कर सकता है। व्यापार-बंद यह है कि टॉर्क आउटपुट खोए बिना वजन को कम करने के लिए सावधानीपूर्वक घटक डिजाइन की आवश्यकता होती है।
क्या ये एक्चुएटर केवल पेशेवर रोबोटिक्स लैब्स के लिए हैं?
अनन्य नहीं। कॉम्पैक्ट एकीकृत एक्चुएटर विश्वविद्यालय अनुसंधान दलों, छोटे रोबोटिक्स स्टार्टअप, और अच्छी तरह से वित्तपोषित शौकीन बिल्डरों को तेजी से उपलब्ध हो रहे हैं, कोई भी एक गतिशील रोबोट को असेंबल कर रहा है और जटिलता को प्रबंधनीय रखने की कोशिश कर रहा है।
