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工業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器人和自主機(jī)器正變得越來越重要。在未來，它們將繼續(xù)為人類分擔(dān)壓力，幫助人們完成工作。然而，這個(gè)過程并不總是順利的，因?yàn)闊o論這些技術(shù)幫手現(xiàn)在有多么優(yōu)秀，它們?nèi)匀蝗狈σ恍┲匾哪芰?，例如做出自發(fā)性或獨(dú)立性動(dòng)作。這些能力是人類與生俱來的，但對機(jī)器來說，實(shí)現(xiàn)起來卻非常困難。為了解決這個(gè)問題，西門子中央研究院的專家正在研究一種名為執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)元件以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功能一體化。他們希望能優(yōu)化機(jī)器人和自主機(jī)器，以改善它們與人類的合作。

這些功能可以以機(jī)電一體化技術(shù)為基礎(chǔ)。機(jī)電一體化技術(shù)結(jié)合了機(jī)械、電子和信息技術(shù)，可打造面向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其應(yīng)用的全新解決方案。西門子中央研究院的Rolf Hellinger表示：“人類及其眾多不同的能力為我們提供了基準(zhǔn)。”目前。Hellinger正與他的研究小組一起在西門子內(nèi)開展優(yōu)化面向工業(yè)應(yīng)用的機(jī)器人技術(shù)的工作。

半自主式擬人機(jī)械手可在工業(yè)領(lǐng)域開辟新道路

在未來，機(jī)電一體化技術(shù)將掀起制造業(yè)革命

在未來，自主合作式機(jī)器無疑將承擔(dān)起越來越多的工業(yè)制造任務(wù)。從簡單的裝配工作，到全自主運(yùn)行及獨(dú)立學(xué)習(xí)新任務(wù)，其技能范圍十分廣闊。機(jī)電一體化系統(tǒng)研究小組負(fù)責(zé)人Georg Bachmaier表示：“我們想將機(jī)電一體化領(lǐng)域和機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)整合到西門子的業(yè)務(wù)中。”

電磁系統(tǒng)研究小組負(fù)責(zé)人Markus Klöpzig說：“我們需要讓機(jī)器的動(dòng)作既富有力量，又足夠快速靈活。”與此同時(shí)，機(jī)器還必須有很高的動(dòng)作靈敏度，且像人類肌肉骨骼系統(tǒng)一樣強(qiáng)健。Bachmaier指出：“想想看，人手是多么靈巧能干！它既拿得起電鉆，又拿得穩(wěn)生雞蛋。”

機(jī)器要想掌握這樣的能力就需要配備定制的執(zhí)行器，例如將信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)作或壓力等其它物理屬性的技術(shù)。此外，研究人員將需要高效且高度集成的傳動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)器，以便開發(fā)和整合新的機(jī)器人功能。下文的案例可以展示這是如何完成的。

Aristide Spagnolo等來自西門子中央研究院的專家正在研究如何借助智能散熱概念來提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能效和使用壽命。

向自然與人類學(xué)習(xí)

西門子中央研究院的專家正在研發(fā)比之前的系統(tǒng)更加輕巧的柔性機(jī)電一體化功能模塊。電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)裝置就是其中一個(gè)例子，它將為移動(dòng)式自主機(jī)器的自動(dòng)化鋪平道路。可以想見，在未來，這類解決方案將允許人類通過手勢或語音指令來控制機(jī)器。當(dāng)然，確保人類和機(jī)器的安全始終是重中之重。

人體肌肉也可以為具備新屬性的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供參考。在人體里，肌肉群可以通過整合大量細(xì)微而快速的動(dòng)作來產(chǎn)生巨大的力量并完成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。西門子中央研究院的研究人員正以此為模型進(jìn)行研發(fā)工作。他們使用了多項(xiàng)技術(shù)，其中就包括壓電執(zhí)行器，其效率是電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的8倍左右，且功率密度堪與人類肌肉相媲美。通過將這樣的執(zhí)行器與微型液壓系統(tǒng)相結(jié)合，研究人員能夠模仿肌肉屬性，將機(jī)器的諸多細(xì)微動(dòng)作連貫起來。

在工業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器人和自主機(jī)器正變得越來越重要。研究人員需要借助高效驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來擴(kuò)展和改進(jìn)機(jī)器的功能。

未來工業(yè)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的散熱概念

壓電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)輸出功率很低但力量要求很高時(shí)，它們尤為高效。常規(guī)電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)更適用于輸出功率約為30瓦及更高的應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須具備高性能，同時(shí)還要質(zhì)量輕、外形小巧。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是它們很快就會變得很熱，而這會損害驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率并減少它的使用壽命。正因如此，研究人員開展了一系列項(xiàng)目以查明電機(jī)繞組的油冷系統(tǒng)以及繞組整體對驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的影響等問題。

與標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，高效的散熱系統(tǒng)和功能性集成可以大幅提升功率密度。一體化機(jī)器的概念減少了所需接口的數(shù)量，這有助于打造分布式工業(yè)設(shè)施。Klöpzig表示：“在未來, 為滿足不斷增長的對人機(jī)合作交互的需求，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)器人需要變得更智能、高效，而傳感器網(wǎng)絡(luò)就是至關(guān)重要的組件。從這一角度上來講，我們將為未來的工業(yè)驅(qū)動(dòng)技術(shù)創(chuàng)造前提條件。”