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工業(yè)領域，機器人和自主機器正變得越來越重要。在未來，它們將繼續(xù)為人類分擔壓力，幫助人們完成工作。然而，這個過程并不總是順利的，因為無論這些技術幫手現在有多么優(yōu)秀，它們仍然缺乏一些重要的能力，例如做出自發(fā)性或獨立性動作。這些能力是人類與生俱來的，但對機器來說，實現起來卻非常困難。為了解決這個問題，西門子*研究院的專家正在研究一種名為執(zhí)行器的驅動元件以及驅動系統(tǒng)的功能一體化。他們希望能優(yōu)化機器人和自主機器，以改善它們與人類的合作。

這些功能可以以機電一體化技術為基礎。機電一體化技術結合了機械、電子和信息技術，可打造面向驅動系統(tǒng)及其應用的全新解決方案。西門子*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。”目前。Hellinger正與他的研究小組一起在西門子內開展優(yōu)化面向工業(yè)應用的機器人技術的工作。

半自主式擬人機械手可在工業(yè)領域開辟新道路

在未來，機電一體化技術將掀起制造業(yè)革命

在未來，自主合作式機器無疑將承擔起越來越多的工業(yè)制造任務。從簡單的裝配工作，到全自主運行及獨立學習新任務，其技能范圍十分廣闊。機電一體化系統(tǒng)研究小組負責人Georg Bachmaier表示：“我們想將機電一體化領域和機器人領域的技術整合到西門子的業(yè)務中。”

電磁系統(tǒng)研究小組負責人Markus Klöpzig說：“我們需要讓機器的動作既富有力量，又足夠快速靈活。”與此同時，機器還必須有很高的動作靈敏度，且像人類肌肉骨骼系統(tǒng)一樣強健。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，例如將信號轉換為機械動作或壓力等其它物理屬性的技術。此外，研究人員將需要高效且高度集成的傳動系統(tǒng)和機器，以便開發(fā)和整合新的機器人功能。下文的案例可以展示這是如何完成的。

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

向自然與人類學習

西門子*研究院的專家正在研發(fā)比之前的系統(tǒng)更加輕巧的柔性機電一體化功能模塊。電動輪驅動裝置就是其中一個例子，它將為移動式自主機器的自動化鋪平道路。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器。當然，確保人類和機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動系統(tǒng)提供參考。在人體里，肌肉群可以通過整合大量細微而快速的動作來產生巨大的力量并完成復雜的運動。西門子*研究院的研究人員正以此為模型進行研發(fā)工作。他們使用了多項技術，其中就包括壓電執(zhí)行器，其效率是電力驅動系統(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)相結合，研究人員能夠模仿肌肉屬性，將機器的諸多細微動作連貫起來。

在工業(yè)領域，機器人和自主機器正變得越來越重要。研究人員需要借助高效驅動系統(tǒng)來擴展和改進機器的功能。

未來工業(yè)驅動技術的散熱概念

壓電驅動系統(tǒng)的優(yōu)點是，當輸出功率很低但力量要求很高時，它們尤為高效。常規(guī)電磁驅動系統(tǒng)更適用于輸出功率約為30瓦及更高的應用。驅動系統(tǒng)必須具備高性能，同時還要質量輕、外形小巧。這種系統(tǒng)的缺點是它們很快就會變得很熱，而這會損害驅動系統(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目以查明電機繞組的油冷系統(tǒng)以及繞組整體對驅動系統(tǒng)性能的影響等問題。

與標準驅動系統(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。一體化機器的概念減少了所需接口的數量，這有助于打造分布式工業(yè)設施。Klöpzig表示：“在未來, 為滿足不斷增長的對人機合作交互的需求，驅動系統(tǒng)和機器人需要變得更智能、高效，而傳感器網絡就是至關重要的組件。從這一角度上來講，我們將為未來的工業(yè)驅動技術創(chuàng)造前提條件。”