Robotyka odnotowała ogromny postęp w ciągu ostatniej dekady, a roboty stały się integralną częścią branż takich jak produkcja, opieka zdrowotna i logistyka. Efektywność i wydajność robotów zależy jednak w dużej mierze od wykorzystywanego przez nie źródła zasilania. W tym artykule przeanalizujemy rodzaje akumulatorów stosowanych w robotach, ich wpływ na wydajność robotów i dlaczego wybór odpowiedniego akumulatora jest niezbędny do optymalizacji operacji zrobotyzowanych.
Wprowadzenie do akumulatorów robotów
W robotyce bateria służy jako siła napędowa maszyny, zasilając wszystko, od małych dronów po ogromne roboty przemysłowe. Dobrze zaprojektowana bateria nie tylko wpływa na czas pracy robota, ale także na jego szybkość, precyzję i zdolność do wykonywania złożonych zadań. Biorąc pod uwagę różnorodność zastosowań robotów, wymagania dotyczące baterii różnią się znacznie w zależności od funkcjonalności, rozmiaru i środowiska operacyjnego robota.
Rodzaje baterii stosowanych w robotach
Baterie litowo-jonowe (Li-ion)
Akumulatory litowo-jonowe (Li-ion) są najczęściej stosowanym źródłem zasilania dla robotów ze względu na ich wysoką gęstość energii, długą żywotność i niewielką wagę. Akumulatory te są szczególnie popularne w robotach mobilnych, dronach i pojazdach autonomicznych, gdzie stosunek mocy do masy ma kluczowe znaczenie.
Zalety akumulatorów litowo-jonowych:
- Wysoka gęstość energii: Akumulatory litowo-jonowe oferują większą moc przy niewielkich rozmiarach, co jest niezbędne w przypadku robotów mobilnych wymagających długiego czasu pracy.
- Dłuższa żywotność: Przy odpowiedniej pielęgnacji akumulatory litowo-jonowe mogą działać przez kilka lat, dzięki czemu idealnie nadają się do robotów, które muszą działać przez długi czas.
- Lekkie i kompaktowe: Akumulatory litowo-jonowe mają wyższy stosunek energii do masy w porównaniu z innymi typami akumulatorów, co zmniejsza całkowitą masę robotów.
Wady baterii litowo-jonowych:
- Koszt: Chociaż akumulatory litowo-jonowe są bardziej wydajne, są one zazwyczaj droższe niż inne opcje.
- Wrażliwość na temperaturę: Akumulatory litowo-jonowe mogą być wrażliwe na wahania temperatury, wymagając systemów chłodzenia dla niektórych robotów o wysokiej wydajności.
Baterie litowo-polimerowe (LiPo)
Akumulatory litowo-polimerowe (LiPo) są odmianą akumulatorów litowo-jonowych. Są one używane w aplikacjach, w których robot wymaga jeszcze mniejszej wagi lub bardziej elastycznej formy.
Zalety akumulatorów LiPo:
- Elastyczna konstrukcja: Akumulatory LiPo można formować w różne kształty, co pozwala na bardziej spersonalizowane projekty robotów.
- Wyższe szybkości rozładowania: Akumulatory LiPo mogą zapewniać wyższe szybkości rozładowania, co jest korzystne dla robotów, które wymagają nagłych wzrostów mocy, takich jak drony lub ramiona robotyczne w zastosowaniach przemysłowych.
Wady akumulatorów LiPo:
- Kruchość: Akumulatory LiPo mogą być bardziej podatne na uszkodzenia niż akumulatory litowo-jonowe, zwłaszcza pod wpływem obciążeń fizycznych.
- Kwestie bezpieczeństwa: W przypadku przebicia lub przeładowania akumulatory LiPo mogą się zapalić lub eksplodować.
Baterie półprzewodnikowe (nowe technologie)
Baterie półprzewodnikowe obiecują bezpieczniejsze alternatywy o większej pojemności i szybszym ładowaniu. Choć nie jest to jeszcze główny nurt, firmy takie jak Toyota testują je pod kątem robotyki (IEEE Spectrum, 2022 r.).
Inne technologie akumulatorowe
Niektóre zaawansowane roboty, zwłaszcza te wykorzystywane w badaniach lub zastosowaniach przemysłowych, mogą wykorzystywać inne rodzaje baterii, takie jak baterie półprzewodnikowe lub superkondensatory. Technologie te są wciąż w fazie rozwoju, ale są bardzo obiecujące pod względem wydajności energetycznej i bezpieczeństwa.
Jak wybrać baterię do robota?
Wybierając akumulator do robota, należy wziąć pod uwagę kilka czynników:
Wymagania dotyczące napięcia: Określić zapotrzebowanie na napięcie silników, sterowników i czujników. Upewnić się, że napięcie znamionowe akumulatora jest zgodne (np. 3,7 V na ogniwo w przypadku akumulatorów litowo-jonowych, 12 V w przypadku akumulatorów kwasowo-ołowiowych). Proszę stosować połączenia szeregowe w celu zwiększenia napięcia lub równoległe w celu zwiększenia pojemności, upewniając się, że ogniwa są do siebie dopasowane.
Pojemność (Ah/mAh): Proszę obliczyć czas pracy: Zsumować średni pobór prądu wszystkich komponentów i pomnożyć przez żądany czas pracy (np. 2A przez 5 godzin = 10Ah). Proszę dodać bufor 20-30%.
Gęstość energii: Gęstość energii - ilość energii przechowywanej na jednostkę masy lub objętości - jest podstawą wyboru baterii dla robotów mobilnych. Wyższa gęstość energii przekłada się na dłuższy czas pracy bez zwiększania masy, co ma kluczowe znaczenie dla dronów, autonomicznych robotów dostawczych lub egzoszkieletów do noszenia.
Waga i rozmiar: Waga akumulatora ma bezpośredni wpływ na mobilność robota, jego ładowność i wydajność energetyczną. Na przykład drony powietrzne tracą czas lotu z każdym dodanym gramem, podczas gdy roboty humanoidalne wymagają kompaktowych ogniw, aby naśladować naturalny ruch.
Cykl życia: Żywotność cyklu - liczba cykli ładowania/rozładowania zanim pojemność spadnie do 80% - określa długoterminowe koszty. Roboty przemysłowe pracujące w trybie 24/7 wymagają akumulatorów o żywotności 1500-3000 cykli, podczas gdy roboty konsumenckie mogą zadowolić się 500-1000 cykli.
Prędkość ładowania: Szybkie ładowanie minimalizuje przerwy w pracy. Na przykład roboty logistyczne w centrach handlu elektronicznego często korzystają z 30-minutowego szybkiego ładowania, aby utrzymać ciągłość pracy.
Warunki środowiskowe i operacyjne:Roboty wykorzystywane w ekstremalnych środowiskach - od arktycznych stacji badawczych po huty stali - potrzebują akumulatorów odpornych na skrajne temperatury, wibracje i wilgoć.
Żywotność baterii w robotach
Żywotność baterii robota zależy od wielu czynników, w tym pojemności baterii, zużycia energii i wydajności systemów robota. Roboty zaprojektowane do krótkich, precyzyjnych zadań mogą wymagać tylko małej baterii o krótkiej żywotności, podczas gdy inne zaprojektowane do ciągłej pracy mogą wymagać dużych baterii o dużej pojemności i dłuższych okresach między ładowaniami. W większości przypadków żywotność baterii można zoptymalizować poprzez staranne wybory projektowe, w tym zmniejszenie zużycia energii w nieistotnych komponentach lub zastosowanie bardziej wydajnych silników i siłowników.
Patrząc w przyszłość, akumulatory dla robotów prawdopodobnie będą wymagały dalszych postępów w technologii akumulatorów półprzewodnikowych, która obiecuje wyższą gęstość energii i większe bezpieczeństwo. Inne trendy obejmują ulepszenia w zakresie ładowania bezprzewodowego i technologii pozyskiwania energii, które mogą umożliwić robotom autonomiczne ładowanie w określonych środowiskach.
Niestandardowe rozwiązania akumulatorowe dla robotów
Niestandardowe rozwiązania akumulatorowe są często niezbędne dla robotów, które wymagają specjalistycznych konfiguracji lub charakterystyki wydajności. Współpracując z producentem takim jak Lan Dazzle, firmy zajmujące się robotyką mogą zapewnić, że ich roboty są zasilane bateriami zaprojektowanymi tak, aby spełniały ich specyficzne potrzeby.
Akumulatory niestandardowe umożliwiają tworzenie rozwiązań dostosowanych do konkretnych wymagań w zakresie napięcia, rozmiaru i wagi, zapewniając jednocześnie optymalną wydajność energetyczną. Jest to szczególnie ważne w robotyce, gdzie uniwersalne rozwiązania rzadko się sprawdzają.
Rola Lan Dazzle w rozwiązaniach akumulatorowych dla robotów
Doświadczenie Lan Dazzle w produkcji niestandardowych akumulatorów pozwala nam dostarczać wysokowydajne, dostosowane do potrzeb rozwiązania akumulatorowe dla robotów we wszystkich branżach. Niezależnie od tego, czy jest to kompaktowa, lekka bateria do dronów, czy też wytrzymałe rozwiązanie dla robotów przemysłowych, Lan Dazzle może zaprojektować i wyprodukować idealne źródło zasilania dla Państwa aplikacji zrobotyzowanych.
Wnioski
Wybór akumulatora do robotów odgrywa kluczową rolę w określaniu wydajności, efektywności i trwałości robota. Baterie litowo-jonowe i litowo-polimerowe dominują obecnie na rynku, ale nowe technologie, takie jak baterie półprzewodnikowe, mają potencjał, aby zmienić branżę. Niestandardowe rozwiązania akumulatorowe, takie jak te oferowane przez Lan Dazzle, zapewniają, że roboty są zasilane przez najbardziej efektywne i niezawodne źródła energii dostosowane do ich konkretnych potrzeb.
Proszę odwiedzić https://landazzle.com/robotic/ aby dowiedzieć się więcej o naszych innowacyjnych, niestandardowych rozwiązaniach akumulatorowych.
