Прототипирование в робототехнике: полное руководство

Робототехника начинается с концепции и превращается в реальность на разных этапах разработки. Этап прототипирования критически важен: он заключается в создании прототипа робота для проведения испытаний.

Если вы хотите узнать о прототипировании в робототехнике, приведённое ниже руководство поможет вам. Итак, давайте читать.

Что такое прототипирование в робототехнике?

Прототипирование в робототехнике — это процесс, в ходе которого создаются ранние модели роботизированных систем для испытаний.

Конструкция проверяется на внешний вид, производительность и функциональность, после чего создаются различные компоненты. Эти компоненты также оцениваются на предмет их функциональности.

Обычно на этапе прототипирования в робототехнике тестируются такие компоненты, как датчики и исполнительные механизмы системы управления. Создание прототипа позволяет выявить возможные улучшения и понять, является ли этот метод экономически эффективным до начала фактического финального производства.

Важность прототипирования роботов

Есть множество причин, по которым процесс прототипирования роботов важен; некоторые из этих аспектов приведены ниже.

Экономическая эффективность

Прототипирование роботов позволяет разработчикам выявить любые конструктивные недостатки на раннем этапе, что снижает затраты, которые могут возникнуть позже. Такое раннее тестирование гарантирует, что ошибки будут исключены в финальном производстве.

Меньше рисков

Прототипирование роботов также позволяет разработчикам выявить любые отказы в конструкции и оценить, как она будет работать в реальных условиях. Таким образом, можно предотвратить риск появления неисправностей в финальных роботах.

Валидация конструкции

Прототипирование позволяет подтвердить правильность конструкции робота и его компонентов. Оно даёт возможность проверить всё в интегрированном виде и увидеть, как это работает. Так конструкция может получить подтверждение того, соответствует ли она требованиям проекта.

Методы изготовления прототипа робота

Изготовление прототипа робота требует различных методов производства, которые рассмотрены ниже.

Обработка на станках с ЧПУ

Обработка на станках с ЧПУ помогает изготавливать компоненты с высокой точностью и повторяемостью. Она подходит для процесса прототипирования, поскольку позволяет создавать компоненты с жёсткими допусками.

Обработка на станках с ЧПУ — универсальный процесс, который может работать с множеством различных материалов, необходимых для прототипирования в робототехнике.

Лучшее в обработке на станках с ЧПУ — это гибкость процесса, которая помогает создавать итеративные конструкции за меньшее время. Более того, серии производства можно масштабировать по мере необходимости без перехода на другие методы изготовления.

Процесс работает со сложными компонентами и даже позволяет создавать детали с допусками в микронах.

3D-печать

3D-печать — это процесс, при котором слои материала наносятся друг на друга, создавая компоненты из различных материалов. Она используется для изготовления 3D-объектов и широко применяется на этапе прототипирования в робототехнике.

3D-печать позволяет создавать сложные детали, особенно внутренние каналы, требуемые в объектах, или детали со сложными элементами. Процесс 3D-печати относительно быстрый, и компоненты можно создать за несколько часов.

3D-печать совместима с большинством материалов, термопластами и металлами, и обеспечивает экономически эффективное прототипирование, поскольку подходит для мелкосерийного производства.

Литьё под давлением

Литьё под давлением используется в быстром прототипировании и помогает создавать компоненты с помощью пресс-форм. Оно подходит для массового производства, но также хорошо работает в быстром прототипировании.

Оно подходит для изготовления компонентов, требующих жёсткости и прочности, и поэтому используется для прототипирования роботов.

Процесс литья под давлением несколько дороже, поскольку стоимость изготовления пресс-формы высока, и поэтому мелкосерийное производство может не найти его столь экономически эффективным. Однако, если бюджет позволяет, он поможет изготовить компоненты для прототипирования в робототехнике.

Вакуумное литьё

Вакуумное литьё — это процесс, при котором из мастер-модели создаётся силиконовая форма, а затем в ней под вакуумом отливаются детали.

Процесс отлично подходит для прототипирования робототехники, когда требуется выпускать небольшие партии одну за другой. Он обеспечивает превосходную финишную обработку поверхности и может использоваться с широким спектром материалов.

По сравнению с литьём под давлением это быстрое решение, позволяющее сократить количество прототипов в малой серии по сравнению с традиционными методами. Он также экономически выгоден при создании небольших партий.

Изготовление изделий из листового металла

Изготовление изделий из листового металла помогает в прототипировании робототехники. Оно позволяет производить прочные компоненты с отводом тепла. Это масштабируемый процесс, за которым следует другой процесс для получения готовых компонентов.

Он также обеспечивает узкие допуски и точные компоненты. Чаще всего его выбирают для прототипирования робототехники для компонентов, требующих термической стабильности и структурной целостности.

Материалы для прототипирования робототехники

В процессе прототипирования робототехники для разных компонентов используются разные материалы. Некоторые из этих вариантов материалов приведены ниже:

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь выбирается для роботов благодаря её коррозионной стойкости и прочности. Компоненты из нержавеющей стали изготавливаются методом изготовления изделий из листового металла и обработки на станках с ЧПУ.

Алюминий

Алюминий — лёгкий материал, который хорошо поддаётся механической обработке. Поэтому его можно использовать для изготовления робототехники методами изготовления изделий из листового металла, обработки на станках с ЧПУ и быстрого изготовления оснастки.

Тефлон

Delrin лёгкий, прочный и обладает низким трением. Он используется для изготовления компонентов робототехники методами литья под давлением и обработки на станках с ЧПУ.

Уретан

Он довольно экономичен и прозрачен. Подходит для вакуумного литья при изготовлении деталей роботов.

Силикон

Силикон используется в сочетании с литьём под давлением для изготовления прочных и гибких компонентов роботов.

Финишная обработка поверхности для прототипирования робототехники

После механической обработки и изготовления компонентов для прототипирования робототехники некоторым из них может потребоваться дополнительная финишная обработка поверхности.

Различные варианты финишной обработки поверхности, доступные для прототипирования робототехники, приведены ниже:

1. Анодирование: Компоненты роботов, которые могут подвергаться воздействию жёстких условий, могут проходить процесс анодирования, так как он повышает их износостойкость и коррозионную стойкость.
2. Дробеструйная обработка: Процесс дробеструйной обработки включает придание компоненту равномерной матовой финишной обработки поверхности и удаление любых дефектов. Он подходит для поверхностей демонстрационных роботов.
3. Порошковое покрытие: Порошковое покрытие создаёт на компонентах защитный слой, улучшая их отделку и придавая однородность.
4. Гальваническое покрытие: Методом гальванического покрытия на поверхности компонентов создаётся тонкий слой металла. Это помогает снизить трение и обеспечить повышенную электропроводность.

Факторы, которые следует учитывать при создании прототипов роботов

При создании прототипов для робототехники важно учитывать следующие факторы:

Выбор материала

Материал, выбранный для робота, связан с его конструкцией, и при выборе материала необходимо это учитывать. Металл — прочный материал, пластик обеспечивает гибкость, а композиты известны тем, что сочетают оба качества.

Однако выбор будет основываться на стоимости, производительности и методе, используемом для изготовления конечного робота.

Сложность конструкции

Робототехника включает высокоточные компоненты, которые являются сложными и требуют узких допусков. Выбранная технология изготовления должна соответствовать сложности конструкции и требуемой точности.

Особо сложные компоненты в прототипировании робототехники обычно изготавливаются методом обработки на станках с ЧПУ.

Объём производства

Объём производства также является фактором, поскольку некоторые методы, выбранные для прототипирования робототехники, могут быть неэкономичными из-за малого объёма производства.

Поэтому рекомендуется выбирать экономичные методы в зависимости от объёма производства.

Скорость выхода на рынок

Робототехника — это развивающаяся область, и её нужно как можно быстрее выводить на рынок. Поэтому в этом отношении может подойти быстрое прототипирование, чтобы ускорить цикл разработки.

Масштабируемость конструкции

Робототехника постоянно развивается, поэтому метод производства должен быть масштабируемым, чтобы изменения можно было внедрять незамедлительно.

Заключение

Прототипирование в робототехнике — это стремительно развивающаяся отрасль, и чтобы не отставать от неё, необходимо тщательно продумывать конструкции, материалы и производственные процессы.

Приведённое выше руководство освещает все важные детали прототипирования в робототехнике, и вы, вероятно, уже ясно их поняли.

Начните свой проект прототипирования в робототехнике с DEK

Если у вас есть идея в области робототехники и вы хотите создать идеальный прототип для оценки конструкции и концепции, свяжитесь с нами по адресу DEK.

Мы поможем вам создать прототип с использованием подходящих материалов и процессов, обеспечив масштабируемость. У нас есть команда опытных инженеров с соответствующими знаниями и навыками работы с прототипированием в робототехнике. Свяжитесь с нами сегодня.