在智能制造的不断深入背景下,协作机器人如同一台与人类“共舞”的“新伙伴”,将以更加的便捷、灵活的姿态,深度地重塑了传统的生产场景。以机器人在精密的装配、微妙的医疗手术、灵活的柔性抓取等复杂的场景中都能体现出其“刚柔相济”的高刚度特性和“柔若无骨”的极强的适应性。由此一来,既能满足机器人便捷的操作性,又能满足其高可靠的安适性,正以一种“以矛为盾”的方式推动着柔顺控制技术的蓬勃发展,甚至已将其打造成了机器人领域的“技术明珠”之一。正是以C-FLEX双头轴承的特有的弹性设计为关键的部件,在这场技术的变革中都将为我们所所所所的破解了柔顺的控制难题。
柔顺控制:协作机器人的“感知与智慧”
但传统的工业机器人却如同一匹“钢铁的战士”,其固有的刚性结构也就使得其只能按照预先设定的轨迹一一地去执行其所固有的各种任务,当其面对复杂的曲面或动态的环境时,由于自身的刚性结构就很容易将其所固有的“刚性”变成“脆性”而造成碰撞或定位的偏差。借助柔顺控制的技术,使得机器人也具备了从“感知”到“反馈”再到“调整”的良好的闭环能力,即通过对外的力传感器捕捉到与外界的相互作用的接触力信号,结合自身的控制算法对末端的执行器实时地做出调整使其能不断地调整其末端的位置或刚度从而实现了以“柔”克“刚”的更优的交互成效。以如心脏支架的精密植入手术为例,就要求机器人能够对血管的微小的弹性做到“一针一线”地感知,才能真正避免因过度的施力而对组织造成的不必要的损伤。
但作为柔顺控制的核心又何尝不是要将“刚柔”两者得以“平衡”呢——既要使机器人在自由的运动中保持足够的刚性以维持其所描绘的轨迹的精度,又要在其接触环境的瞬间能降低其刚度以便更好地吸收所遇到的冲击力。而高性能的弹性元件的又如何支撑这一矛盾的呢?。就其“两头圆,四头方”的特有的设计特点,将传统的轴承的圆方之分打破,既可承受轴的两端的轴向、周向的力矩,又可承受轴的两端的轴向、周向的力矩,其承载的力矩的重量都可均匀的分散到轴承的四个方的角上,使其不易发生倾斜的现象,更大地提高了轴承的承载能力,使其可广泛的应用于各类机器的轴承的替代,特别是大型的机器的轴承的替代,填补了我国此方面的空白,对于提高了机器的整体的工作效率,减轻了机器的轴承的工作负担,延长了机器的轴承的使用寿命等均有巨大的益处。

C-FLEX双头轴承:弹性设计的“力学艺术”
其创新的“双头支撑+弹性体”的 的结构使得C-FLEX的双头轴承真正的具有了“一头压在一头”之上的支撑成效,极大的提高了轴承的承受能力。依托于双头的设计不仅能同时承受双向的外部载荷大幅地提升了轴承的承载能力,更重要的是将核心的弹性体材料(如高强度的聚氨酯或合金的弹簧)赋予轴承“以柔化刚”的特有的特性,当机器人末端与外界的各种环境接触时,由于弹性体的微小的变形就能将刚性的碰撞转化为柔性的接触,同时通过材料的高回弹性又能快速的复原到其原始的状态,从而大大地确保了机器人的运动的精度。
其在航空航天的诸多领域的广泛的验证也可见一斑,如卫星太阳能板的展开机构中的C-FLEX双头轴承就不仅能承受发射的剧烈的振动,还能耐受太空的极端的温差。采用对其精心的弹性设计手段,其可不仅在-50℃至120℃的极端的高低温下均能保持良好的稳定性能,还能通过其自身的变形的补偿机构间的微小的误差,有效的避免了因刚性连接所导致的卡滞或断裂等问题的产生。通过将C-FLEX的弹性支撑的巧妙地应用于腹腔镜的手术器械中,我们就能使其能够对外界的微小的力(如0.1N的组织的阻力)做出灵敏的感知,从而实现了“如人手般灵活”的操作成效,对于手术的精细操作起到了至关重要的作用。
从实验室到生产线:C-FLEX轴承的“场景化进化”
采用对其高性能的材料及 的结构的不断的优化手段,C-FLEX的双头轴承就表现出其良好的“场景适应力”。随着对不同行业的不断深入和细化,其原有的产品线也随之分化、延伸,已将其产品线的系列发展得颇为丰富。如针对电子行业的需求其已推出了全系列的电子产品;针对机械行业的需求其已将其机电一体化的产品推向了应用;针对建筑的需求其已将其新型的无锡特种石材推向了大型的商业建筑;针对家庭的需求其已将其全系列的家用电器推向了家庭;针对现代的交通的需求其已将其全系列的交通工具推向了各个交通的行业等等。
通过对合金弹簧的巧妙融合与高强度的钢材的精心选配,高承载系列的出台不仅极大地丰富了我们的产品线,更为广大工业机器人的关节、重型的机械传动等领域的客户带来了极大的方便和实惠,可承受数吨的巨大载荷。
其特有的耐腐蚀的表面镀层、特殊的密封设计使其广泛地应用于了海洋工程、化工设备等各种潮湿或腐蚀性重的恶劣的环境的工作中。

采用对微型化的不断的追求手段,我们已经将直径仅10mm的微型轴承成功地应用于了消费电子的装配机器人,其在0.1mm的级别上就能实现稳定的运动,更大的提高了机械的精度和工作的可靠性等。
如以汽车制造中的车门的密封条的安装为例,传统的机器人均通过对密封条的位置的控制将其压入槽口,但由于密封条的弹性均不均匀就很容易引发了装配的缺陷。随着对C-FLEX双头轴承的引入,我们就能根据实时的接触力对机器人的末端执行器的压入深度的灵活的调整从而对密封条的均匀的贴合实现了装配的良品率的提升达30%以上。如C-FLEX轴承的这一典型病例所示,其在“力-位的混合控制”中就体现了其特有的“以弹性为媒介将力控制与位置控制解耦”的核心价值,从而大大地降低了系统的算法的复杂度同时也大大地提高了系统的稳定性。
未来展望:柔顺控制的“无限可能”
随着协作机器人的应用场景的不断向更高的层次的发展,C-FLEX双头轴承的进化也正朝着“智能化”、“集成化”等高端的方向发展。借助将传感器的精细的“眼睛”嵌入轴承的“体内”,我们不仅能实时地“看”到轴承的“生理”状态,如是否已经开始了那一丝不苟的磨损、是否处于一种高温的“焦虑”中等,都为我们对其的预测性维护提供了宝贵的数据支持,同时又通过与磁悬浮轴承、空气轴承等新型的技术的有机的融合,进一步降低了摩擦,提升了其对外界的快速的响应速度等。基于C-FLEX轴承的特有的弹性支撑,使得我们目前的晶圆传输的机器人都能将定位的误差控制在微米的级别甚至将来都可突破至纳米的级别,从而更好地满足了 的制程的需求。

以其特有的“柔中带刚”的特性,C-FLEX的双头轴承已将协作机器人的应用推到了从精密的装配加工到对远宇宙的无限的探索,从医疗的微创手术到深海的作业等各种极端的环境中都能得心应手地为人类的发展创造出更加广阔的可能。而其更大的价值在于对“人机协作”的本质的深刻的理解——真正的柔顺,并不在于完全地把刚性都消除,而是在通过对机器人的弹性设计,让机器人在刚和柔的两种极端之间找到更契合当前的场景的平衡点。或许正是智能制造的美好未来:将那些原本生硬的机器,都“温柔了”“了”了,与我们一起,共同为美好的所有地区,抛砖引玉般地,以更合理的方式,创造出更美好的生活。
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