В последние годы транснациональные гиганты робототехники один за другим запускали семиосных промышленных роботов, чтобы захватить новые высококлассные рынки. Это побудило нас задуматься о семиосных промышленных роботах. Какими уникальными техническими преимуществами он обладает, какие трудности в исследованиях и разработках?
Сколько осей должно быть у промышленных роботов?
В настоящее время промышленные роботы широко используются в различных отраслях, но мы также обнаружили, что промышленные роботы имеют не только разные формы, но и разные оси. Ось так называемого промышленного робота можно объяснить профессиональным термином степень свободы. Если робот имеет три степени свободы, он может свободно перемещаться по осям x, y и z, но не может наклоняться или вращаться. Когда количество осей робота увеличивается, это означает более высокую гибкость робота. Так сколько же осей должно быть у промышленного робота?
Трехосный робот также называют декартовым или декартовым роботом. Его три оси позволяют роботу двигаться по трем осям. Этот робот обычно используется для простых задач обработки.
картина
Четырехосный робот может вращаться по осям x, y и z. В отличие от трехосного робота, у него есть четвертая ось, которая движется независимо. Вообще говоря, робот SCARA можно считать четырехосным роботом.
картина
Пятиосевая конфигурация многих промышленных роботов. Эти роботы могут вращаться по трем пространственным окружностям x, y и z. В то же время они могут опираться на ось на основании для реализации поворотного действия, а ось, которую можно гибко вращать рукой, увеличивает ее гибкость.
картина
Шестиосевой робот может проходить через оси x, y и z, и каждая ось может вращаться независимо. Самое большое отличие от пятиосного робота в том, что есть еще одна ось, которая может свободно вращаться. Представитель шестиосного робота — компания Universal Robots. Через синюю крышку на роботе можно четко рассчитать количество осей робота.
картина
Семиосный робот, также известный как резервный робот, имеет дополнительную ось по сравнению с шестиосевым роботом, что позволяет роботу избегать определенных конкретных целей, облегчая достижение концевым эффектором определенного положения и может быть более гибкими для адаптации к определенным особым условиям работы.
По мере увеличения количества осей увеличивается гибкость робота. Однако в современных промышленных приложениях чаще всего используются трехосевые, четырехосные и шестиосевые промышленные роботы. Это связано с тем, что в некоторых приложениях не требуется высокая гибкость, в то время как трехосные и четырехосные роботы более экономичны, а трехосные и четырехосные роботы также имеют большое преимущество в скорости.
В будущем в отрасли 3C, требующей высокой гибкости, семиосные промышленные роботы найдут применение. С ростом точности он заменит ручную сборку точных электронных продуктов, таких как мобильные телефоны, в ближайшем будущем.
Промышленные роботы с семью осями лучше, чем промышленные роботы с шестью осями
Где сила?
С технической точки зрения, какие проблемы у шестиосевых промышленных роботов и в чем сила семиосных промышленных роботов?
(1) Улучшить кинематические характеристики
В задаче кинематики робота три проблемы делают движение робота очень ограниченным.
Первая конфигурация — сингулярная. Когда робот находится в сингулярной конфигурации, его концевой эффектор не может двигаться в определенном направлении или прикладывать момент, поэтому сингулярная конфигурация сильно влияет на планирование движения.
картина
Сингулярность возникает, когда шестая и четвертая оси шестиосного робота лежат на одной прямой.
Во-вторых, смещение сустава превышает предел. В реальной рабочей ситуации угловой диапазон движения каждого сустава робота ограничен, а идеальное состояние составляет плюс-минус 180 градусов, но многие суставы не могут этого сделать. Кроме того, семиосный робот может избежать движения с чрезмерной угловой скоростью, так что угловая скорость распределяется более равномерно.
картина
Диапазон перемещения и максимальная угловая скорость каждой оси семиосного робота SIASUN
В-третьих, наличие барьеров в рабочей среде. В промышленной среде во многих случаях возникают различные препятствия окружающей среды, и традиционный шестиосный робот не может только изменить положение конечного механизма, не изменяя положение конечного механизма.
(2) Улучшить динамические характеристики
Для семиосного робота, используя его избыточные степени свободы, можно не только достичь хороших кинематических характеристик за счет планирования траектории движения, но также мы можем использовать его структуру для достижения наилучших динамических характеристик.
Семиосный робот может реализовать перераспределение крутящего момента в суставе, что включает в себя статический баланс робота, то есть сила, действующая на конце, с помощью определенного алгоритма рассчитывает, какую силу несет каждый сустав. Для традиционного шестиосного робота сила каждого сустава определена, и ее распределение может быть очень неразумным. Но для семиосного робота мы можем отрегулировать крутящий момент каждого сустава с помощью алгоритма управления, чтобы слабое звено выдерживало крутящий момент как можно меньше, чтобы распределение крутящего момента всего робота было относительно равномерным и более разумным.
(3) Отказоустойчивость
Когда робот выходит из строя, если сустав выходит из строя, традиционный шестиосевой робот не может продолжать выполнять работу, в то время как семиосный робот может продолжать нормально работать, повторно регулируя скорость отказа соединения (кинематическая отказоустойчивость) и перераспределение крутящего момента в неисправном соединении (отказоустойчивость динамики).
Семиосевые промышленные роботы международных гигантов
Независимо от продуктов или приложений, семиосные промышленные роботы все еще находятся на начальной стадии разработки, но крупные производители продвигают сопутствующие товары на крупных выставках. Вполне возможно, что они все еще очень оптимистичны в отношении своего будущего потенциала развития.
- Кука ЛБР iiwa
В ноябре 2014 года компания KUKA впервые представила первый легкий чувствительный робот KUKA с семью степенями свободы LBRiiwa на Китайской международной промышленной выставке роботов.
Семиосный робот LBRiiwa разработан на основе человеческой руки, что в сочетании со встроенной сенсорной системой придает легкому роботу программируемую чувствительность и делает его очень точным. Все оси семиосного станка LBRiiwa оснащены высокопроизводительными функциями обнаружения столкновений и встроенными датчиками крутящего момента для обеспечения взаимодействия человека и машины.
картина
Семиосная конструкция делает этот продукт KUKA очень гибким и позволяет легко преодолевать препятствия. Конструкция робота LBRiiwa выполнена из алюминия, а его собственный вес составляет всего 23,9 кг. Он поставляется с двумя вариантами полезной нагрузки: 7 кг и 14 кг, что делает его первым легким роботом с полезной нагрузкой более 10 кг.
- АББ Юми
13 апреля 2015 года компания ABB официально представила YuMi, первого в мире промышленного робота с двумя руками, который действительно реализует взаимодействие человека и машины, на Ганноверской ярмарке в Германии.
картина
Каждая отдельная рука ЮМи имеет семь степеней свободы, а вес тела составляет 38 кг. Нагрузка на каждый рычаг составляет 0,5 кг, а точность повторного позиционирования может достигать 0,02 мм, поэтому он особенно подходит для сборки мелких деталей, товаров народного потребления, игрушек и других областей. От прецизионных деталей механических часов до обработки деталей мобильных телефонов, планшетов и настольных компьютеров, YuMi не проблема, и это просто отражает превосходные характеристики этого избыточного робота, такие как расширенное рабочее пространство, гибкость, маневренность, и точность.
- Яскава Мотоман SIA
Yaskawa Electric, известный производитель роботов в Японии и одна из «Четырех семей», также выпустила множество семиосных роботов. Среди них роботы серии SIA — это легкие и подвижные семиосные роботы, которые могут обеспечить человеческую гибкость и быстрое ускорение. Легкая и обтекаемая конструкция роботов этой серии делает их идеальными для установки в ограниченном пространстве. Серия SIA может обеспечить высокую полезную нагрузку (от 5 кг до 50 кг) и большой рабочий диапазон (от 559 мм до 1630 мм), что очень подходит для сборки, литья под давлением, проверки и других операций.
картина
Помимо легких семиосевых роботов, Yaskawa также выпустила семиосную роботизированную сварочную систему. Его высокая степень свободы позволяет поддерживать максимально подходящую позу для достижения высококачественных результатов сварки. Он особенно подходит для внутренней сварки и обеспечивает наилучшее положение подвода. Кроме того, продукт может быть расположен с высокой плотностью, и легко избежать взаимодействия с валом и заготовкой, демонстрируя превосходную функцию предотвращения препятствий.
- Нати Фудзико ПрестоMR20
Еще в конце 2007 Начи Фудзикоши разработал робота PrestoMR20 с семью степенями свободы. Приняв семиосную конструкцию, робот может выполнять более сложные рабочие процессы и перемещаться в узких рабочих зонах, как человеческая рука. Кроме того, крутящий момент передней части (запястья) робота увеличился примерно вдвое по сравнению с исходным традиционным шестиосевым роботом. Крутящий момент стандартной конфигурации составляет 20 кг. Задав диапазон движения, он может перевозить предметы весом до 30 кг. Рабочий диапазон достигает 1260 мм, а точность повторного позиционирования составляет 0,1 мм. Приняв семиосную структуру, MR20 может работать сбоку станка при захвате и размещении заготовок на станке. В результате можно повысить эффективность работы, например предварительную подготовку и техническое обслуживание. Расстояние между станками может быть уменьшено вдвое по сравнению с обычными шестиосевыми роботами.
картина
Кроме того, Nachi Fujikoshi также выпустила двух промышленных роботов, MR35 (с грузом 35 кг) и MR50 (с грузом 50 кг), которые можно использовать в небольших помещениях и местах с препятствиями.
- семиосный промышленный робот OTC
Японская группа DAIHEN выпустила новейшие семиосные роботы (FD-B4S, FD-B4LS, FD-V6S, FD-V6LS, FD-V20S). Из-за вращения седьмой оси они могут выполнять скручивающее действие, как человеческое запястье, и могут выполнять сварку в течение более одной недели; кроме того, семиосный робот (FD-B4S, FD-B4LS) имеет встроенные в корпус робота сварочные кабели, поэтому нет необходимости заботиться о помехах между роботом, сварочным приспособлением и заготовкой во время обучения. , движение очень плавное, а также улучшена степень свободы сварочного положения.
- Бакстер и Сойер, Rethink Robotics
Rethink Robotics — пионер коллаборативных роботов. Среди них первый разработанный Baxter двурукий робот имеет семь степеней свободы для обеих рук, а максимальный рабочий диапазон одной руки составляет 1210 мм. Компания Baxter может выполнять две разные задачи одновременно, чтобы повысить применимость, или выполнять одну и ту же задачу в режиме реального времени, чтобы максимизировать производительность.
Представленный в прошлом году Sawyer представляет собой однорукий семиосный робот, который использует те же серийные эластичные приводы для своих гибких соединений, но приводы для его соединений были переработаны, чтобы сделать их меньше. За счет семиосной конструкции и расширения рабочего диапазона до 100 мм может выполнять задачи с большей нагрузкой. Груз может достигать 4 кг, что намного больше полезной нагрузки робота Baxter в 2,2 кг.
картина
- Семиосный робот Yamaha серии YA
В 2015 году Yamaha выпустила трех семиосных роботов YA-U5F, YA-U10F и YA-U20F, каждый из которых приводится в движение и управляется новым контроллером YA-C100.
Робот с 7-осью имеет ось E, эквивалентную человеческому локтю, поэтому он может свободно выполнять такие действия, как сгибание, скручивание и разгибание. Даже в узких пространствах, где роботам с менее чем 6 осями сложно выполнять операции, операции и установки могут выполняться плавно. Также позволяет выполнять низкие приседания и движения вокруг задней части устройства. Используется полый привод, а кабель устройства и воздушный шланг встроены в манипулятор робота, так что он не мешает окружающему оборудованию, и может быть реализована компактная производственная линия.
Кроме того, Тайваньский научно-исследовательский центр точного машиностроения также разработал прототип семиосного робота с двумя руками, который, как ожидается, поможет тайваньским компаниям создать мощный инструмент для производства электроники 3C и сократить технологический разрыв между отечественными и зарубежными производителями. страны.
Отечественный семиосный робот уже здесь
Можете ли вы добиться углового обгона?
Исследования и разработка семиосного промышленного робота в Китае начались в начале 1990-х годов. В то время руководителем проекта был Чжан Цисянь, покойный известный специалист по робототехнике в моей стране и академик Китайской инженерной академии. Одним из основных вкладов академика Чжан Цисяня стало завершение разработки прототипа резервного робота с семью степенями свободы.
В конце 1980-х годов из-за чрезвычайно сложной разработки очень немногие страны мира разработали прототипы роботов с семью степенями свободы с резервированием. Академик Чжан Цисянь возглавил исследовательскую группу для завершения разработки первого прототипа резервного робота с семью степенями свободы в конце 1993 года после нескольких лет напряженной работы и прошел приемку проекта "863" и министерскую проверку. оценка за один раз.
картина
Типичная избыточная рука
Хотя моя страна добилась определенных успехов в роботах с избыточной степенью свободы, она в основном остается на стадии академических статей, отчетов о научных исследованиях и экспериментальных прототипов и не достигла реальной разработки продукта. Это, несомненно, ограничивает темпы продвижения роботизированной продукции моей страны к индустриализации высокого класса.
Являясь ведущим предприятием по производству бытовых промышленных роботов, SIASUN стала лидером в выпуске первого отечественного семиосного промышленного робота на 2015-й отраслевой ярмарке. Собственный вес 29 кг, нагрузка 5 кг, точность повторного позиционирования может достигать 0,02 мм, а рабочий радиус может достигать 800 мм. Он имеет такие функции, как быстрая настройка, обучение тяге, визуальное руководство и обнаружение столкновений. Он особенно подходит для гибких производственных линий с компактной компоновкой и высокой точностью, а также отвечает потребностям промышленных операций, таких как прецизионная сборка, упаковка продукции, шлифовка, испытания, а также загрузка и разгрузка станков.
картина
В настоящее время подавляющее большинство компаний, производящих промышленные роботы в моей стране, еще не выпустили продукты для промышленных роботов с семью осями. Некоторые из них заявили, что разрабатывают сопутствующие продукты, и соответствующие продукты будут выпущены в течение этого года, в то время как некоторые другие компании выразили обеспокоенность по поводу семиосных промышленных роботов, но еще не планировали проектировать и разрабатывать сопутствующие продукты.
Роботоиндустрия моей страны добилась больших успехов в теоретических исследованиях семиосных промышленных роботов, но все еще существует большой разрыв с зарубежными странами с точки зрения коммерческих продуктов. Причина в основном в следующих двух аспектах:
Во-первых, способность к независимым инновациям слаба. Не имея оригинальных достижений и инновационных концепций основных и ключевых технологий, общая технология промышленных роботов в моей стране более чем на десять лет отстает от передового уровня зарубежных стран.
Во-вторых, рентабельность предприятий низкая, средств на НИОКР не хватает. Отсутствие технологии основных компонентов привело к высокой себестоимости продукции для предприятий, и иностранные производители один за другим снижали цены. В 2015 году более 70 процентов онтологического бизнеса предприятий находились в состоянии убыточности.
По оценкам экспертов, разрыв между общей технологией промышленных роботов в моей стране и зарубежных странах составляет более десяти лет. Появление отечественных семиосных промышленных роботов показывает, что наши исследования и разработки в области промышленной робототехники ускоряются, но у нас должно быть четкое понимание того, что существует реальный разрыв. Если мы хотим обогнать в повороте, нам нужно как можно скорее преодолеть основные технические трудности. В то же время мы также должны уделять внимание исследованиям и разработкам технологий следующего поколения, таких как искусственный интеллект, восприятие, распознавание, управление и контроль.
