W ostatnich latach międzynarodowi giganci robotów wypuszczali jeden po drugim siedmioosiowe roboty przemysłowe, aby zdobyć nowe rynki wysokiej klasy. To skłoniło nas do głębszego zastanowienia się nad siedmioosiowymi robotami przemysłowymi. Jakie ma wyjątkowe zalety techniczne, jakie są trudności w badaniach i rozwoju?
Ile osi powinny mieć roboty przemysłowe?
Obecnie roboty przemysłowe są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu, ale odkryliśmy również, że roboty przemysłowe mają nie tylko różne kształty, ale także różne osie. Oś tak zwanego robota przemysłowego można wytłumaczyć profesjonalnym pojęciem stopnia swobody. Jeśli robot ma trzy stopnie swobody, może swobodnie poruszać się wzdłuż osi x, y i z, ale nie może się przechylać ani obracać. Zwiększenie liczby osi robota oznacza większą elastyczność robota. Ile więc osi powinien mieć robot przemysłowy?
Robot trójosiowy jest również nazywany robotem kartezjańskim lub kartezjańskim. Jego trzy osie pozwalają robotowi poruszać się wzdłuż trzech osi. Ten robot jest zwykle używany do prostych zadań manipulacyjnych.
zdjęcie
Czteroosiowy robot może obracać się wzdłuż osi x, y i z. W przeciwieństwie do robota trójosiowego ma czwartą oś, która porusza się niezależnie. Ogólnie rzecz biorąc, robota SCARA można uznać za robota czteroosiowego.
zdjęcie
Pięć osi to konfiguracja wielu robotów przemysłowych. Te roboty mogą obracać się po trzech kręgach przestrzennych x, y i z. Jednocześnie mogą polegać na osi na podstawie, aby zrealizować działanie obrotowe, a oś, którą można elastycznie obracać ręką, zwiększa jej elastyczność.
zdjęcie
Sześcioosiowy robot może przechodzić przez osie x, y i z, a każda oś może się obracać niezależnie. Największą różnicą w stosunku do robota pięcioosiowego jest to, że jest jeszcze jedna oś, która może się swobodnie obracać. Reprezentantem sześcioosiowego robota jest firma Universal Robots. Poprzez niebieską osłonę na robocie można wyraźnie obliczyć liczbę osi robota.
zdjęcie
Robot siedmioosiowy, znany również jako robot nadmiarowy, ma dodatkową oś w porównaniu z robotem sześcioosiowym, która pozwala robotowi unikać określonych celów, ułatwiając efektorowi końcowemu osiągnięcie określonej pozycji i może być bardziej elastyczne, aby dostosować się do niektórych specjalnych środowisk pracy.
Wraz ze wzrostem liczby osi rośnie również elastyczność robota. Jednak w obecnych zastosowaniach przemysłowych najczęściej wykorzystuje się roboty przemysłowe trójosiowe, czteroosiowe i sześcioosiowe. Wynika to z faktu, że w niektórych zastosowaniach nie jest wymagana duża elastyczność, podczas gdy roboty trójosiowe i czteroosiowe są bardziej opłacalne, a roboty trójosiowe i czteroosiowe mają również dużą przewagę pod względem szybkości.
W przyszłości, w branży 3C, która wymaga dużej elastyczności, siedmioosiowe roboty przemysłowe będą miały swoje pole do popisu. Dzięki rosnącej precyzji w niedalekiej przyszłości zastąpi ręczny montaż precyzyjnych produktów elektronicznych, takich jak telefony komórkowe.
Siedmioosiowe roboty przemysłowe są lepsze niż sześcioosiowe roboty przemysłowe
Gdzie jest siła?
Z technicznego punktu widzenia, jakie są problemy z sześcioosiowymi robotami przemysłowymi i jaka jest siła siedmioosiowych robotów przemysłowych?
(1) Popraw właściwości kinematyczne
W zadaniu kinematyki robota trzy problemy sprawiają, że ruch robota jest bardzo ograniczony.
Pierwszym z nich jest pojedyncza konfiguracja. Gdy robot znajduje się w konfiguracji pojedynczej, jego efektor końcowy nie może poruszać się w określonym kierunku ani przyłożyć momentu, więc konfiguracja osobliwa ma duży wpływ na planowanie ruchu.
zdjęcie
Osobliwość występuje, gdy szósta i czwarta oś robota sześcioosiowego są współliniowe
Po drugie, przemieszczenie stawu przekracza limit. W rzeczywistej sytuacji roboczej zakres ruchu kątowego każdego przegubu robota jest ograniczony, a stan idealny to plus minus 180 stopni, ale wiele przegubów tego nie potrafi. Ponadto siedmioosiowy robot może uniknąć nadmiernego ruchu prędkości kątowej, dzięki czemu prędkość kątowa jest rozłożona bardziej równomiernie.
zdjęcie
Zakres ruchu i maksymalna prędkość kątowa każdej osi robota siedmioosiowego SIASUN
Trzeci to obecność barier w środowisku pracy. W środowisku przemysłowym w wielu przypadkach występują różne przeszkody środowiskowe, a tradycyjny sześcioosiowy robot nie może jedynie zmienić pozycji mechanizmu końcowego bez zmiany położenia mechanizmu końcowego.
(2) Popraw właściwości dynamiczne
W przypadku robota siedmioosiowego, wykorzystując jego redundantne stopnie swobody, można nie tylko osiągnąć dobre właściwości kinematyczne poprzez planowanie trajektorii ruchu, ale także możemy wykorzystać jego strukturę do osiągnięcia najlepszych osiągów dynamicznych.
Siedmioosiowy robot może realizować redystrybucję momentu obrotowego przegubu, co obejmuje równowagę statyczną robota, to znaczy, że siła działająca na koniec, za pomocą określonego algorytmu, oblicza, jaką siłę przenosi każdy przegub. W przypadku tradycyjnego robota sześcioosiowego siła każdego przegubu jest pewna, a jej rozkład może być bardzo nieracjonalny. Ale w przypadku robota siedmioosiowego możemy dostosować moment obrotowy każdego przegubu za pomocą algorytmu sterowania, tak aby słabe ogniwo przenosiło moment obrotowy tak mały, jak to możliwe, tak aby rozkład momentu obrotowego całego robota był stosunkowo równomierny i bardziej rozsądny.
(3) Tolerancja błędów
Kiedy robot ulegnie awarii, jeśli uszkodzeniu ulegnie przegub, tradycyjny robot sześcioosiowy nie może kontynuować pracy, podczas gdy robot siedmioosiowy może kontynuować normalną pracę poprzez ponowne dostosowanie prędkości uszkodzonego złącza (tolerancja błędów kinematyki) i redystrybucję momentu obrotowego złącza zwarciowego (dynamiczna tolerancja uszkodzeń).
Siedmioosiowe produkty robotów przemysłowych międzynarodowych gigantów
Bez względu na to, czy chodzi o produkty, czy zastosowania, siedmioosiowe roboty przemysłowe wciąż znajdują się w początkowej fazie rozwoju, ale główni producenci promują powiązane produkty na najważniejszych wystawach. Można sobie wyobrazić, że nadal są bardzo optymistycznie nastawieni do swojego przyszłego potencjału rozwojowego.
- Kuka LBR iiwa
W listopadzie 2014 roku firma KUKA po raz pierwszy zaprezentowała pierwszego lekkiego, czułego robota KUKA LBRiiwa o siedmiu stopniach swobody na wystawie robotów China International Industry Fair.
Siedmioosiowy robot LBRiiwa został zaprojektowany na bazie ludzkiego ramienia, co w połączeniu ze zintegrowanym systemem czujników daje lekkiemu robotowi programowalną czułość i czyni go bardzo precyzyjnym. Wszystkie osie siedmioosiowego LBRiiwa są wyposażone w wysokowydajne funkcje wykrywania kolizji i zintegrowane czujniki momentu obrotowego przegubów, aby osiągnąć współpracę człowiek-maszyna.
zdjęcie
Siedmioosiowa konstrukcja sprawia, że ten produkt KUKA jest bardzo elastyczny i łatwo pokonuje przeszkody. Konstrukcja robota LBRiiwa została zaprojektowana z aluminium, a jego waga własna to tylko 23,9 kg. Występuje w dwóch wariantach udźwigu, 7 kg i 14 kg, co czyni go pierwszym lekkim robotem o udźwigu przekraczającym 10 kg.
- ABB YuMi
13 kwietnia 2015 roku firma ABB oficjalnie wprowadziła na targi Hannover Messe w Niemczech YuMi, pierwszego na świecie dwuramiennego robota przemysłowego, który naprawdę realizuje współpracę człowiek-maszyna.
zdjęcie
Każde ramię YuMi ma siedem stopni swobody, a masa ciała to 38 kg. Obciążenie każdego ramienia wynosi 0,5 kg, a dokładność powtarzania pozycjonowania może osiągnąć 0,02 mm, dzięki czemu nadaje się szczególnie do montażu małych części, towarów konsumpcyjnych, zabawek i innych dziedzin. Od precyzyjnych części zegarków mechanicznych po przetwarzanie części telefonów komórkowych, tabletów i komputerów stacjonarnych, YuMi nie stanowi problemu, a to po prostu odzwierciedla doskonałe cechy tego redundantnego robota, takie jak rozszerzona przestrzeń robocza, elastyczność, zwinność, i precyzja.
- Yaskawa Motoman SIA
Yaskawa Electric, znany producent robotów w Japonii i jeden z „czterech rodzin”, wypuścił również szereg produktów z robotami siedmioosiowymi. Wśród nich roboty z serii SIA to lekkie i zwinne roboty siedmioosiowe, które mogą zapewnić ludzką elastyczność i szybkie przyspieszenie. Lekka i opływowa konstrukcja tej serii robotów sprawia, że idealnie nadają się do instalacji w ciasnych przestrzeniach. Seria SIA może zapewnić dużą ładowność (od 5 kg do 50 kg) i duży zakres roboczy (od 559 mm do 1630 mm), co doskonale nadaje się do montażu, formowania wtryskowego, kontroli i innych operacji.
zdjęcie
Oprócz lekkich siedmioosiowych robotów firma Yaskawa wypuściła również siedmioosiowy robot spawalniczy. Jego wysoki stopień swobody pozwala utrzymać najbardziej odpowiednią postawę w jak największym stopniu, aby osiągnąć wysokiej jakości wyniki spawania. Jest szczególnie odpowiedni do spawania wewnętrznego i osiąga najlepszą pozycję podejścia. Co więcej, produkt można ułożyć w dużej gęstości i łatwo uniknąć kolizji z wałem i przedmiotem obrabianym, co pokazuje jego doskonałą funkcję unikania przeszkód.
- Nachi Fujiko PrestoMR20
Już pod koniec 2{10}}07 roku Nachi Fujikoshi opracował robota o siedmiu stopniach swobody „PrestoMR20”. Przyjmując konstrukcję siedmioosiową, robot może wykonywać bardziej złożone przepływy pracy i poruszać się w wąskich obszarach roboczych, takich jak ludzkie ramię. Ponadto moment obrotowy przedniej części (nadgarstka) robota wzrósł około dwukrotnie w stosunku do oryginalnego, tradycyjnego robota sześcioosiowego. Moment obrotowy w standardowej konfiguracji wynosi 20 kg. Dzięki ustawieniu zakresu ruchu może przenosić przedmioty o masie do 30 kg. Zakres roboczy sięga 1260 mm, a dokładność powtarzania pozycjonowania wynosi 0,1 mm. Przyjmując strukturę siedmioosiową, MR20 może pracować z boku maszyny podczas podnoszenia i umieszczania przedmiotów obrabianych na maszynie. W rezultacie można poprawić wydajność pracy, takiej jak wcześniejsze przygotowanie i konserwacja. Przestrzeń między obrabiarkami można zmniejszyć o ponad połowę w porównaniu z konwencjonalnymi robotami sześcioosiowymi.
zdjęcie
Ponadto firma Nachi Fujikoshi wypuściła również dwa roboty przemysłowe, MR35 (o udźwigu 35 kg) i MR50 (o udźwigu 50 kg), które mogą być wykorzystywane w małych przestrzeniach i miejscach z przeszkodami.
- Siedmioosiowy robot przemysłowy OTC
Japońska Grupa DAIHEN wprowadziła na rynek najnowsze roboty siedmioosiowe (FD-B4S, FD-B4LS, FD-V6S, FD-V6LS, FD-V20S). Dzięki obrotowi siódmej osi mogą wykonywać skręcanie jak ludzki nadgarstek i mogą wykonywać spawanie przez ponad tydzień; dodatkowo robot siedmioosiowy (FD-B4S, FD-B4LS) posiada przewody spawalnicze wbudowane w korpus robota, dzięki czemu nie ma potrzeby przejmowania się interferencją pomiędzy robotem, uchwytem spawalniczym i przedmiotem obrabianym podczas procesu uczenia , ruch jest bardzo płynny, a także poprawia się stopień swobody pozycji spawalniczej.
- Baxter i Sawyer, Przemyśl robotykę
Rethink Robotics jest pionierem robotów współpracujących. Wśród nich pierwszy opracowany robot dwuramienny firmy Baxter ma siedem stopni swobody dla obu ramion, a maksymalny zakres roboczy pojedynczego ramienia wynosi 1210 mm. Firma Baxter może jednocześnie obsługiwać dwa różne zadania, aby zwiększyć możliwości zastosowania, lub przetwarzać to samo zadanie w czasie rzeczywistym, aby zmaksymalizować wydajność.
Wprowadzony w zeszłym roku Sawyer to jednoramienny, siedmioosiowy robot, który wykorzystuje te same seryjne elastyczne siłowniki do elastycznych przegubów, ale siłowniki do jego przegubów zostały przeprojektowane, aby były mniejsze. Dzięki siedmioosiowej konstrukcji i rozszerzeniu zakresu roboczego do 100 mm może realizować zadania z większym obciążeniem. Obciążenie może osiągnąć 4 kg, czyli znacznie więcej niż 2,2 kg udźwigu robota Baxter.
zdjęcie
- Siedmioosiowy robot Yamaha z serii YA
W 2015 roku Yamaha wprowadziła na rynek trzy siedmioosiowe roboty „YA-U5F”, „YA-U10F” i „YA-U20F”, z których wszystkie są napędzane i kontrolowane przez nowy kontroler „YA-C100”.
Robot z osią 7- ma oś E odpowiadającą ludzkiemu łokciowi, dzięki czemu może swobodnie wykonywać czynności, takie jak zginanie, skręcanie i prostowanie. Nawet w wąskich przestrzeniach, gdzie roboty z mniej niż 6 osiami mają trudności z wykonywaniem operacji, operacje i instalacje można wykonać płynnie. Pozwala również na niskie przysiady i ruchy wokół tylnej części urządzenia. Przyjęto wydrążony siłownik, a kabel urządzenia i wąż powietrzny są wbudowane w ramię robota, dzięki czemu nie koliduje z otaczającym sprzętem i można zrealizować kompaktową linię produkcyjną.
Ponadto Tajwańskie Centrum Badań i Rozwoju Maszyn Precyzyjnych opracowało również prototyp dwuramiennego siedmioosiowego robota, który ma pomóc tajwańskim firmom w stworzeniu potężnego narzędzia do produkcji elektroniki 3C i zmniejszeniu luki technologicznej między krajową a zagraniczną Państwa.
Oto domowy robot siedmioosiowy
Czy potrafisz wyprzedzać na zakrętach?
Badania i rozwój siedmioosiowego robota przemysłowego w Chinach rozpoczęły się na początku lat 90. W tym czasie liderem projektu był Zhang Qixian, nieżyjący już słynny ekspert w dziedzinie robotyki w moim kraju i akademik Chińskiej Akademii Inżynierii. Jednym z głównych wkładów akademika Zhanga Qixiana było ukończenie prac nad redundantnym prototypem robota o siedmiu stopniach swobody.
Pod koniec lat 80., ze względu na niezwykle trudny rozwój, bardzo niewiele krajów na świecie opracowało redundantne prototypy robotów o siedmiu stopniach swobody. Akademik Zhang Qixian po kilku latach ciężkiej pracy poprowadził zespół badawczy do zakończenia prac nad pierwszym prototypowym robotem nadmiarowym o siedmiu stopniach swobody pod koniec 1993 roku i uzyskał akceptację projektu „863” oraz ministerialny wycena w sam raz.
zdjęcie
Typowe zbędne ramię
Chociaż mój kraj dokonał pewnych osiągnięć w zakresie robotów o zbędnym stopniu swobody, pozostaje głównie na etapie prac naukowych, raportów z badań naukowych i prototypów eksperymentalnych i nie osiągnął rzeczywistego rozwoju produktu. To niewątpliwie ogranicza tempo, w jakim produkty robotów w moim kraju zmierzają w kierunku zaawansowanej industrializacji.
Jako wiodące przedsiębiorstwo produkujące domowe roboty przemysłowe, firma SIASUN przejęła inicjatywę, wprowadzając na 2015 targach branżowych pierwszego domowego siedmioosiowego robota przemysłowego. Jego masa własna wynosi 29 kg, obciążenie wynosi 5 kg, dokładność powtarzania pozycjonowania może osiągnąć 0,02 mm, a promień roboczy może osiągnąć 800 mm. Posiada takie funkcje, jak szybka konfiguracja, nauka trakcji, wskazówki wizualne i wykrywanie kolizji. Jest szczególnie odpowiedni do elastycznych linii produkcyjnych o zwartym układzie i wysokiej precyzji oraz spełnia potrzeby operacji przemysłowych, takich jak precyzyjny montaż, pakowanie produktów, szlifowanie, testowanie oraz załadunek i rozładunek obrabiarek.
zdjęcie
Obecnie zdecydowana większość firm zajmujących się robotami przemysłowymi w moim kraju nie wypuściła jeszcze siedmioosiowych robotów przemysłowych. Niektóre z nich stwierdziły, że opracowują powiązane produkty, a powiązane produkty pojawią się w tym roku, podczas gdy inne firmy wyraziły zaniepokojenie siedmioosiowymi robotami przemysłowymi, ale nie planowały jeszcze projektowania i opracowywania powiązanych produktów.
Przemysł robotów w moim kraju poczynił ogromne postępy w teoretycznych badaniach siedmioosiowych robotów przemysłowych, ale nadal istnieje duża przepaść w stosunku do innych krajów pod względem produktów komercyjnych. Przyczyna leży głównie w następujących dwóch aspektach:
Po pierwsze, zdolność do niezależnych innowacji jest słaba. Brak oryginalnych osiągnięć i innowacyjnych koncepcji podstawowych i kluczowych technologii powoduje, że ogólna technologia robotów przemysłowych w moim kraju jest ponad dziesięć lat w tyle za zaawansowanym poziomem innych krajów.
Po drugie, rentowność przedsiębiorstw jest niska, a środków na B+R brakuje. Brak technologii podstawowych komponentów doprowadził do wysokich kosztów produkcji dla przedsiębiorstw, a zagraniczni producenci jeden po drugim obniżali ceny. W 2015 roku ponad 70 procent przedsiębiorstw zajmujących się ontologią było w stanie strat.
Według ekspertów różnica między ogólną technologią robotów przemysłowych w moim kraju a zagranicą wynosi ponad dziesięć lat. Pojawienie się domowych siedmioosiowych robotów przemysłowych pokazuje, że nasze badania i rozwój w zakresie technologii robotów przemysłowych przyspieszają, ale powinniśmy mieć jasne zrozumienie, że istnieje prawdziwa luka. Jeśli chcemy wyprzedzać na zakręcie, musimy jak najszybciej pokonać główne trudności techniczne. Jednocześnie musimy również zwrócić uwagę na badania i rozwój technologii nowej generacji, takich jak sztuczna inteligencja, percepcja, rozpoznawanie, napęd i kontrola.
