Under de senaste åren har multinationella robotjättar lanserat sjuaxliga industrirobotar en efter en för att ta nya exklusiva marknader. Detta har satt igång vårt djupgående tänkande kring sjuaxliga industrirobotar. Vilka unika tekniska fördelar har det, vilka är svårigheterna med forskning och utveckling?
Hur många axlar ska industrirobotar ha?
För närvarande har industrirobotar använts flitigt i olika industrier, men vi fann också att industrirobotar inte bara har olika former, utan också har olika axlar. Axeln för den så kallade industriroboten kan förklaras av den professionella termen frihetsgrad. Om roboten har tre frihetsgrader kan den röra sig fritt längs x-, y- och z-axlarna, men den kan inte luta eller rotera. När antalet axlar för roboten ökar innebär det högre flexibilitet för roboten. Så hur många axlar ska en industrirobot ha?
En treaxlig robot kallas också en kartesisk eller kartesisk robot. Dess tre axlar gör att roboten kan röra sig längs tre axlar. Denna robot används vanligtvis för enkla hanteringsuppgifter.
bild
En fyraxlig robot kan rotera längs x-, y- och z-axlarna. Till skillnad från en treaxlig robot har den en fjärde axel som rör sig oberoende. Generellt sett kan en SCARA-robot betraktas som en fyraxlig robot.
bild
Femaxlig är konfigurationen av många industrirobotar. Dessa robotar kan rotera genom de tre rymdcirklarna x, y och z. Samtidigt kan de förlita sig på axeln på basen för att realisera vridningen, och axeln som kan vridas flexibelt med handen ökar dess flexibilitet.
bild
Den sexaxliga roboten kan passera genom x-, y- och z-axlarna, och varje axel kan rotera oberoende av varandra. Den största skillnaden mot den femaxliga roboten är att det finns ytterligare en axel som kan rotera fritt. Representanten för den sexaxliga roboten är Universal Robots. Genom det blå locket på roboten kan du tydligt beräkna antalet axlar på roboten.
bild
En sjuaxlig robot, även känd som en redundant robot, har en extra axel jämfört med en sexaxlig robot som gör att roboten kan undvika vissa specifika mål, vilket gör det lättare för sluteffektorn att nå en specifik position, och kan mer flexibel att anpassa till vissa speciella arbetsmiljöer.
När antalet axlar ökar, ökar även robotens flexibilitet. Men i nuvarande industriella tillämpningar används treaxliga, fyraaxliga och sexaxliga industrirobotar mest. Det beror på att det i vissa applikationer inte krävs hög flexibilitet, medan treaxliga och fyraxliga robotar är mer kostnadseffektiva, och treaxliga och fyraxliga robotar har också en stor fördel i hastighet.
I framtiden, i 3C-branschen som kräver hög flexibilitet, kommer sjuaxliga industrirobotar att ha en plats att spela. Med sin ökande precision kommer den att ersätta manuell montering av precisionselektronikprodukter som mobiltelefoner inom en snar framtid.
Sjuaxliga industrirobotar är bättre än sexaxliga industrirobotar
Var finns styrkan?
Ur teknisk synvinkel, vilka är problemen med sexaxliga industrirobotar, och vad är styrkan med sjuaxliga industrirobotar?
(1) Förbättra kinematiska egenskaper
I robotens kinematikproblem gör tre problem robotens rörelse mycket begränsad.
Den första är den singulära konfigurationen. När roboten är i en singulär konfiguration kan dess sluteffektor inte röra sig i en viss riktning eller tillämpa ett ögonblick, så den singulära konfigurationen påverkar i hög grad rörelseplaneringen.
bild
Singularitet uppstår när den sjätte och fjärde axeln i en sexaxlig robot är kolinjära
Det andra är att ledförskjutningen överskrider gränsen. I en verklig arbetssituation är rörelseomfånget för varje led i roboten begränsat, och det ideala tillståndet är plus eller minus 180 grader, men många leder kan inte göra det. Dessutom kan den sjuaxliga roboten undvika alltför stor vinkelhastighetsrörelse, så att vinkelhastigheten fördelas jämnare.
bild
Rörelseomfånget och maximal vinkelhastighet för varje axel i SIASUN-roboten med sju axlar
Det tredje är förekomsten av barriärer i arbetsmiljön. I den industriella miljön finns det vid många tillfällen olika miljöhinder och den traditionella sexaxliga roboten kan inte bara ändra ändmekanismens hållning utan att ändra ändmekanismens position.
(2) Förbättra dynamiska egenskaper
För den sjuaxliga roboten kan med hjälp av dess redundanta frihetsgrader inte bara uppnå goda kinematikegenskaper genom planering av rörelsebana, utan vi kan också använda dess struktur för att uppnå bästa dynamiska prestanda.
Den sjuaxliga roboten kan realisera omfördelningen av ledvridmomentet, vilket innebär robotens statiska balans, det vill säga kraften som verkar på änden, genom en viss algoritm, beräknar hur mycket kraft varje led bär. För den traditionella sexaxliga roboten är kraften i varje led säker, och dess fördelning kan vara mycket orimlig. Men för den sjuaxliga roboten kan vi justera vridmomentet för varje led genom kontrollalgoritmen, så att den svaga länken bär vridmomentet så lite som möjligt, så att vridmomentfördelningen för hela roboten är relativt enhetlig och mer rimlig.
(3) Feltolerans
När en robot går sönder, om en led går sönder, kan den traditionella sexaxliga roboten inte fortsätta att slutföra arbetet, medan den sjuaxliga roboten kan fortsätta att arbeta normalt genom att omjustera felledens hastighet (kinematik feltolerans) och omfördelningen av felledens vridmoment (dynamik feltolerans).
Sjuaxliga industrirobotprodukter från internationella jättar
Oavsett ur perspektivet av produkter eller applikationer, är sjuaxliga industrirobotar fortfarande i det inledande utvecklingsskedet, men stora tillverkare marknadsför relaterade produkter på stora mässor. Det är tänkbart att de fortfarande är mycket optimistiska om sin framtida utvecklingspotential.
- Kuka LBR iiwa
I november 2014 släppte KUKA för första gången KUKAs första lättviktskänsliga robot LBRiiwa med sju frihetsgrader på China International Industry Fair Robot Exhibition.
LBRiiwa sjuaxliga robot är designad utifrån den mänskliga armen, vilket i kombination med ett integrerat sensorsystem ger den lätta roboten programmerbar känslighet och gör den mycket exakt. Alla axlar i den sjuaxliga LBRiiwa är utrustade med högpresterande kollisionsdetekteringsfunktioner och integrerade ledmomentsensorer för att uppnå samarbete mellan människa och maskin.
bild
Den sjuaxliga designen gör denna KUKA-produkt mycket flexibel och kan lätt övervinna hinder. LBRiiwa-robotens struktur är designad med aluminiummaterial och dess egen vikt är endast 23,9 kg. Den kommer i två nyttolaster, 7 kg och 14 kg, vilket gör den till den första lätta roboten med en nyttolast på mer än 10 kg.
- ABB YuMi
Den 13 april 2015 lanserade ABB officiellt YuMi, världens första industrirobot med två armar som verkligen realiserar samarbete mellan människa och maskin, till marknaden på Hannover Messe i Tyskland.
bild
Varje arm på YuMi har sju frihetsgrader och kroppsvikten är 38 kg. Belastningen av varje arm är 0,5 kg, och den repeterade positioneringsnoggrannheten kan nå 0,02 mm, så den är särskilt lämplig för montering av små delar, konsumentvaror, leksaker och andra områden. Från precisionsdelarna av mekaniska klockor, till bearbetningen av mobiltelefoner, surfplattor och stationära datordelar, YuMi är inga problem, och detta återspeglar bara de utmärkta egenskaperna hos denna redundanta robot, såsom utökat arbetsutrymme, flexibilitet, smidighet, och precision.
- Yaskawa Motoman SIA
Yaskawa Electric, en välkänd robottillverkare i Japan och en av de "fyra familjerna", har också släppt en mängd olika sjuaxliga robotprodukter. Bland dem är robotarna i SIA-serien lätta och smidiga sjuaxliga robotar, som kan ge mänsklig flexibilitet och snabb acceleration. Den lätta och strömlinjeformade designen hos denna serie av robotar gör dem idealiska för installation i trånga utrymmen. SIA-serien kan ge hög nyttolast (5 kg till 50 kg) och stort arbetsområde (559 mm till 1630 mm), vilket är mycket lämpligt för montering, formsprutning, inspektion och andra operationer.
bild
Förutom lätta sjuaxliga robotprodukter har Yaskawa även släppt ett sjuaxligt robotsvetssystem. Dess höga frihetsgrad kan bibehålla den mest lämpliga hållningen så mycket som möjligt för att uppnå högkvalitativa svetsresultat. Den är särskilt lämplig för invändig svetsning och uppnår den bästa inflygningspositionen. Dessutom kan produkten arrangeras i en hög densitet, och det är lätt att undvika störningar på axeln och arbetsstycket, vilket visar sin utmärkta funktion för att undvika hinder.
- Nachi Fujiko PrestoMR20
Redan i slutet av 2007 utvecklade Nachi Fujikoshi en robot med sju frihetsgrader "PrestoMR20". Genom att anta en sjuaxlig design kan roboten utföra mer komplexa arbetsflöden och röra sig i trånga arbetsområden som en mänsklig arm. Dessutom har vridmomentet på robotens främre del (handled) ökat till ungefär dubbelt så mycket som den ursprungliga traditionella sexaxliga roboten. Vridmomentet för standardkonfigurationen är 20 kg. Genom att ställa in rörelseomfånget kan den bära föremål upp till 30 kg. Arbetsområdet når 1260 mm, och repetitionsnoggrannheten är 0,1 mm. Genom att anta en struktur med sju axlar kan MR20 arbeta från sidan av maskinen vid plockning och placering av arbetsstycken på maskinen. Som ett resultat kan arbetseffektiviteten såsom förberedelser och underhåll förbättras. Utrymmet mellan verktygsmaskiner kan reduceras till mindre än hälften av det för konventionella sexaxliga robotar.
bild
Dessutom släppte Nachi Fujikoshi även två industrirobotar, MR35 (med en belastning på 35 kg) och MR50 (med en belastning på 50 kg), som kan användas i små utrymmen och platser med hinder.
- OTC sjuaxlig industrirobot
Japanska DAIHEN Group har lanserat de senaste sjuaxliga robotarna (FD-B4S, FD-B4LS, FD-V6S, FD-V6LS, FD-V20S). På grund av rotationen av den sjunde axeln kan de realisera vridningsåtgärden som den mänskliga handleden och kan utföra svetsning i mer än en vecka; dessutom har den sjuaxliga roboten (FD-B4S, FD-B4LS) svetskablar inbyggda i robotkroppen, så det finns ingen anledning att bry sig om interferensen mellan roboten, svetsfixturen och arbetsstycket under inlärningsoperationen , rörelsen är mycket smidig, och graden av frihet för svetsställning är också förbättrad.
- Baxter och Sawyer, Rethink Robotics
Rethink Robotics är en pionjär inom samarbetsrobotar. Bland dem har den första utvecklade Baxter-roboten med två armar sju frihetsgrader för båda armarna, och det maximala arbetsområdet för en enkel arm är 1210 mm. Baxter kan hantera två olika uppgifter samtidigt för att öka användbarheten, eller bearbeta samma uppgift i realtid för att maximera resultatet.
Sawyer, som introducerades förra året, är en enarmad, sju-axlig robot som använder samma seriella elastiska ställdon för sina flexibla leder, men ställdonen för sina leder har omdesignats för att göra dem mindre. Tack vare den sjuaxliga designen och utvidgningen av arbetsområdet till 100 mm kan den utföra uppgifter med en större belastning. Lasten kan nå 4 kg, vilket är mycket större än Baxter-robotens nyttolast på 2,2 kg.
bild
- Yamaha sjuaxlig robot YA-serien
2015 lanserade Yamaha tre sjuaxliga robotar, "YA-U5F", "YA-U10F" och "YA-U20F", som alla drivs och styrs av den nya styrenheten "YA-C100".
7-axelroboten har en E-axel som motsvarar den mänskliga armbågen, så den kan fritt utföra åtgärder som att böja, vrida och skjuta ut. Även i trånga utrymmen där det är svårt för robotar med mindre än 6 axlar att utföra operationer, kan operationer och installationer utföras smidigt. Möjliggör även låga knäböjspositioner och rörelser runt enhetens baksida. Ett ihåligt ställdon används, och enhetens kabel och luftslang är inbyggda i robotarmen, så att den inte stör omgivande utrustning, och en kompakt produktionslinje kan realiseras.
Dessutom har Taiwan Precision Machinery Research and Development Center också utvecklat en prototyp av en dubbelarmad sjuaxlig robot, som förväntas hjälpa taiwanesiska företag att skapa ett kraftfullt verktyg för 3C-elektroniktillverkning och minska den tekniska klyftan mellan inhemska och utländska länder.
Den inhemska sjuaxliga roboten är här
Kan du uppnå kurvomkörning?
Forskningen och utvecklingen av Kinas sjuaxliga industrirobot började i början av 1990-talet. Vid den tiden var ledaren för projektet Zhang Qixian, en sen berömd robotexpert i mitt land och akademiker vid Chinese Academy of Engineering. Ett av de viktigaste bidragen från akademikern Zhang Qixian var att slutföra utvecklingen av en redundant robotprototyp med sju frihetsgrader.
I slutet av 1980-talet, på grund av den extremt svåra utvecklingen, utvecklade väldigt få länder i världen redundanta robotprototyper med sju frihetsgrader. Akademikern Zhang Qixian ledde forskarteamet för att slutföra utvecklingen av den första sju frihetsgraders redundanta robotprototypen i slutet av 1993 efter flera års hårt arbete, och klarade "863"-projektets acceptans och ministermöte bedömning på en gång.
bild
En typisk överflödig arm
Även om mitt land har gjort vissa framsteg i fråga om överflödiga frihetsrobotar, stannar det huvudsakligen på scenen för akademiska artiklar, vetenskapliga forskningsrapporter och experimentella prototyper och har inte uppnått verklig produktutveckling. Detta begränsar utan tvekan takten för mitt lands robotprodukter som rör sig mot avancerad industrialisering.
Som ett ledande företag inom inhemska industrirobotar tog SIASUN ledningen när det gäller att släppa den första inhemska sjuaxliga industriroboten på 2015 Industry Fair. Dess egen vikt är 29 kg, belastningen är 5 kg, repetitionsnoggrannheten kan nå 0,02 mm och arbetsradien kan nå 800 mm. Den har funktioner som snabb konfiguration, draginlärning, visuell vägledning och kollisionsdetektering. Den är särskilt lämplig för flexibla produktionslinjer med kompakt layout och hög precision, och uppfyller behoven för industriella operationer som precisionsmontering, produktförpackning, slipning, testning och lastning och lossning av verktygsmaskiner.
bild
För närvarande har de allra flesta industrirobotföretag i mitt land ännu inte släppt sjuaxliga industrirobotprodukter. Några av dem sa att de utvecklar relaterade produkter och relaterade produkter kommer att komma ut inom detta år, medan några andra företag uttryckte oro över sjuaxliga industrirobotprodukter, men har ännu inte planerat att designa och utveckla relaterade produkter.
mitt lands robotindustri har gjort stora framsteg i den teoretiska forskningen om sjuaxliga industrirobotar, men det finns fortfarande ett stort gap med utlandet när det gäller kommersiella produkter. Anledningen är främst i följande två aspekter:
För det första är förmågan till oberoende innovation svag. I brist på ursprungliga prestationer och innovativa koncept för kärn- och nyckelteknologier ligger den övergripande tekniken för mitt lands industrirobotar mer än tio år efter den avancerade nivån i främmande länder.
För det andra är företagens lönsamhet låg och FoU-fonder är en bristvara. Bristen på kärnkomponentteknologi har lett till höga produktionskostnader för företag, och utländska tillverkare har sänkt priserna en efter en. Under 2015 var mer än 70 procent av företagens ontologiverksamhet i förlust.
Enligt experter är gapet mellan den övergripande tekniken för industrirobotar i mitt land och främmande länder mer än tio år. Framväxten av inhemska sjuaxliga industrirobotar visar att vår forskning och utveckling inom industrirobotteknik accelererar, men vi bör ha en klar förståelse för att det finns ett verkligt gap. Om vi vill köra om i en kurva måste vi övervinna de centrala tekniska svårigheterna så snart som möjligt. Samtidigt måste vi också uppmärksamma forskning och utveckling av nästa generations teknologier som artificiell intelligens, perception, igenkänning, drivkraft och kontroll.
