V posledních letech nadnárodní robotičtí giganti uvedli na trh sedmiosé průmyslové roboty jeden po druhém, aby se zmocnili nových trhů vyšší třídy. To vyvolalo naše hloubkové úvahy o sedmiosých průmyslových robotech. Jaké jedinečné technické výhody má, jaké jsou potíže ve výzkumu a vývoji?
Kolik os by měli mít průmyslové roboty?
V současné době jsou průmyslové roboty široce používány v různých průmyslových odvětvích, ale také jsme zjistili, že průmyslové roboty mají nejen různé tvary, ale také různé osy. Osu tzv. průmyslového robota lze vysvětlit odborným pojmem stupeň volnosti. Pokud má robot tři stupně volnosti, může se volně pohybovat podél os x, y a z, ale nemůže se naklánět ani otáčet. Když se zvýší počet os robota, znamená to pro robota vyšší flexibilitu. Kolik os by tedy měl mít průmyslový robot?
Tříosý robot se také nazývá kartézský nebo karteziánský robot. Jeho tři osy umožňují robotu pohybovat se podél tří os. Tento robot se obecně používá pro jednoduché manipulační úkoly.
obrázek
Čtyřosý robot se může otáčet podél os x, y a z. Na rozdíl od tříosého robota má čtvrtou osu, která se pohybuje nezávisle. Obecně lze říci, že robot SCARA lze považovat za čtyřosého robota.
obrázek
Pětiosá je konfigurace mnoha průmyslových robotů. Tito roboti se mohou otáčet ve třech prostorových kružnicích x, y a z. Zároveň se mohou spolehnout na to, že osa na základně realizuje akci otáčení a osa, kterou lze flexibilně otáčet rukou, zvyšuje její flexibilitu.
obrázek
Šestiosý robot může procházet osami x, y a z a každá osa se může otáčet nezávisle. Největší rozdíl oproti pětiosému robotu je v tom, že je zde ještě jedna osa, která se může volně otáčet. Představitelem šestiosého robota je Universal Robots. Prostřednictvím modrého krytu na robotu můžete jasně vypočítat počet os robota.
obrázek
Sedmiosý robot, také známý jako redundantní robot, má ve srovnání s šestiosým robotem osu navíc, která umožňuje robotu vyhýbat se určitým specifickým cílům, což koncovému efektoru usnadňuje dosažení konkrétní pozice a může být flexibilnější pro přizpůsobení se určitým speciálním pracovním prostředím.
S rostoucím počtem os roste i flexibilita robota. V současných průmyslových aplikacích se však nejvíce využívají tříosé, čtyřosé a šestiosé průmyslové roboty. V některých aplikacích totiž není vyžadována vysoká flexibilita, zatímco tříosé a čtyřosé roboty jsou cenově výhodnější a tříosé a čtyřosé roboty mají navíc velkou výhodu v rychlosti.
V budoucnosti, v odvětví 3C, které vyžaduje vysokou flexibilitu, budou mít sedmiosé průmyslové roboty místo ke hře. Se svou rostoucí přesností nahradí v blízké budoucnosti ruční montáž přesných elektronických výrobků, jako jsou mobilní telefony.
Sedmiosé průmyslové roboty jsou lepší než šestiosé průmyslové roboty
Kde je síla?
Jaké jsou z technického hlediska problémy šestiosých průmyslových robotů a jaká je síla sedmiosých průmyslových robotů?
(1) Zlepšit kinematické charakteristiky
V kinematickém problému robota tři problémy velmi omezují pohyb robota.
První je singulární konfigurace. Když je robot v singulární konfiguraci, jeho koncový efektor se nemůže pohybovat v určitém směru nebo aplikovat moment, takže singulární konfigurace výrazně ovlivňuje plánování pohybu.
obrázek
K singularitě dochází, když jsou šestá a čtvrtá osa šestiosého robota kolineární
Druhým je, že posuv kloubu překračuje limit. V reálné pracovní situaci je úhlový rozsah pohybu každého kloubu robota omezený a ideální stav je plus minus 180 stupňů, ale mnoho kloubů to nedokáže. Sedmiosý robot se navíc může vyhnout nadměrnému pohybu úhlové rychlosti, takže úhlová rychlost je rozložena rovnoměrněji.
obrázek
Rozsah pohybu a maximální úhlová rychlost každé osy sedmiosého robota SIASUN
Třetím je přítomnost bariér v pracovním prostředí. V průmyslovém prostředí se v mnoha případech vyskytují různé překážky prostředí a tradiční šestiosý robot nemůže pouze změnit polohu koncového mechanismu bez změny polohy koncového mechanismu.
(2) Zlepšit dynamické vlastnosti
U sedmiosého robota může využití jeho redundantních stupňů volnosti nejen dosáhnout dobrých kinematických charakteristik prostřednictvím plánování trajektorie pohybu, ale také můžeme využít jeho strukturu k dosažení nejlepšího dynamického výkonu.
Sedmiosý robot dokáže realizovat přerozdělení točivého momentu kloubu, což zahrnuje statické vyvážení robota, to znamená síla působící na konec, pomocí určitého algoritmu vypočítá, jakou sílu každý kloub unese. U tradičního šestiosého robota je síla každého kloubu jistá a její rozložení může být velmi nerozumné. Ale u sedmiosého robota můžeme nastavit točivý moment každého kloubu pomocí řídicího algoritmu tak, aby slabý článek unesl točivý moment co nejmenší, takže rozložení točivého momentu celého robota je relativně rovnoměrné a rozumnější.
(3) Tolerance chyb
Když robot selže, pokud selže kloub, tradiční šestiosý robot nemůže pokračovat v dokončení práce, zatímco sedmiosý robot může pokračovat v normální práci tím, že znovu upraví rychlost kloubu při selhání (tolerance kinematických chyb) a přerozdělení. krouticího momentu poruchového kloubu (dynamická tolerance chyb).
Produkty sedmiosých průmyslových robotů mezinárodních gigantů
Bez ohledu na produkty nebo aplikace jsou sedmiosé průmyslové roboty stále v počáteční fázi vývoje, ale velcí výrobci propagují související produkty na velkých výstavách. Je možné, že jsou stále velmi optimističtí, pokud jde o jejich budoucí rozvojový potenciál.
- Kuka LBR iiwa
V listopadu 2014 společnost KUKA poprvé představila první lehký citlivý robot LBRiiwa se sedmi stupni volnosti od společnosti KUKA na výstavě robotů v Číně International Industry Fair.
Sedmiosý robot LBRiiwa je navržen na základě lidské paže, která v kombinaci s integrovaným senzorovým systémem dává lehkému robotu programovatelnou citlivost a činí jej velmi přesným. Všechny osy sedmiosého LBRiiwa jsou vybaveny vysoce výkonnými funkcemi detekce kolize a integrovanými snímači točivého momentu kloubů pro dosažení spolupráce mezi člověkem a strojem.
obrázek
Sedmiosá konstrukce činí tento výrobek KUKA vysoce flexibilní a snadno překonává překážky. Konstrukce robota LBRiiwa je navržena z hliníkového materiálu a jeho vlastní hmotnost je pouze 23,9 kg. Dodává se ve dvou nosnostech, 7 kg a 14 kg, což z něj dělá první lehký robot s nosností více než 10 kg.
- ABB YuMi
13. dubna 2015 společnost ABB oficiálně uvedla na trh v Hannover Messe v Německu YuMi, první dvouramenný průmyslový robot na světě, který skutečně realizuje spolupráci člověka a stroje.
obrázek
Každé jedno rameno YuMi má sedm stupňů volnosti a tělesná hmotnost je 38 kg. Zatížení každého ramene je 0,5 kg a přesnost opakovaného polohování může dosáhnout 0,02 mm, takže je zvláště vhodné pro montáž malých dílů, spotřební zboží, hračky a další obory. Od přesných dílů mechanických hodinek až po zpracování mobilních telefonů, tabletů a dílů stolních počítačů, YuMi není žádný problém a to jen odráží vynikající vlastnosti tohoto redundantního robota, jako je rozšířený pracovní prostor, flexibilita, agilita, a přesnost.
- Yaskawa Motoman SIA
Yaskawa Electric, známý výrobce robotů v Japonsku a jedna ze „čtyř rodin“, také uvedla na trh řadu produktů sedmiosých robotů. Mezi nimi jsou roboty řady SIA lehké a obratné sedmiosé roboty, které dokážou poskytnout flexibilitu a rychlou akceleraci podobnou lidské. Lehká a efektivní konstrukce této řady robotů je činí ideálními pro instalaci ve stísněných prostorách. Řada SIA může poskytnout vysoké užitečné zatížení (5 kg až 50 kg) a velký pracovní rozsah (559 mm až 1630 mm), což je velmi vhodné pro montáž, vstřikování, kontrolu a další operace.
obrázek
Kromě lehkých sedmiosých robotických produktů Yaskawa uvedla na trh také sedmiosý robotický svařovací systém. Jeho vysoký stupeň volnosti dokáže maximálně zachovat nejvhodnější držení těla pro dosažení vysoce kvalitních výsledků svařování. Je zvláště vhodný pro vnitřní svařování a dosahuje nejlepší polohy přiblížení. Kromě toho může být produkt uspořádán ve vysoké hustotě a je snadné se vyhnout interferenci s hřídelí a obrobkem, což ukazuje jeho vynikající funkci vyhýbání se překážkám.
- Nachi Fujiko PrestoMR20
Již na konci roku 2007 vyvinul Nachi Fujikoshi robota „PrestoMR20“ se sedmi stupni volnosti. Přijetím sedmiosého designu může robot provádět složitější pracovní postupy a pohybovat se v úzkých pracovních oblastech jako lidská paže. Krouticí moment přední části (zápěstí) robota se navíc zvýšil zhruba na dvojnásobek oproti původnímu tradičnímu šestiosému robotu. Točivý moment standardní konfigurace je 20 kg. Nastavením rozsahu pohybu unese předměty do 30 kg. Pracovní rozsah dosahuje 1260 mm a přesnost opakovaného polohování je 0,1 mm. Díky sedmiosé struktuře může MR20 pracovat ze strany stroje při odebírání a pokládání obrobků na stroj. V důsledku toho lze zlepšit efektivitu práce, jako je předběžná příprava a údržba. Prostor mezi obráběcími stroji lze zmenšit na méně než polovinu oproti konvenčním šestiosým robotům.
obrázek
Kromě toho Nachi Fujikoshi vydal také dva průmyslové roboty, MR35 (se zatížením 35 kg) a MR50 (s zatížením 50 kg), které lze použít v malých prostorech a místech s překážkami.
- OTC sedmiosý průmyslový robot
Japonská skupina DAIHEN uvedla na trh nejnovější sedmiosé roboty (FD-B4S, FD-B4LS, FD-V6S, FD-V6LS, FD-V20S). Díky rotaci sedmé osy mohou realizovat kroucení jako lidské zápěstí a mohou realizovat svařování po dobu delší než jeden týden; sedmiosý robot (FD-B4S, FD-B4LS) má navíc v těle robota zabudované svařovací kabely, takže se není třeba starat o rušení mezi robotem, svařovacím přípravkem a obrobkem při výukové operaci , pohyb je velmi plynulý a stupeň volnosti při svařování je také vylepšen.
- Baxter a Sawyer, Rethink Robotics
Rethink Robotics je průkopníkem kolaborativních robotů. Mezi nimi první vyvinutý dvouramenný robot Baxter má sedm stupňů volnosti pro obě ramena a maximální pracovní rozsah jednoho ramene je 1210 mm. Společnost Baxter může zpracovávat dva různé úkoly současně, aby se zvýšila použitelnost, nebo zpracovat stejný úkol v reálném čase, aby se maximalizoval výstup.
Sawyer, představený v loňském roce, je jednoramenný sedmiosý robot, který pro své flexibilní klouby používá stejné sériové elastické ovladače, ale ovladače pro jeho klouby byly přepracovány, aby byly menší. Díky sedmiosému provedení a rozšíření pracovního rozsahu na 100 mm dokáže plnit úkoly s větším zatížením. Zátěž může dosáhnout 4 kg, což je mnohem více než 2,2 kg užitečného zatížení robota Baxter.
obrázek
- Sedmiosý robot Yamaha řady YA
V roce 2015 Yamaha uvedla na trh tři sedmiosé roboty „YA-U5F“, „YA-U10F“ a „YA-U20F“, z nichž všechny jsou poháněny a ovládány novým ovladačem „YA-C100“.
Robot osy 7- má osu E ekvivalentní lidskému lokti, takže může volně provádět akce, jako je ohýbání, kroucení a natahování. Dokonce i v úzkých prostorách, kde je pro roboty s méně než 6 osami obtížné provádět operace, lze operace a instalace dokončit hladce. Umožňuje také nízké pozice v podřepu a pohyby kolem zadní části jednotky. Je použit dutý pohon a kabel zařízení a vzduchová hadice jsou zabudovány do ramene robota, takže nezasahuje do okolního zařízení a lze realizovat kompaktní výrobní linku.
Tchajwanské výzkumné a vývojové centrum Precision Machinery navíc také vyvinulo prototyp dvouramenného sedmiosého robota, od kterého se očekává, že pomůže tchajwanským společnostem vytvořit výkonný nástroj pro výrobu 3C elektroniky a zúžit technologickou propast mezi domácími a zahraničními zemí.
Domácí sedmiosý robot je tady
Dokážete dosáhnout předjíždění v zatáčce?
Výzkum a vývoj čínského sedmiosého průmyslového robota začal na začátku 90. let. V té době byl vedoucím projektu Zhang Qixian, později slavný odborník na robotiku v mé zemi a akademik Čínské akademie inženýrství. Jedním z hlavních příspěvků akademika Zhanga Qixiana bylo dokončení vývoje prototypu redundantního robota se sedmi stupni volnosti.
Koncem 80. let 20. století kvůli extrémně obtížnému vývoji vyvinulo jen velmi málo zemí na světě prototypy redundantních robotů se sedmi stupni volnosti. Akademik Zhang Qixian vedl výzkumný tým k dokončení vývoje prvního prototypu redundantního robota se sedmi stupni volnosti na konci roku 1993 po několika letech usilovné práce a prošel přijetím projektu „863“ a ministerstvem hodnocení najednou.
obrázek
Typická redundantní paže
Ačkoli moje země dosáhla určitých úspěchů v oblasti nadbytečných robotů se stupněm svobody, zůstává hlavně ve fázi akademických prací, zpráv o vědeckém výzkumu a experimentálních prototypů a nedosáhla skutečného vývoje produktu. To nepochybně omezuje tempo robotických produktů mé země směřujících k high-end industrializaci.
SIASUN se jako přední podnik v oblasti domácích průmyslových robotů ujal vedení při uvedení prvního domácího sedmiosého průmyslového robota na průmyslovém veletrhu 2015. Vlastní hmotnost je 29 kg, zatížení 5 kg, přesnost opakovaného polohování může dosáhnout 0,02 mm a pracovní poloměr může dosáhnout 800 mm. Má funkce, jako je rychlá konfigurace, výuka trakce, vizuální navádění a detekce kolize. Je zvláště vhodný pro flexibilní výrobní linky s kompaktním uspořádáním a vysokou přesností a vyhovuje potřebám průmyslových operací, jako je přesná montáž, balení produktů, broušení, testování a nakládání a vykládání obráběcích strojů.
obrázek
V současné době drtivá většina společností zabývajících se průmyslovými roboty v mé zemi dosud neuvolnila produkty sedmiosých průmyslových robotů. Některé z nich uvedly, že vyvíjejí související produkty a související produkty vyjdou během tohoto roku, zatímco některé další společnosti vyjádřily obavy ohledně sedmiosých průmyslových robotů, ale zatím neplánují navrhnout a vyvinout související produkty.
Robotický průmysl v mé zemi udělal velký pokrok v teoretickém výzkumu sedmiosých průmyslových robotů, ale stále existuje velká propast se zahraničím, pokud jde o komerční produkty. Důvod je především v následujících dvou aspektech:
Za prvé, schopnost nezávislé inovace je slabá. Celková technologie průmyslových robotů mé země postrádá originální úspěchy a inovativní koncepty základních a klíčových technologií a zaostává za vyspělou úrovní cizích zemí více než deset let.
Za druhé, ziskovost podniků je nízká a prostředky na výzkum a vývoj jsou nedostatkové. Nedostatek technologie základních komponent vedl k vysokým výrobním nákladům pro podniky a zahraniční výrobci jeden po druhém snižovali ceny. V roce 2015 bylo více než 70 procent ontologického podnikání podniků ve stavu ztráty.
Podle odborníků je rozdíl mezi celkovou technologií průmyslových robotů v mé zemi a v zahraničí více než deset let. Vznik domácích sedmiosých průmyslových robotů ukazuje, že náš výzkum a vývoj v technologii průmyslových robotů se zrychluje, ale měli bychom mít jasno v tom, že existuje skutečná mezera. Pokud chceme předjíždět v zatáčce, musíme co nejdříve překonat základní technické potíže. Zároveň musíme také věnovat pozornost výzkumu a vývoji technologií nové generace, jako je umělá inteligence, vnímání, rozpoznávání, pohon a ovládání.
