Posljednjih godina, multinacionalni robotski divovi lansirali su industrijske robote sa sedam osa jedan za drugim kako bi osvojili nova tržišta visoke klase. Ovo je pokrenulo naše dubinsko razmišljanje o industrijskim robotima sa sedam osa. Koje jedinstvene tehničke prednosti ima, koje su poteškoće u istraživanju i razvoju?
Koliko osi trebaju imati industrijski roboti?
Trenutno su industrijski roboti naširoko korišteni u raznim industrijama, ali smo također otkrili da industrijski roboti ne samo da imaju različite oblike, već imaju i različite ose. Osa takozvanog industrijskog robota može se objasniti stručnim terminom stepen slobode. Ako robot ima tri stepena slobode, može se slobodno kretati duž osa x, y i z, ali se ne može naginjati ili rotirati. Kada se broj osovina robota poveća, to znači veću fleksibilnost za robota. Dakle, koliko osi treba da ima industrijski robot?
Robot sa tri ose se naziva i kartezijanski ili kartezijanski robot. Njegove tri ose omogućavaju robotu da se kreće duž tri ose. Ovaj robot se općenito koristi za jednostavne zadatke rukovanja.
slika
Robot sa četiri ose može se rotirati duž osa x, y i z. Za razliku od troosnog robota, on ima četvrtu os koja se kreće nezavisno. Uopšteno govoreći, SCARA robot se može smatrati četvoroosnim robotom.
slika
Petosovina je konfiguracija mnogih industrijskih robota. Ovi roboti se mogu rotirati kroz tri prostorna kruga od x, y i z. Istovremeno, mogu se osloniti na os na bazi da bi ostvarili radnju okretanja, a os koja se može fleksibilno rotirati rukom povećava njenu fleksibilnost.
slika
Robot sa šest osa može proći kroz osi x, y i z, a svaka osa može se rotirati nezavisno. Najveća razlika od robota s pet osa je u tome što postoji još jedna osa koja se može slobodno rotirati. Predstavnik šestoosnog robota je Universal Robots. Kroz plavi poklopac na robotu možete jasno izračunati broj osovina robota.
slika
Robot sa sedam osa, također poznat kao redundantni robot, ima dodatnu osovinu u usporedbi sa robotom sa šest osa koja omogućava robotu da izbjegne određene specifične mete, što olakšava krajnjem efektoru da dosegne određenu poziciju, a može biti fleksibilniji za prilagođavanje određenim posebnim radnim okruženjima.
Kako se broj osovina povećava, tako se povećava i fleksibilnost robota. Međutim, u sadašnjim industrijskim aplikacijama, najviše se koriste industrijski roboti s tri, četiri i šest osa. To je zato što u nekim aplikacijama nije potrebna velika fleksibilnost, dok su troosni i četveroosni roboti isplativiji, a roboti s tri i četiri ose također imaju veliku prednost u brzini.
U budućnosti, u 3C industriji koja zahtijeva veliku fleksibilnost, industrijski roboti sa sedam osa imat će mjesto za igru. Sa svojom sve većom preciznošću, u bliskoj budućnosti zamijenit će ručno sklapanje preciznih elektronskih proizvoda kao što su mobilni telefoni.
Industrijski roboti sa sedam osa su bolji od industrijskih robota sa šest osa
Gdje je snaga?
Sa tehničke tačke gledišta, koji su problemi sa šestoosnim industrijskim robotima, a koja je snaga industrijskih robota sa sedam osa?
(1) Poboljšati kinematičke karakteristike
U kinematičkom problemu robota, tri problema čine kretanje robota vrlo ograničenim.
Prva je singularna konfiguracija. Kada je robot u pojedinačnoj konfiguraciji, njegov krajnji efektor se ne može kretati u određenom smjeru ili primijeniti trenutak, tako da singularna konfiguracija uvelike utječe na planiranje kretanja.
slika
Singularnost se javlja kada su šesta i četvrta osa šestoosnog robota kolinearne
Drugi je da pomak zgloba prelazi granicu. U stvarnoj radnoj situaciji, ugaoni opseg kretanja svakog zgloba robota je ograničen, a idealno stanje je plus-minus 180 stepeni, ali mnogi zglobovi to ne mogu. Osim toga, robot sa sedam osa može izbjeći prekomjerno kretanje ugaone brzine, tako da je kutna brzina ravnomjernije raspoređena.
slika
Raspon kretanja i maksimalna ugaona brzina svake ose SIASUN sedmoosnog robota
Treće je prisustvo barijera u radnom okruženju. U industrijskom okruženju u mnogim prilikama postoje razne prepreke u okruženju, a tradicionalni robot sa šest osovina ne može samo promijeniti položaj krajnjeg mehanizma bez promjene položaja krajnjeg mehanizma.
(2) Poboljšati dinamičke karakteristike
Za robota sa sedam osa, korištenje njegovih redundantnih stupnjeva slobode ne samo da može postići dobre kinematičke karakteristike kroz planiranje putanje kretanja, već također možemo koristiti njegovu strukturu za postizanje najboljih dinamičkih performansi.
Robot sa sedam osa može ostvariti preraspodjelu obrtnog momenta zgloba, što uključuje statičku ravnotežu robota, odnosno sila koja djeluje na kraj, kroz određeni algoritam izračunava koliku silu podnosi svaki zglob. Za tradicionalnog robota sa šest osa, sila svakog zgloba je sigurna, a njena raspodjela može biti vrlo nerazumna. Ali za robota sa sedam osa, možemo podesiti moment svakog zgloba kroz algoritam upravljanja, tako da slaba karika nosi moment što manji, tako da je raspodjela momenta cijelog robota relativno ujednačena i razumnija.
(3) Tolerancija grešaka
Kada robot pokvari, ako zglob pokvari, tradicionalni šestoosni robot ne može nastaviti s dovršavanjem posla, dok robot sa sedam osa može nastaviti normalno raditi ponovnim podešavanjem brzine zgloba kvara (kinematička tolerancija grešaka) i preraspodjelom obrtnog momenta spoja greške (dinamička tolerancija greške).
Industrijski robot sa sedam osovina proizvodi međunarodnih giganata
Bez obzira iz perspektive proizvoda ili aplikacija, industrijski roboti sa sedam osa su još uvijek u početnoj fazi razvoja, ali veliki proizvođači promoviraju srodne proizvode na velikim izložbama. Moguće je da su i dalje vrlo optimistični u pogledu svog budućeg razvojnog potencijala.
- Kuka LBR iiwa
U novembru 2014. KUKA je prvi put pustila KUKA-in prvi lagani osjetljivi robot LBRiiwa sa sedam stupnjeva slobode na Kineskom međunarodnom sajmu industrije robota.
LBRiiwa sedmoosni robot je dizajniran na bazi ljudske ruke, koja u kombinaciji sa integriranim senzorskim sistemom daje laganom robotu programibilnu osjetljivost i čini ga vrlo preciznim. Sve ose LBRiiwa sa sedam osa opremljene su funkcijama detekcije sudara visokih performansi i integrisanim senzorima obrtnog momenta zglobova za postizanje saradnje čoveka i mašine.
slika
Dizajn sa sedam osa čini ovaj KUKA proizvod vrlo fleksibilnim i može lako savladati prepreke. Struktura robota LBRiiwa je dizajnirana od aluminijumskog materijala, a sopstvena težina je samo 23,9 kg. Dolazi u dvije vrste nosivosti, 7 kg i 14 kg, što ga čini prvim laganim robotom s nosivošću većom od 10 kg.
- ABB YuMi
Dana 13. aprila 2015. godine, ABB je službeno lansirao YuMi, prvog industrijskog robota na svijetu s dvije ruke koji istinski ostvaruje saradnju ljudi i mašina, na tržištu u Hannover Messeu u Njemačkoj.
slika
Svaka ruka YuMi-a ima sedam stupnjeva slobode, a tjelesna težina je 38 kg. Opterećenje svake ruke je 0.5 kg, a tačnost ponavljanja pozicioniranja može doseći 0.02 mm, tako da je posebno pogodna za sklapanje malih dijelova, robe široke potrošnje, igračaka i drugih polja. Od preciznih delova mehaničkih satova, do obrade mobilnih telefona, tablet računara i delova desktop računara, YuMi nije problem, a to samo odražava odlične karakteristike ovog redundantnog robota, kao što su prošireni radni prostor, fleksibilnost, agilnost, i preciznost.
- Yaskawa Motoman SIA
Yaskawa Electric, poznati proizvođač robota u Japanu i jedna od "četiri porodice", također je objavio niz robotskih proizvoda sa sedam osa. Među njima, roboti serije SIA su lagani i agilni roboti sa sedam osa, koji mogu pružiti fleksibilnost i brzo ubrzanje poput čovjeka. Lagan i aerodinamičan dizajn ove serije robota čini ih idealnim za instalaciju u uskim prostorima. SIA serija može pružiti veliku nosivost (5 kg do 50 kg) i veliki radni opseg (559 mm do 1630 mm), što je vrlo pogodno za montažu, brizganje, inspekciju i druge operacije.
slika
Pored lakih robotskih proizvoda sa sedam osa, Yaskawa je takođe objavila sistem za zavarivanje robota sa sedam osa. Njegov visoki stupanj slobode može održati najprikladniji položaj što je više moguće za postizanje visokokvalitetnih rezultata zavarivanja. Posebno je pogodan za unutrašnje zavarivanje i postiže najbolji pristupni položaj. Štaviše, proizvod se može rasporediti u velikoj gustoći i lako je izbjeći smetnje u osovini i radnom komadu, pokazujući njegovu izvrsnu funkciju izbjegavanja prepreka.
- Nachi Fujiko PrestoMR20
Već krajem 2007, Nachi Fujikoshi je razvio robota sa sedam stepeni slobode "PrestoMR20". Usvajanjem dizajna sa sedam osa, robot može obavljati složenije radne tokove i kretati se u uskim radnim područjima poput ljudske ruke. Osim toga, obrtni moment prednjeg dijela (zgloba) robota je povećan na otprilike dvostruko veći od originalnog tradicionalnog šestoosnog robota. Obrtni moment standardne konfiguracije je 20 kg. Podešavanjem raspona kretanja može nositi predmete do 30 kg. Radni opseg dostiže 1260 mm, a tačnost ponavljanja pozicioniranja je 0,1 mm. Usvajanjem sedmoosne strukture, MR20 može raditi sa strane mašine prilikom branja i postavljanja radnih komada na mašinu. Kao rezultat, može se poboljšati radna efikasnost, kao što je prethodna priprema i održavanje. Prostor između alatnih mašina može se smanjiti na manje od polovine u odnosu na konvencionalne šestoosne robote.
slika
Osim toga, Nachi Fujikoshi je izbacio i dva industrijska robota, MR35 (sa opterećenjem od 35 kg) i MR50 (sa opterećenjem od 50 kg), koji se mogu koristiti u malim prostorima i mjestima sa preprekama.
- OTC industrijski robot sa sedam osa
Japanska DAIHEN grupa lansirala je najnovije robote sa sedam osovina (FD-B4S, FD-B4LS, FD-V6S, FD-V6LS, FD-V20S). Zbog rotacije sedme ose, oni mogu realizovati akciju uvrtanja kao ljudski zglob, a mogu realizovati zavarivanje više od jedne sedmice; osim toga, sedmoosni robot (FD-B4S, FD-B4LS) ima kablove za zavarivanje ugrađene u tijelo robota, tako da nema potrebe da brinete o smetnji između robota, uređaja za zavarivanje i radnog komada tokom nastavne operacije , kretanje je veoma glatko, a stepen slobode položaja zavarivanja je takođe poboljšan.
- Baxter i Sawyer, Rethink Robotics
Rethink Robotics je pionir kolaborativnih robota. Među njima, prvi razvijeni Baxter robot sa dvije ruke ima sedam stupnjeva slobode za obje ruke, a maksimalni radni raspon jedne ruke je 1210 mm. Baxter može raditi s dva različita zadatka u isto vrijeme kako bi povećao primjenjivost ili obradio isti zadatak u realnom vremenu kako bi maksimizirao učinak.
Predstavljen prošle godine, Sawyer je robot sa jednom rukom i sedam osovina koji koristi iste serijske elastične aktuatore za svoje fleksibilne zglobove, ali su aktuatori za njegove zglobove redizajnirani kako bi bili manji. Zbog sedmoosnog dizajna i proširenja radnog opsega na 100 mm, može obavljati zadatke sa većim opterećenjem. Opterećenje može doseći 4 kg, što je mnogo veće od nosivosti od 2,2 kg Baxter robota.
slika
- Yamaha sedmoosni robot YA serija
U 2015. godini Yamaha je lansirala tri robota sa sedam osovina, "YA-U5F", "YA-U10F" i "YA-U20F", koji svi pokreću i kontrolišu pomoću novog kontrolera "YA-C100".
7-axis robot ima E-osu ekvivalentnu ljudskom laktu, tako da može slobodno obavljati radnje kao što su savijanje, uvijanje i proširenje. Čak i u uskim prostorima gdje je robotima s manje od 6 osi teško da izvode operacije, operacije i instalacije mogu se završiti glatko. Također omogućava niske položaje čučnjeva i pokrete oko stražnjeg dijela jedinice. Usvojen je šuplji aktuator, a kabl uređaja i zračno crijevo ugrađeni su u ruku robota, tako da ne ometa okolnu opremu, te se može realizovati kompaktna proizvodna linija.
Osim toga, Tajvanski centar za istraživanje i razvoj preciznih mašina je također razvio prototip dvokrakog robota sa sedam osa, za koji se očekuje da će pomoći tajvanskim kompanijama da stvore moćno oruđe za 3C proizvodnju elektronike i suze tehnološki jaz između domaćih i stranih zemljama.
Domaći robot sa sedam osovina je ovdje
Možete li postići pretjecanje u krivinama?
Istraživanje i razvoj kineskog industrijskog robota sa sedam osa počelo je početkom 1990-ih. U to vrijeme, vođa projekta bio je Zhang Qixian, pokojni poznati stručnjak za robotiku u mojoj zemlji i akademik Kineske akademije inženjerstva. Jedan od glavnih doprinosa akademika Zhang Qixiana bio je završetak razvoja prototipa robota redundantnog robota sa sedam stupnjeva slobode.
Krajem 1980-ih, zbog izuzetno teškog razvoja, vrlo malo zemalja u svijetu razvilo je redundantne prototipove robota sa sedam stupnjeva slobode. Akademik Zhang Qixian predvodio je istraživački tim da završi razvoj prvog prototipa robota sa sedam stupnjeva slobode redundantnog krajem 1993. godine nakon nekoliko godina napornog rada, i prošao je "863" prihvatanje projekta i ministarsku procena u jednom trenutku.
slika
Tipična redundantna ruka
Iako je moja zemlja postigla određena dostignuća u robotima sa redundantnim stepenom slobode, ona uglavnom ostaje u fazi akademskih radova, izvještaja o naučnim istraživanjima i eksperimentalnih prototipova i nije postigla pravi razvoj proizvoda. Ovo nesumnjivo ograničava tempo robotskih proizvoda u mojoj zemlji koji se kreću ka visokoj industrijalizaciji.
Kao vodeće preduzeće za domaće industrijske robote, SIASUN je preuzeo vodstvo u predstavljanju prvog domaćeg industrijskog robota sa sedam osa na 2015. sajmu industrije. Vlastita težina je 29 kg, opterećenje je 5 kg, tačnost ponavljanja pozicioniranja može doseći 0,02 mm, a radni radijus može doseći 800 mm. Ima funkcije kao što su brza konfiguracija, učenje vuče, vizualno navođenje i detekcija sudara. Posebno je pogodan za fleksibilne proizvodne linije sa kompaktnim rasporedom i visokom preciznošću, te zadovoljava potrebe industrijskih operacija kao što su precizna montaža, pakovanje proizvoda, brušenje, ispitivanje i utovar i istovar alatnih mašina.
slika
Trenutno, velika većina industrijskih robotskih kompanija u mojoj zemlji još nije objavila proizvode za industrijske robote sa sedam osa. Neki od njih su rekli da razvijaju srodne proizvode, a srodni proizvodi će izaći u toku ove godine, dok su neke druge kompanije izrazile zabrinutost za proizvode sedmoosnih industrijskih robota, ali još nisu planirali dizajn i razvoj srodnih proizvoda.
Industrija robota u mojoj zemlji je postigla veliki napredak u teorijskom istraživanju industrijskih robota sa sedam osa, ali još uvijek postoji veliki jaz sa stranim zemljama u pogledu komercijalnih proizvoda. Razlog je uglavnom u sljedeća dva aspekta:
Prvo, sposobnost nezavisne inovacije je slaba. U nedostatku originalnih dostignuća i inovativnih koncepata osnovnih i ključnih tehnologija, ukupna tehnologija industrijskih robota moje zemlje zaostaje više od deset godina za naprednim nivoom stranih zemalja.
Drugo, profitabilnost preduzeća je niska, a sredstva za istraživanje i razvoj nedostaju. Nedostatak tehnologije osnovnih komponenti doveo je do visokih troškova proizvodnje za preduzeća, a strani proizvođači su jedan za drugim snižavali cijene. U 2015. godini više od 70 posto ontološkog poslovanja preduzeća bilo je u gubitku.
Prema mišljenju stručnjaka, jaz između ukupne tehnologije industrijskih robota u mojoj zemlji i stranim zemljama je više od deset godina. Pojava domaćih industrijskih robota sa sedam osa pokazuje da se naše istraživanje i razvoj u tehnologiji industrijskih robota ubrzava, ali trebamo imati jasno razumijevanje da postoji pravi jaz. Ako želimo prestići u krivini, moramo što prije prevladati osnovne tehničke poteškoće. Istovremeno, moramo obratiti pažnju i na istraživanje i razvoj tehnologija sljedeće generacije kao što su umjetna inteligencija, percepcija, prepoznavanje, pogon i kontrola.
