發(fā)布時(shí)間:2021-12-30 20:11:29 人氣: 2030
近年來,跨國機(jī)器人巨頭們紛紛推出七軸工業(yè)機(jī)器人,以搶占高端新市場,這引發(fā)了我們對于七軸工業(yè)機(jī)器人的深入思考,它具有哪些獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢,存在哪些研發(fā)難點(diǎn),近年來國際上發(fā)布了哪些工業(yè)七軸機(jī)器人產(chǎn)品,我國七軸工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化又進(jìn)入了哪一階段?
工業(yè)機(jī)器人到底應(yīng)該有幾個(gè)軸?
目前,工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè),但我們也發(fā)現(xiàn),工業(yè)機(jī)器人不僅形狀各異,其軸數(shù)也各不相同。所謂工業(yè)機(jī)器人的軸,可以用專業(yè)的名詞自由度來解釋,如果機(jī)器人具有三個(gè)自由度,那么它可以沿x,y,z軸自由的運(yùn)動,但是它卻不能傾斜或者轉(zhuǎn)動。當(dāng)機(jī)器人的軸數(shù)增加,對機(jī)器人而言,就是更高的靈活性。那么工業(yè)機(jī)器人應(yīng)該有幾個(gè)軸才合理呢?
三軸機(jī)器人也被稱為直角坐標(biāo)或者笛卡爾機(jī)器人,它的三個(gè)軸可以允許機(jī)器人沿三個(gè)軸的方向進(jìn)行運(yùn)動,這種機(jī)器人一般被用于簡單的搬運(yùn)工作之中。
四軸機(jī)器人,可以沿著x,y,z軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動,與三軸機(jī)器人不同的是,它具有一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動的第四軸,一般來說SCARA機(jī)器人就可以被認(rèn)為是四軸機(jī)器人。
五軸是許多工業(yè)機(jī)器人的配置,這些機(jī)器人可以通過x,y,z三個(gè)空間周進(jìn)行轉(zhuǎn)動,同時(shí)可以依靠基座上的軸實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)身的動作,以及手部可以靈活轉(zhuǎn)動的軸,增加了其靈活性。
六軸機(jī)器人可以穿過x,y,z軸,同時(shí)每個(gè)軸可以獨(dú)立轉(zhuǎn)動,與五軸機(jī)器人的最大區(qū)別就是,多了一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動的軸。六軸機(jī)器人的代表就是優(yōu)傲機(jī)器人,通過機(jī)器人身上的藍(lán)色蓋子,你可以很清楚的計(jì)算出機(jī)器人的軸數(shù)。
七軸機(jī)器人,又稱為冗余機(jī)器人,相比六軸機(jī)器人額外的軸允許機(jī)器人躲避某些特定的目標(biāo),便于末端執(zhí)行器到達(dá)特定的位置,可以更加靈活的適應(yīng)某些特殊工作環(huán)境。
隨著軸數(shù)的增加,機(jī)器人的靈活性也隨之增長。但是,在目前的工業(yè)應(yīng)用中,用得最多的是三軸、四軸和六軸的工業(yè)機(jī)器人,這是因?yàn)椋谀承?yīng)用中,并不需要很高的靈活性,而三軸和四軸機(jī)器人具有更高的成本效益,并且三軸和四軸機(jī)器人在速度上也具有很大的優(yōu)勢。
未來,在需要高靈活性的3C產(chǎn)業(yè),七軸工業(yè)機(jī)器人將擁有用武之地,隨著其精度不斷增加,在不遠(yuǎn)的將來,它將取代人工進(jìn)行裝配手機(jī)等精密電子產(chǎn)品。
七軸工業(yè)機(jī)器人比六軸工業(yè)機(jī)器人
強(qiáng)在哪?
從技術(shù)上來看,六軸工業(yè)機(jī)器人存在什么問題,七軸工業(yè)機(jī)器人又強(qiáng)在哪?
(1)改善運(yùn)動學(xué)特性
在機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)問題中,三個(gè)問題使得機(jī)器人的運(yùn)動受到非常大的限制。
第一是奇異構(gòu)型。當(dāng)機(jī)器人處于奇異構(gòu)型時(shí),它的末端執(zhí)行器不能繞某個(gè)方向進(jìn)行運(yùn)動,或者施加力矩,因而奇異構(gòu)型極大的影響了運(yùn)動規(guī)劃。
六軸機(jī)器人第六軸和第四軸共線發(fā)生奇異
第二是關(guān)節(jié)位移超限。在真實(shí)工作情況下,機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動的角度范圍是受到限制的,最理想的狀態(tài)是正負(fù)180度,但是很多關(guān)節(jié)是做不到的。另外,七軸機(jī)器人可以避免角速度運(yùn)動過快,讓角速度分配得比較均勻。
新松七軸機(jī)器人各軸運(yùn)動范圍及最大角速度
第三是工作環(huán)境中存在障礙。在工業(yè)環(huán)境下,很多場合存在各種環(huán)境障礙,傳統(tǒng)的六軸機(jī)器人無法只改變末端機(jī)構(gòu)的姿態(tài),而不改變末端機(jī)構(gòu)的位置。
(2)改善動力學(xué)特性
對于七軸機(jī)器人而言,利用其冗余自由度不僅可以通過運(yùn)動軌跡規(guī)劃達(dá)到良好的運(yùn)動學(xué)特性,并且我們可以利用其結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)最佳的動力學(xué)性能。
七軸機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)力矩的再分配,這里涉及到機(jī)器人的靜力平衡的問題,也就是說,作用在末端的力,通過一定的算法算出每個(gè)關(guān)節(jié)承受的力有多大。對于傳 統(tǒng)的六軸機(jī)器人來說,其每個(gè)關(guān)節(jié)的力是一定的,它的分配可能很不合理。但是對于七軸機(jī)器人來說,我們可以通過控制算法調(diào)整各個(gè)關(guān)節(jié)的力矩,讓薄弱的環(huán)節(jié)承 受的力矩盡量小,是整個(gè)機(jī)器人的力矩分配比較均勻,更加合理。
(3) 容錯(cuò)性
機(jī)器人在發(fā)生故障時(shí),如果有一關(guān)節(jié)失效,傳統(tǒng)六軸機(jī)器人便無法繼續(xù)完成工作,而七軸機(jī)器人可以通過重新調(diào)整故障關(guān)節(jié)速度(運(yùn)動學(xué)容錯(cuò))和故障關(guān)節(jié)力矩(動力學(xué)容錯(cuò))的再分配實(shí)現(xiàn)繼續(xù)正常工作。