Trong những năm gần đây, các gã khổng lồ robot đa quốc gia đã lần lượt tung ra các robot công nghiệp bảy trục để chiếm lĩnh các thị trường mới cao cấp. Điều này đã kích hoạt suy nghĩ sâu sắc của chúng tôi về robot công nghiệp bảy trục. Nó có những lợi thế kỹ thuật độc đáo nào, những khó khăn trong nghiên cứu và phát triển là gì?
Robot công nghiệp nên có bao nhiêu trục?
Hiện nay, rô bốt công nghiệp đã được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau, nhưng chúng tôi cũng nhận thấy rằng rô bốt công nghiệp không chỉ có hình dạng khác nhau mà còn có các trục khác nhau. Trục của cái gọi là robot công nghiệp có thể được giải thích bằng thuật ngữ chuyên môn mức độ tự do. Nếu robot có ba bậc tự do, nó có thể di chuyển tự do dọc theo các trục x, y và z, nhưng không thể nghiêng hoặc xoay. Khi số lượng trục của robot tăng lên đồng nghĩa với tính linh hoạt cao hơn của robot. Vậy một robot công nghiệp nên có bao nhiêu trục?
Robot ba trục còn được gọi là robot Descartes hoặc Descartes. Ba trục của nó cho phép robot di chuyển dọc theo ba trục. Robot này thường được sử dụng cho các nhiệm vụ xử lý đơn giản.
hình ảnh
Robot bốn trục có thể xoay dọc theo các trục x, y và z. Không giống như rô-bốt ba trục, nó có trục thứ tư di chuyển độc lập. Nói chung, rô-bốt SCARA có thể được coi là rô-bốt bốn trục.
hình ảnh
Năm trục là cấu hình của nhiều robot công nghiệp. Những robot này có thể xoay qua ba vòng tròn không gian x, y và z. Đồng thời, họ có thể dựa vào trục trên đế để thực hiện hành động xoay và trục có thể xoay linh hoạt bằng tay làm tăng tính linh hoạt của nó.
hình ảnh
Robot sáu trục có thể đi qua các trục x, y và z và mỗi trục có thể xoay độc lập. Sự khác biệt lớn nhất so với robot năm trục là có thêm một trục có thể xoay tự do. Đại diện của robot sáu trục là Universal Robots. Thông qua lớp vỏ màu xanh trên rô-bốt, bạn có thể tính toán rõ ràng số trục của rô-bốt.
hình ảnh
Rô-bốt bảy trục, còn được gọi là rô-bốt dự phòng, có một trục phụ so với rô-bốt sáu trục cho phép rô-bốt tránh một số mục tiêu cụ thể, giúp người thực hiện cuối dễ dàng tiếp cận một vị trí cụ thể hơn và có thể linh hoạt hơn để thích ứng với một số môi trường làm việc đặc biệt.
Khi số lượng trục tăng lên, tính linh hoạt của robot cũng tăng theo. Tuy nhiên, trong các ứng dụng công nghiệp hiện nay, robot công nghiệp ba trục, bốn trục và sáu trục được sử dụng nhiều nhất. Điều này là do, trong một số ứng dụng, không cần tính linh hoạt cao, trong khi rô-bốt ba trục và bốn trục tiết kiệm chi phí hơn, rô-bốt ba trục và bốn trục cũng có lợi thế lớn về tốc độ.
Trong tương lai, trong ngành công nghiệp 3C đòi hỏi tính linh hoạt cao, robot công nghiệp bảy trục sẽ có chỗ đứng. Với độ chính xác ngày càng cao, nó sẽ thay thế việc lắp ráp thủ công các sản phẩm điện tử chính xác như điện thoại di động trong tương lai gần.
Robot công nghiệp bảy trục tốt hơn robot công nghiệp sáu trục
Sức mạnh ở đâu?
Từ quan điểm kỹ thuật, robot công nghiệp sáu trục có vấn đề gì và sức mạnh của robot công nghiệp bảy trục là gì?
(1) Cải thiện đặc tính động học
Trong bài toán động học của rô bốt có ba bài toán làm cho chuyển động của rô bốt bị hạn chế rất nhiều.
Đầu tiên là cấu hình số ít. Khi rô-bốt ở trong một cấu hình đơn lẻ, bộ phận tác động cuối của nó không thể di chuyển theo một hướng nhất định hoặc áp dụng một khoảnh khắc, do đó, cấu hình đơn lẻ ảnh hưởng lớn đến việc lập kế hoạch chuyển động.
hình ảnh
Điểm kỳ dị xảy ra khi trục thứ sáu và thứ tư của robot sáu trục thẳng hàng
Thứ hai là sự dịch chuyển khớp vượt quá giới hạn. Trong một tình huống làm việc thực tế, phạm vi chuyển động góc của từng khớp của robot bị hạn chế và trạng thái lý tưởng là cộng hoặc trừ 180 độ, nhưng nhiều khớp không thể làm được. Ngoài ra, rô-bốt bảy trục có thể tránh chuyển động vận tốc góc quá mức, do đó vận tốc góc được phân bổ đều hơn.
hình ảnh
Phạm vi di chuyển và vận tốc góc tối đa của mỗi trục của robot bảy trục SIASUN
Thứ ba là sự hiện diện của các rào cản trong môi trường làm việc. Trong môi trường công nghiệp, nhiều khi có nhiều trở ngại về môi trường khác nhau và robot sáu trục truyền thống không thể chỉ thay đổi tư thế của cơ chế cuối mà không thay đổi vị trí của cơ chế cuối.
(2) Cải thiện các đặc tính động
Đối với rô-bốt bảy trục, việc sử dụng các bậc tự do dư thừa của nó không chỉ có thể đạt được các đặc tính động học tốt thông qua lập kế hoạch quỹ đạo chuyển động mà chúng ta còn có thể sử dụng cấu trúc của nó để đạt được hiệu suất động tốt nhất.
Robot bảy trục có thể nhận ra sự phân phối lại mô-men xoắn khớp, liên quan đến sự cân bằng tĩnh của robot, nghĩa là lực tác động lên đầu, thông qua một thuật toán nhất định, tính toán lực mà mỗi khớp chịu được. Đối với robot sáu trục truyền thống, lực của mỗi khớp là nhất định và sự phân bố của nó có thể rất bất hợp lý. Nhưng đối với rô-bốt bảy trục, chúng ta có thể điều chỉnh mô-men xoắn của từng khớp thông qua thuật toán điều khiển, sao cho liên kết yếu chịu mô-men xoắn càng nhỏ càng tốt, để phân bổ mô-men xoắn của toàn bộ rô-bốt tương đối đồng đều và hợp lý hơn.
(3) Khả năng chịu lỗi
Khi rô bốt bị lỗi, nếu khớp bị lỗi, rô bốt sáu trục truyền thống không thể tiếp tục hoàn thành công việc, trong khi rô bốt bảy trục có thể tiếp tục hoạt động bình thường bằng cách điều chỉnh lại tốc độ khớp bị lỗi (khả năng chịu lỗi động học) và phân phối lại của mô-men xoắn khớp lỗi (khả năng chịu lỗi động lực học).
Sản phẩm robot công nghiệp 7 trục của các đại gia quốc tế
Bất kể từ góc độ sản phẩm hay ứng dụng, robot công nghiệp bảy trục vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu, nhưng các nhà sản xuất lớn đang quảng cáo các sản phẩm liên quan tại các triển lãm lớn. Có thể hình dung rằng họ vẫn rất lạc quan về tiềm năng phát triển trong tương lai của mình.
- Kuka LBR iiwa
Vào tháng 11 năm 2014, KUKA lần đầu tiên ra mắt rô-bốt cảm ứng nhẹ bảy bậc tự do đầu tiên của KUKA LBRiiwa tại Triển lãm rô-bốt Hội chợ Công nghiệp Quốc tế Trung Quốc.
Rô-bốt bảy trục LBRiiwa được thiết kế trên cơ sở cánh tay con người, kết hợp với hệ thống cảm biến tích hợp, mang lại cho rô-bốt nhẹ có thể lập trình độ nhạy và độ chính xác rất cao. Tất cả các trục của LBRiiwa bảy trục đều được trang bị chức năng phát hiện va chạm hiệu suất cao và cảm biến mô-men xoắn khớp tích hợp để đạt được sự hợp tác giữa người và máy.
hình ảnh
Thiết kế bảy trục giúp sản phẩm KUKA này có tính linh hoạt cao và có thể dễ dàng vượt qua các chướng ngại vật. Cấu tạo của robot LBRiiwa được thiết kế bằng chất liệu nhôm, trọng lượng riêng chỉ 23,9 kg. Nó có hai trọng tải, 7kg và 14kg, khiến nó trở thành robot hạng nhẹ đầu tiên có trọng tải hơn 10kg.
- ABB YuMi
Vào ngày 13 tháng 4 năm 2015, ABB đã chính thức ra mắt YuMi, robot công nghiệp hai cánh tay đầu tiên trên thế giới thực sự nhận ra sự hợp tác giữa người và máy, ra thị trường tại Hannover Messe ở Đức.
hình ảnh
Mỗi cánh tay của YuMi có bảy bậc tự do và trọng lượng cơ thể là 38 kg. Tải trọng của mỗi cánh tay là 0.5 kg và độ chính xác định vị lặp lại có thể đạt 0.02 mm, vì vậy nó đặc biệt thích hợp cho việc lắp ráp các bộ phận nhỏ, hàng tiêu dùng, đồ chơi và các lĩnh vực khác. Từ các bộ phận chính xác của đồng hồ cơ, đến việc xử lý điện thoại di động, máy tính bảng và các bộ phận máy tính để bàn, YuMi đều không có vấn đề gì và điều này chỉ phản ánh các đặc điểm tuyệt vời của robot dự phòng này, chẳng hạn như không gian làm việc mở rộng, tính linh hoạt, nhanh nhẹn, và độ chính xác.
- Yaskawa Motoman SIA
Yaskawa Electric, nhà sản xuất rô-bốt nổi tiếng ở Nhật Bản và là một trong "Tứ đại gia", cũng đã cho ra mắt nhiều loại sản phẩm rô-bốt bảy trục. Trong số đó, rô-bốt sê-ri SIA là rô-bốt bảy trục nhẹ và nhanh nhẹn, có thể mang lại sự linh hoạt và khả năng tăng tốc nhanh như con người. Thiết kế gọn nhẹ và hợp lý của dòng robot này khiến chúng trở nên lý tưởng để lắp đặt trong không gian chật hẹp. Dòng SIA có thể cung cấp tải trọng cao (5kg đến 50kg) và phạm vi làm việc lớn (559mm đến 1630mm), rất phù hợp cho các hoạt động lắp ráp, ép phun, kiểm tra và các hoạt động khác.
hình ảnh
Ngoài các sản phẩm rô-bốt bảy trục nhẹ, Yaskawa cũng đã cho ra mắt hệ thống hàn rô-bốt bảy trục. Mức độ tự do cao của nó có thể duy trì tư thế phù hợp nhất có thể để đạt được kết quả hàn chất lượng cao. Nó đặc biệt thích hợp cho hàn bên trong và đạt được vị trí tiếp cận tốt nhất. Hơn nữa, sản phẩm có thể được bố trí với mật độ cao, dễ dàng tránh được sự can thiệp vào trục và phôi, cho thấy chức năng tránh chướng ngại vật tuyệt vời của nó.
- Nachi Fujiko PrestoMR20
Ngay từ cuối năm 2{10}}07, Nachi Fujikoshi đã phát triển rô-bốt bảy bậc tự do "PrestoMR20". Bằng cách áp dụng thiết kế bảy trục, rô-bốt có thể thực hiện các quy trình công việc phức tạp hơn và di chuyển trong khu vực làm việc hẹp như cánh tay người. Ngoài ra, mô-men xoắn của phần trước (cổ tay) của rô-bốt đã tăng lên khoảng hai lần so với rô-bốt sáu trục truyền thống ban đầu. Mô-men xoắn của cấu hình tiêu chuẩn là 20 kg. Bằng cách thiết lập phạm vi chuyển động, nó có thể mang vật nặng tới 30 kg. Phạm vi làm việc đạt 1260 mm và độ chính xác định vị lặp lại là 0,1 mm. Bằng cách áp dụng cấu trúc bảy trục, MR20 có thể hoạt động từ bên cạnh máy khi chọn và đặt phôi trên máy. Do đó, hiệu quả công việc như chuẩn bị trước và bảo trì có thể được cải thiện. Khoảng cách giữa các máy công cụ có thể giảm xuống dưới một nửa so với rô-bốt sáu trục thông thường.
hình ảnh
Ngoài ra, Nachi Fujikoshi còn cho ra mắt 2 robot công nghiệp là MR35 (tải trọng 35 kg) và MR50 (tải trọng 50 kg) có thể sử dụng trong không gian nhỏ và những nơi có chướng ngại vật.
- Robot công nghiệp bảy trục OTC
Tập đoàn DAIHEN của Nhật Bản đã cho ra đời dòng robot 7 trục mới nhất (FD-B4S, FD-B4LS, FD-V6S, FD-V6LS, FD-V20S). Do sự quay của trục thứ bảy, chúng có thể nhận ra hành động xoắn giống như cổ tay con người và có thể thực hiện quá trình hàn trong hơn một tuần; Ngoài ra, rô-bốt bảy trục (FD-B4S, FD-B4LS) có cáp hàn tích hợp trong thân rô-bốt nên không cần quan tâm đến sự can thiệp giữa rô-bốt, đồ gá hàn và phôi trong quá trình vận hành giảng dạy , chuyển động rất mượt mà và mức độ tự do của tư thế hàn cũng được cải thiện.
- Baxter và Sawyer, Suy nghĩ lại về người máy
Rethink Robotics là công ty tiên phong về rô-bốt cộng tác. Trong số đó, robot hai tay Baxter được phát triển đầu tiên có bảy bậc tự do cho cả hai tay và phạm vi làm việc tối đa của một tay là 1210 mm. Baxter có thể xử lý đồng thời hai nhiệm vụ khác nhau để tăng khả năng ứng dụng, hoặc xử lý cùng một nhiệm vụ trong thời gian thực để tối đa hóa sản lượng.
Được giới thiệu vào năm ngoái, Sawyer là rô-bốt bảy trục, một cánh tay, sử dụng cùng một bộ truyền động đàn hồi nối tiếp cho các khớp linh hoạt của nó, nhưng các bộ truyền động cho các khớp của nó đã được thiết kế lại để làm cho chúng nhỏ hơn. Do thiết kế bảy trục và mở rộng phạm vi làm việc lên 100 mm, nó có thể hoàn thành các tác vụ với tải trọng lớn hơn. Tải trọng có thể đạt tới 4 kg, lớn hơn nhiều so với tải trọng 2,2 kg của robot Baxter.
hình ảnh
- Robot bảy trục Yamaha dòng YA
Vào năm 2015, Yamaha đã ra mắt ba robot bảy trục là "YA-U5F", "YA-U10F" và "YA-U20F", tất cả đều được điều khiển và điều khiển bởi bộ điều khiển mới "YA-C100".
Rô-bốt trục 7-có trục E tương đương với khuỷu tay của con người, do đó, rô-bốt có thể tự do thực hiện các hành động như uốn cong, vặn và duỗi. Ngay cả trong những không gian hẹp mà rô-bốt dưới 6 trục khó thực hiện các thao tác, các thao tác và cài đặt vẫn có thể được hoàn thành suôn sẻ. Cũng cho phép thực hiện các tư thế ngồi xổm thấp và chuyển động xung quanh mặt sau của thiết bị. Một bộ truyền động rỗng được sử dụng, cáp thiết bị và ống dẫn khí được tích hợp vào cánh tay rô-bốt để nó không gây trở ngại cho các thiết bị xung quanh và có thể thực hiện được một dây chuyền sản xuất nhỏ gọn.
Ngoài ra, Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Máy móc Chính xác Đài Loan cũng đã phát triển một nguyên mẫu robot bảy trục hai cánh tay, được kỳ vọng sẽ giúp các công ty Đài Loan tạo ra một công cụ mạnh mẽ cho sản xuất điện tử 3C và thu hẹp khoảng cách công nghệ giữa trong và ngoài nước. Quốc gia.
Robot bảy trục trong nước đã có mặt
Bạn có thể đạt được vượt qua góc?
Việc nghiên cứu và phát triển robot công nghiệp bảy trục của Trung Quốc bắt đầu vào đầu những năm 1990. Vào thời điểm đó, người đứng đầu dự án là Zhang Qixian, một chuyên gia người máy quá cố nổi tiếng ở nước tôi và là viện sĩ của Học viện Kỹ thuật Trung Quốc. Một trong những đóng góp chính của Viện sĩ Zhang Qixian là hoàn thành việc phát triển nguyên mẫu robot dự phòng bảy bậc tự do.
Vào cuối những năm 1980, do quá trình phát triển vô cùng khó khăn, rất ít quốc gia trên thế giới phát triển các nguyên mẫu rô-bốt dự phòng bảy bậc tự do. Viện sĩ Zhang Qixian đã lãnh đạo nhóm nghiên cứu hoàn thành việc phát triển nguyên mẫu rô-bốt dự phòng bảy bậc tự do đầu tiên vào cuối năm 1993 sau nhiều năm làm việc chăm chỉ và đã thông qua sự chấp nhận và cấp bộ của dự án "863" đánh giá cùng một lúc.
hình ảnh
Một cánh tay dự phòng điển hình
Đất nước tôi mặc dù đã đạt được những thành tựu nhất định về độ dư của robot tự do, nhưng chủ yếu vẫn dừng ở giai đoạn bài báo học thuật, báo cáo nghiên cứu khoa học và nguyên mẫu thử nghiệm, chưa đạt được bước phát triển sản phẩm thực sự. Điều này chắc chắn hạn chế tốc độ các sản phẩm robot của đất nước tôi hướng tới công nghiệp hóa cao cấp.
Là doanh nghiệp hàng đầu về rô-bốt công nghiệp trong nước, SIASUN đã đi đầu trong việc giới thiệu rô-bốt công nghiệp bảy trục đầu tiên trong nước tại Hội chợ Công nghiệp lần thứ 2015. Trọng lượng riêng của nó là 29 kg, tải trọng là 5 kg, độ chính xác định vị lặp lại có thể đạt tới 0,02 mm và bán kính làm việc có thể đạt tới 800 mm. Nó có các chức năng như cấu hình nhanh, dạy lực kéo, hướng dẫn trực quan và phát hiện va chạm. Nó đặc biệt thích hợp cho các dây chuyền sản xuất linh hoạt với bố cục nhỏ gọn và độ chính xác cao, đồng thời đáp ứng nhu cầu của các hoạt động công nghiệp như lắp ráp chính xác, đóng gói sản phẩm, mài, thử nghiệm và bốc dỡ máy công cụ.
hình ảnh
Hiện tại, đại đa số các công ty rô bốt công nghiệp ở nước tôi vẫn chưa cho ra mắt sản phẩm rô bốt công nghiệp bảy trục. Một số người trong số họ nói rằng họ đang phát triển các sản phẩm liên quan và các sản phẩm liên quan sẽ ra mắt trong năm nay, trong khi một số công ty khác bày tỏ lo ngại về các sản phẩm robot công nghiệp bảy trục, nhưng vẫn chưa có kế hoạch thiết kế và phát triển các sản phẩm liên quan.
Ngành công nghiệp rô-bốt của nước tôi đã đạt được nhiều tiến bộ trong nghiên cứu lý thuyết về rô-bốt công nghiệp bảy trục, nhưng vẫn còn một khoảng cách lớn với nước ngoài về sản phẩm thương mại. Nguyên nhân chủ yếu ở hai khía cạnh sau:
Thứ nhất, khả năng độc lập đổi mới còn yếu. Thiếu những thành tựu ban đầu và các khái niệm đổi mới về công nghệ cốt lõi và then chốt, công nghệ tổng thể của robot công nghiệp của nước tôi chậm hơn mười năm so với trình độ tiên tiến của nước ngoài.
Thứ hai, khả năng sinh lời của doanh nghiệp thấp, quỹ R&D thiếu hụt. Việc thiếu công nghệ thành phần cốt lõi đã dẫn đến chi phí sản xuất cao cho các doanh nghiệp và các nhà sản xuất nước ngoài đã giảm giá lần lượt. Năm 2015, hơn 70% hoạt động kinh doanh ontology của doanh nghiệp rơi vào tình trạng thua lỗ.
Theo các chuyên gia, khoảng cách giữa công nghệ tổng thể của robot công nghiệp ở nước ta và nước ngoài là hơn mười năm. Sự xuất hiện của rô-bốt công nghiệp bảy trục trong nước cho thấy việc nghiên cứu và phát triển công nghệ rô-bốt công nghiệp của chúng ta đang tăng tốc, nhưng chúng ta nên hiểu rõ rằng có một khoảng cách thực sự. Nếu chúng ta muốn vượt qua một khúc cua, chúng ta cần khắc phục những khó khăn kỹ thuật cốt lõi càng sớm càng tốt. Đồng thời, chúng ta cũng phải chú ý đến việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ thế hệ tiếp theo như trí tuệ nhân tạo, nhận thức, nhận dạng, điều khiển và điều khiển.
