Negli ultimi anni, i colossi robotici multinazionali hanno lanciato uno dopo l'altro robot industriali a sette assi per conquistare nuovi mercati di fascia alta. Questo ha innescato la nostra riflessione approfondita sui robot industriali a sette assi. Quali vantaggi tecnici unici ha, quali sono le difficoltà nella ricerca e nello sviluppo?
Quanti assi devono avere i robot industriali?
Al momento, i robot industriali sono stati ampiamente utilizzati in vari settori, ma abbiamo anche scoperto che i robot industriali non solo hanno forme diverse, ma hanno anche assi diversi. L'asse del cosiddetto robot industriale può essere spiegato con il termine professionale grado di libertà. Se il robot ha tre gradi di libertà, può muoversi liberamente lungo gli assi x, y e z, ma non può inclinarsi o ruotare. Quando il numero di assi del robot aumenta, significa maggiore flessibilità per il robot. Quindi quanti assi dovrebbe avere un robot industriale?
Un robot a tre assi è anche chiamato robot cartesiano o cartesiano. I suoi tre assi consentono al robot di muoversi lungo tre assi. Questo robot viene generalmente utilizzato per semplici attività di movimentazione.
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Un robot a quattro assi può ruotare lungo gli assi x, y e z. A differenza di un robot a tre assi, ha un quarto asse che si muove in modo indipendente. In generale, un robot SCARA può essere considerato un robot a quattro assi.
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Cinque assi è la configurazione di molti robot industriali. Questi robot possono ruotare attraverso i tre cerchi spaziali di x, y e z. Allo stesso tempo, possono fare affidamento sull'asse sulla base per realizzare l'azione di rotazione e l'asse che può essere ruotato in modo flessibile dalla mano ne aumenta la flessibilità.
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Il robot a sei assi può passare attraverso gli assi x, yez e ciascun asse può ruotare indipendentemente. La più grande differenza rispetto al robot a cinque assi è che c'è un altro asse che può ruotare liberamente. Il rappresentante del robot a sei assi è Universal Robots. Attraverso la copertura blu sul robot, puoi calcolare chiaramente il numero di assi del robot.
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Un robot a sette assi, noto anche come robot ridondante, ha un asse in più rispetto a un robot a sei assi che consente al robot di evitare determinati target specifici, rendendo più facile per l'end effector raggiungere una posizione specifica e può essere più flessibile per adattarsi a determinati ambienti di lavoro speciali.
All'aumentare del numero di assi, aumenta anche la flessibilità del robot. Tuttavia, nelle attuali applicazioni industriali, i robot industriali a tre, quattro e sei assi sono i più utilizzati. Questo perché, in alcune applicazioni, non è richiesta un'elevata flessibilità, mentre i robot a tre e quattro assi sono più convenienti e anche i robot a tre e quattro assi hanno un grande vantaggio in termini di velocità.
In futuro, nell'industria 3C che richiede un'elevata flessibilità, i robot industriali a sette assi avranno un posto dove giocare. Con la sua crescente precisione, nel prossimo futuro sostituirà l'assemblaggio manuale di prodotti elettronici di precisione come i telefoni cellulari.
I robot industriali a sette assi sono migliori dei robot industriali a sei assi
Dov'è la forza?
Da un punto di vista tecnico, quali sono i problemi con i robot industriali a sei assi e qual è la forza dei robot industriali a sette assi?
(1) Migliorare le caratteristiche cinematiche
Nel problema cinematico del robot, tre problemi rendono il movimento del robot molto limitato.
Il primo è la configurazione singolare. Quando il robot è in una configurazione singolare, il suo effettore finale non può muoversi in una certa direzione o applicare un momento, quindi la configurazione singolare influisce notevolmente sulla pianificazione del movimento.
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La singolarità si verifica quando il sesto e il quarto asse di un robot a sei assi sono collineari
Il secondo è che lo spostamento articolare supera il limite. In una situazione di lavoro reale, il raggio di movimento angolare di ciascun giunto del robot è limitato e lo stato ideale è di più o meno 180 gradi, ma molti giunti non possono farlo. Inoltre, il robot a sette assi può evitare movimenti di velocità angolare eccessivi, in modo che la velocità angolare sia distribuita in modo più uniforme.
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Il raggio di movimento e la velocità angolare massima di ciascun asse del robot a sette assi SIASUN
Il terzo è la presenza di barriere nell'ambiente di lavoro. Nell'ambiente industriale, ci sono vari ostacoli ambientali in molte occasioni e il tradizionale robot a sei assi non può solo cambiare la posizione del meccanismo finale senza cambiare la posizione del meccanismo finale.
(2) Migliorare le caratteristiche dinamiche
Per il robot a sette assi, l'utilizzo dei suoi gradi di libertà ridondanti non solo può ottenere buone caratteristiche cinematiche attraverso la pianificazione della traiettoria del movimento, ma possiamo anche utilizzare la sua struttura per ottenere le migliori prestazioni dinamiche.
Il robot a sette assi può realizzare la ridistribuzione della coppia articolare, che comporta l'equilibrio statico del robot, ovvero la forza che agisce sull'estremità, attraverso un certo algoritmo, calcola quanta forza sopporta ogni articolazione. Per il tradizionale robot a sei assi, la forza di ciascun giunto è certa e la sua distribuzione può essere molto irragionevole. Ma per il robot a sette assi, possiamo regolare la coppia di ciascun giunto attraverso l'algoritmo di controllo, in modo che l'anello debole sopporti la coppia più piccola possibile, in modo che la distribuzione della coppia dell'intero robot sia relativamente uniforme e più ragionevole.
(3) Tolleranza ai guasti
Quando un robot si guasta, se un giunto si guasta, il tradizionale robot a sei assi non può continuare a completare il lavoro, mentre il robot a sette assi può continuare a lavorare normalmente regolando nuovamente la velocità del giunto guasto (tolleranza ai guasti cinematica) e la ridistribuzione della coppia del giunto di guasto (tolleranza dinamica ai guasti).
Robot industriali a sette assi prodotti da colossi internazionali
Indipendentemente dal punto di vista dei prodotti o delle applicazioni, i robot industriali a sette assi sono ancora nella fase iniziale di sviluppo, ma i principali produttori stanno promuovendo prodotti correlati nelle principali fiere. È ipotizzabile che siano ancora molto ottimisti riguardo al loro potenziale di sviluppo futuro.
- Kuka LBR iiwa
Nel novembre 2014, KUKA ha rilasciato per la prima volta il primo robot sensibile leggero a sette gradi di libertà LBRiiwa di KUKA alla China International Industry Fair Robot Exhibition.
Il robot a sette assi LBRiiwa è progettato sulla base del braccio umano, che, combinato con un sistema di sensori integrato, conferisce al robot leggero una sensibilità programmabile e lo rende molto preciso. Tutti gli assi dell'LBRiiwa a sette assi sono dotati di funzioni di rilevamento delle collisioni ad alte prestazioni e sensori di coppia articolare integrati per ottenere la collaborazione uomo-macchina.
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Il design a sette assi rende questo prodotto KUKA altamente flessibile e può facilmente superare gli ostacoli. La struttura del robot LBRiiwa è progettata con materiale in alluminio e il suo peso è di soli 23,9 kg. È disponibile in due carichi utili, 7 kg e 14 kg, rendendolo il primo robot leggero con un carico utile superiore a 10 kg.
- ABB YuMi
Il 13 aprile 2015, ABB ha lanciato ufficialmente YuMi, il primo robot industriale a doppio braccio al mondo che realizza veramente la collaborazione uomo-macchina, sul mercato alla Fiera di Hannover in Germania.
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Ogni singolo braccio di YuMi ha sette gradi di libertà e il peso corporeo è di 38 kg. Il carico di ciascun braccio è 0.5 kg e la precisione di posizionamento ripetuto può raggiungere 0.02 mm, quindi è particolarmente adatto per l'assemblaggio di piccole parti, beni di consumo, giocattoli e altri campi. Dalle parti di precisione degli orologi meccanici, alla lavorazione di telefoni cellulari, tablet e computer desktop, YuMi non è un problema, e questo riflette solo le eccellenti caratteristiche di questo robot ridondante, come spazio di lavoro ampliato, flessibilità, agilità, e precisione.
- Yaskawa Motoman SIA
Yaskawa Electric, un noto produttore di robot in Giappone e una delle "Quattro Famiglie", ha anche rilasciato una varietà di prodotti robotici a sette assi. Tra questi, i robot della serie SIA sono robot a sette assi leggeri e agili, in grado di fornire flessibilità simile a quella umana e rapida accelerazione. Il design leggero e aerodinamico di questa serie di robot li rende ideali per l'installazione in spazi ristretti. La serie SIA può fornire un carico utile elevato (da 5 kg a 50 kg) e un ampio raggio di lavoro (da 559 mm a 1630 mm), molto adatto per operazioni di assemblaggio, stampaggio a iniezione, ispezione e altre operazioni.
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Oltre ai leggeri prodotti robotici a sette assi, Yaskawa ha anche rilasciato un sistema di saldatura robotizzata a sette assi. Il suo elevato grado di libertà può mantenere il più possibile la postura più adatta per ottenere risultati di saldatura di alta qualità. È particolarmente adatto per la saldatura interna e raggiunge la migliore posizione di avvicinamento. Inoltre, il prodotto può essere disposto ad alta densità ed è facile evitare interferenze con l'albero e il pezzo, dimostrando la sua eccellente funzione di evitamento degli ostacoli.
- Nachi Fujiko PrestoMR20
Già alla fine del 2007, Nachi Fujikoshi sviluppò un robot a sette gradi di libertà "PrestoMR20". Adottando un design a sette assi, il robot può eseguire flussi di lavoro più complessi e muoversi in aree di lavoro ristrette come un braccio umano. Inoltre, la coppia della parte anteriore (polso) del robot è aumentata fino a circa il doppio di quella del tradizionale robot a sei assi originale. La coppia della configurazione standard è di 20 kg. Impostando il raggio di movimento, può trasportare oggetti fino a 30 kg. Il campo di lavoro raggiunge i 1260 mm e la precisione di posizionamento ripetuto è di 0,1 mm. Adottando una struttura a sette assi, la MR20 può lavorare dal lato della macchina durante il prelievo e il posizionamento dei pezzi sulla macchina. Di conseguenza, è possibile migliorare l'efficienza del lavoro come la preparazione anticipata e la manutenzione. Lo spazio tra le macchine utensili può essere ridotto a meno della metà rispetto ai tradizionali robot a sei assi.
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Inoltre, Nachi Fujikoshi ha rilasciato anche due robot industriali, MR35 (con un carico di 35 kg) e MR50 (con un carico di 50 kg), che possono essere utilizzati in piccoli spazi e luoghi con ostacoli.
- Robot industriale a sette assi OTC
Il gruppo giapponese DAIHEN ha lanciato gli ultimi robot a sette assi (FD-B4S, FD-B4LS, FD-V6S, FD-V6LS, FD-V20S). A causa della rotazione del settimo asse, possono realizzare l'azione di torsione come il polso umano e possono realizzare saldature per più di una settimana; inoltre, il robot a sette assi (FD-B4S, FD-B4LS) dispone di cavi di saldatura integrati nel corpo del robot, quindi non è necessario preoccuparsi dell'interferenza tra il robot, l'attrezzatura di saldatura e il pezzo durante l'operazione di apprendimento , il movimento è molto fluido e anche il grado di libertà della postura di saldatura è migliorato.
- Baxter e Sawyer, Ripensare la robotica
Rethink Robotics è un pioniere dei robot collaborativi. Tra questi, il primo robot Baxter a doppio braccio sviluppato ha sette gradi di libertà per entrambi i bracci e il raggio di lavoro massimo di un singolo braccio è di 1210 mm. Baxter può gestire due diverse attività contemporaneamente per aumentare l'applicabilità o elaborare la stessa attività in tempo reale per massimizzare la produzione.
Introdotto lo scorso anno, Sawyer è un robot a braccio singolo e sette assi che utilizza gli stessi attuatori elastici seriali per i suoi giunti flessibili, ma gli attuatori per i suoi giunti sono stati riprogettati per renderli più piccoli. Grazie al design a sette assi e all'estensione del campo di lavoro a 100 mm, può completare attività con un carico maggiore. Il carico può raggiungere i 4 kg, che è molto più grande del carico utile di 2,2 kg del robot Baxter.
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- Robot Yamaha a sette assi serie YA
Nel 2015, Yamaha ha lanciato tre robot a sette assi, "YA-U5F", "YA-U10F" e "YA-U20F", tutti azionati e controllati dal nuovo controller "YA-C100".
Il robot dell'7-asse ha un asse E equivalente al gomito umano, quindi può completare liberamente azioni come piegarsi, torcersi ed estendersi. Anche in spazi ristretti in cui è difficile per i robot con meno di 6 assi eseguire operazioni, le operazioni e le installazioni possono essere completate senza problemi. Consente anche posizioni di squat basse e movimenti intorno alla parte posteriore dell'unità. Viene adottato un attuatore cavo e il cavo del dispositivo e il tubo dell'aria sono integrati nel braccio del robot, in modo che non interferisca con le apparecchiature circostanti e si possa realizzare una linea di produzione compatta.
Inoltre, il Taiwan Precision Machinery Research and Development Center ha anche sviluppato un prototipo di un robot a sette assi a doppio braccio, che dovrebbe aiutare le aziende taiwanesi a creare un potente strumento per la produzione di elettronica 3C e ridurre il divario tecnologico tra nazionale ed estero Paesi.
Il robot domestico a sette assi è qui
Riesci a raggiungere il sorpasso in curva?
La ricerca e lo sviluppo del robot industriale cinese a sette assi è iniziata nei primi anni '90. A quel tempo, il leader del progetto era Zhang Qixian, un famoso esperto di robotica nel mio paese e accademico dell'Accademia cinese di ingegneria. Uno dei principali contributi dell'accademico Zhang Qixian è stato quello di completare lo sviluppo di un prototipo di robot ridondante a sette gradi di libertà.
Alla fine degli anni '80, a causa dello sviluppo estremamente difficile, pochissimi paesi al mondo hanno sviluppato prototipi di robot ridondanti a sette gradi di libertà. L'accademico Zhang Qixian ha guidato il gruppo di ricerca per completare lo sviluppo del primo prototipo di robot ridondante a sette gradi di libertà alla fine del 1993 dopo diversi anni di duro lavoro, e ha superato l'accettazione del progetto "863" e l'approvazione ministeriale valutazione in una sola volta.
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Un tipico braccio ridondante
Sebbene il mio paese abbia ottenuto determinati risultati in robot con grado di libertà ridondante, rimane principalmente nella fase di articoli accademici, rapporti di ricerca scientifica e prototipi sperimentali e non ha raggiunto un vero sviluppo del prodotto. Ciò indubbiamente limita il ritmo dei prodotti robotici del mio paese che si spostano verso l'industrializzazione di fascia alta.
In qualità di azienda leader di robot industriali domestici, SIASUN ha assunto un ruolo guida nel rilascio del primo robot industriale domestico a sette assi alla 2015 Industry Fair. Il suo peso è di 29 kg, il carico è di 5 kg, la precisione di posizionamento ripetuto può raggiungere 0,02 mm e il raggio di lavoro può raggiungere 800 mm. Ha funzioni come configurazione rapida, insegnamento della trazione, guida visiva e rilevamento delle collisioni. È particolarmente adatto per linee di produzione flessibili con layout compatto e alta precisione e soddisfa le esigenze di operazioni industriali come assemblaggio di precisione, confezionamento di prodotti, rettifica, collaudo e carico e scarico di macchine utensili.
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Al momento, la stragrande maggioranza delle aziende di robot industriali nel mio paese non ha ancora rilasciato prodotti di robot industriali a sette assi. Alcuni di loro hanno affermato che stanno sviluppando prodotti correlati e che i prodotti correlati usciranno entro quest'anno, mentre alcune altre società hanno espresso preoccupazione per i prodotti di robot industriali a sette assi, ma non hanno ancora pianificato di progettare e sviluppare prodotti correlati.
l'industria dei robot del mio paese ha fatto grandi progressi nella ricerca teorica dei robot industriali a sette assi, ma c'è ancora un grande divario con i paesi stranieri in termini di prodotti commerciali. Il motivo risiede principalmente nei seguenti due aspetti:
In primo luogo, la capacità di innovazione indipendente è debole. In mancanza di risultati originali e concetti innovativi di tecnologie di base e chiave, la tecnologia complessiva dei robot industriali del mio paese è indietro di oltre dieci anni rispetto al livello avanzato dei paesi stranieri.
In secondo luogo, la redditività delle imprese è bassa ei fondi per la ricerca e lo sviluppo scarseggiano. La mancanza di tecnologia dei componenti di base ha portato a costi di produzione elevati per le imprese e i produttori stranieri hanno ridotto i prezzi uno dopo l'altro. Nel 2015, oltre il 70% delle attività di ontologia delle imprese era in uno stato di perdita.
Secondo gli esperti, il divario tra la tecnologia complessiva dei robot industriali nel mio paese e all'estero è di oltre dieci anni. L'emergere di robot industriali domestici a sette assi mostra che la nostra ricerca e sviluppo nella tecnologia dei robot industriali sta accelerando, ma dovremmo avere una chiara comprensione del fatto che esiste un vero divario. Se vogliamo sorpassare in curva, dobbiamo superare le principali difficoltà tecniche il prima possibile. Allo stesso tempo, dobbiamo anche prestare attenzione alla ricerca e allo sviluppo di tecnologie di nuova generazione come l'intelligenza artificiale, la percezione, il riconoscimento, la guida e il controllo.
