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      七軸工業(yè)機器人 VS 六軸工業(yè)機器人,強在哪?

       時(shí)間: 2023-08-17   瀏覽量: 0   來(lái)源:

      近年來(lái),跨國機器人巨頭們紛紛推出七軸工業(yè)機器人,以搶占高端新市場(chǎng),這引發(fā)了我們對于七軸工業(yè)機器人的深入思考,它具有哪些獨特的技術(shù)優(yōu)勢,存在哪些研發(fā)難點(diǎn),近年來(lái)國際上發(fā)布了哪些工業(yè)七軸機器人產(chǎn)品,我國七軸工業(yè)機器人的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化又進(jìn)入了哪一階段?

      工業(yè)機器人到底應該有幾個(gè)軸?

      目前,工業(yè)機器人已經(jīng)被廣泛應用于各行各業(yè),但我們也發(fā)現,工業(yè)機器人不僅形狀各異,其軸數也各不相同。所謂工業(yè)機器人的軸,可以用專(zhuān)業(yè)的名詞自由度來(lái)解釋?zhuān)绻麢C器人具有三個(gè)自由度,那么它可以沿x,y,z軸自由的運動(dòng),但是它卻不能傾斜或者轉動(dòng)。當機器人的軸數增加,對機器人而言,就是更高的靈活性。那么工業(yè)機器人應該有幾個(gè)軸才合理呢?

      三軸機器人也被稱(chēng)為直角坐標或者笛卡爾機器人,它的三個(gè)軸可以允許機器人沿三個(gè)軸的方向進(jìn)行運動(dòng),這種機器人一般被用于簡(jiǎn)單的搬運工作之中。

      四軸機器人,可以沿著(zhù)x,y,z軸進(jìn)行轉動(dòng),與三軸機器人不同的是,它具有一個(gè)獨立運動(dòng)的第四軸,一般來(lái)說(shuō)SCARA機器人就可以被認為是四軸機器人。

      五軸是許多工業(yè)機器人的配置,這些機器人可以通過(guò)x,y,z三個(gè)空間周進(jìn)行轉動(dòng),同時(shí)可以依靠基座上的軸實(shí)現轉身的動(dòng)作,以及手部可以靈活轉動(dòng)的軸,增加了其靈活性。

      六軸機器人可以穿過(guò)x,y,z軸,同時(shí)每個(gè)軸可以獨立轉動(dòng),與五軸機器人的最大區別就是,多了一個(gè)可以自由轉動(dòng)的軸。六軸機器人的代表就是優(yōu)傲機器人,通過(guò)機器人身上的藍色蓋子,你可以很清楚的計算出機器人的軸數。

      七軸機器人,又稱(chēng)為冗余機器人,相比六軸機器人額外的軸允許機器人躲避某些特定的目標,便于末端執行器到達特定的位置,可以更加靈活的適應某些特殊工作環(huán)境。

      隨著(zhù)軸數的增加,機器人的靈活性也隨之增長(cháng)。但是,在目前的工業(yè)應用中,用得最多的是三軸、四軸和六軸的工業(yè)機器人,這是因為,在某些應用中,并不需要很高的靈活性,而三軸和四軸機器人具有更高的成本效益,并且三軸和四軸機器人在速度上也具有很大的優(yōu)勢。

      未來(lái),在需要高靈活性的3C產(chǎn)業(yè),七軸工業(yè)機器人將擁有用武之地,隨著(zhù)其精度不斷增加,在不遠的將來(lái),它將取代人工進(jìn)行裝配手機等精密電子產(chǎn)品。

      七軸工業(yè)機器人比六軸工業(yè)機器人強在哪?

      從技術(shù)上來(lái)看,六軸工業(yè)機器人存在什么問(wèn)題,七軸工業(yè)機器人又強在哪?

      (1)改善運動(dòng)學(xué)特性

      在機器人的運動(dòng)學(xué)問(wèn)題中,三個(gè)問(wèn)題使得機器人的運動(dòng)受到非常大的限制。

      第一是奇異構型。當機器人處于奇異構型時(shí),它的末端執行器不能繞某個(gè)方向進(jìn)行運動(dòng),或者施加力矩,因而奇異構型極大的影響了運動(dòng)規劃。

      六軸機器人第六軸和第四軸共線(xiàn)發(fā)生奇異

      第二是關(guān)節位移超限。在真實(shí)工作情況下,機器人每個(gè)關(guān)節的運動(dòng)的角度范圍是受到限制的,最理想的狀態(tài)是正負180度,但是很多關(guān)節是做不到的。另外,七軸機器人可以避免角速度運動(dòng)過(guò)快,讓角速度分配得比較均勻。

      新松七軸機器人各軸運動(dòng)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(chǎng)合存在各種環(huán)境障礙,傳統的六軸機器人無(wú)法只改變末端機構的姿態(tài),而不改變末端機構的位置。

      (2)改善動(dòng)力學(xué)特性

      對于七軸機器人而言,利用其冗余自由度不僅可以通過(guò)運動(dòng)軌跡規劃達到良好的運動(dòng)學(xué)特性,并且我們可以利用其結構實(shí)現最佳的動(dòng)力學(xué)性能。

      七軸機器人可實(shí)現關(guān)節力矩的再分配,這里涉及到機器人的靜力平衡的問(wèn)題,也就是說(shuō),作用在末端的力,通過(guò)一定的算法算出每個(gè)關(guān)節承受的力有多大。對于傳 統的六軸機器人來(lái)說(shuō),其每個(gè)關(guān)節的力是一定的,它的分配可能很不合理。但是對于七軸機器人來(lái)說(shuō),我們可以通過(guò)控制算法調整各個(gè)關(guān)節的力矩,讓薄弱的環(huán)節承 受的力矩盡量小,是整個(gè)機器人的力矩分配比較均勻,更加合理。

      (3) 容錯性

      機器人在發(fā)生故障時(shí),如果有一關(guān)節失效,傳統六軸機器人便無(wú)法繼續完成工作,而七軸機器人可以通過(guò)重新調整故障關(guān)節速度(運動(dòng)學(xué)容錯)和故障關(guān)節力矩(動(dòng)力學(xué)容錯)的再分配實(shí)現繼續正常工作。

      國際巨頭們的七軸工業(yè)機器人產(chǎn)品無(wú)論從產(chǎn)品角度,還是從應用角度,七軸工業(yè)機器人目前都還處于初步發(fā)展階段,但各大廠(chǎng)商紛紛在各大展覽會(huì )力推相關(guān)產(chǎn)品,可以想見(jiàn)對其未來(lái)的發(fā)展潛力還是十分看好的。

      國產(chǎn)七軸機器人來(lái)了能否實(shí)現彎道超車(chē)?

      中國七軸工業(yè)機器人的研發(fā)始于20世紀90年代初,當時(shí)項目的領(lǐng)軍人物正是我國已故的著(zhù)名機器人技術(shù)專(zhuān)家、中國工程院院士張啟先,張啟先院士的主要貢獻之一便是完成了七自由度冗余機器人樣機的研制。

      上世紀80年代末,由于研制難度及其之大,國際上研制出七自由度冗余機器人樣機的國家寥寥無(wú)幾。而張啟先院士率領(lǐng)課題組經(jīng)過(guò)幾年的艱苦拼搏,在1993年年底完成了首臺七自由度冗余機器人樣機的研制,并一次通過(guò)“863”課題驗收和部級鑒定。

      一種典型的冗余手臂

      盡管我國在冗余自由度機器人方面取得一定成果,但主要停留在學(xué)術(shù)論文、科研報告和實(shí)驗樣機的階段,并沒(méi)有實(shí)現真正的產(chǎn)品化發(fā)展,這無(wú)疑制約了我國機器人產(chǎn)品向高端產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)的步伐。

      作為國產(chǎn)工業(yè)機器人的龍頭企業(yè),新松率先在2015年工博會(huì )上發(fā)布了首款國產(chǎn)七軸工業(yè)機器人,其自身重量為29千克,負載為5千克,重復定位精度可達到0.02毫米,工作半徑可達800毫米。它具備快速配置、牽引示教、視覺(jué)引導、碰撞檢測等功能,特別適用于布局緊湊、精準度高的柔性化生產(chǎn)線(xiàn),滿(mǎn)足精密裝配、產(chǎn)品包裝、打磨、檢測、機床上下料等工業(yè)操作需要。

      目前,我國絕大多數工業(yè)機器人企業(yè)還尚未發(fā)布七軸工業(yè)機器人產(chǎn)品,其中有一部分表示正在研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品,會(huì )在年內有相關(guān)產(chǎn)品問(wèn)世,而另有一些企業(yè)則表示對七軸工業(yè)機器人產(chǎn)品有關(guān)注,但尚未計劃設計研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。

      我國的機器人產(chǎn)業(yè)在七軸工業(yè)機器人的理論研究有了很大進(jìn)步,而商業(yè)化產(chǎn)品方面仍與國外有較大差距。究其原因,主要有以下兩個(gè)方面:

      一是自主創(chuàng )新能力弱。缺乏核心及關(guān)鍵技術(shù)的原創(chuàng )性成果和創(chuàng )新理念,我國工業(yè)機器人總體技術(shù)與國外先進(jìn)水平相比,差距在十年以上。

      二是企業(yè)盈利能力較低,研發(fā)資金短缺。核心零部件技術(shù)的缺失導致企業(yè)生產(chǎn)成本高企,加之外資廠(chǎng)商紛紛降價(jià),2015年70%以上企業(yè)的本體業(yè)務(wù)處于虧損狀態(tài)。

      據專(zhuān)家講,我國工業(yè)機器人總體技術(shù)與國外先進(jìn)水平相比,差距在十年以上。國產(chǎn)七軸工業(yè)機器人的出現,表明我們在工業(yè)機器人技術(shù)的研發(fā)正在加速,但是我們應該有清醒的認識,差距真實(shí)存在,想要彎道超車(chē),我們需要盡快攻克核心技術(shù)難關(guān),同時(shí)也要重視人工智能、感知、識別、驅動(dòng)和控制等下一代技術(shù)的研發(fā)。

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