Son yıllarda, çok uluslu robot devleri üst düzey yeni pazarları ele geçirmek için birbiri ardına yedi eksenli endüstriyel robotları piyasaya sürdüler. Bu, yedi eksenli endüstriyel robotlar hakkında derinlemesine düşünmemizi tetikledi. Hangi benzersiz teknik avantajlara sahiptir, araştırma ve geliştirmedeki zorluklar nelerdir?
Endüstriyel robotların kaç ekseni olmalıdır?
Şu anda, endüstriyel robotlar çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak endüstriyel robotların sadece farklı şekillere sahip olmadığını, aynı zamanda farklı eksenlere sahip olduğunu da bulduk. Sözde endüstriyel robotun ekseni, profesyonel terim olan serbestlik derecesi ile açıklanabilir. Robotun üç serbestlik derecesi varsa, x, y ve z eksenleri boyunca serbestçe hareket edebilir, ancak eğilemez veya dönemez. Robotun eksen sayısı arttığında, robot için daha yüksek esneklik anlamına gelmektedir. Peki bir endüstriyel robotun kaç ekseni olmalıdır?
Üç eksenli bir robota Kartezyen veya Kartezyen robot da denir. Üç ekseni, robotun üç eksen boyunca hareket etmesini sağlar. Bu robot genellikle basit taşıma görevleri için kullanılır.
resim
Dört eksenli bir robot x, y ve z eksenleri boyunca dönebilir. Üç eksenli bir robottan farklı olarak, bağımsız hareket eden dördüncü bir eksene sahiptir. Genel olarak konuşursak, bir SCARA robotu dört eksenli bir robot olarak kabul edilebilir.
resim
Beş eksen, birçok endüstriyel robotun konfigürasyonudur. Bu robotlar x, y ve z'nin üç uzay dairesinde dönebilir. Aynı zamanda, dönme hareketini gerçekleştirmek için tabandaki eksene güvenebilirler ve el ile esnek bir şekilde döndürülebilen eksen, esnekliğini artırır.
resim
Altı eksenli robot x, y ve z eksenlerinden geçebilmekte ve her eksen bağımsız olarak dönebilmektedir. Beş eksenli robottan en büyük farkı, serbestçe dönebilen bir eksenin daha olmasıdır. Altı eksenli robotun temsilcisi Universal Robots'tur. Robotun üzerindeki mavi kapak sayesinde robotun eksen sayısını net bir şekilde hesaplayabilirsiniz.
resim
Yedekli robot olarak da bilinen yedi eksenli bir robot, altı eksenli bir robotla karşılaştırıldığında, robotun belirli belirli hedeflerden kaçınmasına olanak tanıyan ve son efektörün belirli bir konuma ulaşmasını kolaylaştıran ekstra bir eksene sahiptir. belirli özel çalışma ortamlarına uyum sağlamak için daha esnektir.
Eksen sayısı arttıkça robotun esnekliği de artar. Ancak mevcut endüstriyel uygulamalarda en çok üç eksenli, dört eksenli ve altı eksenli endüstriyel robotlar kullanılmaktadır. Bunun nedeni, bazı uygulamalarda yüksek esnekliğe ihtiyaç duyulmazken, üç eksenli ve dört eksenli robotların daha uygun maliyetli olması ve hız konusunda da üç eksenli ve dört eksenli robotların büyük avantaj sağlamasıdır.
Gelecekte, yüksek esneklik gerektiren 3C endüstrisinde yedi eksenli endüstriyel robotların oynayacakları bir yer olacak. Artan hassasiyeti ile yakın gelecekte cep telefonu gibi hassas elektronik ürünlerin manuel montajının yerini alacaktır.
Yedi eksenli endüstriyel robotlar, altı eksenli endüstriyel robotlardan daha iyidir
Güç nerede?
Teknik açıdan bakıldığında, altı eksenli endüstriyel robotların sorunları nelerdir ve yedi eksenli endüstriyel robotların gücü nedir?
(1) Kinematik özellikleri geliştirin
Robotun kinematik probleminde, üç problem robotun hareketini oldukça kısıtlar.
Birincisi, tekil yapılandırmadır. Robot tekil bir konfigürasyondayken, uç elemanı belirli bir yönde hareket edemez veya bir moment uygulayamaz, dolayısıyla tekil konfigürasyon hareket planlamasını büyük ölçüde etkiler.
resim
Tekillik, altı eksenli bir robotun altıncı ve dördüncü eksenleri aynı çizgide olduğunda ortaya çıkar.
İkincisi, eklem yer değiştirmesinin sınırı aşmasıdır. Gerçek bir çalışma durumunda, robotun her bir ekleminin açısal hareket aralığı sınırlıdır ve ideal durum artı veya eksi 180 derecedir, ancak birçok eklem bunu yapamaz. Ek olarak, yedi eksenli robot, açısal hızın daha eşit dağılması için aşırı açısal hız hareketinden kaçınabilir.
resim
SIASUN yedi eksenli robotun her ekseninin hareket aralığı ve maksimum açısal hızı
Üçüncüsü, çalışma ortamında engellerin varlığıdır. Endüstriyel ortamda, birçok durumda çeşitli çevresel engeller vardır ve geleneksel altı eksenli robot, uç mekanizmanın konumunu değiştirmeden yalnızca uç mekanizmanın duruşunu değiştiremez.
(2) Dinamik özellikleri geliştirin
Yedi eksenli robot için, fazladan serbestlik derecelerini kullanmak, hareket yörüngesi planlaması yoluyla yalnızca iyi kinematik özellikler elde etmekle kalmaz, aynı zamanda yapısını da en iyi dinamik performansı elde etmek için kullanabiliriz.
Yedi eksenli robot, robotun statik dengesini, yani uca etki eden kuvveti içeren eklem torkunun yeniden dağıtımını belirli bir algoritma aracılığıyla gerçekleştirebilir, her bir eklemin ne kadar kuvvet taşıdığını hesaplar. Geleneksel altı eksenli robot için, her eklemin kuvveti kesindir ve dağılımı çok mantıksız olabilir. Ancak yedi eksenli robot için, kontrol algoritması aracılığıyla her eklemin torkunu ayarlayabiliriz, böylece zayıf halka torku mümkün olduğu kadar küçük taşır, böylece tüm robotun tork dağılımı nispeten düzgün ve daha makul olur.
(3) Hata toleransı
Bir robot arızalandığında, bir eklem arızalanırsa, geleneksel altı eksenli robot işi tamamlamaya devam edemezken, yedi eksenli robot arıza eklem hızını (kinematik hata toleransı) ve yeniden dağıtımını yeniden ayarlayarak normal şekilde çalışmaya devam edebilir. hata eklem torkunun (dinamik hata toleransı).
Uluslararası devlerin yedi eksenli endüstriyel robot ürünleri
Ürünler veya uygulamalar açısından bakıldığında, yedi eksenli endüstriyel robotlar hala geliştirmenin ilk aşamasındadır, ancak büyük üreticiler ilgili ürünleri büyük fuarlarda tanıtmaktadır. Gelecekteki gelişme potansiyelleri hakkında hala çok iyimser oldukları düşünülebilir.
- Kuka LBR iiwa
Kasım 2014'te KUKA, KUKA'nın ilk yedi serbestlik dereceli hafif, hassas robotu LBRiiwa'yı Çin Uluslararası Endüstri Fuarı Robot Fuarı'nda ilk kez piyasaya sürdü.
LBRiiwa yedi eksenli robot, entegre bir sensör sistemi ile birleştiğinde hafif robota programlanabilir hassasiyet veren ve onu çok hassas hale getiren insan kolu temel alınarak tasarlanmıştır. Yedi eksenli LBRiiwa'nın tüm eksenleri, insan-makine işbirliğini sağlamak için yüksek performanslı çarpışma algılama işlevleri ve entegre ortak tork sensörleri ile donatılmıştır.
resim
Yedi eksenli tasarım, bu KUKA ürününü son derece esnek kılar ve engelleri kolayca aşabilir. LBRiiwa robotunun yapısı alüminyum malzeme ile tasarlanmış olup, kendi ağırlığı sadece 23,9 kg'dır. 7 kg ve 14 kg olmak üzere iki taşıma kapasitesiyle gelir ve bu da onu 10 kg'dan fazla taşıma kapasitesine sahip ilk hafif robot yapar.
- ABB Yu Mi
13 Nisan 2015'te ABB, insan-makine işbirliğini gerçekten gerçekleştiren dünyanın ilk çift kollu endüstriyel robotu YuMi'yi Almanya'daki Hannover Messe'de resmi olarak piyasaya sürdü.
resim
YuMi'nin her bir kolu yedi serbestlik derecesine sahiptir ve vücut ağırlığı 38 kg'dır. Her bir kolun yükü 0,5 kg'dır ve tekrar konumlandırma hassasiyeti 0,02 mm'ye ulaşabilir, bu nedenle özellikle küçük parça montajı, tüketim malları, oyuncaklar ve diğer alanlar için uygundur. Mekanik saatlerin hassas parçalarından cep telefonlarının, tablet bilgisayarların ve masaüstü bilgisayar parçalarının işlenmesine kadar YuMi sorun değil ve bu, genişletilmiş çalışma alanı, esneklik, çeviklik gibi bu gereksiz robotun mükemmel özelliklerini yansıtıyor. ve kesinlik.
- Yaskawa Motoman SIA
Japonya'da tanınmış bir robot üreticisi ve "Dört Aile"den biri olan Yaskawa Electric de çeşitli yedi eksenli robot ürünleri piyasaya sürdü. Bunların arasında SIA serisi robotlar, insan benzeri esneklik ve hızlı ivme sağlayabilen hafif ve çevik yedi eksenli robotlardır. Bu robot serisinin hafif ve aerodinamik tasarımı, onları dar alanlarda kurulum için ideal hale getirir. SIA serisi, montaj, enjeksiyon kalıplama, inceleme ve diğer işlemler için çok uygun olan yüksek taşıma kapasitesi (5kg ila 50kg) ve geniş çalışma aralığı (559mm ila 1630mm) sağlayabilir.
resim
Hafif yedi eksenli robot ürünlerine ek olarak Yaskawa, yedi eksenli robot kaynak sistemini de piyasaya sürdü. Yüksek serbestlik derecesi, yüksek kaliteli kaynak sonuçları elde etmek için mümkün olduğunca en uygun duruşu koruyabilir. Özellikle dahili kaynak için uygundur ve en iyi yaklaşma pozisyonuna ulaşır. Ayrıca, ürün yüksek yoğunlukta düzenlenebilir ve mükemmel engellerden kaçınma işlevini göstererek mil ve iş parçası ile girişimi önlemek kolaydır.
- Nachi Fujiko PrestoMR20
2007'nin sonunda, Nachi Fujikoshi yedi serbestlik dereceli bir robot "PrestoMR20" geliştirdi. Yedi eksenli bir tasarımı benimseyen robot, daha karmaşık iş akışlarını gerçekleştirebilir ve dar çalışma alanlarında bir insan kolu gibi hareket edebilir. Ek olarak, robotun ön kısmının (bilek) torku, orijinal geleneksel altı eksenli robotun yaklaşık iki katına çıkarıldı. Standart konfigürasyonun torku 20 kg'dır. Hareket aralığını ayarlayarak 30 kg'a kadar nesneleri taşıyabilir. Çalışma aralığı 1260 mm'ye ulaşır ve tekrar konumlandırma doğruluğu 0,1 mm'dir. Yedi eksenli bir yapı benimseyen MR20, iş parçalarını makineye alırken ve yerleştirirken makinenin yanından çalışabilir. Sonuç olarak, ön hazırlık ve bakım gibi iş verimliliği geliştirilebilir. Takım tezgahları arasındaki boşluk, geleneksel altı eksenli robotların yarısı kadar azaltılabilir.
resim
Ayrıca Nachi Fujikoshi, küçük alanlarda ve engelli yerlerde kullanılabilen MR35 (35 kg yük ile) ve MR50 (50 kg yük ile) olmak üzere iki endüstriyel robotu da piyasaya sürdü.
- OTC yedi eksenli endüstriyel robot
Japon DAIHEN Grubu en yeni yedi eksenli robotları (FD-B4S, FD-B4LS, FD-V6S, FD-V6LS, FD-V20S) piyasaya sürdü. Yedinci eksenin dönüşü nedeniyle, insan bileği gibi bükülme eylemini gerçekleştirebilir ve bir haftadan fazla kaynak gerçekleştirebilir; ayrıca yedi eksenli robotun (FD-B4S, FD-B4LS) robot gövdesine yerleştirilmiş kaynak kabloları vardır, bu nedenle öğretme işlemi sırasında robot, kaynak fikstürü ve iş parçası arasındaki girişimi önemsemeye gerek yoktur. , hareket çok pürüzsüz ve kaynak duruşunun serbestlik derecesi de iyileştirildi.
- Baxter ve Sawyer, Robotları Yeniden Düşünün
Rethink Robotics, işbirlikçi robotların öncüsüdür. Bunlardan ilki geliştirilen Baxter çift kollu robot, her iki kol için yedi serbestlik derecesine sahiptir ve tek bir kolun maksimum çalışma aralığı 1210 mm'dir. Baxter, uygulanabilirliği artırmak için iki farklı görevi aynı anda gerçekleştirebilir veya çıktıyı en üst düzeye çıkarmak için aynı görevi gerçek zamanlı olarak işleyebilir.
Geçen yıl tanıtılan Sawyer, esnek eklemleri için aynı seri elastik aktüatörleri kullanan tek kollu, yedi eksenli bir robottur, ancak eklem aktüatörleri onları küçültmek için yeniden tasarlanmıştır. Yedi eksenli tasarımı ve çalışma aralığının 100 mm'ye genişletilmesi sayesinde daha büyük yükle görevleri tamamlayabilir. Yük, Baxter robotunun 2,2 kg'lık yükünden çok daha fazla olan 4 kg'a ulaşabilir.
resim
- Yamaha yedi eksenli robot YA serisi
2015 yılında Yamaha, tümü yeni "YA-C100" denetleyicisi tarafından çalıştırılan ve kontrol edilen üç adet yedi eksenli robot "YA-U5F", "YA-U10F" ve "YA-U20F" piyasaya sürdü.
7-eksenli robot, insan dirseğine eşdeğer bir E eksenine sahiptir, bu nedenle bükme, döndürme ve uzatma gibi eylemleri serbestçe tamamlayabilir. 6 eksenden küçük robotların işlem yapmasının zor olduğu dar alanlarda dahi işlemler ve kurulumlar sorunsuz bir şekilde tamamlanabilmektedir. Ayrıca alçak squat pozisyonlarına ve ünitenin arkasında hareketlere izin verir. İçi boş bir aktüatör benimsenmiştir ve cihaz kablosu ve hava hortumu, çevredeki ekipmanla karışmaması ve kompakt bir üretim hattı gerçekleştirilebilmesi için robot koluna yerleştirilmiştir.
Buna ek olarak, Tayvan Hassas Makine Araştırma ve Geliştirme Merkezi, Tayvanlı şirketlerin 3C elektronik üretimi için güçlü bir araç oluşturmasına ve yerli ile yabancı arasındaki teknolojik uçurumu kapatmasına yardımcı olması beklenen çift kollu yedi eksenli bir robotun prototipini de geliştirdi. ülkeler.
Yerli yedi eksenli robot burada
Köşe sollamayı başarabilir misin?
Çin'in yedi eksenli endüstriyel robotunun araştırma ve geliştirme çalışmaları 1990'ların başında başladı. O zamanlar projenin lideri, ülkemde son zamanlarda ünlü bir robotik uzmanı ve Çin Mühendislik Akademisi akademisyeni olan Zhang Qixian'dı. Akademisyen Zhang Qixian'ın ana katkılarından biri, yedi serbestlik dereceli yedekli bir robot prototipinin geliştirilmesini tamamlamaktı.
1980'lerin sonunda, son derece zorlu geliştirme nedeniyle, dünyadaki çok az ülke yedi serbestlik dereceli yedekli robot prototipleri geliştirdi. Akademisyen Zhang Qixian, araştırma ekibinin ilk yedi serbestlik dereceli yedekli robot prototipinin geliştirilmesini birkaç yıllık sıkı çalışmanın ardından 1993'ün sonunda tamamlamasına öncülük etti ve "863" proje kabulünü ve bakanlık sürecini geçti. bir seferde değerlendirme.
resim
Tipik bir yedek kol
Ülkem, fazlalıklı serbestlik dereceli robotlarda belirli başarılar elde etmesine rağmen, ağırlıklı olarak akademik makaleler, bilimsel araştırma raporları ve deneysel prototipler aşamasında kalmış ve gerçek ürün geliştirmeyi gerçekleştirememiştir. Bu, kuşkusuz, ülkemin üst düzey sanayileşmeye doğru ilerleyen robot ürünlerinin hızını kısıtlıyor.
Yerli endüstriyel robotların lider kuruluşu olan SIASUN, 2015 Endüstri Fuarı'nda ilk yerli yedi eksenli endüstriyel robotun piyasaya sürülmesinde başı çekti. Kendi ağırlığı 29 kg, yükü 5 kg, tekrar konumlandırma hassasiyeti 0,02 mm'ye ve çalışma yarıçapı 800 mm'ye ulaşabilir. Hızlı yapılandırma, çekiş öğretme, görsel rehberlik ve çarpışma algılama gibi işlevlere sahiptir. Özellikle kompakt yerleşim düzenine ve yüksek hassasiyete sahip esnek üretim hatları için uygundur ve hassas montaj, ürün paketleme, taşlama, test ve takım tezgahı yükleme ve boşaltma gibi endüstriyel operasyonların ihtiyaçlarını karşılar.
resim
Şu anda ülkemdeki endüstriyel robot firmalarının büyük çoğunluğu henüz yedi eksenli endüstriyel robot ürünlerini piyasaya sürmedi. Bazıları ilgili ürünleri geliştirdiklerini ve ilgili ürünlerin bu yıl içinde çıkacağını söylerken, bazı şirketler ise yedi eksenli endüstriyel robot ürünleriyle ilgili endişelerini dile getirdi ancak henüz ilgili ürünleri tasarlamayı ve geliştirmeyi planlamadı.
ülkemdeki robot sektörü, yedi eksenli endüstriyel robotların teorik araştırmalarında büyük ilerleme kaydetti, ancak ticari ürünler açısından hala dış ülkelerle büyük bir boşluk var. Bunun nedeni esas olarak şu iki açıdandır:
İlk olarak, bağımsız yenilik yeteneği zayıftır. Özgün başarılardan ve çekirdek ve kilit teknolojilerin yenilikçi konseptlerinden yoksun olan ülkemin endüstriyel robotlarının genel teknolojisi, yabancı ülkelerin ileri düzeyinin on yıldan fazla gerisindedir.
İkincisi, işletmelerin karlılığı düşüktür ve Ar-Ge fonları yetersizdir. Çekirdek bileşen teknolojisinin olmaması, işletmeler için yüksek üretim maliyetlerine yol açmış ve yabancı üreticiler birbiri ardına fiyatları düşürmüştür. 2015 yılında, işletmelerin ontoloji işlerinin yüzde 70'inden fazlası zarar durumundaydı.
Uzmanlara göre, ülkemdeki ve yabancı ülkelerdeki genel endüstriyel robot teknolojisi arasındaki fark on yıldan fazla. Yerli yedi eksenli endüstriyel robotların ortaya çıkışı, endüstriyel robot teknolojisindeki araştırma ve geliştirmelerimizin hızlandığını gösteriyor, ancak gerçek bir boşluk olduğu konusunda net bir anlayışa sahip olmalıyız. Bir virajda sollamak istiyorsak, temel teknik zorlukları mümkün olan en kısa sürede aşmamız gerekiyor. Aynı zamanda yapay zeka, algılama, tanıma, sürüş ve kontrol gibi yeni nesil teknolojilerin araştırılmasına ve geliştirilmesine de önem vermeliyiz.
