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协作机器人伺服、传感器核心器件大揭秘

传感器技术  · 公众号  ·  · 2017-07-11 05:58

正文

协作机器人近几年才开始获得广泛关注,但实际上协作机器人的概念首次提出是在上世纪90年代。协作机器人作为新兴的、备受关注的机器人种类,其具备很多优点,概括起来有主要四个: 安全 低成本 灵活性 以及 易于上手 的使用方法。



据预测,协作机器人从2015年到2020年会增长十倍,市值从2014年的9500万美元涨到10亿美元,而轻量级机器人会在两年内大受欢迎,价格降到1.5到2万美元。分析公司TechNavio预计,到2019年全球协作机器人高值的年复合增长率会是50.88%。


1
三大代表——日系、欧系和国产



安川: 人机协同机器人MOTOMAN-HC10


市场上在人机协作安全设置的方法上普遍存在这两个问题:一是为保护人身安全需要设置安全光栅,加大了设备及成本投入;二是操作复杂,不熟练操作的人员无法操控机器人。为此,安川电机推出具有“设置后立刻使用”、“安全便捷”特点的MOTOMAN-HC10。所有轴都配备有力觉传感器,一监测到与人体触碰,就会自动停止工作。机器外臂裹着用来吸收碰撞的蓝色柔软材,完全可以实现HC10与人同一空间内工作,不需要安全栅,节省成本。


优傲:世界第一台,UR5 机器人


提及欧系代表,优傲机器人当仁不让。UR5可以说是世界上第一台协作机器人,2009年就已经面世。仅通过声音、手势、图形就能够理解人类指令;人机协作不需要遮挡物也能安全生产,具备超强的人类感知性能;模块化插头和生产部件,三天就可部署的集成机器人系统。


新松:“ 太极拳”的7关节机器人


工业机器人的灵活性是由什么因素决定的?众所周知,最重要因素就是轴数。机器人轴的数量决定了其自由度,自由度越高机器人就越接近人手的动作机能,通用性就越好;但是自由度越多,结构越复杂,对机器人的整体要求就越高,这是机器人设计中的一个矛盾。新松机器人设计的这款7轴柔性多关节机器人,可以说是国内首台7自由度协作机器人,具备快速配置、牵引示教、视觉引导、碰撞检测等功能。如果在一个狭小的空间内工作,而且需要机械臂反复扭曲反转,这七轴的机器人会是很好的选择。



2
终极奥义——协作机器人的产品界定



灵活性

相比传统大型生产线上的工业机器人,协作机器人需要和人类协作,结构尺寸应该更轻巧、更柔性,可操控的空间更大。


易用性

协作机器人强调易用性,例如可以通过手势,由可传感设备来跟随,降低使用门槛,一线工人可能只需要几个小时就会操作,免去传统工业机器人复杂的编程和配置。


安全性

协作机器人主要用于人机协作,和人类一起工作,必须保证安全,不能因为意外伤害到人类。这对协作机器人的感知、控制都要求很高。


成本低

协作机器人面向中小企业,尽可能低的成本是非常重要,但往往成本低性能也会随之降低,如果在控制成本的同时提高性能,是相对较难的。



3
不可或缺——伺服和传感器



协作机器人要具备以上4个特点,就必须要有感知、控制和限制力矩的能力。通过感知外部极小的力矩变化并做出反应避免碰撞,让人机协作过程更轻松、安全。


1、超小型、功能强大的伺服驱动器


一个驱动器物理尺寸足够小到能直接安装在机器人关节上,保证了机器人尺寸小巧结构紧凑。伺服驱动器直接安装在机器人关节上,把驱动器放置在离编码器反馈足够近的地方可以节省电缆,能减少干扰影响,获得比较低的EMI和RFI指标,系统稳定性大大提升。另一个让驱动器更易集成进关节的特性是驱动器固有的坚固性,可以承受关节内极高的机械加减速度。


2 、双闭环控制算法


双闭环控制算法可以提升伺服电机性能达到最优状态。系统里的每个轴采用 双闭环控制算法 来提高减速机后端关节末端位置的定位精度。增量式编码器和Hall元件作为速度环反馈置于减速箱前端,19位高分辨率绝对值编码器作为负载末端位置反馈。


3.运动冗余







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