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威綸通
9月29-30日，以“賦能新產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建新生態(tài)”為主題的OFweek 2021中國(guó)機(jī)器人系統(tǒng)集成商峰會(huì)在深圳會(huì)展中心成功舉辦。
大會(huì)設(shè)有“機(jī)器人系統(tǒng)集成商專場(chǎng)”、“機(jī)器人創(chuàng)新應(yīng)用，賦能行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)”、“3C行業(yè)智造專場(chǎng)”三大專場(chǎng)，專家學(xué)者、企業(yè)高層云集，圍繞機(jī)器人行業(yè)現(xiàn)狀、問(wèn)題、應(yīng)用等眾多議題發(fā)表專題演講。
北京航空航天大學(xué)機(jī)械學(xué)院教授贠超帶來(lái)《高速機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用》專題演講。
贠超教授演講全程聚焦高速機(jī)器人，從專業(yè)的角度分析高速機(jī)器人類型、結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用。
顧名思義，高速機(jī)器人相較于其他類型，在速度上更占優(yōu)勢(shì)。但速度與精度往往互相牽制。現(xiàn)在主流的工業(yè)機(jī)器人，重復(fù)定位精度高于±0.02mm，全工作空間內(nèi)絕對(duì)定位精度高于±1mm，基本可以說(shuō)是“高精度”機(jī)器人了。但機(jī)器人帶載時(shí)的速度越高，慣性力越大，機(jī)器人的路徑精度和跟蹤精度越差。
就如何在保證高速的同時(shí)提高作業(yè)精度，贠超教授分別就SCARA型、DELTA型、小型六軸型、四軸重載型、直角坐標(biāo)型機(jī)器人等五種機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，尋求提高精度的技術(shù)解決方案。
SCARA型機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
強(qiáng)度、零部件的固有頻率(剛度)以及靜動(dòng)態(tài)誤差，它們決定了 SCARA機(jī)器人的高速性、承載能力以及運(yùn)動(dòng)精度等關(guān)鍵性能。
誤差分析及優(yōu)化
零部件形變誤差、運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性以及負(fù)載大小都會(huì)直接影響機(jī)器人末端的定位精度，因此有必要對(duì)SCARA機(jī)器人進(jìn)行誤差分析及優(yōu)化。
控制算法
從快速響應(yīng)、高精度及高穩(wěn)定性角度出發(fā)，選擇最合適的優(yōu)化解，得到最優(yōu)控制策略。
DELTA型機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)
運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解
正解是已知各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，求末端執(zhí)行器的相對(duì)參考坐標(biāo)系的位置和姿態(tài)；逆解是根據(jù)已給定的滿足工作要求的末端執(zhí)行器相對(duì)參考坐標(biāo)系的位置和姿態(tài)，求各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
軌跡疊加
在拾取作業(yè)時(shí)，從指定位置提取目標(biāo)，水平運(yùn)送目標(biāo)，然后在終止位置放置目標(biāo)。通過(guò)速度規(guī)劃疊加的方式獲取較高的速度指標(biāo)。
直線與圓弧跟蹤
1. 生成物體的物體源——生成初始的跟蹤位置信息，可借助相機(jī)等傳感器生成物體最初始的位置；
2. 傳送帶——物體的運(yùn)動(dòng)軌跡；
3. 計(jì)米輪——記錄物體的移動(dòng)距離，在確定初始位置之后物體運(yùn)動(dòng)的距離。
小型六軸機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)
伺服電機(jī)
1. 保證電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量與負(fù)載慣量相匹配(即慣量匹配)，這是機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)；
2. 高的功率/體積比和高的功率/重量比；
3. 全封閉式的構(gòu)造，伺服電機(jī)做成封閉結(jié)構(gòu)主要是為了適應(yīng)多粉塵和有腐蝕性物質(zhì)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)；
4. 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)(溫度、濕度等)，連接電纜要柔韌，耐疲勞。
慣量匹配
伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)伺服電機(jī)的響應(yīng)控制，最佳值為負(fù)載慣量與電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量之比在5-15倍，即慣量比，這是機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)的一個(gè)重要指標(biāo)。
關(guān)節(jié)型機(jī)器人的負(fù)載慣量都很大，因此需要與大慣量電機(jī)與之匹配。
四軸重載型機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)
動(dòng)力學(xué)分析
整機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，如各部件質(zhì)量、幾何尺寸、運(yùn)動(dòng)慣量、關(guān)節(jié)阻尼等都要進(jìn)行綜合的動(dòng)力學(xué)分析。
軌跡規(guī)劃
軌跡規(guī)劃問(wèn)題通常是將機(jī)器人的軌跡規(guī)劃器看成黑箱，接受表示路徑約束的輸入變量，輸出起點(diǎn)與終點(diǎn)之間按時(shí)間排列的機(jī)器人中間形態(tài)(位移、速度和加速度)序列。
直角坐標(biāo)型機(jī)器人的核心部件
直線運(yùn)動(dòng)軸
也叫直線運(yùn)動(dòng)單元，主要由支撐載體的鋁型材或鋼型材和被安裝在型材內(nèi)部的直線導(dǎo)軌、運(yùn)動(dòng)滑塊以及帶動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)的同步帶組成。
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
在要求高速運(yùn)行狀態(tài)(電機(jī)轉(zhuǎn)速>600r/ min)、大功率驅(qū)動(dòng)、高定位精度的場(chǎng)合多采用交流/直流伺服電機(jī)系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)；在要求低速運(yùn)行狀態(tài)(電機(jī)轉(zhuǎn)速<600r/ min)、小功率驅(qū)動(dòng)、定位精度不高的場(chǎng)合可采用步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)；在要求極高的運(yùn)行速度和定位精度的場(chǎng)合可采用直線伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。
控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)要按具體應(yīng)用要求來(lái)選定其控制軸數(shù)、I/O口數(shù)量以及軟件的配置和功能。
高速機(jī)器人的應(yīng)用主要分為兩方面：輕載高速機(jī)器人的應(yīng)用和重載高速機(jī)器人的應(yīng)用。
SCARA型機(jī)器人是目前世界范圍內(nèi)裝機(jī)量最高的工業(yè)機(jī)器人類型，廣泛應(yīng)用于汽車、電子、家電、五金、日用品、醫(yī)藥等行業(yè)。
DELTA機(jī)器人最核心的應(yīng)用就是高速分揀操作
小型六軸機(jī)器人靈活性高，在汽車、電子、家電、五金、日用品等行業(yè)應(yīng)用廣泛，隨著國(guó)產(chǎn)化程度的提高，小型六軸機(jī)器人在我國(guó)的應(yīng)用前景發(fā)展迅速。在裝配、加工、移載行業(yè)，近年來(lái)小型六軸機(jī)器人的裝機(jī)量明顯提升，特別是在3C行業(yè)，裝機(jī)量接近SCARA機(jī)器人的水平。
高速重載機(jī)器人作為工業(yè)機(jī)器人的重要分支，其最主要的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槲锪餍袠I(yè)的重載高速搬運(yùn)。它不僅能代替人工單調(diào)、頻繁重復(fù)的作業(yè)，更能在危險(xiǎn)和惡劣的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)人體有害物料的作業(yè)。更重要的是它可以實(shí)現(xiàn)人力無(wú)法完成的重載高速搬運(yùn)，實(shí)現(xiàn)物流作業(yè)的自動(dòng)化、無(wú)人化。
直角坐標(biāo)型機(jī)器人的應(yīng)用：
根據(jù)末端操作工具的不同，直角坐標(biāo)機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)合：
物流(高速作業(yè))：搬運(yùn)、上下料、碼垛、拆垛、包裝、分揀等；
加工：焊接、切割、銑削加工、拉絲加工等；
其它(高速作業(yè))：噴碼、打碼、貼標(biāo)、繪圖等；
其它：檢測(cè)、探傷、(軟仿型)噴涂等。
(原標(biāo)題：北航教授贠超：高速機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用)
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