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工业机器人综述:铰接式vs.萨拉与笛卡尔机器人

2019年8月26日通过加里·埃利诺夫

从典型的拾取放置到高精度的协同机器人,工业机器人正在迅速改变。

从典型的拾取放置到高精度的协同机器人,工业机器人正在迅速改变。

在机器人专业领域已经存在惊人的进展,未来在这里。

在工厂楼层上,您将不会看到任何运行或跳跃的机器人像Boston Dynamics机器人一样。但是你会看到他们从危险,无聊和重复的任务中释放人类 - 并完美无缺而没有错误。

国家标准与技术研究所最近提出有四种类型的机器人与制造商最相关。让我们从电气工程师的角度来看一下。

铰接式机器人

铰接式机器人可以通过它们具有多少次旋转点,其中一些设备具有多达七个自由度。这些单元的机械复杂性使得它们比其他类型的昂贵且略微慢。

OB7 Productive Robotics铰接式机器人手臂。图片由凯特·史密斯拍摄。

它们的优势在于能够绕过阻碍其他类型机器人的障碍物。也许是当今最常见的一种,这些设备可以用于:

  • 挑选和地方
  • 分配
  • 包装
  • 集会
  • 焊接

在上面示出的高效机器人OB7臂中,每个LED指示单片电源系统位置传感器的位置,有助于引导臂横跨其任务(在这种情况下,轻轻地将小型足球从托盘移动到托盘上)。

萨拉机器人

Scara(选择性合规性铰接式机器人手臂)机器人选择性地符合。它们可以沿其x轴和y轴移动,但沿z轴锁定到位。

萨拉机器人。图片来自FANUC.

当然,更少的自由度意味着更简单的机器人和更少的马达。控制计算,从而控制算法,更简单,需要更少的计算机能力来实现。基座和被制造的零件之间的轴的数目越少,也就意味着累积误差一般就越小。

在工厂地板机器人中的一个重要考虑因素是与底部空间相比,机器人可以在底部占用的基础上工作。如果他们经常在工厂楼层上占用较少的空间,那么没有任何击败萨拉机器人。

尽管能力相对有限,但这一切都增加了更快,更便宜,更准确的机器人更容易控制。

三角洲的机器人

Delta机器人的基座是三角形,其中每个腿上有电机。它位于工作区上方,如下图所示。每个电动机铰接到一条腿,腿的另一端铰接到底部三角形。电动机可以由MCU控制,几何形状的性质使得底部三角形不能转动,如上面描述的铰接马达。但它可以在x-,y-或z轴移动。

一个delta机器人的例子。图片由ABB灵活的自动化

三条腿可以非常轻,唯一的实际重量在任何工具部分都被机器人送进。光称重意味着较少的惯性,所以达达机器人快速。对这些类型的机器人的重要用途是3D打印。

笛卡尔机器人

笛卡儿机器人之所以这样叫,是因为它们直接在长度、宽度和高度这三个轴上移动。由于这种结构固有的坚固性,它可以与最重的负荷一起使用。

在工作中使用的笛卡尔机器人的GIF雅马哈

笛卡尔机器人和SCARA机器人之间的区别是在z轴上移动的能力。根据雅马哈,这些工业机器人可以用于取放,组装,甚至分发材料,如粘合剂。

Cobots(协作机器人)

如由此所描述的国际机器人联合会(IFR),协同工业机器人COBOTS (COBOTS)设计用于在工业部门与人类协作执行任务。根据国际财务报告协会,这种合作分四个级别进行:

  • 独立的细胞:人类和机器人在附近工作,但在不同的物理工作空间。没有人-机器人接触或同步。
  • 连续的合作:人类和机器人的工作区之间有一些交叉点。但是,一个演员的动作只在另一个行动完成后开始。
  • 合作:人和工人在同一时间从事同一部分的工作。
  • 响应合作:机器人实时对人类的动作响应。

这些级别如下所示。绿色区域代表机器人的工作空间,黄色区域代表人类工作者的工作空间。

与工业机器人合作的类型。图片使用的礼貌国际机器人联合会

顺序协作是当今工厂普遍采用的最先进的协作方式。这几乎肯定需要机器视觉和人工智能来实现。机器人可能会做一些人会觉得无聊或可能对人类健康造成危害的事情。一旦机器人做了脏活,人类就接管了。

接下来是什么?提高精度

协作机器人的切线分支是用于外科应用的机器人,例如第一个机器人眼科手术,在2016年进行。也许是最着名的是达芬奇机器人手术系统直觉外科,开发人员没有定义为本质上的cobotic,尽管他们似乎符合要求。机器人的每一个动作都由外科医生控制,但其精确程度是人类的手无法达到的。

机器人手术的一般手术设置的外科医生控制台元素。图片由直观的外科手术

有了机器人控制,外科医生可以通过更小的切口进行手术,减少手术的侵入性,加快病人的康复速度。

显然,这种水平的精度和精细的电机控制可以有无数的应用在工业设置。然而,与这些技术奇迹相关的成本,目前使它们超出了一般制造设施的能力。