A robota wieloprzegubowego, znany również jako robot przegubowy, to rodzaj robota przemysłowego, który ma dwa lub więcej przegubów obrotowych. Te stawy umożliwiają robotowi poruszanie się i działanie w sposób przypominający ludzkie ramię lub inny układ kończyn. Roboty wieloprzegubowe zapewniają większą elastyczność i zręczność niż standardowe roboty jednoprzegubowe.
Jak działa robot wieloprzegubowy
Kluczową cechą robota wieloprzegubowego, która odróżnia go od innych konstrukcji robotów, jest obecność przegubów obrotowych. Są to stawy umożliwiające ruch wokół jednej lub więcej osi obrotu. Typowe złącza obrotowe stosowane w robotyce obejmują:
-Połączenia obrotowe: Umożliwiają obrót wokół jednej osi. Przeguby obrotowe umożliwiają ruchy zginania i składania.
-Połączenia pryzmatyczne: Umożliwiają ruch liniowy wzdłuż jednej osi. Przeguby pryzmatyczne umożliwiają ruchy teleskopowe i ślizgowe.
-Połączenia sferyczne: Umożliwiają obrót wokół trzech prostopadłych osi. Przeguby kuliste umożliwiają ruchy skręcające.
Łącząc wiele przegubów obrotowych za pomocą sztywnych połączeń, można skonstruować wieloprzegubowe ramiona robota, które naśladują zakres ruchu ludzkiego ramienia. Przeguby napędzane są serwomotorami, które obracają lub przesuwają połączone ogniwa w oparciu o sygnały sterujące. Roboty wieloprzegubowe zawierają również czujniki, które przekazują systemowi sterowania informację zwrotną na temat bieżącej konfiguracji robota.
Typowe konfiguracje
Istnieje kilka typowych konfiguracji robotów wieloprzegubowych lub przegubowych:
- Roboty kartezjańskie: używane do podnoszenia i umieszczania oraz innych ruchów liniowych, roboty kartezjańskie mają trzy przeguby pryzmatyczne, których osie pokrywają się z kartezjańskim układem współrzędnych. Zapewnia to ruch w wymiarach X, Y i Z.
- Roboty SCARA: Roboty z ramieniem robota do selektywnego montażu pod kątem zgodności (SCARA) są bardzo powszechne. Mają dwa równoległe przeguby obrotowe zapewniające podatność oraz złącze pryzmatyczne umożliwiające ruch w pionie. Równoległe przeguby umożliwiają robotom SCARA sprawne poruszanie się w płaszczyźnie poziomej.
- Roboty antropomorficzne: te wieloprzegubowe roboty, zaprojektowane tak, aby naśladować ruchy ludzkiego ramienia, mają obrotowe stawy barkowe, łokciowe i nadgarstkowe. Niektóre mają nawet dłonie wielostawowe. Ich ludzka postać pozwala im wykonywać zadania przeznaczone dla ludzi.
- Roboty cylindryczne: Zbudowane wokół centralnego „kręgosłupa” z przegubami obrotowymi, roboty cylindryczne mogą pokryć duży zakres pracy, ponieważ przegub „ramię” umożliwia obrót wokół cylindra.
Aplikacje
Dzięki swojej elastyczności obrotowej roboty wieloprzegubowe są bardzo wszechstronne i mogą automatyzować różnorodny zakres zastosowań przemysłowych, w tym:
-Wybierz i umieść zadania
- Operacje pakowania i paletyzacji
-Montaż części
-Formowanie wtryskowe
-Obsługa maszyn CNC
-Spawanie karoserii i urządzeń samochodowych
-Malowanie zakrzywionych powierzchni
-Kontrola jakości poprzez ruch i skanowanie
Zasadniczo roboty wieloprzegubowe mogą sprostać niemal każdemu zadaniu wymagającemu przemieszczania narzędzi lub efektorów końcowych w różnych pozycjach i orientacjach. Co ważne, ich zdolność do rozszerzania zakresu pracy i automatycznego unikania kolizji czyni je bardzo przydatnymi do dynamicznej interakcji ze złożonymi lub zatłoczonymi środowiskami.
Zalety w porównaniu z robotami jednoprzegubowymi
Choć roboty jednoprzegubowe mogą osiągać bardzo duże prędkości i precyzję, ich elastyczność jest ograniczona. Na przykład prosty robot portalowy kartezjański może wykonywać ruch liniowy tylko w trzech osiach.
Natomiast wieloprzegubowe ramiona robota mogą:
- Zasięg wokół przeszkód: wyginając się lub obracając, mogą pracować w ograniczonych przestrzeniach.
- Zmiana orientacji narzędzi: Narzędzia zamontowane na nadgarstku lub kołnierzu robota można obracać i przechylać w niemal dowolnej pozycji podczas wykonywania zadania.
- Unikanie kolizji: Ramiona wieloprzegubowe są wyposażone w oprogramowanie, które pozwala im automatycznie automatycznie schodzić z drogi sobie i innym przedmiotom w obszarze roboczym.
- Ruch po torze ciągłym: Mogą płynnie „obracać się” w pozycjach pośrednich, umożliwiając wykonywanie takich operacji, jak spawanie dużych zakrzywionych powierzchni.
Zasadniczo prawidłowo wdrożone roboty wieloprzegubowe oferują większą autonomię, wydajność i elastyczność produkcji w porównaniu do bardziej sztywnych robotów.
Systemy sterowania dla robotów wieloprzegubowych
Do koordynowania ruchu w wielu przegubach i osiach występujących w robotach przegubowych potrzebne są wyrafinowane komputerowe systemy sterowania:
- Kinematyka: Matematyczne transformacje współrzędnych muszą w sposób ciągły śledzić położenie 6D podpowiedzi robota w oparciu o położenia kątowe wielu przegubów obrotowych.
- Planowanie ścieżki: aby uniknąć kolizji i zmaksymalizować wydajność, należy wstępnie obliczyć optymalne ścieżki ruchu lub generować je dynamicznie po zakończeniu zadań.
- Algorytmy kompensacji: Odchylenia od docelowych ścieżek spowodowane elastycznością ramion i luzem w przegubach/kołach zębatych muszą być wykrywane i eliminowane poprzez sygnały kompensacyjne wysyłane do siłowników.
- Sterowanie wieloma zmiennymi: Wiele sprzężonych równań różniczkowych cząstkowych reguluje złożoną dynamikę ramion wieloprzegubowych, co wymaga bardzo czułego sterowania wieloma siłownikami w czasie rzeczywistym w celu zapewnienia precyzji i szybkości.
W rezultacie programowanie robotów wieloprzegubowych opiera się na oprogramowaniu, które upraszcza sterowanie aż do podstawowych danych wejściowych współrzędnych, ustawień wstępnych ruchu, orientacji narzędzi i działań efektora końcowego. Dzięki temu inżynierowie nie muszą ręcznie rozwiązywać skomplikowanych obliczeń matematycznych i dynamicznych.
Zalety robotów współpracujących
Stosunkowo nowym obszarem robotyki wieloprzegubowej są roboty współpracujące, zwane „cobotami”. Coboty zaprojektowano tak, aby działały bezpiecznie podczas fizycznej interakcji z ludźmi we wspólnej przestrzeni roboczej, bez niebezpieczeństwa i konieczności stosowania osłon ochronnych. Wbudowane czujniki powodują automatyczne zatrzymanie ramienia lub dłoni robota w przypadku kontaktu z człowiekiem.
Takie podejście oparte na współpracy oferuje wiele korzyści:
- Intuicyjne programowanie: Coboty można szkolić ręcznie, korzystając z nauczania z przewodnikiem zamiast kodowania, co czyni je bardzo przyjaznymi dla użytkownika.
- Łatwe wdrażanie: Lekkie konstrukcje umożliwiają szybką konfigurację cobotów niemal w dowolnym miejscu. Nie ma potrzeby stosowania sztywnych ogrodzeń ani fundamentów.
- Bezpieczniejsza interakcja: Wrażliwe powłoki dotykowe i/lub wykrywanie momentu obrotowego w każdym stawie sprawiają, że coboty odpowiednio reagują na kontakt z człowiekiem.
- Elastyczna automatyzacja: wspólne przestrzenie stanowisk pracy oznaczają, że operatorzy mogą wykonywać naprzemiennie zadania z robotami w ramach efektywnej koordynacji.
- Bardziej przystępne rozwiązania: wyeliminowanie barier ochronnych znacznie zmniejsza ogólne koszty systemu i jego powierzchnię.
- Większa siła robocza: ludzie wykonują złożone zadania poznawcze, podczas gdy coboty odciążają ich od nudnych, obciążających ergonomicznie czynności.
Coboty zmniejszają w ten sposób bariery we wdrażaniu robotów w małych firmach, promując jednocześnie bezpieczniejszą współpracę człowiek-maszyna w istniejących obiektach. Ten nowy paradygmat intuicyjnej i niedrogiej automatyzacji w dalszym ciągu napędza innowacyjne rozwiązania cobotów w wielu branżach.
Przyszłość robotów wieloprzegubowych
W miarę zwiększania się mocy obliczeniowej komputerów, rosnąć będą także możliwości robotów przegubowych i ich interfejsów sterujących. Rozszerzanie zastosowań w połączeniu z łatwiejszym programowaniem sprawi, że roboty wieloprzegubowe będą coraz bardziej powszechne w większej liczbie branż.
Łącząc elastyczność konstrukcji wieloprzegubowych ze sztuczną inteligencją i rozszerzoną percepcją zmysłową, przyszłe roboty osiągną znacznie większą autonomię. Roboty o dużej przestrzeni roboczej również przechodzą od sztywnych mas metalowych do bardziej elastycznych i responsywnych „robotów miękkich” dzięki zastosowaniu polimerów, rozszerzonej kinematyki, a nawet kabli.
Docelowo, w miarę wzrostu ich możliwości fizycznych i inteligentnego reagowania, roboty wieloprzegubowe będą odgrywać coraz szersze role w zakresie współpracy wraz z partnerami ludzkimi, co czyni je kluczowym czynnikiem napędzającym czwartą rewolucję przemysłową.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. to zaawansowane technologicznie przedsiębiorstwo specjalizujące się w badaniach i rozwoju, produkcji i sprzedaży automatycznej maszyny do napawania laserowego, szybkiej maszyny do napawania laserowego, maszyny do hartowania laserowego, spawarki laserowej i laserowego sprzętu do drukowania 3D. Nasze produkty są tanie i sprzedawane w kraju i za granicą. Jeżeli są Państwo zainteresowani naszymi produktami prosimy o kontakt pod adresembob@gshenglaser.com.