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七軸工業(yè)機(jī)器人 VS 六軸工業(yè)機(jī)器人,強(qiáng)在哪?

發(fā)布時(shí)間:2022-05-17 09:13:55

跨國(guó)機(jī)器人巨頭們紛紛推出七軸工業(yè)機(jī)器人,以搶占高端新市場(chǎng),這引發(fā)了我們對(duì)于七軸工業(yè)機(jī)器人的深入思考, 它具有哪些獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì),存在哪些研發(fā)難點(diǎn),這些年來國(guó)際上發(fā)布了哪些工業(yè)七軸機(jī)器人產(chǎn)品,我國(guó)七軸工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化又進(jìn)入了哪一階段?

工業(yè)機(jī)器人到底應(yīng)該有幾個(gè)軸?

目前,工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè),但我們也發(fā)現(xiàn),工業(yè)機(jī)器人不僅形狀各異,其軸數(shù)也各不相同。所謂工業(yè)機(jī)器人的軸,可以用專業(yè)的名詞自由度來解釋,如果機(jī)器人具有三個(gè)自由度,那么它可以沿x,y,z軸自由的運(yùn)動(dòng),但是它卻不能傾斜或者轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)機(jī)器人的軸數(shù)增加,對(duì)機(jī)器人而言,就是更高的靈活性。那么工業(yè)機(jī)器人應(yīng)該有幾個(gè)軸才合理呢?

三軸機(jī)器人也被稱為直角坐標(biāo)或者笛卡爾機(jī)器人,它的三個(gè)軸可以允許機(jī)器人沿三個(gè)軸的方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng),這種機(jī)器人一般被用于簡(jiǎn)單的搬運(yùn)工作之中。

四軸機(jī)器人,可以沿著x,y,z軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng),與三軸機(jī)器人不同的是,它具有一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的第四軸,一般來說SCARA機(jī)器人就可以被認(rèn)為是四軸機(jī)器人。

五軸是許多工業(yè)機(jī)器人的配置,這些機(jī)器人可以通過x,y,z三個(gè)空間周進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)可以依靠基座上的軸實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)身的動(dòng)作,以及手部可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的軸,增加了其靈活性。

六軸機(jī)器人可以穿過x,y,z軸,同時(shí)每個(gè)軸可以獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng),與五軸機(jī)器人的最大區(qū)別就是,多了一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的軸。六軸機(jī)器人的代表就是優(yōu)傲機(jī)器人,通過機(jī)器人身上的藍(lán)色蓋子,你可以很清楚的計(jì)算出機(jī)器人的軸數(shù)。

七軸機(jī)器人, 又稱為冗余機(jī)器人,相比六軸機(jī)器人額外的軸允許機(jī)器人躲避某些特定的目標(biāo),便于末端執(zhí)行器到達(dá)特定的位置,可以更加靈活的適應(yīng)某些特殊工作環(huán)境。

隨著軸數(shù)的增加,機(jī)器人的靈活性也隨之增長(zhǎng)。但是,在目前的工業(yè)應(yīng)用中,用得最多的是三軸、四軸和六軸的工業(yè)機(jī)器人,這是因?yàn)?,在某些?yīng)用中,并不需要很高的靈活性,而三軸和四軸機(jī)器人具有更高的成本效益,并且三軸和四軸機(jī)器人在速度上也具有很大的優(yōu)勢(shì)。

未來,在需要高靈活性的3C產(chǎn)業(yè),七軸工業(yè)機(jī)器人將擁有用武之地,隨著其精度不斷增加,在不遠(yuǎn)的將來,它將取代人工進(jìn)行裝配手機(jī)等精密電子產(chǎn)品。

七軸工業(yè)機(jī)器人比六軸工業(yè)機(jī)器人強(qiáng)在哪?

從技術(shù)上來看, 六軸工業(yè)機(jī)器人存在什么問題,七軸工業(yè)機(jī)器人又強(qiáng)在哪?

(1)改善運(yùn)動(dòng)學(xué)特性

在機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題中,三個(gè)問題使得機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)受到非常大的限制。

第一是奇異構(gòu)型。當(dāng)機(jī)器人處于奇異構(gòu)型時(shí),它的末端執(zhí)行器不能繞某個(gè)方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng),或者施加力矩,因而奇異構(gòu)型極大的影響了運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。

六軸機(jī)器人第六軸和第四軸共線發(fā)生奇異

第二是關(guān)節(jié)位移超限。在真實(shí)工作情況下,機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)的角度范圍是受到限制的,最理想的狀態(tài)是正負(fù)180度,但是很多關(guān)節(jié)是做不到的。另外,七軸機(jī)器人可以避免角速度運(yùn)動(dòng)過快,讓角速度分配得比較均勻。

新松七軸機(jī)器人各軸運(yùn)動(dòng)范圍及最大角速度

第三是工作環(huán)境中存在障礙。在工業(yè)環(huán)境下,很多場(chǎng)合存在各種環(huán)境障礙,傳統(tǒng)的六軸機(jī)器人無法只改變末端機(jī)構(gòu)的姿態(tài),而不改變末端機(jī)構(gòu)的位置。

(2)改善動(dòng)力學(xué)特性

對(duì)于七軸機(jī)器人而言,利用其冗余自由度不僅可以通過運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃達(dá)到良好的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性,并且我們可以利用其結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)最佳的動(dòng)力學(xué)性能。

七軸機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)力矩的再分配,這里涉及到機(jī)器人的靜力平衡的問題,也就是說,作用在末端的力,通過一定的算法算出每個(gè)關(guān)節(jié)承受的力有多大。對(duì)于傳 統(tǒng)的六軸機(jī)器人來說,其每個(gè)關(guān)節(jié)的力是一定的,它的分配可能很不合理。但是對(duì)于七軸機(jī)器人來說,我們可以通過控制算法調(diào)整各個(gè)關(guān)節(jié)的力矩,讓薄弱的環(huán)節(jié)承 受的力矩盡量小,是整個(gè)機(jī)器人的力矩分配比較均勻,更加合理。

(3) 容錯(cuò)性

機(jī)器人在發(fā)生故障時(shí),如果有一關(guān)節(jié)失效,傳統(tǒng)六軸機(jī)器人便無法繼續(xù)完成工作,而七軸機(jī)器人可以通過重新調(diào)整故障關(guān)節(jié)速度(運(yùn)動(dòng)學(xué)容錯(cuò))和故障關(guān)節(jié)力矩(動(dòng)力學(xué)容錯(cuò))的再分配實(shí)現(xiàn)繼續(xù)正常工作。

國(guó)際巨頭們的七軸工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品

無論從產(chǎn)品角度,還是從應(yīng)用角度,七軸工業(yè)機(jī)器人目前都還處于初步發(fā)展階段,但各大廠商紛紛在各大展覽會(huì)力推相關(guān)產(chǎn)品,可以想見對(duì)其未來的發(fā)展?jié)摿€是十分看好的。

- 庫(kù)卡LBR iiwa

2014年11月,庫(kù)卡在中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)機(jī)器人展上首次發(fā)布KUKA第一款七自由度輕型靈敏機(jī)器人LBRiiwa。

LBRiiwa七軸機(jī)器人基于人類手臂進(jìn)行設(shè)計(jì),其結(jié)合集成的傳感器系統(tǒng),使該輕型機(jī)器人具有可編程的靈敏性,并使其具備了非常高的精確度。而七軸的LBRiiwa所有的軸內(nèi)均配備高性能碰撞檢測(cè)功能、集成的關(guān)節(jié)力矩傳感器,以實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作。

七軸的設(shè)計(jì),使得KUKA的該款產(chǎn)品有較高的靈活度,可輕松地越過障礙物。LBRiiwa機(jī)器人的結(jié)構(gòu)采用鋁制材料設(shè)計(jì),其自身重量只有23.9千克。其負(fù)荷有兩種,分別為7千克和14千克,使其成為首款負(fù)荷超過10千克的輕型機(jī)器人的產(chǎn)品。


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