北航教授贠超：高速機器人關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

2021-10-11 16:04:15來源：OFweek機器人網(wǎng) 關(guān)鍵詞：高速機器人技術(shù)發(fā)展閱讀量：22181

導(dǎo)讀：贠超教授演講全程聚焦高速機器人，從專業(yè)的角度分析高速機器人類型、結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用。

　　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中國機器人系統(tǒng)集成商峰會在深圳會展中心成功舉辦。

　　大會設(shè)有“機器人系統(tǒng)集成商專場”、“機器人創(chuàng)新應(yīng)用，賦能行業(yè)轉(zhuǎn)型升級”、“3C行業(yè)智造專場”三大專場，專家學(xué)者、企業(yè)高層云集，圍繞機器人行業(yè)現(xiàn)狀、問題、應(yīng)用等眾多議題發(fā)表專題演講。

　　北京航空航天大學(xué)機械學(xué)院教授贠超帶來《高速機器人關(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器人，從專業(yè)的角度分析高速機器人類型、結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用。

　　顧名思義，高速機器人相較于其他類型，在速度上更占優(yōu)勢。但速度與精度往往互相牽制?，F(xiàn)在主流的工業(yè)機器人，重復(fù)定位精度高于±0.02mm，全工作空間內(nèi)絕對定位精度高于±1mm，基本可以說是“高精度”機器人了。但機器人帶載時的速度越高，慣性力越大，機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)型機器人等五種機器人的關(guān)鍵技術(shù)進行分析，尋求提高精度的技術(shù)解決方案。

　　SCARA型機器人關(guān)鍵技術(shù)

　　結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

　　強度、零部件的固有頻率(剛度)以及靜動態(tài)誤差，它們決定了 SCARA機器人的高速性、承載能力以及運動精度等關(guān)鍵性能。

　　誤差分析及優(yōu)化

　　零部件形變誤差、運動的平穩(wěn)性以及負載大小都會直接影響機器人末端的定位精度，因此有必要對SCARA機器人進行誤差分析及優(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型機器人關(guān)鍵技術(shù)

　　運動學(xué)正逆解

　　正解是已知各關(guān)節(jié)的運動參數(shù)，求末端執(zhí)行器的相對參考坐標(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)行器相對參考坐標(biāo)系的位置和姿態(tài)，求各關(guān)節(jié)的運動參數(shù)。

　　軌跡疊加

　　在拾取作業(yè)時，從指定位置提取目標(biāo)，水平運送目標(biāo)，然后在終止位置放置目標(biāo)。通過速度規(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，可借助相機等傳感器生成物體最初始的位置；

　　2. 傳送帶——物體的運動軌跡；

　　3. 計米輪——記錄物體的移動距離，在確定初始位置之后物體運動的距離。

　　小型六軸機器人關(guān)鍵技術(shù)

　　伺服電機

　　1. 保證電機轉(zhuǎn)子慣量與負載慣量相匹配(即慣量匹配)，這是機器人機械設(shè)計的一項重要指標(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；

　　4. 環(huán)境適應(yīng)性強(溫度、濕度等)，連接電纜要柔韌，耐疲勞。

　　慣量匹配

　　伺服電機驅(qū)動器對伺服電機的響應(yīng)控制，最佳值為負載慣量與電機轉(zhuǎn)子慣量之比在5-15倍，即慣量比，這是機械傳動裝置設(shè)計的一個重要指標(biāo)。

　　關(guān)節(jié)型機器人的負載慣量都很大，因此需要與大慣量電機與之匹配。

　　四軸重載型機器人關(guān)鍵技術(shù)

　　動力學(xué)分析

　　整機的設(shè)計參數(shù)，如各部件質(zhì)量、幾何尺寸、運動慣量、關(guān)節(jié)阻尼等都要進行綜合的動力學(xué)分析。

　　軌跡規(guī)劃

　　軌跡規(guī)劃問題通常是將機器人的軌跡規(guī)劃器看成黑箱，接受表示路徑約束的輸入變量，輸出起點與終點之間按時間排列的機器人中間形態(tài)(位移、速度和加速度)序列。

　　直角坐標(biāo)型機器人的核心部件

　　直線運動軸

　　也叫直線運動單元，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、運動滑塊以及帶動滑塊運動的同步帶組成。

　　驅(qū)動系統(tǒng)

　　在要求高速運行狀態(tài)(電機轉(zhuǎn)速>600r/ min)、大功率驅(qū)動、高定位精度的場合多采用交流/直流伺服電機系統(tǒng)作為驅(qū)動；在要求低速運行狀態(tài)(電機轉(zhuǎn)速<600r/ min)、小功率驅(qū)動、定位精度不高的場合可采用步進電機系統(tǒng)作為驅(qū)動；在要求極高的運行速度和定位精度的場合可采用直線伺服系統(tǒng)驅(qū)動。

　　控制系統(tǒng)

　　控制系統(tǒng)要按具體應(yīng)用要求來選定其控制軸數(shù)、I/O口數(shù)量以及軟件的配置和功能。

　　高速機器人的應(yīng)用主要分為兩方面：輕載高速機器人的應(yīng)用和重載高速機器人的應(yīng)用。

　　SCARA型機器人是目前世界范圍內(nèi)裝機量最高的工業(yè)機器人類型，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機器人最核心的應(yīng)用就是高速分揀操作

　　小型六軸機器人靈活性高，在汽車、電子、家電、五金、日用品等行業(yè)應(yīng)用廣泛，隨著國產(chǎn)化程度的提高，小型六軸機器人在我國的應(yīng)用前景發(fā)展迅速。在裝配、加工、移載行業(yè)，近年來小型六軸機器人的裝機量明顯提升，特別是在3C行業(yè)，裝機量接近SCARA機器人的水平。

　　高速重載機器人作為工業(yè)機器人的重要分支，其最主要的應(yīng)用領(lǐng)域為物流行業(yè)的重載高速搬運。它不僅能代替人工單調(diào)、頻繁重復(fù)的作業(yè)，更能在危險和惡劣的環(huán)境下實現(xiàn)對人體有害物料的作業(yè)。更重要的是它可以實現(xiàn)人力無法完成的重載高速搬運，實現(xiàn)物流作業(yè)的自動化、無人化。

　　直角坐標(biāo)型機器人的應(yīng)用：

　　根據(jù)末端操作工具的不同，直角坐標(biāo)機器人的應(yīng)用場合：

　　物流(高速作業(yè))：搬運、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、探傷、(軟仿型)噴涂等。

　　(原標(biāo)題：北航教授贠超：高速機器人關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用)

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