Nos últimos anos, gigantes multinacionais de robôs lançaram robôs industriais de sete eixos, um após o outro, para conquistar novos mercados de ponta. Isso desencadeou nosso pensamento aprofundado sobre robôs industriais de sete eixos. Que vantagens técnicas únicas tem, quais são as dificuldades em pesquisa e desenvolvimento?
Quantos eixos os robôs industriais devem ter?
Atualmente, os robôs industriais têm sido amplamente utilizados em vários setores, mas também descobrimos que os robôs industriais não apenas têm formas diferentes, mas também eixos diferentes. O eixo do chamado robô industrial pode ser explicado pelo termo profissional grau de liberdade. Se o robô tiver três graus de liberdade, ele pode se mover livremente ao longo dos eixos x, y e z, mas não pode se inclinar ou girar. Quando o número de eixos do robô aumenta, significa maior flexibilidade para o robô. Então, quantos eixos um robô industrial deve ter?
Um robô de três eixos também é chamado de robô cartesiano ou cartesiano. Seus três eixos permitem que o robô se mova ao longo de três eixos. Este robô é geralmente usado para tarefas simples de manuseio.
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Um robô de quatro eixos pode girar ao longo dos eixos x, y e z. Ao contrário de um robô de três eixos, ele possui um quarto eixo que se move de forma independente. De um modo geral, um robô SCARA pode ser considerado um robô de quatro eixos.
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Cinco eixos é a configuração de muitos robôs industriais. Esses robôs podem girar através dos três círculos espaciais de x, y e z. Ao mesmo tempo, eles podem contar com o eixo na base para realizar a ação de giro, e o eixo que pode ser girado com flexibilidade pela mão aumenta sua flexibilidade.
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O robô de seis eixos pode passar pelos eixos x, y e z, e cada eixo pode girar independentemente. A maior diferença do robô de cinco eixos é que há mais um eixo que pode girar livremente. O representante do robô de seis eixos é o Universal Robots. Através da tampa azul do robô, você pode calcular claramente o número de eixos do robô.
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Um robô de sete eixos, também conhecido como robô redundante, possui um eixo extra em comparação com um robô de seis eixos que permite ao robô evitar determinados alvos específicos, tornando mais fácil para o efetuador final alcançar uma posição específica, e pode ser mais flexível para se adaptar a determinados ambientes de trabalho especiais.
À medida que o número de eixos aumenta, também aumenta a flexibilidade do robô. No entanto, nas aplicações industriais atuais, os robôs industriais de três eixos, quatro eixos e seis eixos são os mais usados. Isso ocorre porque, em algumas aplicações, não é necessária alta flexibilidade, enquanto os robôs de três e quatro eixos são mais econômicos, e os robôs de três e quatro eixos também têm uma grande vantagem em velocidade.
No futuro, na indústria 3C que requer alta flexibilidade, os robôs industriais de sete eixos terão um lugar para jogar. Com sua precisão crescente, substituirá a montagem manual de produtos eletrônicos de precisão, como telefones celulares, em um futuro próximo.
Robôs industriais de sete eixos são melhores que robôs industriais de seis eixos
Onde está a força?
Do ponto de vista técnico, quais são os problemas com os robôs industriais de seis eixos e qual é a força dos robôs industriais de sete eixos?
(1) Melhorar as características cinemáticas
No problema de cinemática do robô, três problemas tornam o movimento do robô muito restrito.
A primeira é a configuração singular. Quando o robô está em uma configuração singular, seu efetuador final não pode se mover em uma determinada direção ou aplicar um momento, então a configuração singular afeta muito o planejamento do movimento.
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Singularidade ocorre quando o sexto e quarto eixos de um robô de seis eixos são colineares
A segunda é que o deslocamento da junta excede o limite. Em uma situação real de trabalho, a amplitude angular de movimento de cada articulação do robô é limitada e o estado ideal é de mais ou menos 180 graus, mas muitas articulações não conseguem. Além disso, o robô de sete eixos pode evitar movimento de velocidade angular excessiva, de modo que a velocidade angular seja distribuída de maneira mais uniforme.
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A faixa de movimento e a velocidade angular máxima de cada eixo do robô de sete eixos SIASUN
A terceira é a presença de barreiras no ambiente de trabalho. No ambiente industrial, existem vários obstáculos ambientais em muitas ocasiões, e o robô tradicional de seis eixos não pode apenas mudar a postura do mecanismo final sem alterar a posição do mecanismo final.
(2) Melhorar as características dinâmicas
Para o robô de sete eixos, o uso de seus graus de liberdade redundantes pode não apenas alcançar boas características cinemáticas por meio do planejamento da trajetória de movimento, mas também podemos usar sua estrutura para obter o melhor desempenho dinâmico.
O robô de sete eixos pode realizar a redistribuição do torque da junta, que envolve o equilíbrio estático do robô, ou seja, a força que atua na ponta, através de um determinado algoritmo, calcula quanta força cada junta suporta. Para o robô tradicional de seis eixos, a força de cada junta é certa e sua distribuição pode ser muito irracional. Mas para o robô de sete eixos, podemos ajustar o torque de cada junta por meio do algoritmo de controle, de modo que o elo fraco suporte o torque o menor possível, de modo que a distribuição de torque de todo o robô seja relativamente uniforme e mais razoável.
(3) Tolerância a falhas
Quando um robô falha, se uma junta falha, o robô tradicional de seis eixos não pode continuar a concluir o trabalho, enquanto o robô de sete eixos pode continuar a trabalhar normalmente reajustando a velocidade da junta de falha (tolerância a falhas cinemáticas) e a redistribuição do torque da junta de falha (tolerância de falha dinâmica).
Produtos de robôs industriais de sete eixos de gigantes internacionais
Não importa do ponto de vista de produtos ou aplicações, os robôs industriais de sete eixos ainda estão em estágio inicial de desenvolvimento, mas os principais fabricantes estão promovendo produtos relacionados em grandes exposições. É concebível que eles ainda estejam muito otimistas sobre seu potencial de desenvolvimento futuro.
- Kuka LBR iiwa
Em novembro de 2014, a KUKA lançou pela primeira vez o primeiro robô sensível leve de sete graus de liberdade da KUKA LBRiiwa na China International Industry Fair Robot Exhibition.
O robô de sete eixos LBRiiwa é projetado com base no braço humano, que, combinado com um sistema de sensor integrado, dá ao robô leve sensibilidade programável e o torna muito preciso. Todos os eixos do LBRiiwa de sete eixos são equipados com funções de detecção de colisão de alto desempenho e sensores de torque de junta integrados para alcançar a colaboração homem-máquina.
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O design de sete eixos torna este produto KUKA altamente flexível e pode facilmente superar obstáculos. A estrutura do robô LBRiiwa é projetada com material de alumínio e seu peso próprio é de apenas 23,9 kg. Ele vem em duas cargas úteis, 7kg e 14kg, tornando-o o primeiro robô leve com uma carga útil de mais de 10kg.
- ABB YuMi
Em 13 de abril de 2015, a ABB lançou oficialmente o YuMi, o primeiro robô industrial de braço duplo do mundo que realmente realiza a colaboração homem-máquina, no mercado na Hannover Messe, na Alemanha.
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Cada braço do YuMi tem sete graus de liberdade e o peso corporal é de 38 kg. A carga de cada braço é 0,5 kg, e a precisão de posicionamento repetido pode chegar a 0,02 mm, por isso é especialmente adequado para montagem de peças pequenas, bens de consumo, brinquedos e outros campos. Das peças de precisão de relógios mecânicos ao processamento de telefones celulares, tablets e peças de computadores de mesa, o YuMi não é problema, e isso apenas reflete as excelentes características desse robô redundante, como espaço de trabalho expandido, flexibilidade, agilidade, e precisão.
-Yaskawa Motoman SIA
A Yaskawa Electric, um conhecido fabricante de robôs no Japão e uma das "Quatro Famílias", também lançou uma variedade de produtos de robôs de sete eixos. Entre eles, os robôs da série SIA são robôs leves e ágeis de sete eixos, que podem fornecer flexibilidade semelhante à humana e aceleração rápida. O design leve e simplificado desta série de robôs os torna ideais para instalação em espaços apertados. A série SIA pode fornecer alta carga útil (5kg a 50kg) e ampla faixa de trabalho (559mm a 1630mm), o que é muito adequado para montagem, moldagem por injeção, inspeção e outras operações.
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Além dos produtos leves de robôs de sete eixos, a Yaskawa também lançou um sistema de soldagem de robôs de sete eixos. Seu alto grau de liberdade pode manter a postura mais adequada tanto quanto possível para alcançar resultados de soldagem de alta qualidade. É especialmente adequado para soldagem interna e atinge a melhor posição de aproximação. Além disso, o produto pode ser organizado em alta densidade e é fácil evitar interferência com o eixo e a peça de trabalho, mostrando sua excelente função de evitar obstáculos.
- Nachi Fujiko PrestoMR20
Já no final de 2007, Nachi Fujikoshi desenvolveu um robô de sete graus de liberdade "PrestoMR20". Ao adotar um design de sete eixos, o robô pode executar fluxos de trabalho mais complexos e se mover em áreas de trabalho estreitas como um braço humano. Além disso, o torque da parte frontal (punho) do robô aumentou para cerca de duas vezes o do robô tradicional original de seis eixos. O torque da configuração padrão é de 20 kg. Ao definir a amplitude de movimento, ele pode transportar objetos de até 30 kg. A faixa de trabalho atinge 1260 mm e a precisão de posicionamento repetido é de 0,1 mm. Ao adotar uma estrutura de sete eixos, o MR20 pode trabalhar na lateral da máquina ao pegar e colocar peças de trabalho na máquina. Como resultado, a eficiência do trabalho, como preparação antecipada e manutenção, pode ser melhorada. O espaço entre as máquinas-ferramentas pode ser reduzido para menos da metade do espaço dos robôs convencionais de seis eixos.
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Além disso, Nachi Fujikoshi também lançou dois robôs industriais, o MR35 (com carga de 35 kg) e o MR50 (com carga de 50 kg), que podem ser utilizados em pequenos espaços e locais com obstáculos.
- Robô industrial de sete eixos OTC
O Grupo DAIHEN do Japão lançou os mais recentes robôs de sete eixos (FD-B4S, FD-B4LS, FD-V6S, FD-V6LS, FD-V20S). Devido à rotação do sétimo eixo, eles podem realizar a ação de torção como o pulso humano e podem realizar a soldagem por mais de uma semana; além disso, o robô de sete eixos (FD-B4S, FD-B4LS) possui cabos de soldagem embutidos no corpo do robô, portanto, não há necessidade de se preocupar com a interferência entre o robô, o dispositivo de soldagem e a peça de trabalho durante a operação de ensino , o movimento é muito suave e o grau de liberdade da postura de soldagem também é aprimorado.
- Baxter e Sawyer, Repensar a Robótica
A Rethink Robotics é pioneira em robôs colaborativos. Entre eles, o primeiro robô Baxter de braço duplo desenvolvido tem sete graus de liberdade para ambos os braços, e o alcance máximo de trabalho de um único braço é de 1210 mm. A Baxter pode lidar com duas tarefas diferentes ao mesmo tempo para aumentar a aplicabilidade ou processar a mesma tarefa em tempo real para maximizar a produção.
Introduzido no ano passado, o Sawyer é um robô de braço único e sete eixos que usa os mesmos atuadores elásticos seriais para suas juntas flexíveis, mas os atuadores para suas juntas foram redesenhados para torná-los menores. Devido ao design de sete eixos e à extensão da faixa de trabalho para 100 mm, ele pode realizar tarefas com uma carga maior. A carga pode chegar a 4 kg, muito maior do que a carga útil de 2,2 kg do robô Baxter.
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- Robô de sete eixos Yamaha série YA
Em 2015, a Yamaha lançou três robôs de sete eixos, "YA-U5F", "YA-U10F" e "YA-U20F", todos acionados e controlados pelo novo controlador "YA-C100".
O robô de eixo 7-tem um eixo E equivalente ao cotovelo humano, portanto, pode executar livremente ações como dobrar, torcer e estender. Mesmo em espaços estreitos onde é difícil para robôs com menos de 6 eixos realizar operações, as operações e instalações podem ser concluídas sem problemas. Também permite posições baixas de agachamento e movimentos na parte de trás da unidade. Um atuador oco é adotado, e o cabo do dispositivo e a mangueira de ar são embutidos no braço do robô, para que não interfira com o equipamento ao redor, e uma linha de produção compacta pode ser realizada.
Além disso, o Centro de Pesquisa e Desenvolvimento de Maquinário de Precisão de Taiwan também desenvolveu um protótipo de um robô de sete eixos de braço duplo, que deve ajudar as empresas taiwanesas a criar uma ferramenta poderosa para a fabricação de eletrônicos 3C e reduzir a lacuna tecnológica entre empresas nacionais e estrangeiras países.
O robô doméstico de sete eixos está aqui
você pode conseguir ultrapassagens de canto?
A pesquisa e o desenvolvimento do robô industrial de sete eixos da China começaram no início dos anos 90. Naquela época, o líder do projeto era Zhang Qixian, um falecido e famoso especialista em robótica em meu país e acadêmico da Academia Chinesa de Engenharia. Uma das principais contribuições do acadêmico Zhang Qixian foi concluir o desenvolvimento de um protótipo de robô redundante de sete graus de liberdade.
No final da década de 1980, devido ao desenvolvimento extremamente difícil, poucos países no mundo desenvolveram protótipos de robôs redundantes de sete graus de liberdade. O acadêmico Zhang Qixian liderou a equipe de pesquisa para concluir o desenvolvimento do primeiro protótipo de robô redundante de sete graus de liberdade no final de 1993, após vários anos de trabalho árduo, e foi aprovado na aceitação do projeto "863" e ministerial avaliação de uma só vez.
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Um braço redundante típico
Embora meu país tenha feito certas conquistas em robôs redundantes com grau de liberdade, ele permanece principalmente no estágio de trabalhos acadêmicos, relatórios de pesquisa científica e protótipos experimentais, e não alcançou o desenvolvimento real do produto. Isso, sem dúvida, restringe o ritmo dos produtos robóticos do meu país rumo à industrialização de ponta.
Como uma empresa líder em robôs industriais domésticos, a SIASUN assumiu a liderança no lançamento do primeiro robô industrial doméstico de sete eixos na 2015ª feira da indústria. Seu próprio peso é de 29 kg, a carga é de 5 kg, a precisão de posicionamento repetido pode chegar a 0,02 mm e o raio de trabalho pode chegar a 800 mm. Possui funções como configuração rápida, ensino de tração, orientação visual e detecção de colisão. É especialmente adequado para linhas de produção flexíveis com layout compacto e alta precisão e atende às necessidades de operações industriais, como montagem de precisão, embalagem de produtos, retificação, teste e carregamento e descarregamento de máquinas-ferramenta.
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Atualmente, a grande maioria das empresas de robôs industriais em meu país ainda não lançou produtos de robôs industriais de sete eixos. Alguns deles disseram que estão desenvolvendo produtos relacionados e produtos relacionados serão lançados neste ano, enquanto outras empresas expressaram preocupação com produtos de robôs industriais de sete eixos, mas ainda não planejaram projetar e desenvolver produtos relacionados.
a indústria de robôs do meu país fez grandes progressos na pesquisa teórica de robôs industriais de sete eixos, mas ainda há uma grande lacuna com os países estrangeiros em termos de produtos comerciais. A razão está principalmente nos dois aspectos a seguir:
Primeiro, a capacidade de inovação independente é fraca. Na falta de conquistas originais e conceitos inovadores de tecnologias essenciais e essenciais, a tecnologia geral dos robôs industriais do meu país está mais de dez anos atrás do nível avançado de países estrangeiros.
Em segundo lugar, a lucratividade das empresas é baixa e os fundos de P&D são escassos. A falta de tecnologia de componentes principais levou a altos custos de produção para as empresas, e os fabricantes estrangeiros reduziram os preços um após o outro. Em 2015, mais de 70% dos negócios de ontologia das empresas estavam em estado de perda.
De acordo com especialistas, a diferença entre a tecnologia geral de robôs industriais em meu país e em países estrangeiros é de mais de dez anos. O surgimento de robôs industriais domésticos de sete eixos mostra que nossa pesquisa e desenvolvimento em tecnologia de robôs industriais está se acelerando, mas devemos ter uma compreensão clara de que existe uma lacuna real. Se quisermos ultrapassar em uma curva, precisamos superar as principais dificuldades técnicas o mais rápido possível. Ao mesmo tempo, também devemos prestar atenção à pesquisa e desenvolvimento de tecnologias de última geração, como inteligência artificial, percepção, reconhecimento, direção e controle.
