I. Baggrund for udviklingen af industrirobotter
Udtrykket ROBOT blev første gang brugt i 1920 af den tjekkiske dramatiker Karilo Chibek i hans science fiction-skuespil Rossums Universal Robots, og er siden blevet synonymt med robotteknologi.
I marts 1938 rapporterede The Meccano Magazine om en model af en håndteringsrobot, en af de tidligste rapporter om en modelrobot rettet mod industrielle anvendelser. Designet af Griffith P. Taylor i 1935, var den i stand til fem bevægelsesakser ved hjælp af en enkelt elektrisk motor. I 1954 blev den første elektronisk programmerbare industrirobot designet af GC Devol i USA. Og i 1960 producerede det amerikanske firma AMF kolonnekoordinaten Versatran-robot med punkt- og banestyring, som var verdens første robot, der blev brugt i industriel produktion.
I 1974 udviklede Cincinnati Milacron med succes en multi-leddet robot. I 1979 lancerede Unimation PUMA-robotten, som er en multi-leddet, alle-motordrev, multi-CPU sekundær kontrol af robotten, brugen af VAL specialsprog, kan udstyres med visuelle, taktile, kraftsensorer, på det tidspunkt er den mest teknologisk avancerede industrirobotter. Nutidens industrirobotter er i høj grad baseret på denne struktur. Denne periode af robotten tilhører "Teach-in/Playback" (Teach-in/Playback) type robotter, kun med hukommelse, lagerkapacitet, ifølge det tilsvarende program for at gentage operationen, det omgivende miljø har dybest set ingen perception og feedback kontrol kapacitet.
Ind i 80'erne, med udviklingen af sensorteknologi, herunder visuelle sensorer, ikke-visuelle sensorer og informationsbehandlingsteknologi, anden generation af robotter - sensoriske robotter. Den er i stand til at indhente en del af den relevante information om driftsmiljøet og driftsobjektet, udføre visse -realtidsbehandlinger og guide robotten til at udføre operationer. Anden generation af robotter har været meget brugt i industriel produktion.
Lande forsker i øjeblikket i den "intelligente robot", som ikke kun har mere end anden generation af robotter med bedre miljøbevidsthed, men som også har en logisk tænkning, dømmekraft og beslutningsevne-i henhold til de operationelle krav og miljøoplysninger til at arbejde selvstændigt.
II. Anvendelsesscenarier for industrielle robotter
Siden begyndelsen af 1960'erne skabte menneskeheden de første industrirobotter, robotter viser sin store vitalitet, på lidt over 50 år har robotteknologien udviklet sig hurtigt, inden for mange fremstillingsområder er industrirobotter mest udbredt inden for fremstilling af auto- og bildele og komponenter og udvides konstant til andre områder, såsom elektronik-, mobil- og plastindustrien, gummiindustrien og plastindustrien. bilindustrien dele og komponenter fremstillingsindustrien. Elindustri, gummi- og plastindustri, fødevareindustri, træ- og møbelfremstilling og andre områder. I industriel produktion er svejserobotter, slibe- og poleringsbearbejdningsrobotter, svejserobotter, laserbearbejdningsrobotter, sprøjterobotter, håndteringsrobotter, vakuumrobotter og andre industrirobotter blevet taget i brug i stort antal. Det følgende er en introduktion til nogle af industrirobotternes anvendelsesscenarier og tekniske karakteristika.
III. Den nuværende situation for industrirobotter
Sammen med den stigende fremkomst af industrirobotter vil "maskine for menneske" blive trenden. Foxconn har tidligere annonceret, at det vil købe en million robotter i tre år, forventes at 2016 vil blive bygget i Shanxi Jincheng, "verdens største intelligente robot produktion base".
Automotive, elektronik, fødevarer, kemikalier, plast og gummi, metalprodukter, seks fremstillingsindustrier, ses som den nuværende anvendelse af industrirobotter i de vigtigste områder, agenturet forudsagde, at der vil være 1 million til 2 millioner enheder af årlig efterspørgsel, hvilket tegner sig for Kinas industrielle robotter markedsefterspørgsel på omkring 70%.
Fra september i år er hele Kinas robotvirksomheder nået op på næsten 420. Derudover er mere end 30 robotindustriparker i øjeblikket under opførelse i hele Kina.
Grunden til, at industrirobotter stiger på det kinesiske marked, er for det første, at robotter med hensyn til omkostninger normalt kun udgør en-fjerdedel af arbejdsomkostningerne; for det andet kan robotter også tilføre en masse ny merværdi i forhold til kvalitet, effektivitet og ledelse. Derfor, i den hurtige forbedring af robotteknologi, er priserne faldet dramatisk, mangel på arbejdskraft, stigende lønomkostninger og andre faktorer, Kinas industrielle robotteknologi er i en blowout-æra.
IV. Nøgleteknologier for industrirobotter
1. Robot grundlæggende systemsammensætning
Industrirobot består af 3 hoveddele og 6 undersystemer, som er mekanisk del, føledel og kontroldel, og de 6 delsystemer kan opdeles i mekanisk struktursystem, drivsystem, sensorsystem, robotmiljøinteraktionssystem, menneskeligt-maskininteraktionssystem og kontrolsystem.
Sammensætning af industrirobotsystem
(1) Det mekaniske struktursystem af industrirobotter består af tre hoveddele: basen, armen og endemanipulatoren, og hver af disse hoveddele har et antal mekaniske systemer med flere frihedsgrader. Hvis basen har en gangmekanisme, udgør den en gårobot; hvis basen ikke har en gå- og bøjningsmekanisme, udgør den en enkelt robotarm. Armen består generelt af en overarm, en underarm og et håndled. Endemanipulatoren er en vigtig del direkte monteret på håndleddet, den kan være to fingre eller multi-finger håndgreb, kan også være en malingssprøjtepistol, svejseværktøj og andre betjeningsværktøjer.
(2) drivsystem, for at få robotten til at fungere, skal placeres i leddene, det vil sige hver grad af bevægelsesfrihed på transmissionsenheden, som er drivsystemet. Drivsystemet kan være hydraulisk, pneumatisk, elektrisk, eller en kombination af dem til at anvende det integrerede system, kan være et direkte drev eller indirekte drev gennem det synkrone bælte, kæde, hjulsystem, harmoniske gear og andre mekaniske transmissionsmekanismer.
(3) Sensorsystemet består af et internt sensormodul og et eksternt sensormodul for at opnå meningsfuld information om tilstanden af det interne og eksterne miljø. Brugen af smarte sensorer forbedrer robottens mobilitet, tilpasningsevne og intelligens. Det menneskelige sansesystem er ekstremt behændigt til at sanse information om den ydre verden, men sensorer er mere effektive end det menneskelige sansesystem for nogle specifikke oplysninger.
(4) Robotmiljøudvekslingssystem er en moderne industrirobot og det ydre miljø af udstyrets udskiftelige kontakt- og koordinationssystem. Industrirobotter og eksternt udstyr sættes i en funktionel enhed, såsom procesenhed, svejseenhed, samleenhed osv.. Det kan selvfølgelig også være flere robotter, flere værktøjsmaskiner eller udstyr, flere dele lagerenheder osv. til en funktionel enhed til at udføre komplekse opgaver.
(5) menneske-maskinudvekslingssystem er operatøren og robottens kontrol og kontakt med robotenheden, for eksempel computerens standardterminal, kommandokonsol, informationsdisplaytavle, faresignalalarm osv.. Systemet er opsummeret i to hovedkategorier: kommando-enheder og informationsdisplayenheder.
6) Robotkontrolsystemet er robottens hjerne og er hovedfaktoren for at bestemme robottens funktion og ydeevne.
Styresystemets opgave er at styre robottens aktuator til at gennemføre den foreskrevne bevægelse og funktion i henhold til robottens driftsinstruktionsprogram og signalet tilbage fra sensoren. Hvis industrirobotten ikke har informationsfeedback-egenskaber, er det et åbent-sløjfekontrolsystem; hvis det har informationsfeedback-egenskaber, er det et lukket-sløjfekontrolsystem. Ifølge kontrolprincippet kan kontrolsystemet opdeles i programkontrolsystem, adaptivt kontrolsystem og kunstig intelligenskontrolsystem. I henhold til formen for kontroldrift kan styresystemet opdeles i punktstyring og banestyring. Punktpositionstypen styrer kun den nøjagtige positionering af aktuatoren fra et punkt til et andet, og er velegnet til operationer som læsning og aflæsning af værktøjsmaskiner, punktsvejsning og generel håndtering, læsning og aflæsning osv. Den kontinuerlige banetype styrer aktuatorens bevægelse i henhold til en given bane, og er velegnet til operationer som kontinuerlig svejsning og maling.
Styresystemets opgave er at styre robottens aktuator til at gennemføre den foreskrevne bevægelse og funktion i henhold til robottens driftsinstruktionsprogram og signalet tilbage fra sensoren. Hvis industrirobotten ikke har informationsfeedback-egenskaber, er det et åbent-sløjfekontrolsystem; hvis det har informationsfeedback-egenskaber, er det et lukket-sløjfekontrolsystem. Ifølge kontrolprincippet kan kontrolsystemet opdeles i programkontrolsystem, adaptivt kontrolsystem og kunstig intelligenskontrolsystem. I henhold til formen for kontroldrift kan styresystemet opdeles i punktstyring og banestyring. Et komplet sæt industrirobotter inkluderer robotkrop, systemsoftware, styreskab, perifert mekanisk udstyr, CCD-vision, armatur/griber, PLC-styreskab til perifert udstyr og demonstrator-/demonstrationsboks.
Det følgende afsnit fokuserer på robottens drivsystem og sensorsystem.
2. Robot drivsystem
Drivsystemet til industrirobotter er opdelt i tre hovedkategorier, nemlig hydraulisk, pneumatisk og elektrisk, alt efter strømkilden. I henhold til behovene for disse tre grundlæggende typer kan også kombineres til et sammensat drivsystem. Disse tre typer grundlæggende drivsystemer har deres egne karakteristika.
Hydraulisk drivsystem: Da hydraulisk teknologi er en mere moden teknologi. Den har en stor kraft, kraft (eller moment) og inertiforhold, hurtig respons, let at realisere karakteristikaene ved direkte kørsel. Velegnet til brug i disse robotter med stor belastningskapacitet, stor inerti og arbejde i et svejse-sikkert miljø. Det hydrauliske system kræver dog energiomdannelse (elektrisk energi til hydraulisk energi), hastighedskontrol i de fleste tilfælde ved hjælp af regulering af drosselhastighed, effektiviteten er lavere end det elektriske drivsystem. Hydrauliksystemets flydende slamafløb kan forurene miljøet, og driftsstøjen er også højere. På grund af disse svagheder er de i de senere år ofte erstattet af elektriske systemer i robotter med en belastning på 100 kg eller mindre.
Fuldt hydrauliske tunge-robotter
Pneumatisk drev har fordelene ved høj hastighed, enkel systemstruktur, nem vedligeholdelse og lav pris. På grund af den pneumatiske enheds lave arbejdstryk er den imidlertid ikke let at placere nøjagtigt, den bruges generelt kun til industrielle robot-ende-effektordrev. Pneumatisk håndgreb, roterende cylinder og pneumatisk suger som ende-effektor kan bruges til greb og samling af emner med middel og lille belastning. Pneumatiske sugekopper og pneumatiske robotgribere er vist på figuren.
Pneumatiske sugekopper og pneumatiske robotgribere
Motordrev er en almindelig kørselstilstand af moderne industrirobotter, opdelt i fire kategorier af motorer: DC servomotorer, AC servomotorer, stepmotorer og lineære motorer. DC-servomotorer og AC-servomotorer med lukket-sløjfestyring, som almindeligvis bruges til høj-præcisions--robotdrev; stepmotorer til præcisions- og hastighedskrav er ikke høje lejligheder, brugen af åben-sløjfekontrol; lineære motorer og deres drevstyringssystemer er blevet teknisk modne, har en traditionel transmissionsenhed, der ikke kan sammenlignes med den overlegne ydeevne, såsom tilpasning til applikationer med meget høj-hastighed og meget lav-hastighed, høj acceleration, høj nøjagtighed, ingen tom retur, lavt slid, struktur og struktur af robotgriberen. Ingen tom ryg, lavt slid, enkel struktur, ingen reduktions- og gearskruekobling. I lyset af det store antal lineære drivkrav i parallelle robotter, er lineære motorer blevet brugt i vid udstrækning inden for parallelle robotter.
3. Robotsensorsystem
Robotopfattelsessystem transformerer forskellige interne tilstandsinformationer og miljøoplysninger om robotten fra signaler til data og information, der kan forstås og anvendes af robotten selv eller mellem robotter. Ud over behovet for at opfatte mekaniske størrelser relateret til dens egen arbejdstilstand, såsom forskydning, hastighed, acceleration, kraft og drejningsmoment, er visuel perceptionsteknologi et vigtigt aspekt af industriel robotopfattelse.
Visuelle servosystemer bruger visuel information som feedbacksignaler til kontrol for at justere robottens position og holdning. Anvendelser inden for dette område er hovedsageligt inden for halvleder- og elektronikindustrien. Maskinsynssystemer er også meget udbredt i forskellige aspekter af kvalitetsinspektion, identifikation af arbejdsemner, fødevaresortering og emballering.
Normalt er robottens visuelle servostyring positions-baseret visuel servo eller billed-baseret visuel servo, som også er kendt som henholdsvis 3D visuel servo og 2D visuel servo, og hver af disse to metoder har sine egne fordele og anvendelighed samt nogle mangler, så 2,5-dimensionelle visuelle servometoder er blevet foreslået.
Det position-baserede visuelle servosystem anvender kameraets parametre til at etablere kortlægningsforholdet mellem billedinformationen og positions-/holdningsinformationen for robotens ende-effektor for at realisere den lukkede-sløjfekontrol af robottens ende-effektorposition. Slut-effektorpositions- og holdningsfejlene estimeres ud fra slut-effektorpositionsoplysningerne, der er udtrukket fra realtidsoptagne-billeder og den geometriske model af det lokaliserede mål, og baseret på positions- og holdningsfejlene opnås de nye positions- og holdningsparametre for hvert led. Positionsbaseret-visuel servoing kræver, at sluteffektoren altid skal kunne observeres i den visuelle scene, og dens 3D-positionelle holdningsoplysninger beregnes. Eliminering af forstyrrelser og støj i billedet er nøglen til at sikre nøjagtig beregning af positions- og holdningsfejl.
2D-visionsservoen udleder fejlsignalet ved at sammenligne funktionerne i billedet optaget af kameraet med et givet billede (ikke den 3D-geometriske information). Robotten korrigeres derefter af den fælles controller og vision controller og den aktuelle driftstilstand for robotten, hvilket giver robotten mulighed for at fuldføre servostyring. Sammenlignet med 3D visuel servoing er 2D visuel servoing mere robust over for kameraets og robottens kalibreringsfejl, men problemer såsom singulariteten af billedets Jacobi matrix og de lokale minima er uundgåeligt stødt på i designet af den visuelle servocontroller.
For at imødegå begrænsningerne ved 3D og 2D visuelle servometoder, F. Chaumette et al. foreslået en 2,5-dimensionel visuel servometode. Den afkobler den lukkede sløjfestyring af kameratranslationsforskydning og -rotation og rekonstruerer orienteringen og billeddybdeforholdet for objektet i 3D-rum baseret på billedelementpunkterne, hvor translationsdelen repræsenteres af koordinaterne for funktionspunkterne på billedplanet. Denne metode kan med succes kombinere billedsignalerne og positionssignalerne udtrukket baseret på billedet organisk og syntetisere de fejlsignaler, der genereres af dem til feedback, hvilket stort set løser problemerne med robusthed, singularitet og lokale minima. Der er dog stadig nogle problemer, der skal løses i denne metode, såsom hvordan man sikrer, at referenceobjektet altid er placeret inden for kameraets synsfelt under servoingsprocessen, og eksistensen af ikke-unikke løsninger ved nedbrydning af singularitetsmatrixen.
Når du modellerer vision-controlleren, skal der findes en passende model til at beskrive kortlægningsforholdet mellem robottens ende-effektor og kameraet. Metoden til billed-Jacobi-matricer er en meget brugt klasse af metoder inden for forskning i robotsynsservoing. Jacobi-matricen for et billede er tids-varierende, så den skal beregnes eller estimeres online.
4. Grundlæggende robotkomponenter
Der er 4 hovedkomponenter i en robot, 22% af kroppens omkostninger, 24% af servosystemet, 36% af reduktionen og 12% af controlleren. De vigtigste grundlæggende komponenter i robotten refererer til sammensætningen af robottens drivsystem, kontrolsystem og menneskelige-maskininteraktionssystem, spiller en nøglerolle i at påvirke robottens ydeevne og har komponentenhedens generelle og modulære karakter. Robotnøglekomponenter er hovedsageligt opdelt i følgende tre dele: høj-præcisionsrobotreduktion, høj- AC- og DC-servomotorer og -drev, høj-robotcontroller.
1) Reducer
Reducer er en nøglekomponent i robotten, og i øjeblikket bruges to typer reduktionsgear hovedsageligt: harmonisk gearreduktion og RV-reduktion.
Den harmoniske transmissionsmetode blev opfundet af den amerikanske opfinder C. WaltMusser i midten af-1950'erne. Harmonisk gearreduktion består hovedsageligt af bølgegenerator, fleksibel gear og stiv gear 3 grundlæggende komponenter, der er afhængig af bølgegeneratoren til at lave fleksibel gear til at producere kontrolleret elastisk deformation, og med stiv gearindgreb til at overføre bevægelse og kraft, enkelt-transmissionshastighedsforhold på op til 70 ~ 1000, ved hjælp af fleksible hjulreversering, kan tilbageslag udføres i tilbagevendende hjul. Sammenlignet med den generelle reduktionsgear, når udgangsmomentet er det samme, kan volumen af den harmoniske gearreduktion reduceres med 2/3, vægten kan reduceres med 1/2. fleksibelt hjul til at modstå en stor vekslende belastning, og dermed dets materialetræthedsstyrke, forarbejdning og varmebehandlingskrav er høje, fremstillingsprocessen er kompleks, den fleksible hjulydelse er nøglen til højkvalitets harmonisk gearreduktion.
Tyskeren LorenzBaraen foreslog princippet om cykloid planetgeartransmission i 1926, og det japanske TEIJINSEIKICo., Ltd. tog føringen i udviklingen af RV-reduceren i 1980'erne. RV-reduceren består af det forreste trin på et planetgearhoved og det bagerste trin i en cykloid-reduktionsgear. Sammenlignet med harmoniske gearhoveder giver RV gearhoveder bedre svingnøjagtighed og nøjagtighedsfastholdelse.
Chen Shixian opfandt den levende gear transmissionsteknologi. Den fjerde generation af oscillerende rulletransmission (ORT) er med succes blevet anvendt på mange industrielle produkter. Sammensat oscillerende rulletransmission (CORT) foreslået på basis af ORT har ikke kun de lignende fordele ved RV-transmission, men overvinder også manglerne ved RV-transmissionens krumtapaksellejekraft, lav levetid og forbedrer yderligere levetiden og bæreevnen; CORT's struktur tillader det i samme Strukturen af CORT gør returforskellen mindre under samme præcisionsindeks, og bevægelsespræcisionen og stivheden højere, hvilket afhjælper defekterne ved RV transmission, der kræver høj fremstillingspræcision, og kan relativt reducere forarbejdningskravene og fremstillingsomkostningerne.CORT er selvstændigt udviklet i Kina, og ejer uafhængige immaterielle rettigheder. Anshan Wear-resistant Alloy Research Institute og Zhejiang Hengfengtai Reducer Manufacturing Co., Ltd. har begge med succes udviklet CORT-reducere til robotter.
ORT reducer CORT reducer
På nuværende tidspunkt, hvad angår høj-præcisionsrobotreduktion, er 75 % af markedsandelen monopoliseret af henholdsvis to japanske reduktionsvirksomheder, for at levere RV cycloid-reducer Japan Nabtesco og levere højtydende harmonisk reducering Japan Harmonic Drive. herunder ABB, FANUC, KUKA, MOTOMAN, herunder den internationale mainstream robotproducenter, reduktionsgear af de to ovennævnte virksomheder til at give, med de indenlandske og internationale robotproducenter, reduktionsgear af de to ovennævnte virksomheder. Gearkasserne fra internationale mainstream robotproducenter, herunder ABB, FANUC, KUKA og MOTOMAN, leveres alle af de to ovennævnte virksomheder. Det, der adskiller sig fra de generelle modeller, der er valgt af indenlandske robotvirksomheder, er, at de internationale mainstream-robotproducenter har indgået et strategisk samarbejdsforhold med de to ovennævnte virksomheder, og de fleste af de leverede produkter er specialiserede modeller, der er forbedret i henhold til producenternes særlige krav på basis af de generelle modeller. Indenlandsk forskning i høj-præcisionscykloid-reducer startede sent, kun på nogle gymnasier og universiteter har forskningsinstitutter haft relevant forskning. På nuværende tidspunkt er der ingen modne produkter, der bruges i industrirobotter. I de senere år er nogle indenlandske producenter og institutioner begyndt at afsætte til lokalisering og industrialisering af{10}}høj{10}}præcisionsforskning i cykloid-reduktion, såsom Zhejiang Hengfengtai, Chongqing University State Key Laboratory of Mechanical Transmission, Tianjin Reducer Factory, Qinchuan Machine Tool Factory, Dalian Railway Institute og så videre. Med hensyn til harmonisk reducering er der alternative produkter i Kina, såsom Beijing Sinotech Kemi, Beijing Harmonic Drive, men de tilsvarende produkter i inputhastighed, torsionshøjde, transmissionsnøjagtighed og effektivitet med japanske produkter er der stadig et lille hul, den modne anvendelse af industrirobotter er lige begyndt.
2) Servomotorer
I servomotoren og drevet leveres den nuværende europæiske robotdrevdel hovedsageligt af Lenze, Lust, Bosch Rexroth og andre virksomheder, disse europæiske motorer og drevkomponenter overbelastningskapacitet, dynamisk respons er god, drevåbenheden er stærk og har en busgrænseflade, men prisen er dyr. Det japanske mærke industrielle robotnøglekomponenter leveres hovedsageligt af Yaskawa, Panasonic, Mitsubishi og andre virksomheder, dens pris er relativt lav, men den dynamiske respons er dårlig, åbenheden er dårlig, og de fleste af dem har kun analog- og pulsstyringstilstand. I de seneste år har Kina også udført grundlæggende forskning og industrialisering af høj- AC permanentmagnet synkronmotorer og drivdele, såsom Harbin Institute of Technology, Beijing og Lisi, Guangzhou CNC og andre enheder, og har en lille smule produktionskapacitet, men dens dynamiske ydeevne, åbenhed og pålidelighed skal verificeres af mere praktiske robotprojektapplikationer.
3) Controller
Med hensyn til robotcontrollere er de nuværende almindelige udenlandske robotproducenter i den generelle multi{0}}akse bevægelsescontrollerplatform baseret på uafhængig forskning og udvikling. På nuværende tidspunkt er den generelle multi--controllerplatform hovedsageligt opdelt i indlejrede processorer (DSP, POWER PC) som kernen i motion control card og industriel computer plus real-tidssystem som kernen i PLC-systemet, som er repræsenteret af Delta Taus PMAC-kort og Beckhoffs TwinCAT-system. Indenlandske i motion control-kortet, solid høj selskab har udviklet de tilsvarende modne produkter, men i anvendelsen af robotten er relativt lille.
5. Robotoperativsystem
Det fælles robotoperativsystem (robotoperativsystem, ROS) er en standardiseret byggeplatform designet til robotter, som gør det muligt for enhver robotdesigner at bruge det samme styresystem til robotsoftwareudvikling.ROS vil fremme udviklingen af robotindustrien i retning af hardware- og softwareuafhængighed. Den hardware-softwareuafhængige udviklingsmodel har i høj grad bidraget til udviklingen og den hurtige udvikling af pc-, bærbare- og smartphoneteknologier.
ROS er sværere at udvikle end et computeroperativsystem. Computere behøver kun at håndtere nogle vel-definerede matematiske operationer, mens robotter skal klare mere komplekse faktiske bevægelsesoperationer.
ROS leverer standardoperativsystemtjenester, herunder hardwareabstraktion, underliggende enhedskontrol, implementering af almindelige funktioner, inter-procesmeddelelser og pakkehåndtering.
ROS er opdelt i to lag, det nederste lag er operativsystemlaget, og det højere lag er de forskellige softwarepakker, som brugerfællesskabet bidrager med til at realisere forskellige funktioner i robotten.
De vigtigste eksisterende robotoperativsystemarkitekturer er det linux-baserede Ubuntu open source-operativsystem. Derudover er der udviklet forskellige typer ROS-systemer på Stanford University, Massachusetts Institute of Technology og University of München i Tyskland. Microsofts robotudviklingsteam udgav også en "Windows robotversion" i 2007.
6. Robotbevægelsesplanlægning
For at effektivisere arbejdet, og for at robotten kan udføre en konkret opgave på kortest mulig tid, skal der være en fornuftig bevægelsesplanlægning. Offline bevægelsesplanlægning er opdelt i stiplanlægning og baneplanlægning.
Målet med stiplanlægning er at gøre afstanden mellem stien og forhindringen så langt som muligt, mens stiens længde er så kort som muligt; formålet med baneplanlægning er hovedsageligt at få robottens led i den rumlige bevægelse af robottens køretid er så kort som muligt, eller energien er så lille som muligt. Baneplanlægning i stien planlægning baseret på tilføjelse af tidsserier oplysninger, robotten til at udføre opgaven med hastighed og acceleration planlægning, for at opfylde kravene til glathed og hastighed kontrollerbarhed.
Demonstrationsreproduktion er en af metoderne til at realisere stiplanlægning, gennem operationsrummet til demonstration og registrering af resultaterne af demonstrationen, og gengivet i arbejdsprocessen, på{0}}demonstrationen svarer direkte til robottens behov for at fuldføre handlingen, stien er intuitiv og klar. Ulempen er, at det kræver erfarne operatører og bruger meget tid, og at stien måske ikke er optimeret. For at løse ovenstående problemer kan der bygges en virtuel model af robotten, og stiplanlægningen af driftsopgaven kan udføres gennem virtuel visualisering.
Baneplanlægning kan udføres i ledrummet.Gasparetto bruger fem gange B-splines som interpolationsfunktion for ledbanerne, og integralet af kvadratet af den tilføjede acceleration med hensyn til bevægelsestiden bruges som den objektive funktion til optimering for at sikre, at bevægelsen af hvert led er jævn nok. Songguo Liu beregner interpolationen af robottens ledbaner ved at bruge fem gange B spline, og hastigheds- og accelerationsendepunktværdierne for robottens individuelle led kan konfigureres vilkårligt i henhold til glathedskravene. Desuden kan baneplanlægning i fællesrummet undgå singularitetsproblemet i operationsrummet. Huo et al. designet en algoritme til optimering af fælles bane til at undgå singularitet i ledrummet ved at bruge redundansen i funktionaliteten af en bestemt samling af en 6- frihedsgraders buesvejserobot under en opgave, og tage robottens singularitet og ledbegrænsninger som begrænsningerne for at optimere TWA-metoden.
Den fælles rumstiplanlægning har følgende fordele sammenlignet med operationsrumstiplanlægningen:
① Undgåelse af robottens singularitetsproblem i operationsrummet;
② Da robottens bevægelse styres ved at styre ledmotorernes bevægelse, undgås et stort antal fremadgående og omvendte kinematikberegninger i ledrummet;
③De individuelle ledbaner i ledrummet letter optimeringen af styringen.
V. Klassificering af industrirobotter
1. Ud fra den mekaniske struktur er den opdelt i serie- og parallelle robotter.
(1) serie robot er kendetegnet ved bevægelsen af en akse vil ændre oprindelsen af koordinaterne for den anden akse, i position løsning, serie robotten er let at løse den positive løsning, men den omvendte løsning er meget vanskelig;
(2) Den parallelle robot bruger en parallel mekanisme, og bevægelsen af den ene akse ændrer ikke koordinatstarten for den anden akse. Den parallelle robot har fordelene ved stor stivhed, stabil struktur, stor belastningskapacitet, høj præcision af mikro-bevægelse og lille bevægelsesbelastning. Dens positive løsning er svær at omvendt løsning er meget let. Serie- og parallelle robotter er vist på figuren.
Tandem robot, parallel robot
2. Industrirobotter inddeles i følgende kategorier efter formen af operatørens koordinater: (Koordinaternes form refererer til formen af referencekoordinatsystemet taget af operatørens arm i bevægelse).
(1) Industrirobotter af kartesisk koordinattype
Dens bevægelsesdel består af tre indbyrdes vinkelrette lineære bevægelser (dvs. PPP), og dens arbejdsrumsfigur er rektangulær. Dens bevægelsesafstand i hver aksial retning kan aflæses direkte på hver koordinatakse, hvilket er intuitivt, nemt at programmere og beregne positionen og indstillingen, høj positioneringsnøjagtighed, koblings-fri kontrol, enkel struktur, men den plads, som kroppen optager, er stor i volumen, lille handlingsområde, dårlig fleksibilitet og vanskelig at arbejde i koordination med andre industrielle robotter.
(2) Cylindrisk koordinattype industrirobot
Bevægelsesformen realiseres af et rotations- og to-mobilbevægelsessystem, arbejdsrumsgrafen for cylinderen, sammenlignet med den Cartesian Coordinate Industrial Robot, under de samme forhold i arbejdsområdet, optager kroppen et lille volumen, men bevægelsesområdet er stort, dets positionsnøjagtighed er næst efter Cartesian Coordinate Robot, vanskelig at koordinere med andre industrirobotter.
(3) Kuglekoordinat industrirobot
Kugle-koordinat industrirobot, også kendt som polar-koordinat industrirobot, dens armbevægelse ved to roterende og en lineær bevægelse (dvs. RRP, en roterende, en pitch og en tilbagetrækkelig bevægelse) sammensat af en kugle i arbejdsområdet, den kan være op og ned og kan gribe jorden eller lære dens koordinationsposition, er dens lave position høj, er positionsfejlen og armens længde proportional med armens længde.
4)Multi-leddede industrirobotter
Også kendt som industrirobotter med roterende koordinater, denne industrirobotarm og menneskelige øvre lemmer, der ligner de første tre led, er roterende skruestik (dvs. RRR), industrirobotten er generelt sammensat af søjler og store og små arme, søjlerne og den store arm ser dannelsen af skulderled, den store arm og albueleddene mellem den lille arm, så den store bevægelsesarm og pitch udfører bevægelsen af armen. gynge. Dens struktur er den mest kompakte, fleksibilitet, mindste fodaftryk, kan arbejde i koordination med andre industrirobotter, men den positionelle nøjagtighed lærer lav, der er et balanceproblem, kontrolkobling, denne industrirobot er mere og mere udbredt.
(5) Industrirobot af plan ledtype
Den bruger et mobilled og to roterende led (dvs. PRR), mobile led til at opnå op- og nedadgående bevægelser, mens de to roterende led styrer de forreste og bageste, venstre og højre bevægelser. Denne form for industrirobot er også kendt som (SCARA (Seletive Compliance Assembly Robot Arm) monteringsrobot. I vandret retning har den fleksibilitet, mens den i lodret retning har lært stor stivhed. Det er en enkel struktur, fleksibel handling, mest brugt i monteringsoperationer, især velegnet til små-størrelsesdele isætning af dele i en bred vifte af elektronisk montage, som f.eks. applikationer.
3. Industrirobotter i henhold til programinputmetoden for at skelne mellem to typer programmeringsinputtype og undervisningsinputtype:
(1) Programmeringsinputtype er, at computeren er blevet programmeret på driftsprogramfilen via RS232 seriel port eller Ethernet og andre kommunikationsmetoder til robotstyreskabet.
(2) Der er to typer undervisningsmetoder til Teach-In type: Teaching box-undervisning og direkte operatør-ledet aktuator-undervisning.
Undervisningsboks undervisning af operatøren med en manuel controller (undervisningsboks), kommandosignalet til drivsystemet, således at aktuatoren i overensstemmelse med den krævede handlingssekvens og øvelsens bane én gang. Brugen af undervisningsboks til undervisning af industrirobotter er relativt almindelig, de generelle industrirobotter er udstyret med undervisningsboksundervisningsfunktion, men for den komplekse bane af situationen kan undervisningsboksundervisning ikke opnå de ønskede resultater, såsom for komplekse overflader af malerrobottens malersprøjtearbejde.
Robot undervisningsboks
Når operatøren leder aktuatoren direkte, læres robotten at udføre den nødvendige sekvens af bevægelser og bane. I undervisningsprocessen på samme tid gemmes arbejdsprograminformationen automatisk i programhukommelsen i robotten automatisk arbejde, styresystemet fra programhukommelsen til at detektere den tilsvarende information, kommandosignalet til drivmekanismen, således at aktuatoren til at gengive undervisningen af en række handlinger.
Ⅵ. industrirobot præstationsevalueringsindeks
De grundlæggende parametre og præstationsindikatorer for robotkarakteristika omfatter hovedsageligt arbejdsområde, frihedsgrader, nyttelast, bevægelsesnøjagtighed, bevægelseskarakteristika, dynamiske karakteristika.
Indikatorer for bedømmelse af industrirobotter
1. Arbejdsrum (Arbejdsplads) refererer til den specifikke del af robotarmen under visse forhold kan nå pladspositionssamlingen. Arbejdsområdets egenskaber og størrelse afspejler størrelsen af robottens arbejdskapacitet. Når du forstår en robots arbejdsrum, skal følgende punkter bemærkes:
(1) Normalt refererer det arbejdsområde, der er angivet i manualen til industrirobotter, til det område, som oprindelsen af koordinatsystemet for den mekaniske grænseflade på håndleddet kan nå i rummet, det vil sige det område, som flangens midtpunkt for enden af håndleddet kan nå i rummet, snarere end det område, der kan nås af endepunktet for ende-effektoren. Når robotten designes og vælges, er det derfor vigtigt at være opmærksom på det arbejdsområde, som robotten faktisk kan nå efter installation af ende-effektoren.
(2) Arbejdspladsen i robotmanualen er ofte mindre end den maksimale plads i kinematisk forstand. Dette skyldes, at i det tilgængelige rum er armpositionen anderledes, mens nyttelasten, den maksimale hastighed og maksimale acceleration ikke er ens, i armstangens maksimale position tillader grænseværdien normalt er mindre end andre positioner. Derudover kan der være forringelse af frihedsgrader ved grænsen af robottens maksimalt tilgængelige rum, som kaldes det singulære bitmønster, og udviklingen af frihedsgrader sker i et betydeligt område omkring det enestående bitmønster, og denne del af arbejdsområdet kan ikke udnyttes, når robotten arbejder.
(3) Ud over kanten af arbejdsområdet kan industrirobotter i praktiske applikationer også være begrænset af arbejdsområdets mekaniske struktur, der findes også et område inde i arbejdsområdet, som ikke kan nås ved enden af armen, hvilket ofte omtales som hulen eller hulrummet. Kavitet er et helt lukket rum i arbejdsområdet, som ikke kan nås ved enden af armen. Og hulrummet er langs skaftet rundt i hele længden af armen kan ikke nå rummet.
2.Bevægelsesgrader af frihed refererer til antallet af variabler, der kræves for robotoperatøren til at bevæge sig i rummet, bruges til at angive graden af fleksibilitet af robothandlingsparameteren, generelt til at bevæge sig langs aksen og rotere rundt om aksen af antallet af uafhængige bevægelser for at angive.
Et frit objekt har seks frihedsgrader i rummet (tre frihedsgrader til rotation og tre frihedsgrader til bevægelse). Industrirobotter er ofte åbne koblingssystemer med kun én frihedsgrad pr. ledkinematik, så normalt er antallet af frihedsgrader for en robot lig med dens antal led. Jo flere frihedsgrader en robot har, jo mere kraftfuld er den. For et par dage siden havde industrirobotter normalt 4-6 frihedsgrader. Redundante frihedsgrader opstår, når antallet af led (frihedsgrader) i en robot stiger til det punkt, hvor det ikke længere er nyttigt til end-effektor-orientering og lokalisering. Tilstedeværelsen af overflødige frihedsgrader øger fleksibiliteten i robottens arbejde, men gør også styringen mere kompleks.
Industrirobotter kan altid opdeles i to slags lineær bevægelse (forkortet som P) og roterende bevægelse (forkortet som R) med hensyn til bevægelse, og anvendelsen af stenografisymbolerne P og R kan angive karakteristikaene for manipulatorens bevægelsesfrihedsgrader, for eksempel angiver RPRR, at robotmanipulatoren har fire grader af ledbevægelser, og rækkefølgen af ledbevægelser. roterende-lineær-roterende-roterende, startende fra bunden til enden af armen. Derudover har industrirobotternes bevægelsesfrihedsgrader begrænsningerne for bevægelsesområdet.
3. Nyttelast
Nyttelast refererer til vægten af den genstand, som robotoperatøren kan bære for enden af armen eller den kraft eller det moment, som den kan modstå under drift, og bruges til at angive operatørens belastningskapacitet.
Robot i forskellige positioner, den maksimalt tilladte masse er forskellig, så robottens nominelle masse er, at armen i enhver position i arbejdsområdet i håndleddets ende kan håndtere den maksimale masse.
4. Bevægelsesnøjagtighed
Nøjagtigheden af det robotmekaniske system involverer hovedsageligt positionsnøjagtighed, gentagelsespositionsnøjagtighed, banenøjagtighed, gentagelsesbanenøjagtighed og så videre.
Positionsnøjagtighed refererer til afvigelsen mellem den beordrede position og det faktiske positionscenter, når man nærmer sig den beordrede position fra samme retning. Gentagelsespositionsnøjagtighed refererer til graden af inkonsistens af den faktiske position efter at have reageret på den samme kommandoposition fra samme retning i n gange.
Banens nøjagtighed er graden af nærhed af robottens mekaniske grænseflade til den beordrede bane fra samme retning n gange. Bane repeterbarhed refererer til graden af inkonsistens mellem en given bane og den faktiske bane efter at have fulgt den n gange i samme retning.
5. Bevægelsesegenskaber (hastighed)
Hastighed og acceleration er de vigtigste indikatorer for robottens bevægelseskarakteristika. I robotmanualen, giver normalt den maksimale stabiliserede hastighed af de vigtigste grader af bevægelsesfrihed, men i praksis skal du blot overveje, at den maksimale stabiliserede hastighed ikke er nok, bør også være opmærksom på dens maksimalt tilladte acceleration.
6. Dynamiske karakteristika for strukturens dynamiske parametre omfatter hovedsageligt masse, inertimoment, stivhed, dæmpningskoefficient, egenfrekvens og vibrationstilstande.
Designet skal minimere massen og inerti. For robottens stivhed, hvis stivheden er dårlig, vil robottens positionsnøjagtighed og systemets iboende frekvens blive reduceret, hvilket vil føre til systemets dynamiske ustabilitet; dog til nogle operationer (f.eks. monteringsoperationer) er det fordelagtigt at øge fleksibiliteten på passende vis, og ideelt set ønskes det at have stivheden af robottens armstang justerbar. Forøgelse af systemets dæmpning er fordelagtig for at reducere henfaldstiden for svingningerne og forbedre systemets dynamiske stabilitet. At øge systemets iboende frekvens for at undgå driftsfrekvensområdet er også fordelagtigt for at forbedre systemets stabilitet.
Ⅶ. industrirobotter står over for tekniske udfordringer
1 tegnede robotmarkedet sig for halvfems procent af udenlandsk kapital
Robotmarkedet blomstrer, men Kinas robotindustri er ikke optimistisk. Ifølge markedsstatistikker er det kinesiske industrirobotmarked monopoliseret af udenlandske producenter, japanske mærkeproducenter tegnede sig for 52%, europæiske producenter tegnede sig for 30%, de resterende omkring 10% af producenterne på det kinesiske fastland.
Da tærsklen for adgang til robotindustrien er ret høj, så var den globale robotikmarkedsrangering af de fire bedste leverandører Japan Fanuc, Yaskawa Electric, ABB og KUKA, i alt 50 % af markedsandelen.
På den anden side vil det kinesiske industrirobotmarked i de næste 30 år opretholde mindst 30 % af den hurtige vækst. Til dette formål, det globale mærke robotproducenter aktivt udvide omfanget af robot virksomhed salg på det kinesiske fastland marked, herunder FANUC, YASKAWA Electric, ABB og KUKA, osv. er aktivt i det kinesiske fastland, etablere fabrikker.
På nuværende tidspunkt, fastlandet Kinas industrielle robotter, selv om industrialiseringen af nogle indledende fremskridt, men på grund af nøjagtigheden, hastigheden og andre aspekter af udenlandske producenter end lignende produkter, hvilket resulterer i industrialiseringen af disse produkter til en lav grad af anvendelse, markedsandelen er meget lille; nogle af produkterne fra det teknologiske niveau i fremmede lande svarer kun til niveauet i midten af 90'erne i det sidste århundrede.
Li Xiaojia, direktør for China Robot Industry Alliance Data Statistics Center, sagde, at Kina i 2013 købte og samlede næsten 37.000 industrirobotter, hvoraf udenlandsk-finansierede robotter generelt er 6-akse eller mere high-industrirobotter, hvilket næsten monopoliserede andre{9}fremstillede{9}biler og svejsemaskiner. industrisektorer, der tegner sig for 96%. Hovedanvendelsen af indenlandske robotter er stadig hovedsageligt håndtering og lastning og losning af robotter i de laveste områder af industrien.
Det er værd at bemærke, at den nuværende udvikling af Kinas robotindustrien med udlandet, kløften mellem risikoen for at blive yderligere udvidet. På nuværende tidspunkt er Kinas robotindustrien generelt stadig i sin vorden, manglen på mærkegenkendelse af industrirobotter, de største robotter virksomheders årlige produktion af robotter kun et par tusinde enheder. Med udenlandske robotvirksomheder, der har Kina som produktionsbase, vil udviklingen af uafhængige mærker af industrirobotter blive yderligere komprimeret.
På samme tid, på grund af de centrale kernekomponenter underlagt andre, øgedes risikoen for industriel udhuling. De tre nøglekomponenter i industrirobotter (motorer og servere, gearkasser, styresystemer) kommer hovedsageligt fra udlandet, og kinesiske producenter på det kinesiske fastland mangler relativt konkurrencedygtige F&U- og produktionskapaciteter og har længe været afhængige af import. Da opstrøms i den industrielle kæde ikke understøttes af kernekomponentproducenter, vil den være underlagt langsigtede begrænsninger.
2, industrirobotter står over for tekniske udfordringer
Vi skal nøgternt se de enorme udfordringer, som udviklingen af Kinas industrielle robotindustri står over for.
Først og fremmest styres robottens arkitektoniske design og grundlæggende teknologi på højeste-niveau af udviklede lande, i robotomkostningsstrukturen for en større andel af reduktionsgear, servomotorer, controllere, CNC-systemer er stærkt afhængige af import, indenlandske robotter har ikke en væsentlig omkostningsfordel.
For det andet er der risiko for lav-endelåsning. På den ene side vil udviklede lande ikke let til Kina for at overføre eller godkende den centrale robotteknologi, patenter, Kinas robotvirksomheder gennem deltagelse i udviklingen af internationale standarder, teknologisk samarbejde og forskning og udvikling for at komme ind i mellem-og høje-markedshindringer; på den anden side kan den lokale regerings blinde investering i industrien danne et overskud af produktionskapacitet, hvilket resulterer i overlapning af byggeri og lav-priskonkurrence.
Igen mangler der en effektiv forbindelse mellem robot-F&U, fremstilling og anvendelse. Robot-relateret teknologisk forskning og udvikling af førende universiteter og institutter har ikke evnen til at udvikle markedet, og virksomheder i de grundlæggende F&U-investeringer er stadig meget lave, den indenlandske kombination af industri, akademisk verden og forskning og eksistensen af en række institutionelle barrierer, hvilket resulterer i, at F&U og produktionsforbindelser afbrydes.
Udenlandsk monopol på det indenlandske marked for status quo, eksperter foreslår, at gennem en række forskellige måder at søge et "gennembrud" og indhente: først og fremmest skal vi styrke sporingen af international robotteknologi forskning, udvikling og introduktion af den faktiske udvikling af Kinas "Robotics Roadmap", klare skridt til teknologisk udvikling, fokus på gennembrud, og udviklingen af robottens køreplan, udviklingen af robotten. Tydeligt trinene i teknologisk udvikling, vigtige gennembrud inden for centrale kerneteknologier, processer og komponenter samt industrialiseringsvej.
For det andet skal vi etablere en robotudviklingsmodel i overensstemmelse med Kinas faktiske udvikling. Styrk den integrerede anvendelse af industrisegmenter, styrkelse af kombinationen af industri, akademi, forskning og brug af kollektiv forskning, med fokus på gennembrud i centrale kernekomponenter, så hurtigt som muligt at danne en robot krop, nøglekomponenter, systemintegratorer og andre robotteknologiske industrikæder for at fremme helheden.
Derudover er det nødvendigt at fremskynde dyrkningen af førende industrielle robotvirksomheder og brands. Kina bør dyrke og udvikle sit eget mærke af industrirobotter som en vigtig opgave for at skabe en opgraderet version af Kinas økonomi. Indførelsen af industrirobotindustriens vejviser, samarbejdsfremme for at udføre lokalisering af industrirobotter.