A многосуставной робот, также известный как шарнирно-сочлененный робот, представляет собой тип промышленного робота, который имеет два или более вращающихся шарнира. Эти суставы позволяют роботу двигаться и работать так, как будто это человеческая рука или другая система конечностей. Многосуставные роботы обеспечивают большую гибкость и ловкость, чем стандартные односуставные роботы.
Как работает многосуставной робот
Ключевой особенностью многосуставного робота, отличающей его от других конструкций роботов, является наличие поворотных соединений. Это суставы, которые позволяют движение вокруг одной или нескольких осей вращения. Общие вращающиеся соединения, используемые в робототехнике, включают:
-Вращающиеся соединения: позволяют вращение вокруг одной оси. Вращающиеся соединения обеспечивают возможность сгибания и складывания.
-Призматические соединения: обеспечивают линейное движение вдоль одной оси. Призматические соединения обеспечивают телескопические и скользящие движения.
-Сферические соединения: позволяют вращение вокруг трех перпендикулярных осей. Сферические шарниры обеспечивают возможность скручивающих движений.
Соединив несколько вращающихся шарниров с помощью жестких связей, можно сконструировать многосуставные роботизированные руки, имитирующие диапазон движений человеческой руки. Соединения приводятся в действие серводвигателями, которые вращают или сдвигают соединенные звенья на основе управляющих сигналов. Многосуставные роботы также оснащены датчиками, обеспечивающими обратную связь о текущей конфигурации робота с системой управления.
Общие конфигурации
Существует несколько распространенных конфигураций многосуставных или шарнирно-сочлененных роботов:
- Декартовы роботы. Декартовы роботы, используемые для перемещения и других линейных движений, имеют три призматических соединения, оси которых совпадают с декартовой системой координат. Это обеспечивает перемещение в измерениях X, Y и Z.
- Роботы SCARA: Роботы-манипуляторы с селективной сборкой соответствия (SCARA) очень распространены. Они имеют два параллельных вращающихся соединения для обеспечения податливости, а также призматическое соединение для вертикального перемещения. Параллельные соединения позволяют роботам SCARA эффективно перемещаться в горизонтальной плоскости.
- Антропоморфные роботы. Созданные для имитации движений человеческой руки, эти многосуставные роботы имеют вращающиеся плечевые, локтевые и запястные суставы. Некоторые даже имеют многосуставные руки. Их человеческая форма позволяет им решать задачи, предназначенные для людей.
- Цилиндрические роботы. Цилиндрические роботы, построенные вокруг центрального «позвоночника» с вращающимися шарнирами, могут охватывать большую рабочую зону, поскольку «плечевое» соединение обеспечивает вращение вокруг цилиндра.
Приложения
Благодаря гибкости вращения многосоставные роботы очень универсальны и могут автоматизировать широкий спектр промышленных применений, в том числе:
- Подбирать и ставить задачи.
-Операции по упаковке и паллетированию.
-Сборка деталей
-Литье под давлением
- Обслуживание станков с ЧПУ.
-Сварка кузовов и приборов автомобилей.
-Окрашивание изогнутых поверхностей.
-Контроль качества посредством движения и сканирования.
По сути, многосуставные роботы могут решать практически любую задачу, требующую перемещения инструментов или рабочих органов в различных положениях и ориентациях. Важно отметить, что их способность расширять рабочий диапазон и автоматически избегать столкновений делает их очень полезными для динамического взаимодействия со сложными или перенаселенными средами.
Преимущества перед одношарнирными роботами
Хотя одношарнирные роботы могут достигать очень высоких показателей скорости и точности, они страдают от ограниченной гибкости. Например, простой декартовский портальный робот может осуществлять линейное перемещение только по трем осям.
Напротив, многосуставные роботизированные руки могут:
- Обход препятствий: сгибаясь или поворачиваясь в сторону, они могут работать в ограниченном пространстве.
- Инструменты для переориентации: инструменты, установленные на запястье или фланце робота, можно вращать и наклонять практически в любом направлении во время выполнения задачи.
- Предотвращение самостолкновений: многосуставные манипуляторы оснащены программным обеспечением, которое позволяет им автоматически сгибаться и уходить с пути себя и других предметов на рабочем месте.
- Движение по непрерывной траектории: они могут плавно «поворачиваться» через промежуточные положения, что позволяет выполнять такие операции, как сварка больших изогнутых поверхностей.
По сути, правильно реализованные многосуставные роботы обеспечивают большую автономность, эффективность и производственную гибкость по сравнению с более жесткими роботами.
Системы управления многошарнирными роботами
Сложные компьютерные системы управления необходимы для координации движения по многочисленным суставам и осям, присутствующим в шарнирных роботах:
- Кинематика: математические преобразования координат должны постоянно отслеживать шестимерное положение подсказки робота на основе угловых положений нескольких вращающихся соединений.
- Планирование пути. Чтобы избежать столкновений и максимизировать эффективность, оптимальные траектории движения должны быть предварительно рассчитаны или динамически сгенерированы по мере выполнения задач.
- Алгоритмы компенсации: Отклонение от целевых траекторий из-за гибкости рычага и люфта в шарнирах/шестеренках должно распознаваться и противодействоваться посредством компенсационных сигналов, посылаемых на исполнительные механизмы.
- Многопараметрическое управление: множественные связанные уравнения в частных производных управляют сложной динамикой многосуставных рычагов, что требует очень оперативного управления несколькими приводами в реальном времени для обеспечения точности и скорости.
В результате программирование многосуставных роботов опирается на программное обеспечение, которое упрощает управление вплоть до ввода базовых координат, предварительных настроек движения, ориентации инструментов и действий конечных эффекторов. Это избавляет инженеров от необходимости вручную решать сложные математические и динамические вычисления.
Преимущества коллаборативных роботов
Относительно новой областью многосуставной робототехники являются коллаборативные роботы, или «коботы». Коботы предназначены для безопасной работы при физическом взаимодействии с людьми в общем рабочем пространстве без какой-либо опасности или необходимости в охране. Встроенные датчики заставляют руку робота автоматически останавливаться при контакте с человеком.
Такой совместный подход дает множество преимуществ:
- Интуитивное программирование. Коботов можно обучать вручную с помощью управляемого обучения вместо программирования, что делает их очень удобными для пользователя.
- Простота развертывания: легкая конструкция позволяет быстро устанавливать коботов практически в любом месте. Нет необходимости в жестком ограждении или фундаменте.
- Более безопасное взаимодействие. Чувствительная тактильная кожа и/или чувствительность к крутящему моменту на каждом суставе заставляют коботов соответствующим образом реагировать на контакт с человеком.
- Гибкая автоматизация: общие рабочие места позволяют операторам эффективно чередовать задачи с роботами.
- Более доступные решения. Устранение барьеров безопасности значительно снижает общие затраты на систему и занимаемую площадь.
- Расширенная рабочая сила: люди решают сложные когнитивные задачи, а коботы избавляют их от скучной, эргономичной деятельности.
Таким образом, коботы снижают барьеры для внедрения роботов в малый бизнес, а также способствуют более безопасному сотрудничеству человека и машины на существующих объектах. Эта новая парадигма интуитивно понятной и доступной автоматизации продолжает стимулировать инновационные решения коботов во многих отраслях.
Будущее многосуставных роботов
По мере того как вычислительная мощность компьютеров продолжает улучшаться, будут расти и возможности шарнирно-сочлененных роботов и их интерфейсов управления. Расширение приложений в сочетании с упрощением программирования приведет к тому, что многосоставные роботы будут становиться все более распространенными во многих отраслях.
А объединив гибкость многосуставной конструкции с искусственным интеллектом и расширенным сенсорным восприятием, роботы завтрашнего дня достигнут гораздо большей автономности. Роботы с большим рабочим пространством также переходят от жестких металлических масс к более гибким и отзывчивым «мягким роботам» за счет использования полимеров, расширенной кинематики и даже кабелей.
В конечном итоге, по мере развития их физических возможностей и умственной реакции, многосуставные роботы будут играть все более важную роль в сотрудничестве вместе с партнерами-людьми, что сделает их ключевым фактором Четвертой промышленной революции.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. — высокотехнологичное предприятие, специализирующееся на исследованиях и разработках, производстве и продаже автоматических машин для лазерной наплавки, высокоскоростных машин для лазерной наплавки, машин для лазерной закалки, машин для лазерной сварки и оборудования для лазерной 3D-печати. Наша продукция экономически эффективна и продается внутри страны и за рубежом. Если вы заинтересованы в нашей продукции, пожалуйста, свяжитесь с нами по адресуbob@gshenglaser.com.