En los últimos años, los gigantes multinacionales de robots han lanzado robots industriales de siete ejes uno tras otro para apoderarse de nuevos mercados de alta gama. Esto ha desencadenado nuestro pensamiento profundo sobre los robots industriales de siete ejes. ¿Qué ventajas técnicas únicas tiene, cuáles son las dificultades en investigación y desarrollo?
¿Cuántos ejes deben tener los robots industriales?
En la actualidad, los robots industriales se han utilizado ampliamente en varias industrias, pero también encontramos que los robots industriales no solo tienen diferentes formas, sino que también tienen diferentes ejes. El eje del llamado robot industrial se puede explicar con el término profesional grado de libertad. Si el robot tiene tres grados de libertad, puede moverse libremente a lo largo de los ejes x, y y z, pero no puede inclinarse ni rotar. Cuando aumenta el número de ejes del robot, significa una mayor flexibilidad para el robot. Entonces, ¿cuántos ejes debe tener un robot industrial?
Un robot de tres ejes también se denomina robot cartesiano o cartesiano. Sus tres ejes permiten que el robot se mueva a lo largo de tres ejes. Este robot se utiliza generalmente para tareas de manipulación sencillas.
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Un robot de cuatro ejes puede rotar a lo largo de los ejes x, y y z. A diferencia de un robot de tres ejes, tiene un cuarto eje que se mueve de forma independiente. En términos generales, un robot SCARA puede considerarse un robot de cuatro ejes.
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Cinco ejes es la configuración de muchos robots industriales. Estos robots pueden rotar a través de los tres círculos espaciales de x, y y z. Al mismo tiempo, pueden confiar en el eje de la base para realizar la acción de giro, y el eje que se puede girar de forma flexible con la mano aumenta su flexibilidad.
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El robot de seis ejes puede pasar por los ejes x, y y z, y cada eje puede girar de forma independiente. La mayor diferencia con el robot de cinco ejes es que hay un eje más que puede girar libremente. El representante del robot de seis ejes es Universal Robots. A través de la cubierta azul del robot, puede calcular claramente el número de ejes del robot.
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Un robot de siete ejes, también conocido como robot redundante, tiene un eje adicional en comparación con un robot de seis ejes que le permite evitar ciertos objetivos específicos, lo que facilita que el efector final alcance una posición específica y puede ser más flexible para adaptarse a determinados entornos de trabajo especiales.
A medida que aumenta el número de ejes, también aumenta la flexibilidad del robot. Sin embargo, en las aplicaciones industriales actuales, los robots industriales de tres, cuatro y seis ejes son los que más se utilizan. Esto se debe a que, en algunas aplicaciones, no se requiere una gran flexibilidad, mientras que los robots de tres y cuatro ejes son más rentables, y los robots de tres y cuatro ejes también tienen una gran ventaja en velocidad.
En el futuro, en la industria 3C que requiere alta flexibilidad, los robots industriales de siete ejes tendrán un lugar para jugar. Con su precisión cada vez mayor, reemplazará el ensamblaje manual de productos electrónicos de precisión, como teléfonos móviles, en un futuro cercano.
Los robots industriales de siete ejes son mejores que los robots industriales de seis ejes
¿Dónde está la fuerza?
Desde un punto de vista técnico, ¿cuáles son los problemas con los robots industriales de seis ejes y cuál es la fortaleza de los robots industriales de siete ejes?
(1) Mejorar las características cinemáticas
En el problema de cinemática del robot, tres problemas hacen que el movimiento del robot sea muy restringido.
La primera es la configuración singular. Cuando el robot está en una configuración singular, su efector final no puede moverse en una determinada dirección o aplicar un momento, por lo que la configuración singular afecta en gran medida la planificación del movimiento.
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La singularidad ocurre cuando los ejes sexto y cuarto de un robot de seis ejes son colineales
La segunda es que el desplazamiento articular supera el límite. En una situación de trabajo real, el rango angular de movimiento de cada articulación del robot es limitado y el estado ideal es más o menos 180 grados, pero muchas articulaciones no pueden hacerlo. Además, el robot de siete ejes puede evitar un movimiento de velocidad angular excesivo, de modo que la velocidad angular se distribuya de manera más uniforme.
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El rango de movimiento y la velocidad angular máxima de cada eje del robot de siete ejes SIASUN
El tercero es la presencia de barreras en el entorno laboral. En el entorno industrial, existen varios obstáculos ambientales en muchas ocasiones, y el robot tradicional de seis ejes no solo puede cambiar la postura del mecanismo final sin cambiar la posición del mecanismo final.
(2) Mejorar las características dinámicas
Para el robot de siete ejes, el uso de sus grados de libertad redundantes no solo puede lograr buenas características cinemáticas a través de la planificación de la trayectoria del movimiento, sino que también podemos usar su estructura para lograr el mejor rendimiento dinámico.
El robot de siete ejes puede realizar la redistribución del par articular, lo que implica el equilibrio estático del robot, es decir, la fuerza que actúa en el extremo, a través de un cierto algoritmo, calcula cuánta fuerza soporta cada articulación. Para el robot tradicional de seis ejes, la fuerza de cada articulación es cierta y su distribución puede ser muy poco razonable. Pero para el robot de siete ejes, podemos ajustar el par de cada articulación a través del algoritmo de control, de modo que el eslabón débil soporte el par lo más pequeño posible, de modo que la distribución del par de torsión de todo el robot sea relativamente uniforme y más razonable.
(3) Tolerancia a fallas
Cuando falla un robot, si falla una articulación, el robot tradicional de seis ejes no puede continuar completando el trabajo, mientras que el robot de siete ejes puede continuar trabajando normalmente reajustando la velocidad de la articulación fallida (tolerancia a fallas cinemáticas) y la redistribución del par de unión de falla (tolerancia de falla dinámica).
Productos de robots industriales de siete ejes de gigantes internacionales
No importa desde la perspectiva de los productos o las aplicaciones, los robots industriales de siete ejes aún se encuentran en la etapa inicial de desarrollo, pero los principales fabricantes están promocionando productos relacionados en las principales exposiciones. Es concebible que todavía sean muy optimistas acerca de su futuro potencial de desarrollo.
-Kuka LBR iiwa
En noviembre de 2014, KUKA lanzó por primera vez el primer robot LBRiiwa de sensibilidad ligera y siete grados de libertad de KUKA en la Exposición de Robots de la Feria Internacional de la Industria de China.
El robot de siete ejes LBRiiwa está diseñado sobre la base del brazo humano, que, combinado con un sistema de sensores integrado, le da al robot liviano sensibilidad programable y lo hace muy preciso. Todos los ejes del LBRiiwa de siete ejes están equipados con funciones de detección de colisiones de alto rendimiento y sensores de par de articulación integrados para lograr la colaboración hombre-máquina.
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El diseño de siete ejes hace que este producto KUKA sea muy flexible y pueda superar fácilmente los obstáculos. La estructura del robot LBRiiwa está diseñada con material de aluminio y su propio peso es de solo 23,9 kg. Viene en dos cargas útiles, 7 kg y 14 kg, lo que lo convierte en el primer robot ligero con una carga útil de más de 10 kg.
-ABB YuMi
El 13 de abril de 2015, ABB lanzó oficialmente YuMi, el primer robot industrial de doble brazo del mundo que realmente logra la colaboración hombre-máquina, al mercado en Hannover Messe en Alemania.
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Cada brazo de YuMi tiene siete grados de libertad y el peso corporal es de 38 kg. La carga de cada brazo es de 0,5 kg y la precisión de posicionamiento repetido puede llegar a 0,02 mm, por lo que es especialmente adecuado para el ensamblaje de piezas pequeñas, bienes de consumo, juguetes y otros campos. Desde las piezas de precisión de los relojes mecánicos hasta el procesamiento de teléfonos móviles, tabletas y piezas de computadoras de escritorio, YuMi no es un problema, y esto solo refleja las excelentes características de este robot redundante, como espacio de trabajo ampliado, flexibilidad, agilidad, y precisión.
-Yaskawa Motoman SIA
Yaskawa Electric, un conocido fabricante de robots en Japón y una de las "Cuatro Familias", también ha lanzado una variedad de productos de robots de siete ejes. Entre ellos, los robots de la serie SIA son robots de siete ejes ligeros y ágiles, que pueden proporcionar una flexibilidad similar a la humana y una rápida aceleración. El diseño liviano y aerodinámico de esta serie de robots los hace ideales para su instalación en espacios reducidos. La serie SIA puede proporcionar una gran carga útil (de 5 kg a 50 kg) y un amplio rango de trabajo (de 559 mm a 1630 mm), lo cual es muy adecuado para ensamblaje, moldeo por inyección, inspección y otras operaciones.
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Además de los productos robóticos ligeros de siete ejes, Yaskawa también ha lanzado un sistema de soldadura robótica de siete ejes. Su alto grado de libertad permite mantener la postura más adecuada tanto como sea posible para lograr resultados de soldadura de alta calidad. Es especialmente adecuado para soldadura interna y logra la mejor posición de aproximación. Además, el producto se puede organizar en una alta densidad y es fácil evitar la interferencia con el eje y la pieza de trabajo, mostrando su excelente función para evitar obstáculos.
- Nachi Fujiko PrestoMR20
Ya a finales de 2007, Nachi Fujikoshi desarrolló un robot de siete grados de libertad "PrestoMR20". Al adoptar un diseño de siete ejes, el robot puede realizar flujos de trabajo más complejos y moverse en áreas de trabajo estrechas como un brazo humano. Además, el par de torsión de la parte frontal (muñeca) del robot se ha incrementado hasta aproximadamente el doble que el del robot tradicional original de seis ejes. El par de la configuración estándar es de 20 kg. Al establecer el rango de movimiento, puede transportar objetos de hasta 30 kg. El rango de trabajo alcanza los 1260 mm y la precisión de posicionamiento repetido es de 0,1 mm. Al adoptar una estructura de siete ejes, el MR20 puede trabajar desde el costado de la máquina al recoger y colocar piezas de trabajo en la máquina. Como resultado, se puede mejorar la eficiencia del trabajo, como la preparación previa y el mantenimiento. El espacio entre las máquinas herramienta se puede reducir a menos de la mitad del de los robots convencionales de seis ejes.
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Además, Nachi Fujikoshi también lanzó dos robots industriales, MR35 (con una carga de 35 kg) y MR50 (con una carga de 50 kg), que se pueden utilizar en espacios reducidos y lugares con obstáculos.
- Robot industrial de siete ejes OTC
El Grupo DAIHEN de Japón ha lanzado los últimos robots de siete ejes (FD-B4S, FD-B4LS, FD-V6S, FD-V6LS, FD-V20S). Debido a la rotación del séptimo eje, pueden realizar la acción de torsión como la muñeca humana y pueden realizar la soldadura durante más de una semana; Además, el robot de siete ejes (FD-B4S, FD-B4LS) tiene cables de soldadura integrados en el cuerpo del robot, por lo que no es necesario preocuparse por la interferencia entre el robot, el dispositivo de soldadura y la pieza de trabajo durante la operación de aprendizaje. , el movimiento es muy suave y también se mejora el grado de libertad de la postura de soldadura.
- Baxter y Sawyer, Repensar la robótica
Rethink Robotics es pionera en robots colaborativos. Entre ellos, el primer robot de doble brazo desarrollado por Baxter tiene siete grados de libertad para ambos brazos, y el rango de trabajo máximo de un solo brazo es de 1210 mm. Baxter puede manejar dos tareas diferentes al mismo tiempo para aumentar la aplicabilidad o procesar la misma tarea en tiempo real para maximizar la producción.
Introducido el año pasado, Sawyer es un robot de siete ejes y un solo brazo que utiliza los mismos actuadores elásticos en serie para sus articulaciones flexibles, pero los actuadores de sus articulaciones han sido rediseñados para hacerlos más pequeños. Debido al diseño de siete ejes y la extensión del rango de trabajo a 100 mm, puede completar tareas con una carga mayor. La carga puede alcanzar los 4 kg, que es mucho mayor que la carga útil de 2,2 kg del robot Baxter.
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- Robot de siete ejes Yamaha serie YA
En 2015, Yamaha lanzó tres robots de siete ejes, "YA-U5F", "YA-U10F" y "YA-U20F", todos impulsados y controlados por el nuevo controlador "YA-C100".
El robot 7-axis tiene un eje E equivalente al codo humano, por lo que puede realizar libremente acciones como doblarse, torcerse y extenderse. Incluso en espacios estrechos donde es difícil que los robots con menos de 6 ejes realicen operaciones, las operaciones y las instalaciones se pueden completar sin problemas. También permite posiciones bajas en cuclillas y movimientos alrededor de la parte posterior de la unidad. Se adopta un actuador hueco, y el cable del dispositivo y la manguera de aire están integrados en el brazo del robot, para que no interfiera con el equipo circundante y se pueda realizar una línea de producción compacta.
Además, el Centro de Investigación y Desarrollo de Maquinaria de Precisión de Taiwán también ha desarrollado un prototipo de un robot de siete ejes y dos brazos, que se espera que ayude a las empresas taiwanesas a crear una poderosa herramienta para la fabricación de productos electrónicos 3C y reducir la brecha tecnológica entre nacionales y extranjeros. países.
El robot doméstico de siete ejes ya está aquí
¿Puedes lograr adelantar en las curvas?
La investigación y el desarrollo del robot industrial de siete ejes de China comenzó a principios de la década de 1990. En ese momento, el líder del proyecto era Zhang Qixian, un difunto famoso experto en robótica en mi país y académico de la Academia China de Ingeniería. Una de las principales contribuciones del académico Zhang Qixian fue completar el desarrollo de un prototipo de robot redundante de siete grados de libertad.
A fines de la década de 1980, debido al desarrollo extremadamente difícil, muy pocos países en el mundo desarrollaron prototipos de robots redundantes de siete grados de libertad. El académico Zhang Qixian dirigió el equipo de investigación para completar el desarrollo del primer prototipo de robot redundante de siete grados de libertad a fines de 1993 después de varios años de arduo trabajo, y aprobó la aceptación del proyecto "863" y el ministerio. evaluación en un momento.
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Un brazo redundante típico
Aunque mi país ha logrado ciertos logros en robots con grado de libertad redundante, se mantiene principalmente en la etapa de trabajos académicos, informes de investigación científica y prototipos experimentales, y no ha logrado un desarrollo de producto real. Sin duda, esto restringe el ritmo de los productos robóticos de mi país que avanzan hacia la industrialización de alto nivel.
Como empresa líder en robots industriales domésticos, SIASUN tomó la delantera al lanzar el primer robot industrial doméstico de siete ejes en la Feria de la Industria 2015. Su propio peso es de 29 kg, la carga es de 5 kg, la precisión de posicionamiento repetido puede alcanzar los 0,02 mm y el radio de trabajo puede alcanzar los 800 mm. Tiene funciones como configuración rápida, enseñanza de tracción, guía visual y detección de colisiones. Es especialmente adecuado para líneas de producción flexibles con diseño compacto y alta precisión, y satisface las necesidades de operaciones industriales como ensamblaje de precisión, empaque de productos, rectificado, prueba y carga y descarga de máquinas herramienta.
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En la actualidad, la gran mayoría de las empresas de robots industriales de mi país aún no han lanzado productos de robots industriales de siete ejes. Algunos de ellos dijeron que están desarrollando productos relacionados y que los productos relacionados saldrán este año, mientras que otras empresas expresaron su preocupación por los productos de robots industriales de siete ejes, pero aún no han planeado diseñar y desarrollar productos relacionados.
La industria de robots de mi país ha hecho un gran progreso en la investigación teórica de los robots industriales de siete ejes, pero todavía hay una gran brecha con los países extranjeros en términos de productos comerciales. La razón se encuentra principalmente en los siguientes dos aspectos:
En primer lugar, la capacidad de innovación independiente es débil. Al carecer de logros originales y conceptos innovadores de tecnologías centrales y clave, la tecnología general de los robots industriales de mi país está más de diez años por detrás del nivel avanzado de los países extranjeros.
En segundo lugar, la rentabilidad de las empresas es baja y los fondos para I+D son escasos. La falta de tecnología de componentes básicos ha generado altos costos de producción para las empresas, y los fabricantes extranjeros han reducido los precios uno tras otro. En 2015, más del 70 por ciento del negocio de ontología de las empresas estaba en estado de pérdida.
Según los expertos, la brecha entre la tecnología general de los robots industriales en mi país y los países extranjeros es de más de diez años. La aparición de robots industriales domésticos de siete ejes muestra que nuestra investigación y desarrollo en tecnología de robots industriales se está acelerando, pero debemos tener una comprensión clara de que existe una brecha real. Si queremos adelantar en una curva, debemos superar las principales dificultades técnicas lo antes posible. Al mismo tiempo, también debemos prestar atención a la investigación y el desarrollo de tecnologías de última generación como la inteligencia artificial, la percepción, el reconocimiento, la conducción y el control.
