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“缠绵”的对视与完美的同步,来自那颗聪慧的“大脑”

2021-11-05 14:40:02 作者:华越国际  浏览次数:

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工业机器人的联动

协作机器人(cobots)、制造机器人和机械臂旨在根据需要学习和适应新任务,就好像他们是人类同事一样。这需要由机器人关节内的高质量伺服电机实现受控的安全运动,以便与人类同事一起安全操作。人机协作的多功能性有望为包装、工厂自动化、食品和饮料加工、生命科学、医疗自动化等各行各业带来新的能力和效率。

在十月中上旬刚刚结束的世界先进制造业大会(AMTech)上,NACHI不二越的展台上,两部机械臂上演了“缠绵式”的对视和同步,十分的亮眼。类似于NACHI不二越这种展示,其实很取巧,也是很聪明的,看后不觉的想起了2009年ABB的三台机器人在托盘上绕易拉罐的视频,展示的是多轴联动控制技术,这么精准的高速运动控制不是一般的牛。

1 工业机器人核心竞争力——大脑“控制器”

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想要完成如此复杂的动作,核心控制器必须足够聪明,稳定性、故障率、易用性等关键指标必须要达标。

其实,这种表演近些年有不少,比如在2018年初,安川机器人动感舞蹈就十分的骚气,让人忍俊不禁。

衡量机器人优劣有两个重要标准:稳定性和精确性。令人捧腹大笑的表演,其背后就是成熟的行业应用,这才是我们应该看到的问题。

工业机器人的大脑-控制器

控制器相当于工业机器人的大脑,负责控制整台机器人的运动,核心技术集中于软件算法。控制器最能体现各个厂商的调教水平与风格,一般由机器人厂家自主设计研发,是各个机器人厂商的“软实力”。

工业机器人控制器的主要任务是接收来自视觉、力觉等传感器的检测信号,根据操作任务的要求驱动机械臂中的各个伺服电机,进而控制机器人在工作空间中的运动位置、运动姿态、速度、轨迹、操作顺序及动作的时间等,同时控制器也具有各类输入输出接口、人机交互界面等,拥有编程简单、在线操作提示、使用软件菜单操作和使用方便等特点。

2 控制器的现状与发展

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控制器与机器人本体一样,一般由机器人厂家自主设计研发。目前主流机器人厂商的控制器均为在通用的多轴运动控制器平台基础上进行自主研发,各品牌机器人均有自己的控制系统与之匹配,因此控制器的市场份额基本和机器人市场份额保持一致。

目前国产控制器与国际先进水平相比还存在较大差距,主要体现在核心底层算法上,例如参数自整定,抑震算法,转矩波动补偿等等,导致国产工业机器人精确性、稳定性、故障率和易用性等关键指标不如发那科、ABB、安川、库卡“四大 家族”的产品,这也和国内厂家重硬件、轻软件有关。当前工业机器人需要实现的 动作愈加复杂,想要在高速的运动中实现精准的控制,其背后需要的长期的多 轴联动控制技术积累,控制器必须足够“聪明”,而先进核心算法的缺失使国产控 制器要想从“能用”到“好用”还有很长的路要走。

3 品牌推荐(Kollmorgen

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科尔摩根公司结合了超过30个行业领先的品牌(例如,Kollmorgen、Thomson、Dover、PacificScientific、 Portescap、Neff、Seidel和Bautz),建立了专注于客户的运动控制制造与服务公司,称为DanaherMotion。在 DanaherMotion品牌下我们可提供功能强大的集成运动控制技术。我们是年销售超过10亿美元的全球运动控制领先者,汇集几十年应用经验和技术创新,致力于帮助客户更好、更快的制造机器。

DanaherMotion定义了高标准的质量、创新和技术。我们能够在控制成本的同时提高机器性能和可靠性。我们的全球制造足迹、快速定制以及原型制作能力,驱动着快速订货至交货时间。无与伦比的应用经验和设计专家经验使用户能够更快速地调试机器。

在当今竞争激烈的运动控制市场上,作为一个值得客户信赖的合作伙伴,DanaherMotion全球的6,100名员工凭借超过60年应用经验,加上 2000多家经销商,将竭尽全力助您事业成功。DanaherMotion可服务于半导线、航天和国防、电力车辆系统、包装、印刷、医疗以及机器人等各种 行业。用户需要时,通过遍布全球的服务和技术支持基础设施、现场服务工程师和技术支持团队,我们可提供一种无比深度和广度的运动控制产品解决方案。

4 经典产品案例

科尔摩根提供业界最先进的伺服电机,其配置和扭矩范围几乎可以满足任何规格。我们的紧凑型无框电机提供直接旋转运动,可在紧凑的空间内实现顺从和安全的运动——无需复杂而笨重的传动部件。我们优化电机性能和包装的能力可以提高机器人的精度,从而改善控制和安全性。我们还提供从设计到生产的优化运动解决方案所需的集成驱动器、控制、开发工具和专业知识。

UR5和UR10是通用机器人旨在在工业生产中建立铰接臂机器人灵活性的两 种模型的名称。目前关注的是传统机器人太大、太昂贵、太大的工作领 域。由于它们的重量很低,它们可以在任何需要的地方使用。六轴铰接 机器人的功率密度大部分来自于科尔莫根特别改装的KBM马达。通用机器 人能够将电机直接嵌入到铰接轴中,而不需要额外的外壳。

背景:

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通用机器人公司特别为中小型企业开发了UR5和UR10型 号。处理装置提升的有效载荷分别为5公斤和10公斤, 但其重量分别只有18公斤和25公斤。这种低重量使得可 以很容易地移动单元成为可能,而没有复杂的子组件。鉴于用户友好,多功能机器人的操作也同样灵活。这种 多功能支持丹麦公司提供用户友好的软件。使用它,六 轴轻量级机器人很快就能准备好完成新的任务。编程不 需要机器人技术的特殊知识。

策略意味着将科尔摩根的无框架组件电机直接集成到连 接轴中。这样做,机器人承担了电机壳体的功能,而齿 轮单元同时作为转子的主轴承。从整体上看,UR使用的 组件经常具有多种功能,这最终大大减少了滚珠轴承、 联轴器或轴等组件的数量,从而降低了整体系统的重量 和外形因素。此外,由于其高功率密度,科尔莫根电机 增加了UR5和UR10平台的提升能力。KBM电机具有高功率 密度,同时增加了UR5和UR10的提升能力。KBM电机系列提供先进的电磁设计,优化扭矩和最小的 锯齿和谐波失真。这些好处是提供在一个很大的操作速度范围内。定子中 填充密度高的电磁技术可以增加扭矩,保持低热损失。

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由于KBM电机的可变模块化设计,它提供了很大的自由来配置空间优化的伺服轴。

模块化设计

自重与装载能力的特殊比例是一个复杂的轻质结构的结 果,它不包含任何它不需要的东西。有了驱动器技术, 这种极简主义的风格

磁铁用于转子,它允许连续扭矩为1.45至3445牛顿米,峰值扭矩为4.91至12812牛顿米。”这些电机的高质量是我 们选择科尔摩根的原因之一,”通用机器人的技术业务经理EsbenH.Østergaard解释说。鉴于KBM电机嵌入机器人外壳并直接驱动负载,机器人能够在运动和力控制方面达到高水平的精度。在这方面,目标力 控制至关重要,因为机器人必须不断地以高变异性完美地移动不同的工作件。在实践中,它们可以识别物体的大小和弹 性,并相应地调整要施加的力。这种力必须比25牛顿还要强。由于±为10牛顿,精度和±为5毫米,可以为六个接头编 程和执行所需的力和所需的位置。

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无噪音,能源效率高 该机器人的另一个优点是其低噪声和节能的操作。从总拥 有成本的角度来看,资源的经济利用直接提高了机器人的 整体效率。因此,这项技术的竞争力因此提高。高能效的 另一个好处与减少电机的损耗密切相关。由于效率很高, 所以产生的热量就会更少。这意味着电机保持较冷,运行 低于其最大额定值,从而获得更长的使用寿命。改善的温 度行为也阻止了整个建筑的升温。”我们过去使用的马达 在连续运行时变得相当热。因此,我们可以在不减速的情况下运行我们的机器人的连续运行,”Østergaard说,他指的是运 行时间长、负荷相对较高的测试程序。

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KBM系列是一种创新的直接驱动无框架电机技术。无框架套 件电机为机械和工厂工程提供了广泛的解决方案,以创造 具有最大程度的灵活性、功率密度、动力学和耐久性的应 用程序。除了本产品提供的技术优势外,KBM平台还包括14 个框架设计和许多预先设计的标准选项,具有具有竞争力 的领先时间。”我们基本上可以订购尽可能多的马 达,”Østergaard强调道。这方面尤其重要,因为通用机 器人正在增长强劲。”因此,我们需要一个非常适合我们 的驾驶技术合作伙伴。”在这方面,科尔莫根能够以交付 可靠性给丹麦机器人专家留下深刻印象,并在捷克布尔诺 建立了一条UR特定的生产线。

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