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制造行业最重要的四种工业机器人

来源:仪器仪表网发布时间:2020.03.10 14:14:05 阅读:269

人的典型应用包括焊接、刷漆、组装、采集和放置(例如包装、码垛和SMT)、产品检测和测试等;所有的工作的完成都具有高效性、持久性、速度和准确性。多年来,从典型的拾取放置到高精度协作机器人,工业机器人技术正在迅速发生变化,取得了惊人的进步。

在工厂车间,您不会看到像波士顿动力(Boston Dynamics)机器人那样运行或跳跃的机器人。但是您会看到它们以完美无误地完成任务,让工人从危险,无聊和重复的任务中解放出来。

最近,美国国家标准技术研究所指出,与制造产业最相关的四种机器人是铰接式机器人、SCARA机器人、笛卡尔机器人和协作机器人。

一、铰接式机器人

铰接式机器人指有与我们的人手臂相似的关节式双连杆布局的机器人。铰接式机器人可以根据其具有多少个旋转点来分类,有些设备具有多达七个自由度。这些单元的机械复杂性使其相对昂贵,并且比其他类型的速度稍慢。

据InteractAnalysis报告,目前为止,铰接式机器人依旧是占比最大的机器人类型。2019年,铰接式机器人占全球出货量的59.6%,预计到2023年将占总市场的57.5%。

OB7 Productive Robotics铰接式机械手

  OB7 Productive Robotics铰接式机械手

  来源:KateSmith

  铰接式机器人的优势在于它们可以绕过会阻塞其他类型机器人的障碍物。这些设备也许是当今使用最普遍的类型,它们可用于:取放、点胶、打包、部件和焊接等。

二、SCARA机器人

SCARA机器人,即水平多关节机械手臂机器人,它们可以沿x轴和y轴移动,但手臂在Z轴方向具有刚性,沿z轴锁定在适当的位置。因此,SCARA机器人具有选择顺应性,此特性在一些组装作业上有其优势:例如将一根圆销插入圆孔中。

SCARA机器人

  SCARA机器人

  图源:FANUC

  SCARA机器人较少的自由度意味着具有较少电动机,控制计算以及控制算法更加简单,所需的计算机功能更少。底座和要制造的零件之间的轴数较少,这也意味着累积的误差会减少。

在工厂车间的机器人技术中,一个重要的考虑因素是,与基座本身占用的地面空间相比,机器人可以从基座工作多远,而SCARA机器人在这方面非常有优势,它通常在工厂车间占用的空间较小。

尽管SCARA机器功能相对有限,但总的来说,这是一个更快,更便宜,更准确,更易于控制的机器人。

三、笛卡尔机器人

笛卡尔机器人,又称直角坐标机器人,它可直接沿叁个轴(长度,宽度和高度)移动。由于这种结构固有的坚固性,因此可以在最重的负载下使用。

笛卡尔机器人

  笛卡尔机器人

  直角坐标机器人和SCARA机器人之间的区别在于在z轴上移动的能力。两者相比,SCARA的反应会比较快,设备也会比较干净,其单座的安装座需要的占地面积较小,因此可以较简单、无阻碍的安装方式。不过另一方面,SCARA会比传统的笛卡尔坐标机器手臂要贵,而且控制软件需要针对运动的线性补间有逆运动学的机制。而且,笛卡尔机器人可用于拾放,组装甚至分配诸如胶粘剂的材料。

四、COBOT(协作机器人)

协作式机器人(collaborative robot,简称cobot)是设计和人类在共同工作空间中有近距离互动的机器人。到2010年为止,大部分的工业机器人是设计自动作业或是在有限的导引下作业,因此不用考虑和人类近距离互动,其动作也不用考虑对于周围人类的安全保护,而这些都是协作式机器人需要考虑的机能。

如国际机器人联合会(IFR)所述,协作型工业机器人(COBOTS)旨在与人类在工业领域协作执行任务。根据IFR,这种合作在四个层面进行:

单独的单元:人和机器人在附近工作,但在单独的物理工作区中。没有人机交互或同步。

顺序协作:人和机器人的工作空间之间有一些交叉点。但是,一个参与者的动作仅在另一个参与者的动作完成之后才开始。

合作:人与工人同时工作。

响应式合作:机器人实时响应人类的动作。

这些级别如下所示。绿色区域代表机器人的工作空间,黄色区域代表工人的工作空间。

与工业机器人的协作类型

  与工业机器人的协作类型

  图源:国际机器人联合会

  顺序协作是当今工厂普遍采用的最先进的级别,需要通过机器视觉和人工智能来实施。另外,协作机器人的切向分支是在外科应用中使用的机器人,例如2016年进行的首次机器人眼科手术。其中最着名的也许是Intuitive Surgical的daVinci机器人手术系统,尽管看起来很合适,但开发人员并未将其定义为cobotic。机器人的一举一动都由外科医生控制,但是其精确度是任何人的手都无法接近的。

  用于机器人手术的常规手术设置中的SurgeonC onsole元素

  图源:直觉外科

  通过机器人控制,外科医生可以通过较小的切口进行手术,从而减少了侵入性手术并加快了患者的康复速度。

显然,这种水平的精确度和精细的电动机控制可以在工业环境中得到无数的应用。但是,目前高精度的协作机器人成本太高,对于普通制造工厂而言暂时还负担不起。

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