A багатосуглобовий робот, також відомий як шарнірний робот, є типом промислового робота, який має два або більше поворотних шарнірів. Ці суглоби дозволяють роботу рухатися та працювати так, щоб вона нагадувала людську руку чи іншу систему кінцівок. Багатошарнірні роботи забезпечують більшу гнучкість і спритність, ніж стандартні одношарнірні роботи.
Як працює мультишарнірний робот
Ключовою особливістю багатошарнірного робота, яка відрізняє його від інших конструкцій роботів, є наявність поворотних шарнірів. Це суглоби, які дозволяють рухатися навколо однієї або кількох осей обертання. Поширені поворотні з’єднання, що використовуються в робототехніці, включають:
- Обертові шарніри: дозволяють обертатися навколо однієї осі. Обертові з'єднання забезпечують рухи згинання та складання.
- Призматичні з'єднання: дозволяють здійснювати лінійний рух уздовж однієї осі. Призматичні з'єднання забезпечують телескопічні та ковзаючі рухи.
-Сферичні з'єднання: дозволяють обертатися навколо трьох перпендикулярних осей. Сферичні суглоби дозволяють здійснювати повороти.
З’єднавши кілька поворотних з’єднань за допомогою жорстких ланок, можна сконструювати багатошарнірні руки робота, які імітують діапазон руху людської руки. З’єднання приводять в дію серводвигуни, які обертають або пересувають з’єднані ланки на основі керуючих сигналів. Роботи з декількома шарнірами також включають датчики для передачі зворотного зв’язку щодо поточної конфігурації робота системі керування.
Загальні конфігурації
Існує кілька поширених конфігурацій багатошарнірних або шарнірних роботів:
- Декартові роботи: декартові роботи, які використовуються для збирання й розміщення та інших лінійних рухів, мають три призматичні шарніри, осі яких збігаються з декартовою системою координат. Це забезпечує рух у вимірах X, Y та Z.
- Роботи SCARA: Роботи SCARA дуже поширені. Вони мають два паралельні поворотні шарніри для забезпечення податливості, а також призматичний шарнір для вертикального переміщення. Паралельні шарніри дозволяють роботам SCARA ефективно рухатися в горизонтальній площині.
- Антропоморфні роботи: створені для імітації рухів людської руки, ці багатосуглобові роботи мають поворотні плечові, ліктьові та зап’ястяні суглоби. Деякі навіть містять багатосуглобові руки. Їхня людиноподібна форма дозволяє їм вирішувати завдання, призначені для людей.
- Циліндричні роботи: побудовані навколо центрального «хребта» з поворотними шарнірами, циліндричні роботи можуть охоплювати велику робочу зону, оскільки «плечовий» шарнір дозволяє обертатися навколо циліндра.
Додатки
Завдяки гнучкості обертання багатошарнірні роботи є дуже універсальними та можуть автоматизувати різноманітні промислові додатки, зокрема:
- Підберіть і розставте завдання
- Операції пакування та палетування
-Збірка деталей
- Лиття під тиском
- Обслуговування верстатів з ЧПУ
-Зварювання кузовів та обладнання автомобілів
- Фарбування криволінійних поверхонь
- Перевірка якості за допомогою руху та сканування
По суті, багатошарнірні роботи можуть вирішувати майже будь-яке завдання, яке вимагає переміщення інструментів або кінцевих ефекторів у різних положеннях і орієнтаціях. Важливо, що їхня здатність розширювати робочий діапазон і автоматично уникати зіткнень робить їх дуже корисними для динамічної взаємодії зі складним або багатолюдним середовищем.
Переваги перед роботами з одним шарніром
Хоча роботи з одним шарніром можуть досягти дуже високої швидкості та точності, вони страждають від обмеженої гнучкості. Наприклад, простий декартовий портальний робот може досягати лінійного руху лише за трьома осями.
Навпаки, багатошарнірні руки робота можуть:
- Об’їзд перешкод: нахиляючись або повертаючись убік, вони можуть працювати в обмеженому просторі.
- Зміна орієнтації інструментів. Інструменти, встановлені на зап’ясті або фланці робота, можна обертати та нахиляти майже в будь-якій орієнтації під час виконання завдання.
- Запобігання самозіткненню: багатосуглобові важелі мають програмне забезпечення, яке дозволяє їм автоматично згортатися, щоб не заважати собі та іншим предметам у робочому місці.
- Безперервний рух по траєкторії: вони можуть плавно «повертатися» через проміжні положення, що дозволяє виконувати такі операції, як зварювання великих вигнутих поверхонь.
По суті, правильно реалізовані багатошарнірні роботи пропонують більшу автономію, ефективність і гнучкість виробництва порівняно з більш жорсткими роботами.
Системи керування багатошарнірними роботами
Потрібні складні комп’ютерні системи керування для координації руху через численні суглоби та осі, наявні в шарнірних роботах:
- Кінематика: математичні перетворення координат повинні безперервно відстежувати 6D-положення підказки робота на основі кутових положень кількох поворотних з’єднань.
- Планування шляху: щоб уникнути зіткнень і максимізувати ефективність, оптимальні шляхи руху повинні бути попередньо розраховані або динамічно створені в міру виконання завдань.
- Алгоритми компенсації: Відхилення від цільової траєкторії через гнучкість плеча та люфт у шарнірах/шестернях мають фіксуватися та протидіяти за допомогою компенсаційних сигналів, що надсилаються до приводів.
- Управління з кількома змінними: численні пов’язані диференціальні рівняння в частинних похідних керують складною динамікою багатошарнірних рук, вимагаючи дуже швидкого реагування в режимі реального часу керування кількома приводами для досягнення точності та швидкості.
Як наслідок, багатошарнірне програмування роботів покладається на програмне забезпечення, яке спрощує керування аж до базових вхідних координат, попередніх налаштувань руху, орієнтації інструментів і дій кінцевого ефектора. Це звільняє інженерів від необхідності вручну виконувати складні математичні та динамічні обчислення.
Переваги колаборативних роботів
Відносно новим напрямком багатосуглобової робототехніки є колаборативні роботи, або «коботи». Коботи розроблені для безпечної роботи під час фізичної взаємодії з людьми в спільному робочому просторі, без небезпеки чи потреби в охороні. Вбудовані датчики змушують руку або руку робота автоматично зупинятися при контакті з людиною.
Цей спільний підхід пропонує численні переваги:
- Інтуїтивне програмування: Cobots можна навчати вручну за допомогою керованого навчання замість кодування, що робить їх дуже зручними для користувача.
- Легке розгортання: легка конструкція дозволяє швидко налаштувати коботів практично будь-де. Немає необхідності в жорстких огорожах або фундаментах.
- Більш безпечна взаємодія: чутлива тактильна шкіра та/або датчик крутного моменту на кожному суглобі змушують коботів належним чином реагувати на контакт з людиною.
- Гнучка автоматизація: спільні робочі зони означають, що оператори можуть чергувати завдання з роботами в ефективній координації.
- Більш доступні рішення: усунення бар’єрів безпеки значно зменшує загальні витрати на систему та площу.
- Розширена робоча сила: люди справляються зі складними когнітивними завданнями, а коботи звільняють їх від нудної, ергономічно важкої діяльності.
Таким чином, коботи зменшують бар’єри для впровадження роботів у малий бізнес, а також сприяють більш безпечній співпраці людини та машини на існуючих об’єктах. Ця нова парадигма інтуїтивно зрозумілої та доступної автоматизації продовжує стимулювати інноваційні кобот-рішення в багатьох галузях.
Майбутнє багатошарнірних роботів
Оскільки обчислювальна потужність комп’ютера продовжує вдосконалюватися, збільшуватимуться й можливості шарнірних роботів та їхніх інтерфейсів керування. Розширення додатків у поєднанні зі спрощенням програмування призведе до того, що багатошарні роботи стануть все більш поширеними в інших галузях.
А завдяки поєднанню гнучкості багатошарнірних конструкцій зі штучним інтелектом і розширеним сенсорним сприйняттям роботи завтрашнього дня досягнуть набагато більшої автономності. Роботи для великих робочих місць також переходять від твердих металевих мас до більш податливих і чуйних «м’яких роботів» завдяки використанню полімерів, розширеної кінематики та навіть кабелів.
Зрештою, у міру розвитку їхніх фізичних здібностей та інтелектуальної чутливості роботи з декількома з’єднаннями будуть грати все більшу роль у співпраці разом із людьми-партнерами, що зробить їх ключовим рушієм Четвертої промислової революції.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. — це високотехнологічне підприємство, що спеціалізується на дослідженнях і розробках, виробництві та продажі автоматичних лазерних наплавлювальних машин, високошвидкісних лазерних наплавлювальних машин, лазерних гартівних машин, лазерних зварювальних машин і обладнання для лазерного 3D-друку. Наша продукція є економічно ефективною та продається всередині країни та за кордоном. Якщо ви зацікавлені в наших продуктах, зв'яжіться з нами за адресоюbob@gshenglaser.com.