A многоставен робот, известен още като шарнирен робот, е вид индустриален робот, който има две или повече въртящи се шарнири. Тези стави позволяват на робота да се движи и работи по начин, който наподобява човешка ръка или друга система от крайници. Многоставните роботи осигуряват повече гъвкавост и сръчност от стандартните едноставни роботи.
Как работи многоставен робот
Ключовата характеристика на робот с много стави, която го отличава от другите дизайни на роботи, е наличието на въртящи се стави. Това са стави, които позволяват движение около една или повече оси на въртене. Често срещаните въртящи се съединения, използвани в роботиката, включват:
-Въртящи се съединения: позволяват въртене около една ос. Въртящите се съединения позволяват движения на огъване и сгъване.
-Призматични съединения: Позволяват линейно движение по една ос. Призматичните съединения позволяват телескопични и плъзгащи движения.
-Сферични стави: Позволяват въртене около три перпендикулярни оси. Сферичните стави позволяват въртеливи движения.
Чрез свързване на множество въртящи се стави чрез твърди връзки могат да бъдат конструирани многоставни ръце на роботи, които имитират обхвата на движение на човешка ръка. Съединенията се задвижват от серво мотори, които въртят или плъзгат свързаните връзки въз основа на управляващи сигнали. Многоставните роботи също включват сензори за предоставяне на обратна връзка за текущата конфигурация на робота към системата за управление.
Общи конфигурации
Има няколко общи конфигурации на многоставни или съчленени роботи:
- Декартови роботи: Използвани за вземане и поставяне и други линейни движения, декартовите роботи имат три призматични стави, чиито оси съвпадат с декартова координатна система. Това осигурява движение в измеренията X, Y и Z.
- Роботи SCARA: Роботите за сглобяване на роботи за селективно съответствие (SCARA) са много разпространени. Те имат две успоредни въртящи се стави за осигуряване на съответствие, плюс призматична връзка за вертикално движение. Паралелните стави позволяват на роботите SCARA да се движат ефективно в хоризонтална равнина.
- Антропоморфни роботи: Проектирани да имитират движенията на човешка ръка, тези многоставни роботи имат въртящи се раменни, лакътни и киткови стави. Някои дори включват многоставни ръце. Човекоподобната им форма им позволява да се справят със задачи, предназначени за хора.
- Цилиндрични роботи: Изградени около централен „гръбнак“ с въртящи се стави, цилиндричните роботи могат да покрият голяма работна обвивка, тъй като „раменната“ става позволява въртене около цилиндъра.
Приложения
Благодарение на ротационната си гъвкавост, многоставните роботи са много гъвкави и могат да автоматизират разнообразна гама от индустриални приложения, включително:
- Изберете и поставете задачи
- Опаковъчни и палетизиращи операции
-Сглобяване на части
-Шприцоване
-Обслужване на CNC машини
-Заваряване на каросерии и апарати
- Боядисване на извити повърхности
- Проверка на качеството чрез движение и сканиране
По същество роботите с множество стави могат да се справят с почти всяка задача, която изисква движещи се инструменти или крайни изпълнители чрез набор от позиции и ориентации. Важното е, че способността им да разширяват работния си обхват и да избягват сблъсъци автоматично ги прави много полезни за взаимодействие със сложни или претъпкани среди по динамичен начин.
Предимства пред роботите с една връзка
Докато роботите с една връзка могат да постигнат много висока скорост и прецизност, те страдат от ограничена гъвкавост. Например прост декартов портален робот може да постигне линейно движение само в три оси.
За разлика от това, многоставните ръце на робота могат:
- Заобикаляне на препятствията: Чрез огъване или завъртане встрани от пътя те могат да работят в затворени пространства.
- Пренасочване на инструменти: Инструментите, монтирани на китката или фланеца на робота, могат да се въртят и накланят до почти всякаква ориентация по време на задача.
- Избягване на самосблъсък: Многоставните рамена имат софтуер, който им позволява автоматично да се извиват от пътя на себе си и на други предмети в работното им пространство.
- Движение с непрекъсната траектория: Те могат да „въртят“ плавно през междинни позиции, което позволява операции като заваряване на големи извити повърхности.
По същество правилно внедрените многоставни роботи предлагат по-голяма автономност, ефективност и производствена гъвкавост в сравнение с по-твърдите роботи.
Системи за управление на многоставни роботи
Необходими са сложни компютърни системи за контрол, за да се координира движението в множество стави и оси, присъстващи в шарнирните роботи:
- Кинематика: Математическите координатни трансформации трябва непрекъснато да проследяват 6D позицията на инструмента на робота въз основа на ъглови позиции на множество ротационни стави.
- Планиране на пътя: За да се избегнат сблъсъци и да се увеличи максимално ефективността, оптималните пътища на движение трябва да бъдат предварително изчислени или динамично генерирани при изпълнение на задачите.
- Компенсационни алгоритми: Отклонението от целевите траектории, дължащо се на гъвкавостта на рамото и хлабината в ставите/зъбните колела, трябва да бъде усетено и противодействано чрез компенсационни сигнали, изпратени до задвижващите механизми.
- Многопроменлив контрол: Множество свързани частични диференциални уравнения управляват сложната динамика на многоставните рамена, изискващи много отзивчив контрол в реално време на множество задвижващи механизми за прецизност и скорост.
В резултат на това програмирането на роботи с множество стави разчита на софтуер, който опростява управлението до основни координатни входове, предварително зададени настройки за движение, ориентации на инструменти и действия на краен ефектор. Това освобождава инженерите от необходимостта ръчно да решават сложни математически и динамични изчисления.
Предимствата на съвместните роботи
Сравнително нова област в многоставната роботика е тази на колаборативните роботи или „коботите“. Коботите са проектирани да работят безопасно, докато физически взаимодействат с хора в споделено работно пространство, без опасност или необходимост от охрана. Вградените сензори карат ръката на робота да спира автоматично при контакт с човек.
Този съвместен подход предлага множество предимства:
- Интуитивно програмиране: Коботите могат да бъдат обучавани ръчно чрез насочвано обучение вместо кодиране, което ги прави много лесни за използване.
- Лесно разгръщане: Леките дизайни позволяват коботите да бъдат бързо инсталирани почти навсякъде. Няма нужда от твърда ограда или основи.
- По-безопасно взаимодействие: Чувствителната тактилна кожа и/или сензорът за въртящ момент във всяка става карат коботите да реагират правилно на човешки контакт.
- Гъвкава автоматизация: Споделените пространства на работните клетки означават, че операторите могат да редуват задачи с роботи в ефективна координация.
- По-достъпни решения: Премахването на предпазните бариери значително намалява общите системни разходи и отпечатъка.
- Разширена работна сила: Хората се справят със сложни когнитивни задачи, докато коботите ги освобождават от скучни, ергономично натоварващи дейности.
По този начин коботите намаляват бариерите пред приемането на роботи от малкия бизнес, като същевременно насърчават по-безопасното сътрудничество между човек и машина в съществуващите съоръжения. Тази нова парадигма в интуитивната и достъпна автоматизация продължава да стимулира иновативни кобот решения в много индустрии.
Бъдещето на многоставните роботи
Тъй като мощността на компютърната обработка продължава да се подобрява, така ще се подобряват и възможностите на шарнирните роботи и техните интерфейси за управление. Разширяването на приложенията, съчетано с по-лесното програмиране, ще накара многоставните роботи да станат все по-разпространени в повече индустрии.
И чрез сливането на гъвкавостта на дизайна с множество стави с изкуствения интелект и разширеното сетивно възприятие, утрешните роботи ще постигнат много по-голяма автономност. Роботите за големи работни пространства също преминават от твърди метални маси към по-съвместими и отзивчиви „меки роботи“ чрез използване на полимери, разширена кинематика и дори кабели.
В крайна сметка, с напредването на техните физически възможности и интелигентната отзивчивост, многоставните роботи ще играят разширяващи се роли за сътрудничество заедно с човешките партньори – което ги прави ключов двигател на Четвъртата индустриална революция.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. е високотехнологично предприятие, специализирано в научноизследователска и развойна дейност, производство и продажба на автоматична машина за лазерно облицоване, високоскоростна лазерна машина за облицовка, машина за лазерно охлаждане, машина за лазерно заваряване и оборудване за лазерно 3D принтиране. Нашите продукти са рентабилни и се продават в страната и чужбина. Ако се интересувате от нашите продукти, моля свържете се с нас наbob@gshenglaser.com.