في السنوات الأخيرة ، أطلقت عمالقة الروبوتات متعددة الجنسيات روبوتات صناعية ذات سبعة محاور واحدة تلو الأخرى للاستيلاء على أسواق جديدة راقية. أثار هذا تفكيرنا العميق حول الروبوتات الصناعية ذات المحاور السبعة. ما هي المزايا التقنية الفريدة التي يتمتع بها ، وما هي الصعوبات في البحث والتطوير؟
كم عدد المحاور التي يجب أن تمتلكها الروبوتات الصناعية؟
في الوقت الحاضر ، تم استخدام الروبوتات الصناعية على نطاق واسع في العديد من الصناعات ، لكننا وجدنا أيضًا أن الروبوتات الصناعية ليس لها أشكال مختلفة فحسب ، بل لها محاور مختلفة أيضًا. يمكن تفسير محور ما يسمى بالروبوت الصناعي بمصطلح درجة الحرية المهنية. إذا كان الروبوت يتمتع بثلاث درجات من الحرية ، فيمكنه التحرك بحرية على طول المحاور x و y و z ، لكن لا يمكنه الإمالة أو التدوير. عندما يزداد عدد محاور الروبوت ، فهذا يعني مرونة أعلى للروبوت. إذن كم عدد المحاور التي يجب أن يمتلكها الروبوت الصناعي؟
يُطلق على الروبوت ثلاثي المحاور أيضًا اسم الروبوت الديكارتي أو الديكارتي. تسمح محاوره الثلاثة للإنسان الآلي بالتحرك على ثلاثة محاور. يستخدم هذا الروبوت بشكل عام لمهام المناولة البسيطة.
صورة
يمكن أن يدور الروبوت رباعي المحاور على طول المحاور x و y و z. على عكس الروبوت ثلاثي المحاور ، لديه محور رابع يتحرك بشكل مستقل. بشكل عام ، يمكن اعتبار روبوت SCARA روبوتًا رباعي المحاور.
صورة
خمسة محاور هي تكوين العديد من الروبوتات الصناعية. يمكن لهذه الروبوتات أن تدور عبر دوائر الفضاء الثلاث x و y و z. في الوقت نفسه ، يمكنهم الاعتماد على المحور الموجود على القاعدة لتحقيق حركة الدوران ، ويزيد المحور الذي يمكن تدويره بمرونة باليد من مرونته.
صورة
يمكن للروبوت ذي المحاور الستة أن يمر عبر المحاور x و y و z ، ويمكن لكل محور أن يدور بشكل مستقل. أكبر اختلاف عن الروبوت خماسي المحاور هو أن هناك محورًا آخر يمكنه الدوران بحرية. ممثل الروبوت ذو ستة محاور هو Universal Robots. من خلال الغطاء الأزرق على الروبوت ، يمكنك حساب عدد محاور الروبوت بوضوح.
صورة
يحتوي الروبوت ذو المحاور السبعة ، والمعروف أيضًا باسم الروبوت الزائد ، على محور إضافي مقارنة بالروبوت ذي الستة محاور الذي يسمح للروبوت بتجنب أهداف معينة ، مما يسهل على المستجيب النهائي الوصول إلى موضع معين ، ويمكن أن يكون أكثر مرونة للتكيف مع بيئات عمل خاصة معينة.
كلما زاد عدد المحاور ، زادت مرونة الروبوت. ومع ذلك ، في التطبيقات الصناعية الحالية ، يتم استخدام الروبوتات الصناعية ذات ثلاثة محاور وأربعة محاور وستة محاور أكثر من غيرها. هذا لأنه ، في بعض التطبيقات ، لا تكون المرونة العالية مطلوبة ، في حين أن الروبوتات ثلاثية المحاور وأربعة محاور أكثر فعالية من حيث التكلفة ، كما تتمتع الروبوتات ثلاثية المحاور وأربعة محاور بميزة كبيرة في السرعة.
في المستقبل ، في صناعة 3C التي تتطلب مرونة عالية ، سيكون للروبوتات الصناعية ذات المحاور السبعة مكان للعب. مع دقتها المتزايدة ، ستحل محل التجميع اليدوي للمنتجات الإلكترونية الدقيقة مثل الهواتف المحمولة في المستقبل القريب.
الروبوتات الصناعية ذات المحاور السبعة أفضل من الروبوتات الصناعية ذات المحاور الستة
أين القوة؟
من الناحية الفنية ، ما هي مشاكل الروبوتات الصناعية ذات المحاور الستة ، وما هي قوة الروبوتات الصناعية ذات المحاور السبعة؟
(1) تحسين الخصائص الحركية
في مشكلة الكينماتيكا للروبوت ، هناك ثلاث مشاكل تجعل حركة الروبوت مقيدة للغاية.
الأول هو التكوين المفرد. عندما يكون الروبوت في تكوين فردي ، لا يمكن للمستجيب النهائي الخاص به التحرك في اتجاه معين أو تطبيق لحظة ، وبالتالي فإن التكوين المفرد يؤثر بشكل كبير على تخطيط الحركة.
صورة
يحدث التفرد عندما يكون المحاور السادس والرابع للروبوت ذي الستة محاور على خط واحد
والثاني هو أن إزاحة المفصل تتجاوز الحد. في حالة العمل الحقيقي ، يكون النطاق الزاوي للحركة لكل مفصل للروبوت محدودًا ، والحالة المثالية هي زائد أو ناقص 180 درجة ، لكن العديد من المفاصل لا يمكنها القيام بذلك. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للروبوت ذي المحاور السبعة أن يتجنب حركة السرعة الزاوية المفرطة ، بحيث يتم توزيع السرعة الزاوية بشكل متساوٍ.
صورة
نطاق الحركة والسرعة الزاوية القصوى لكل محور من محاور الروبوت SIASUN السبعة
والثالث وجود حواجز في بيئة العمل. في البيئة الصناعية ، توجد عقبات بيئية مختلفة في العديد من المناسبات ، ولا يمكن للروبوت التقليدي ذي المحاور الستة تغيير وضع آلية النهاية فقط دون تغيير موضع آلية النهاية.
(2) تحسين الخصائص الديناميكية
بالنسبة للروبوت ذي المحاور السبعة ، فإن استخدام درجات الحرية الزائدة لا يمكن أن يحقق فقط خصائص حركية جيدة من خلال تخطيط مسار الحركة ، ولكن يمكننا أيضًا استخدام هيكله لتحقيق أفضل أداء ديناميكي.
يمكن للروبوت ذي المحاور السبعة أن يدرك إعادة توزيع عزم الدوران المشترك ، والذي يتضمن التوازن الثابت للروبوت ، أي القوة التي تعمل في النهاية ، من خلال خوارزمية معينة ، تحسب مقدار القوة التي يتحملها كل مفصل. بالنسبة للروبوت التقليدي ذي المحاور الستة ، فإن قوة كل مفصل تكون مؤكدة ، وقد يكون توزيعها غير معقول للغاية. لكن بالنسبة للإنسان الآلي ذي المحاور السبعة ، يمكننا ضبط عزم الدوران لكل مفصل من خلال خوارزمية التحكم ، بحيث يتحمل الرابط الضعيف عزم الدوران في أصغر حجم ممكن ، بحيث يكون توزيع عزم الدوران للروبوت بأكمله منتظمًا نسبيًا وأكثر منطقية.
(3) التسامح مع الخطأ
عندما يفشل الروبوت ، في حالة فشل المفصل ، لا يمكن للروبوت التقليدي ذي المحاور الستة الاستمرار في إكمال العمل ، بينما يمكن للروبوت ذي المحاور السبعة الاستمرار في العمل بشكل طبيعي عن طريق إعادة ضبط سرعة مفصل الفشل (التسامح مع الخطأ الحركي) وإعادة التوزيع من عزم مفصل الخطأ (ديناميكيات التسامح مع الخطأ).
منتجات روبوت صناعية بسبعة محاور لعمالقة عالميين
بغض النظر عن منظور المنتجات أو التطبيقات ، لا تزال الروبوتات الصناعية ذات المحاور السبعة في المرحلة الأولى من التطوير ، لكن الشركات المصنعة الكبرى تروج للمنتجات ذات الصلة في المعارض الكبرى. من المتصور أنهم ما زالوا متفائلين للغاية بشأن إمكاناتهم التنموية المستقبلية.
- كوكا LBR إيوا
في نوفمبر 2014 ، أطلقت KUKA لأول مرة أول روبوت حساس خفيف الوزن LBRiiwa من KUKA من سبع درجات من الحرية في معرض الصين الدولي للصناعة الروبوت.
تم تصميم الروبوت ذو المحاور السبعة LBRiiwa على أساس الذراع البشرية ، والتي ، جنبًا إلى جنب مع نظام استشعار متكامل ، تعطي حساسية للبرمجة خفيفة الوزن وتجعلها دقيقة للغاية. تم تجهيز جميع محاور LBRiiwa بسبعة محاور بوظائف الكشف عن التصادم عالية الأداء وأجهزة استشعار عزم الدوران المشتركة لتحقيق التعاون بين الإنسان والآلة.
صورة
يجعل التصميم ذي المحاور السبعة منتج KUKA هذا مرنًا للغاية ويمكنه بسهولة التغلب على العقبات. تم تصميم هيكل الروبوت LBRiiwa بمادة الألومنيوم ، ووزنه 23.9 كجم فقط. يأتي في حمولتين ، 7 كجم و 14 كجم ، مما يجعله أول روبوت خفيف الوزن بحمولة تزيد عن 10 كجم.
- ABB YuMi
في 13 أبريل 2015 ، أطلقت ABB رسميًا YuMi ، أول روبوت صناعي ثنائي الذراع في العالم يحقق حقًا التعاون بين الإنسان والآلة ، إلى السوق في Hannover Messe في ألمانيا.
صورة
تتمتع كل ذراع من ذراع YuMi بسبع درجات من الحرية ، ويبلغ وزن الجسم 38 كجم. تبلغ حمولة كل ذراع 0. 5 كجم ، ويمكن أن تصل دقة التكرار المتكرر إلى 0 .02 مم ، لذلك فهي مناسبة بشكل خاص لتجميع الأجزاء الصغيرة والسلع الاستهلاكية والألعاب وغيرها من المجالات. من الأجزاء الدقيقة للساعات الميكانيكية إلى معالجة الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر اللوحية وأجزاء الكمبيوتر المكتبي ، لا يمثل YuMi مشكلة ، وهذا يعكس فقط الخصائص الممتازة لهذا الروبوت الزائد ، مثل مساحة العمل الموسعة والمرونة وخفة الحركة ، والدقة.
- ياسكاوا موتومان SIA
كما أصدرت شركة Yaskawa Electric ، وهي شركة معروفة لتصنيع الروبوتات في اليابان وواحدة من "العائلات الأربع" ، مجموعة متنوعة من منتجات الروبوتات ذات السبعة محاور. من بينها ، روبوتات سلسلة SIA عبارة عن روبوتات خفيفة ورشيقة من سبعة محاور ، والتي يمكن أن توفر مرونة تشبه الإنسان وتسريعًا سريعًا. إن التصميم الخفيف الوزن والمبسط لهذه السلسلة من الروبوتات يجعلها مثالية للتركيب في المساحات الضيقة. يمكن لسلسلة SIA أن توفر حمولة عالية (من 5 كجم إلى 50 كجم) ونطاق عمل كبير (559 مم إلى 1630 مم) ، وهو مناسب جدًا للتجميع والقولبة بالحقن والتفتيش وغيرها من العمليات.
صورة
بالإضافة إلى منتجات الروبوت الخفيفة ذات السبعة محاور ، أصدرت Yaskawa أيضًا نظام لحام آلي بسبعة محاور. يمكن لدرجة عالية من الحرية الحفاظ على الوضع الأنسب قدر الإمكان لتحقيق نتائج لحام عالية الجودة. إنها مناسبة بشكل خاص للحام الداخلي وتحقق أفضل وضع للاقتراب. علاوة على ذلك ، يمكن ترتيب المنتج بكثافة عالية ، ومن السهل تجنب التداخل مع العمود وقطعة العمل ، مما يدل على وظيفة تجنب العوائق الممتازة.
- ناتشي فوجيكو PrestoMR20
في وقت مبكر من نهاية 2 0 07 ، طور Nachi Fujikoshi روبوتًا من سبع درجات من الحرية "PrestoMR20". من خلال اعتماد تصميم من سبعة محاور ، يمكن للروبوت أن يقوم بمهام سير عمل أكثر تعقيدًا ويتحرك في مناطق عمل ضيقة مثل الذراع البشرية. بالإضافة إلى ذلك ، زاد عزم الجزء الأمامي (معصم) الروبوت إلى حوالي ضعف عزم دوران الروبوت التقليدي ذي المحاور الستة. التكوين القياسي لعزم الدوران 20 كجم. من خلال ضبط نطاق الحركة ، يمكنه حمل أشياء تصل إلى 30 كجم. نطاق العمل يصل إلى 1260 مم ، ودقة التكرار 0.1 مم. من خلال اعتماد هيكل من سبعة محاور ، يمكن أن يعمل MR20 من جانب الماكينة عند انتقاء ووضع قطع العمل على الماكينة. نتيجة لذلك ، يمكن تحسين كفاءة العمل مثل الإعداد المسبق والصيانة. يمكن تقليل المسافة بين الأدوات الآلية إلى أقل من نصف مساحة الروبوتات التقليدية سداسية المحاور.
صورة
بالإضافة إلى ذلك ، أطلق Nachi Fujikoshi أيضًا روبوتين صناعيين ، MR35 (مع حمولة 35 كجم) و MR50 (مع حمولة 50 كجم) ، والتي يمكن استخدامها في المساحات الصغيرة والأماكن التي بها عوائق.
- روبوت صناعي ذو سبعة محاور خارج المقصورة
أطلقت مجموعة DAIHEN اليابانية أحدث روبوتات ذات سبعة محاور (FD-B4S و FD-B4LS و FD-V6S و FD-V6LS و FD-V20S). نظرًا لدوران المحور السابع ، يمكنهم تحقيق حركة الالتواء مثل معصم الإنسان ، ويمكنهم تحقيق اللحام لأكثر من أسبوع واحد ؛ بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي الروبوت ذي المحاور السبعة (FD-B4S ، FD-B4LS) على كابلات لحام مدمجة في جسم الروبوت ، لذلك ليست هناك حاجة إلى الاهتمام بالتداخل بين الروبوت وتركيب اللحام وقطعة العمل أثناء عملية التدريس ، الحركة سلسة للغاية ، كما تم تحسين درجة حرية وضع اللحام.
- باكستر وسوير ، إعادة التفكير في الروبوتات
Rethink Robotics هي شركة رائدة في مجال الروبوتات التعاونية. من بينها ، يمتلك أول روبوت ثنائي الذراع مطور من باكستر سبع درجات من الحرية لكلا الذراعين ، وأقصى نطاق عمل لذراع واحد هو 1210 ملم. يمكن لـ Baxter التعامل مع مهمتين مختلفتين في نفس الوقت لزيادة قابلية التطبيق ، أو معالجة نفس المهمة في الوقت الفعلي لزيادة الإنتاج.
تم طرح سوير في العام الماضي ، وهو روبوت ذو ذراع واحد وسبعة محاور يستخدم نفس المشغلات المرنة التسلسلية لمفاصله المرنة ، ولكن تم إعادة تصميم مشغلات مفاصلها لجعلها أصغر. نظرًا لتصميم المحاور السبعة وتمديد نطاق العمل إلى 100 مم ، يمكنها إكمال المهام بحمل أكبر. يمكن أن تصل الحمولة إلى 4 كجم ، وهو أكبر بكثير من الحمولة البالغة 2.2 كجم لروبوت باكستر.
صورة
- سلسلة YA الروبوتية ذات سبعة محاور من Yamaha
في عام 2015 ، أطلقت شركة Yamaha ثلاثة روبوتات ذات سبعة محاور ، "YA-U5F" و "YA-U10F" و "YA-U20F" ، وكلها يتم تشغيلها والتحكم فيها بواسطة وحدة التحكم الجديدة "YA-C100".
يحتوي الروبوت المحور 7- على محور E مكافئ لمرفق الإنسان ، لذلك يمكنه إتمام الإجراءات بحرية مثل الانحناء ، والتواء ، والتمديد. حتى في المساحات الضيقة حيث يصعب على الروبوتات التي تحتوي على أقل من 6 محاور إجراء العمليات ، يمكن إكمال العمليات والتركيبات بسلاسة. يسمح أيضًا بوضعيات القرفصاء المنخفضة والحركات حول الجزء الخلفي من الوحدة. تم اعتماد مشغل مجوف ، وكابل الجهاز وخرطوم الهواء مدمجان في ذراع الروبوت ، بحيث لا يتداخل مع المعدات المحيطة ، ويمكن تحقيق خط إنتاج مضغوط.
بالإضافة إلى ذلك ، طور مركز أبحاث وتطوير الآلات الدقيقة في تايوان أيضًا نموذجًا أوليًا لروبوت مزدوج الذراع ذي سبعة محاور ، والذي من المتوقع أن يساعد الشركات التايوانية على إنشاء أداة قوية لتصنيع الإلكترونيات 3C وتضييق الفجوة التكنولوجية بين المحلي والأجنبي. بلدان.
الروبوت المحلي ذو المحاور السبعة موجود هنا
هل يمكنك تحقيق تجاوز الزاوية؟
بدأ بحث وتطوير الروبوت الصناعي الصيني ذي المحاور السبعة في أوائل التسعينيات. في ذلك الوقت ، كان قائد المشروع هو Zhang Qixian ، خبير الروبوتات المشهور الراحل في بلدي والأكاديمي في الأكاديمية الصينية للهندسة. كانت إحدى المساهمات الرئيسية للأكاديمي Zhang Qixian هي إكمال تطوير نموذج أولي لروبوت فائض عن الحاجة بسبع درجات من الحرية.
في نهاية الثمانينيات ، وبسبب التطور الصعب للغاية ، طور عدد قليل جدًا من البلدان في العالم نماذج أولية للروبوتات الزائدة عن الحاجة بسبع درجات من الحرية. قاد الأكاديمي Zhang Qixian فريق البحث لإكمال تطوير أول نموذج أولي لروبوت فائض عن الحاجة بسبع درجات من الحرية في نهاية عام 1993 بعد عدة سنوات من العمل الجاد ، واجتاز قبول المشروع "863" والقرار الوزاري التقييم في وقت واحد.
صورة
ذراع نموذجية زائدة عن الحاجة
على الرغم من أن بلدي قد حقق إنجازات معينة في درجة زائدة من روبوتات الحرية ، إلا أنه يبقى بشكل أساسي في مرحلة الأوراق الأكاديمية وتقارير البحث العلمي والنماذج الأولية التجريبية ، ولم يحقق تطويرًا حقيقيًا للمنتج. وهذا بلا شك يقيد وتيرة انتقال منتجات الروبوت في بلدي نحو التصنيع الراقي.
بصفتها مؤسسة رائدة في مجال الروبوتات الصناعية المحلية ، أخذت SIASUN زمام المبادرة في إطلاق أول روبوت صناعي محلي من سبعة محاور في 2 0 معرض الصناعة الخامس عشر. يبلغ وزنها 29 كجم ، والحمل 5 كجم ، ويمكن أن تصل دقة تحديد الموقع المتكرر إلى 0.02 مم ، ويمكن أن يصل نصف قطر العمل إلى 800 مم. لديها وظائف مثل التكوين السريع ، تعليم الجر ، التوجيه المرئي ، واكتشاف الاصطدام. إنها مناسبة بشكل خاص لخطوط الإنتاج المرنة ذات التخطيط المدمج والدقة العالية ، وتفي باحتياجات العمليات الصناعية مثل التجميع الدقيق ، وتغليف المنتج ، والطحن ، والاختبار ، وتحميل وتفريغ أداة الآلة.
صورة
في الوقت الحالي ، لم تقم الغالبية العظمى من شركات الروبوتات الصناعية في بلدي بإصدار منتجات روبوت صناعية ذات سبعة محاور. قال بعضهم إنهم يطورون منتجات ذات صلة ، وستصدر المنتجات ذات الصلة خلال هذا العام ، بينما أعربت بعض الشركات الأخرى عن قلقها بشأن منتجات الروبوتات الصناعية ذات المحاور السبعة ، لكنها لم تخطط بعد لتصميم وتطوير المنتجات ذات الصلة.
حققت صناعة الروبوتات في بلدي تقدمًا كبيرًا في البحث النظري للروبوتات الصناعية ذات المحاور السبعة ، ولكن لا تزال هناك فجوة كبيرة مع الدول الأجنبية من حيث المنتجات التجارية. يعود السبب بشكل أساسي إلى النقطتين التاليتين:
أولاً ، قدرة الابتكار المستقل ضعيفة. تفتقر إلى الإنجازات الأصلية والمفاهيم المبتكرة للتقنيات الأساسية والرئيسية ، فإن التكنولوجيا الشاملة للروبوتات الصناعية في بلدي تتخلف بأكثر من عشر سنوات عن المستوى المتقدم للدول الأجنبية.
ثانياً ، ربحية الشركات منخفضة ، وأموال البحث والتطوير قليلة العرض. أدى الافتقار إلى تكنولوجيا المكونات الأساسية إلى ارتفاع تكاليف الإنتاج للمؤسسات ، وخفض المصنعون الأجانب الأسعار واحدة تلو الأخرى. في عام 2015 ، كان أكثر من 70 في المائة من أعمال الأنطولوجيا الخاصة بالمؤسسات في حالة ضياع.
وفقًا للخبراء ، تبلغ الفجوة بين التكنولوجيا الإجمالية للروبوتات الصناعية في بلدي والبلدان الأجنبية أكثر من عشر سنوات. يظهر ظهور الروبوتات الصناعية المحلية ذات المحاور السبعة أن بحثنا وتطويرنا في مجال تكنولوجيا الروبوتات الصناعية يتسارع ، ولكن يجب أن يكون لدينا فهم واضح لوجود فجوة حقيقية. إذا أردنا تجاوز المنحنى ، فنحن بحاجة للتغلب على الصعوبات التقنية الأساسية في أقرب وقت ممكن. في الوقت نفسه ، يجب علينا أيضًا الانتباه إلى البحث والتطوير لتقنيات الجيل التالي مثل الذكاء الاصطناعي والإدراك والاعتراف والقيادة والتحكم.
