ER20-C10是埃夫特2012年进入通用领域后推出的首款中小负载产品,目前已成功在汽车及零部件行业、卫浴、机床、家电、日化、食品和药品等行业应用,操作简便的控制系统和专用的软件包使机器人十分灵活,因其具有最佳的定位性能、较好的承载力以及可以安全可靠地进行高强度作业等优势在各细分行业领域使用。其模块化的结构设计、灵活的控制系统、专用的应用软件能够满足自动化应用领域的最高要求。
其实,工业机器人在机加工领域的应用存在诸多问题。机加工机器人与一般的搬运、抓取机器人不同,它是一种与加工工具直接接触的作业,其运动原则必须同时考虑刚度和精度。串联机器人重复定位精度很高,但是因加工、装配、刚性等综合因素影响,导致轨迹精度均不高,针对于机加工领域的打磨、抛光、去毛刺、切割等应用影响较大。因此,机器人自身刚度和机器人轨迹精度是机加工机器人面临的主要问题。
机加工机器人大多与车、铣、刨、磨机床共同配合作业,在机器人进行机械加工时,尤其要注意死区和与工件发生干涉、碰撞的问题。一旦碰撞发生,机床和机器人都需要重新调校,这就大大增加了故障恢复的时间,造成产量的损失,严重的情况可能还会造成设备的损坏。碰撞之前的感知或者碰撞后的感知是机加工机器人安全稳定面临的主要问题。机加工机器人具有区域监控和碰撞检测功能就显得尤为重要。
机器人的位置数据是通过驱动轴运动的电机编码器反馈的,因长期运行,机械结构、编码器电池、线缆等部件难免造成机器人的零点位置(基准位置)丢失,零点位置丢失后,机器人存储的程序数据都将没有实际位置意义,此时若不能准确无误地回复零点位置,机器人的作业恢复工作量是巨大的,因此零点位置的恢复问题也显得尤为重要。
针对以上应用问题,ER20-C10机器人采用以下关键先进技术,由此,这些问题便迎刃而解。
末端负载自动辨识技术能够辨识出机器人末端负载的质量、质心及惯量等参数,这些参数可以用在机器人动力学前馈、调整伺服参数及速度规划中,可以大大提高机器人轨迹精度及高动态性能。
动力学力矩前馈技术是在传统的PID控制基础上增加了力矩前馈控制技术。该功能可以根据机器人等静态信息及实时的速度、加速度等动态信息,运用机器人动力学模型及摩擦模型计算出规划轨迹路径需要最佳驱动力或者力矩,并依此计算值作为前馈值传递给控制器,使其在电流环中与电机预设值进行比较,从而获得最佳扭矩,驱动各轴高速、高精度运动,进而使末端TCP获得较高的轨迹精度。
碰撞检测技术是建立在机器人动力学建模基础之上,当机器人或机器人末端负载与外围设备发生碰撞之后,机器人能够检测出由该碰撞产生的额外力矩,此时机器人自动停止或者与低速往碰撞反方向运行,避免或减小碰撞产生的损失。
普通的零点标定方式,在完成零标对齐后,仍会存在一定的误差,误差的大小取决于零标的加工质量以及操作人员的态度,且这部分误差是无法通过提高加工要求及进行操作训练来消除。利用零点恢复技术,当机器人丢失零点后,将机器人运动到零点附近,使得刻槽或划线能够充分对齐。此时读取电机编码器值确定出补偿量,使得机器人能够精确恢复零位。
目前,工业机器人的应用多是在工作站或流水线,与人的接触和配合还不是很多,未来针对比较复杂的生产工艺,人和机器人的协作将会是一个非常重要的发展方向。工业机器人实现人机协作需要解决的关键问题是如何感知人的操作,如何与人进行交互,最重要的是如何保证协作时人机的安全机制。
未来智慧工厂将物联网、传感器、机器人、大数据等领域集成在一起,工业机器人作为最重要的基础设备之一,不仅要与多传感之间进行有效的信息交互,还要与诸如MES系统进行信息反馈。基于物联网和大数据进行工艺数据的提取、工艺程序的优化,或者设备的远程诊断和维护,下达指令至工业机器人,完成整个智能控制流程。因此工业机器人信息融合将是一个很重要的发展趋势。
图注
埃夫特ER20-C10工业机器人用于机加工领域机床的上下料
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