A vícekloubový robot, také známý jako kloubový robot, je typ průmyslového robota, který má dva nebo více rotačních kloubů. Tyto klouby umožňují robotovi pohybovat se a fungovat způsobem, který připomíná lidskou paži nebo jiný končetinový systém. Vícekloubové roboty poskytují větší flexibilitu a obratnost než standardní jednokloubové roboty.
Jak funguje vícekloubový robot
Klíčovým rysem vícekloubového robota, který jej odlišuje od jiných konstrukcí robotů, je přítomnost rotačních kloubů. Jedná se o klouby, které umožňují pohyb kolem jedné nebo více os rotace. Mezi běžné rotační klouby používané v robotice patří:
-Otočné spoje: Umožňují otáčení kolem jedné osy. Otočné klouby umožňují ohýbání a skládání.
-Prizmatické spoje: Umožňují lineární pohyb podél jedné osy. Prizmatické klouby umožňují teleskopické a posuvné pohyby.
-Sférické klouby: Umožňují rotaci kolem tří kolmých os. Kulové klouby umožňují kroutivé pohyby.
Spojením více otočných kloubů pomocí pevných spojů lze zkonstruovat vícekloubová robotická ramena, která napodobují rozsah pohybu lidské paže. Klouby jsou poháněny servomotory, které otáčejí nebo posouvají připojené články na základě řídicích signálů. Vícekloubové roboty také obsahují senzory, které poskytují zpětnou vazbu o aktuální konfiguraci robota řídicímu systému.
Společné konfigurace
Existuje několik běžných konfigurací vícekloubových nebo kloubových robotů:
- Kartézští roboti: Kartézští roboti, kteří se používají pro pohyby typu pick-and-place a další lineární pohyby, mají tři prizmatické klouby, jejichž osy jsou shodné s kartézským souřadnicovým systémem. To zajišťuje pohyb v rozměrech X, Y a Z.
- Roboty SCARA: Roboty SCARA (Selective Compliance Assembly Robotic Arm) jsou velmi běžné. Mají dva paralelní otočné klouby, které zajišťují poddajnost, plus prizmatický kloub pro vertikální pohyb. Paralelní klouby umožňují robotům SCARA efektivní pohyb ve vodorovné rovině.
- Antropomorfní roboti: Tito víceklouboví roboti, navržení tak, aby napodobovali pohyby lidské paže, mají rotační ramenní, loketní a zápěstní klouby. Některé dokonce obsahují vícekloubové ruce. Jejich lidská podoba jim umožňuje řešit úkoly určené pro lidi.
- Válcové roboty: Válcové roboty, postavené kolem centrální "páteře" s otočnými klouby, mohou pokrýt velký pracovní prostor, protože "ramenný" kloub umožňuje rotaci kolem válce.
Aplikace
Díky své rotační flexibilitě jsou vícekloubové roboty velmi univerzální a dokážou automatizovat různé průmyslové aplikace, včetně:
- Vyberte a umístěte úkoly
-Balení a paletizační operace
- Montáž dílů
-Vstřikování
- obsluha CNC strojů
-Svařování karoserií a spotřebičů automobilů
- Malování zakřivených ploch
- Kontrola kvality prostřednictvím pohybu a skenování
V podstatě se vícekloubové roboty dokážou vypořádat s téměř jakýmkoliv úkolem, který vyžaduje pohyb nástrojů nebo koncových efektorů prostřednictvím řady pozic a orientací. Důležité je, že díky jejich schopnosti rozšířit pracovní obálku a vyhnout se kolizím jsou velmi užitečné pro dynamickou interakci se složitými nebo přeplněnými prostředími.
Výhody oproti jednokloubovým robotům
Zatímco jednokloubové roboty mohou dosahovat velmi vysoké rychlosti a přesnosti, trpí omezenou flexibilitou. Například jednoduchý kartézský portálový robot může dosáhnout pouze lineárního pohybu ve třech osách.
Naproti tomu vícekloubová robotická ramena mohou:
- Dosah kolem překážek: Ohýbáním nebo otáčením z cesty mohou fungovat ve stísněných prostorách.
- Nástroje pro změnu orientace: Nástroje namontované na zápěstí nebo přírubě robota lze během úkolu otáčet a naklánět téměř do libovolné orientace.
- Předcházení sebekolizi: Vícekloubová ramena mají software, který jim umožňuje automaticky se stočit z cesty jim samotným a dalším předmětům v jejich pracovním prostoru.
- Nepřetržitý pohyb po dráze: Mohou se plynule "otáčet" přes mezilehlé polohy, což umožňuje operace, jako je svařování velkých zakřivených povrchů.
Správně implementované vícekloubové roboty v podstatě nabízejí větší autonomii, efektivitu a flexibilitu výroby ve srovnání s pevnějšími roboty.
Řídicí systémy pro vícekloubové roboty
Pro koordinaci pohybu napříč mnoha klouby a osami kloubových robotů jsou zapotřebí sofistikované počítačové řídicí systémy:
- Kinematika: Matematické transformace souřadnic musí nepřetržitě sledovat 6D polohu popisku robota na základě úhlových poloh více rotačních kloubů.
- Plánování cest: Aby se zabránilo kolizím a maximalizovala účinnost, musí být optimální dráhy pohybu předem vypočítány nebo dynamicky generovány po dokončení úkolů.
- Kompenzační algoritmy: Odchylka od cílové dráhy kvůli ohebnosti ramene a vůle v kloubech/převodech musí být snímána a kompenzována pomocí kompenzačních signálů zasílaných do akčních členů.
- Řízení s více proměnnými: Vícenásobné sdružené parciální diferenciální rovnice řídí komplexní dynamiku vícekloubových ramen, což vyžaduje velmi citlivé řízení více aktuátorů v reálném čase pro přesnost a rychlost.
Výsledkem je, že programování robotů s více klouby se spoléhá na software, který zjednodušuje ovládání až po základní zadávání souřadnic, přednastavení pohybu, orientaci nástroje a akce koncového efektoru. To zbavuje inženýry nutnosti ručně řešit složité matematické a dynamické výpočty.
Výhody kolaborativních robotů
Relativně novou oblastí ve vícekloubové robotice jsou kolaborativní roboti neboli „coboti“. Coboti jsou navrženi tak, aby fungovali bezpečně při fyzické interakci s lidmi ve sdíleném pracovním prostoru, bez nebezpečí nebo potřeby bezpečnostní ochrany. Vestavěné senzory způsobují, že se robotické rameno nebo ruka automaticky zastaví při kontaktu s člověkem.
Tento společný přístup nabízí řadu výhod:
- Intuitivní programování: Koboty lze trénovat ručně prostřednictvím řízené výuky namísto kódování, díky čemuž jsou velmi uživatelsky přívětiví.
- Snadné nasazení: Lehké konstrukce umožňují rychlé nastavení cobotů téměř kdekoli. Není potřeba pevné oplocení nebo základy.
- Bezpečnější interakce: Citlivé hmatové povrchy a/nebo snímání točivého momentu v každém kloubu způsobují, že coboti správně reagují na lidský kontakt.
- Flexibilní automatizace: Sdílené prostory pracovních buněk umožňují operátorům střídat úkoly s roboty v efektivní koordinaci.
- Cenově dostupnější řešení: Odstranění bezpečnostních bariér výrazně snižuje celkové náklady na systém a stopu.
- Rozšířené pracovní síly: Lidé zvládají složité kognitivní úkoly, zatímco coboti je zbavují nudných, ergonomicky náročných činností.
Coboti tak snižují překážky pro přijetí robotů pro malé podniky a zároveň podporují bezpečnější spolupráci mezi člověkem a strojem ve stávajících zařízeních. Toto nové paradigma v intuitivní a cenově dostupné automatizaci nadále pohání inovativní řešení cobotů v mnoha průmyslových odvětvích.
Budoucnost vícekloubových robotů
S tím, jak se neustále zlepšuje výpočetní výkon počítače, porostou i schopnosti kloubových robotů a jejich ovládacích rozhraní. Rozšiřování aplikací v kombinaci se snadnějším programováním povede k tomu, že vícekloubové roboty budou stále více rozšířené ve více průmyslových odvětvích.
A spojením flexibility vícekloubových konstrukcí s umělou inteligencí a rozšířeným smyslovým vnímáním dosáhnou roboti zítřka mnohem větší autonomie. Roboty s velkým pracovním prostorem také přecházejí z pevných masivů kovu na přizpůsobivější a citlivější „měkké roboty“ díky použití polymerů, rozšířené kinematiky a dokonce i kabelů.
Nakonec, jak se jejich fyzické schopnosti a inteligentní odezva rozšiřují, budou vícekloubové roboty hrát rozšiřující se kolaborativní role po boku lidských partnerů – což z nich dělá klíčovou hybnou sílu čtvrté průmyslové revoluce.
Xi'an Guosheng Laser Technology Co., Ltd. je high-tech podnik specializující se na výzkum a vývoj, výrobu a prodej automatického laserového plátovacího stroje, vysokorychlostního laserového plátovacího stroje, laserového kalícího stroje, laserového svářecího stroje a laserového 3D tiskového zařízení. Naše produkty jsou nákladově efektivní a prodávají se doma i v zahraničí. Máte-li zájem o naše produkty, kontaktujte nás nabob@gshenglaser.com.