Ces dernières années, les géants multinationaux des robots ont lancé les uns après les autres des robots industriels à sept axes pour s'emparer de nouveaux marchés haut de gamme. Cela a déclenché notre réflexion approfondie sur les robots industriels à sept axes. Quels avantages techniques uniques présente-t-il, quelles sont les difficultés en recherche et développement ?
Combien d'axes les robots industriels doivent-ils avoir ?
À l'heure actuelle, les robots industriels sont largement utilisés dans diverses industries, mais nous avons également constaté que les robots industriels ont non seulement des formes différentes, mais également des axes différents. L'axe du soi-disant robot industriel peut être expliqué par le terme professionnel degré de liberté. Si le robot a trois degrés de liberté, il peut se déplacer librement le long des axes x, y et z, mais il ne peut ni s'incliner ni pivoter. Lorsque le nombre d'axes du robot augmente, cela signifie une plus grande flexibilité pour le robot. Alors, combien d'axes un robot industriel doit-il avoir ?
Un robot à trois axes est également appelé robot cartésien ou cartésien. Ses trois axes permettent au robot de se déplacer selon trois axes. Ce robot est généralement utilisé pour des tâches de manutention simples.
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Un robot à quatre axes peut tourner le long des axes x, y et z. Contrairement à un robot à trois axes, il possède un quatrième axe qui se déplace indépendamment. D'une manière générale, un robot SCARA peut être considéré comme un robot à quatre axes.
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Cinq axes est la configuration de nombreux robots industriels. Ces robots peuvent tourner à travers les trois cercles spatiaux de x, y et z. En même temps, ils peuvent compter sur l'axe de la base pour réaliser l'action de rotation, et l'axe qui peut être tourné de manière flexible à la main augmente sa flexibilité.
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Le robot à six axes peut passer par les axes x, y et z, et chaque axe peut tourner indépendamment. La plus grande différence avec le robot à cinq axes est qu'il y a un axe supplémentaire qui peut tourner librement. Le représentant du robot à six axes est Universal Robots. Grâce au couvercle bleu du robot, vous pouvez clairement calculer le nombre d'axes du robot.
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Un robot à sept axes, également appelé robot redondant, possède un axe supplémentaire par rapport à un robot à six axes qui permet au robot d'éviter certaines cibles spécifiques, ce qui permet à l'effecteur d'atteindre plus facilement une position spécifique, et peut être plus souple pour s'adapter à certains environnements de travail particuliers.
Plus le nombre d'axes augmente, plus la flexibilité du robot augmente. Cependant, dans les applications industrielles actuelles, les robots industriels à trois axes, quatre axes et six axes sont les plus utilisés. En effet, dans certaines applications, une grande flexibilité n'est pas requise, tandis que les robots à trois et quatre axes sont plus rentables, et les robots à trois et quatre axes ont également un grand avantage en termes de vitesse.
À l'avenir, dans l'industrie 3C qui nécessite une grande flexibilité, les robots industriels à sept axes auront une place à jouer. De plus en plus précis, il remplacera dans un avenir proche l'assemblage manuel de produits électroniques de précision tels que les téléphones portables.
Les robots industriels à sept axes sont meilleurs que les robots industriels à six axes
Où est la force ?
D'un point de vue technique, quels sont les problèmes des robots industriels à six axes et quelle est la force des robots industriels à sept axes ?
(1) Améliorer les caractéristiques cinématiques
Dans le problème de cinématique du robot, trois problèmes rendent le mouvement du robot très restreint.
La première est la configuration singulière. Lorsque le robot est dans une configuration singulière, son effecteur final ne peut pas se déplacer dans une certaine direction ou appliquer un moment, de sorte que la configuration singulière affecte grandement la planification du mouvement.
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La singularité se produit lorsque les sixième et quatrième axes d'un robot à six axes sont colinéaires
La seconde est que le déplacement de l'articulation dépasse la limite. Dans une situation de travail réelle, l'amplitude de mouvement angulaire de chaque articulation du robot est limitée et l'état idéal est de plus ou moins 180 degrés, mais de nombreuses articulations ne peuvent pas le faire. De plus, le robot à sept axes peut éviter un mouvement de vitesse angulaire excessif, de sorte que la vitesse angulaire est répartie plus uniformément.
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La plage de mouvement et la vitesse angulaire maximale de chaque axe du robot à sept axes SIASUN
Le troisième est la présence de barrières dans l'environnement de travail. Dans l'environnement industriel, il existe divers obstacles environnementaux dans de nombreuses occasions, et le robot traditionnel à six axes ne peut pas seulement changer la posture du mécanisme d'extrémité sans changer la position du mécanisme d'extrémité.
(2) Améliorer les caractéristiques dynamiques
Pour le robot à sept axes, l'utilisation de ses degrés de liberté redondants permet non seulement d'obtenir de bonnes caractéristiques cinématiques grâce à la planification de trajectoire de mouvement, mais nous pouvons également utiliser sa structure pour obtenir les meilleures performances dynamiques.
Le robot à sept axes peut réaliser la redistribution du couple articulaire, ce qui implique l'équilibre statique du robot, c'est-à-dire la force agissant sur l'extrémité, grâce à un certain algorithme, calcule la force que chaque articulation porte. Pour le robot traditionnel à six axes, la force de chaque articulation est certaine et sa répartition peut être très déraisonnable. Mais pour le robot à sept axes, nous pouvons ajuster le couple de chaque articulation via l'algorithme de contrôle, de sorte que le maillon faible supporte le couple le plus petit possible, de sorte que la répartition du couple de l'ensemble du robot soit relativement uniforme et plus raisonnable.
(3) Tolérance aux pannes
Lorsqu'un robot tombe en panne, si une articulation tombe en panne, le robot traditionnel à six axes ne peut pas continuer à terminer le travail, tandis que le robot à sept axes peut continuer à travailler normalement en réajustant la vitesse de l'articulation défaillante (tolérance aux pannes cinématiques) et la redistribution du couple de rupture de l'articulation (tolérance dynamique aux pannes).
Produits de robots industriels à sept axes de géants internationaux
Peu importe du point de vue des produits ou des applications, les robots industriels à sept axes en sont encore au stade initial de développement, mais les principaux fabricants font la promotion de produits connexes lors de grandes expositions. Il est concevable qu'ils soient encore très optimistes quant à leur potentiel de développement futur.
- Kuka LBR iiwa
En novembre 2014, KUKA a lancé pour la première fois le premier robot sensible léger à sept degrés de liberté LBRiiwa de KUKA lors de l'exposition de robots du salon international de l'industrie de Chine.
Le robot à sept axes LBRiiwa est conçu sur la base du bras humain, qui, combiné à un système de capteurs intégré, confère au robot léger une sensibilité programmable et le rend très précis. Tous les axes du LBRiiwa à sept axes sont équipés de fonctions de détection de collision hautes performances et de capteurs de couple d'articulation intégrés pour réaliser la collaboration homme-machine.
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La conception à sept axes rend ce produit KUKA très flexible et peut facilement surmonter les obstacles. La structure du robot LBRiiwa est conçue avec un matériau en aluminium et son propre poids n'est que de 23,9 kg. Il est disponible en deux charges utiles, 7 kg et 14 kg, ce qui en fait le premier robot léger avec une charge utile de plus de 10 kg.
-ABB YuMi
Le 13 avril 2015, ABB a officiellement lancé YuMi, le premier robot industriel à double bras au monde qui réalise véritablement la collaboration homme-machine, sur le marché à la Hannover Messe en Allemagne.
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Chaque bras de YuMi a sept degrés de liberté et le poids corporel est de 38 kg. La charge de chaque bras est de 0.5 kg, et la précision de positionnement répétée peut atteindre 0.02 mm, il est donc particulièrement adapté à l'assemblage de petites pièces, aux biens de consommation, aux jouets et à d'autres domaines. Des pièces de précision des montres mécaniques au traitement des téléphones portables, des tablettes et des pièces d'ordinateurs de bureau, YuMi ne pose aucun problème, et cela reflète simplement les excellentes caractéristiques de ce robot redondant, telles que l'espace de travail étendu, la flexibilité, l'agilité, et précision.
- Yaskawa Motoman SIA
Yaskawa Electric, un fabricant de robots bien connu au Japon et l'une des "quatre familles", a également lancé une variété de produits robotiques à sept axes. Parmi eux, les robots de la série SIA sont des robots à sept axes légers et agiles, qui peuvent offrir une flexibilité semblable à celle de l'homme et une accélération rapide. La conception légère et épurée de cette série de robots les rend idéales pour une installation dans des espaces restreints. La série SIA peut fournir une charge utile élevée (5 kg à 50 kg) et une large plage de travail (559 mm à 1630 mm), ce qui convient parfaitement à l'assemblage, au moulage par injection, à l'inspection et à d'autres opérations.
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En plus des produits robotiques légers à sept axes, Yaskawa a également lancé un système de soudage robotisé à sept axes. Son haut degré de liberté permet de maintenir autant que possible la posture la plus appropriée pour obtenir des résultats de soudage de haute qualité. Il est particulièrement adapté au soudage interne et permet d'obtenir la meilleure position d'approche. De plus, le produit peut être agencé en une densité élevée et il est facile d'éviter les interférences avec l'arbre et la pièce, ce qui montre son excellente fonction d'évitement d'obstacles.
- Nachi Fujiko PrestoMR20
Dès la fin de 2007, Nachi Fujikoshi a développé un robot à sept degrés de liberté "PrestoMR20". En adoptant une conception à sept axes, le robot peut effectuer des flux de travail plus complexes et se déplacer dans des zones de travail étroites comme un bras humain. De plus, le couple de la partie avant (poignet) du robot a augmenté jusqu'à environ le double de celui du robot à six axes traditionnel d'origine. Le couple de la configuration standard est de 20 kg. En réglant l'amplitude de mouvement, il peut transporter des objets jusqu'à 30 kg. La plage de travail atteint 1260 mm et la précision de positionnement de répétition est de 0,1 mm. En adoptant une structure à sept axes, le MR20 peut travailler depuis le côté de la machine lors de la prise et du placement des pièces sur la machine. En conséquence, l'efficacité du travail, telle que la préparation préalable et la maintenance, peut être améliorée. L'espace entre les machines-outils peut être réduit à moins de la moitié de celui des robots conventionnels à six axes.
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De plus, Nachi Fujikoshi a également sorti deux robots industriels, MR35 (avec une charge de 35 kg) et MR50 (avec une charge de 50 kg), qui peuvent être utilisés dans de petits espaces et des endroits avec des obstacles.
- Robot industriel à sept axes OTC
Le groupe japonais DAIHEN a lancé les derniers robots à sept axes (FD-B4S, FD-B4LS, FD-V6S, FD-V6LS, FD-V20S). En raison de la rotation du septième axe, ils peuvent réaliser l'action de torsion comme le poignet humain et réaliser le soudage pendant plus d'une semaine. de plus, le robot à sept axes (FD-B4S, FD-B4LS) a des câbles de soudage intégrés dans le corps du robot, il n'est donc pas nécessaire de se soucier de l'interférence entre le robot, le dispositif de soudage et la pièce pendant l'opération d'apprentissage , le mouvement est très fluide et le degré de liberté de la posture de soudage est également amélioré.
- Baxter et Sawyer, Repenser la robotique
Rethink Robotics est un pionnier des robots collaboratifs. Parmi eux, le premier robot à double bras Baxter développé a sept degrés de liberté pour les deux bras, et la plage de travail maximale d'un seul bras est de 1210 mm. Baxter peut gérer deux tâches différentes en même temps pour augmenter l'applicabilité, ou traiter la même tâche en temps réel pour maximiser le rendement.
Introduit l'année dernière, Sawyer est un robot à un bras et à sept axes qui utilise les mêmes actionneurs élastiques en série pour ses articulations flexibles, mais les actionneurs de ses articulations ont été repensés pour les rendre plus petits. Grâce à la conception à sept axes et à l'extension de la plage de travail à 100 mm, il peut effectuer des tâches avec une charge plus importante. La charge peut atteindre 4 kg, ce qui est bien supérieur à la charge utile de 2,2 kg du robot Baxter.
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- Robot à sept axes Yamaha série YA
En 2015, Yamaha a lancé trois robots à sept axes, "YA-U5F", "YA-U10F" et "YA-U20F", tous pilotés et contrôlés par le nouveau contrôleur "YA-C100".
Le robot d'axe 7- a un axe E équivalent au coude humain, il peut donc effectuer librement des actions telles que se pencher, se tordre et s'étendre. Même dans des espaces étroits où il est difficile pour les robots de moins de 6 axes d'effectuer des opérations, les opérations et les installations peuvent être réalisées en douceur. Permet également des positions accroupies basses et des mouvements autour de l'arrière de l'appareil. Un actionneur creux est adopté, et le câble de l'appareil et le tuyau d'air sont intégrés dans le bras du robot, de sorte qu'il n'interfère pas avec l'équipement environnant, et une ligne de production compacte peut être réalisée.
En outre, le Centre de recherche et de développement sur les machines de précision de Taiwan a également développé un prototype de robot à sept axes à double bras, qui devrait aider les entreprises taïwanaises à créer un outil puissant pour la fabrication de produits électroniques 3C et à réduire l'écart technologique entre le pays et l'étranger. des pays.
Le robot domestique à sept axes est là
Pouvez-vous réaliser des dépassements dans les virages ?
La recherche et le développement du robot industriel chinois à sept axes ont commencé au début des années 1990. À cette époque, le chef du projet était Zhang Qixian, un célèbre expert en robotique de mon pays et académicien de l'Académie chinoise d'ingénierie. L'une des principales contributions de l'académicien Zhang Qixian a été d'achever le développement d'un prototype de robot redondant à sept degrés de liberté.
A la fin des années 1980, en raison du développement extrêmement difficile, très peu de pays dans le monde ont développé des prototypes de robots redondants à sept degrés de liberté. L'académicien Zhang Qixian a dirigé l'équipe de recherche pour achever le développement du premier prototype de robot redondant à sept degrés de liberté à la fin de 1993 après plusieurs années de travail acharné, et a passé l'acceptation du projet "863" et l'approbation ministérielle. évaluation en une seule fois.
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Un bras redondant typique
Bien que mon pays ait réalisé certaines réalisations dans le domaine des robots à degré de liberté redondant, il en reste principalement au stade des articles universitaires, des rapports de recherche scientifique et des prototypes expérimentaux, et n'a pas réalisé de véritable développement de produit. Cela limite sans aucun doute le rythme d'évolution des produits robotiques de mon pays vers une industrialisation haut de gamme.
En tant qu'entreprise leader dans le domaine des robots industriels domestiques, SIASUN a pris l'initiative de lancer le premier robot industriel domestique à sept axes lors du salon de l'industrie 2015. Son propre poids est de 29 kg, la charge est de 5 kg, la précision de positionnement de répétition peut atteindre 0,02 mm et le rayon de travail peut atteindre 800 mm. Il a des fonctions telles que la configuration rapide, l'apprentissage de la traction, le guidage visuel et la détection de collision. Il est particulièrement adapté aux lignes de production flexibles avec une disposition compacte et une haute précision, et répond aux besoins des opérations industrielles telles que l'assemblage de précision, l'emballage des produits, le meulage, les tests et le chargement et le déchargement des machines-outils.
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À l'heure actuelle, la grande majorité des entreprises de robots industriels de mon pays n'ont pas encore lancé de produits de robots industriels à sept axes. Certaines d'entre elles ont déclaré qu'elles développaient des produits connexes et que des produits connexes sortiront cette année, tandis que d'autres sociétés ont exprimé leur inquiétude concernant les produits de robots industriels à sept axes, mais n'ont pas encore prévu de concevoir et de développer des produits connexes.
L'industrie robotique de mon pays a fait de grands progrès dans la recherche théorique sur les robots industriels à sept axes, mais il y a encore un grand écart avec les pays étrangers en termes de produits commerciaux. La raison réside principalement dans les deux aspects suivants :
Premièrement, la capacité d'innovation indépendante est faible. Manquant de réalisations originales et de concepts innovants de technologies de base et clés, la technologie globale des robots industriels de mon pays a plus de dix ans de retard sur le niveau avancé des pays étrangers.
Deuxièmement, la rentabilité des entreprises est faible et les fonds de R&D sont rares. Le manque de technologie des composants de base a entraîné des coûts de production élevés pour les entreprises, et les fabricants étrangers ont réduit les prix les uns après les autres. En 2015, plus de 70 % des activités d'ontologie des entreprises étaient en perte.
Selon les experts, l'écart entre la technologie globale des robots industriels dans mon pays et les pays étrangers est de plus de dix ans. L'émergence de robots industriels domestiques à sept axes montre que notre recherche et développement dans la technologie des robots industriels s'accélère, mais nous devrions avoir une compréhension claire qu'il existe un réel écart. Si nous voulons dépasser dans une courbe, nous devons surmonter les principales difficultés techniques dès que possible. Dans le même temps, nous devons également prêter attention à la recherche et au développement de technologies de nouvelle génération telles que l'intelligence artificielle, la perception, la reconnaissance, la conduite et le contrôle.
