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9月29-30日，以“賦能新產業(yè)、構建新生態(tài)”為主題的OFweek 2021中國機器人系統(tǒng)集成商峰會在深圳會展中心成功舉辦。
大會設有“機器人系統(tǒng)集成商專場”、“機器人創(chuàng)新應用，賦能行業(yè)轉型升級”、“3C行業(yè)智造專場”三大專場，專家學者、企業(yè)高層云集，圍繞機器人行業(yè)現(xiàn)狀、問題、應用等眾多議題發(fā)表專題演講。
北京航空航天大學機械學院教授贠超帶來《高速機器人關鍵技術及應用》專題演講。
贠超教授演講全程聚焦高速機器人，從專業(yè)的角度分析高速機器人類型、結構、關鍵技術與應用。
顧名思義，高速機器人相較于其他類型，在速度上更占優(yōu)勢。但速度與精度往往互相牽制?，F(xiàn)在主流的工業(yè)機器人，重復定位精度高于±0.02mm，全工作空間內絕對定位精度高于±1mm，基本可以說是“高精度”機器人了。但機器人帶載時的速度越高，慣性力越大，機器人的路徑精度和跟蹤精度越差。
就如何在保證高速的同時提高作業(yè)精度，贠超教授分別就SCARA型、DELTA型、小型六軸型、四軸重載型、直角坐標型機器人等五種機器人的關鍵技術進行分析，尋求提高精度的技術解決方案。
SCARA型機器人關鍵技術
結構優(yōu)化設計
強度、零部件的固有頻率(剛度)以及靜動態(tài)誤差，它們決定了 SCARA機器人的高速性、承載能力以及運動精度等關鍵性能。
誤差分析及優(yōu)化
零部件形變誤差、運動的平穩(wěn)性以及負載大小都會直接影響機器人末端的定位精度，因此有必要對SCARA機器人進行誤差分析及優(yōu)化。
控制算法
從快速響應、高精度及高穩(wěn)定性角度出發(fā)，選擇最合適的優(yōu)化解，得到最優(yōu)控制策略。
DELTA型機器人關鍵技術
運動學正逆解
正解是已知各關節(jié)的運動參數(shù)，求末端執(zhí)行器的相對參考坐標系的位置和姿態(tài)；逆解是根據(jù)已給定的滿足工作要求的末端執(zhí)行器相對參考坐標系的位置和姿態(tài)，求各關節(jié)的運動參數(shù)。
軌跡疊加
在拾取作業(yè)時，從指定位置提取目標，水平運送目標，然后在終止位置放置目標。通過速度規(guī)劃疊加的方式獲取較高的速度指標。
直線與圓弧跟蹤
1. 生成物體的物體源——生成初始的跟蹤位置信息，可借助相機等傳感器生成物體最初始的位置；
2. 傳送帶——物體的運動軌跡；
3. 計米輪——記錄物體的移動距離，在確定初始位置之后物體運動的距離。
小型六軸機器人關鍵技術
伺服電機
1. 保證電機轉子慣量與負載慣量相匹配(即慣量匹配)，這是機器人機械設計的一項重要指標；
2. 高的功率/體積比和高的功率/重量比；
3. 全封閉式的構造，伺服電機做成封閉結構主要是為了適應多粉塵和有腐蝕性物質的生產現(xiàn)場；
4. 環(huán)境適應性強(溫度、濕度等)，連接電纜要柔韌，耐疲勞。
慣量匹配
伺服電機驅動器對伺服電機的響應控制，最佳值為負載慣量與電機轉子慣量之比在5-15倍，即慣量比，這是機械傳動裝置設計的一個重要指標。
關節(jié)型機器人的負載慣量都很大，因此需要與大慣量電機與之匹配。
四軸重載型機器人關鍵技術
動力學分析
整機的設計參數(shù)，如各部件質量、幾何尺寸、運動慣量、關節(jié)阻尼等都要進行綜合的動力學分析。
軌跡規(guī)劃
軌跡規(guī)劃問題通常是將機器人的軌跡規(guī)劃器看成黑箱，接受表示路徑約束的輸入變量，輸出起點與終點之間按時間排列的機器人中間形態(tài)(位移、速度和加速度)序列。
直角坐標型機器人的核心部件
直線運動軸
也叫直線運動單元，主要由支撐載體的鋁型材或鋼型材和被安裝在型材內部的直線導軌、運動滑塊以及帶動滑塊運動的同步帶組成。
驅動系統(tǒng)
在要求高速運行狀態(tài)(電機轉速>600r/ min)、大功率驅動、高定位精度的場合多采用交流/直流伺服電機系統(tǒng)作為驅動；在要求低速運行狀態(tài)(電機轉速<600r/ min)、小功率驅動、定位精度不高的場合可采用步進電機系統(tǒng)作為驅動；在要求極高的運行速度和定位精度的場合可采用直線伺服系統(tǒng)驅動。
控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)要按具體應用要求來選定其控制軸數(shù)、I/O口數(shù)量以及軟件的配置和功能。
高速機器人的應用主要分為兩方面：輕載高速機器人的應用和重載高速機器人的應用。
SCARA型機器人是目前世界范圍內裝機量最高的工業(yè)機器人類型，廣泛應用于汽車、電子、家電、五金、日用品、醫(yī)藥等行業(yè)。
DELTA機器人最核心的應用就是高速分揀操作
小型六軸機器人靈活性高，在汽車、電子、家電、五金、日用品等行業(yè)應用廣泛，隨著國產化程度的提高，小型六軸機器人在我國的應用前景發(fā)展迅速。在裝配、加工、移載行業(yè)，近年來小型六軸機器人的裝機量明顯提升，特別是在3C行業(yè)，裝機量接近SCARA機器人的水平。
高速重載機器人作為工業(yè)機器人的重要分支，其最主要的應用領域為物流行業(yè)的重載高速搬運。它不僅能代替人工單調、頻繁重復的作業(yè)，更能在危險和惡劣的環(huán)境下實現(xiàn)對人體有害物料的作業(yè)。更重要的是它可以實現(xiàn)人力無法完成的重載高速搬運，實現(xiàn)物流作業(yè)的自動化、無人化。
直角坐標型機器人的應用：
根據(jù)末端操作工具的不同，直角坐標機器人的應用場合：
物流(高速作業(yè))：搬運、上下料、碼垛、拆垛、包裝、分揀等；
加工：焊接、切割、銑削加工、拉絲加工等；
其它(高速作業(yè))：噴碼、打碼、貼標、繪圖等；
其它：檢測、探傷、(軟仿型)噴涂等。
(原標題：北航教授贠超：高速機器人關鍵技術及應用)
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