工業機器人的控制方式和應用場景,你知道多少?


導語:機器人也常按照功能,分為工業機器人、遙控機器人和智能機器人。工業機器人(Industrial Robot),它是應用于工業自動化領域的機器人,越大多數按照“示教-再現”方式進行重復作業。


  國際標準化組織(International Organization for Standardization,ISO)對機器人的定義為“機器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機械手,這種機械手具有幾個軸,能夠借助于可編程序操作處理各種材料、零件、工具和專用裝置,以執行種種任務”。


  按照ISO定義,工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器人,是自動執行工作的機器裝置,是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器;它接受人類的指令后,將按照設定的程序執行運動路徑和作業。


  可以按照許多標準將機器人分類。按照發展程度將機器人分為三代:第一代機器人是以“示教-再現”方式工作的機器人,這種機器人目前已在生產中得到廣泛應用;第二代機器人是具有一定傳感裝置,能利用所獲取的環境與操作對象的簡單信息進行反饋控制的機器人,這種機器人目前已有少量應用;第三代機器人是具有多種感知功能,可進行推理判斷,能再未知工作環境中獨立工作的機器人。


  機器人也常按照功能,分為工業機器人、遙控機器人和智能機器人。工業機器人(Industrial Robot),它是應用于工業自動化領域的機器人,越大多數按照“示教-再現”方式進行重復作業。


  遙控機器人(Telerobot),它是接受遙控指令而進行遠距離作業的機器人,主要用于宇航、海底、核工業及真空等領域。


  智能機器人(Intelligent Robot)具有運動、感知、學習、適應、邏輯判斷以及人機通功能的機器人,屬于第三代機器人。


  1、工業機器人的控制方式


  工業機器人的控制方式目前市場上使用最多的機器人當屬工業機器人,也是最成熟完善的一種機器人,而工業機器人能得到廣泛應用,得益于它擁有有多種控制方式,按作業任務的不同,可主要分為點位控制方式、連續軌跡控制方式、力(力矩)控制方式和智能控制方式四種控制方式,下邊詳細說明這幾種控制方式的功能要點。


  01 點位控制方式(PTP)


  這種控制方式只對工業機器人末端執行器在作業空間中某些規定的離散點上的位姿進行控制。在控制時,只要求工業機器人能夠快速、準確地在相鄰各點之間運動,對達到目標點的運動軌跡則不作任何規定。


  定位精度和運動所需的時間是這種控制方式的兩個主要技術指標。這種控制方式具有實現容易、定位精度要求不高的特點,因此,常被應用在上下料、搬運、點焊和在電路板上安插元件等只要求目標點處保持末端執行器位姿準確的作業中。這種方式比較簡單,但是要達到 2~3um 的定位精度是相當困難的。


  02 連續軌跡控制方式(CP)


  這種控制方式是對工業機器人末端執行器在作業空間中的位姿進行連續的控制,要求其嚴格按照預定的軌跡和速度在一定的精度范圍內運動,而且速度可控,軌跡光滑,運動平穩,以完成作業任務。


  工業機器人各關節連續、同步地進行相應的運動,其末端執行器即可形成連續的軌跡。這種控制方式的主要技術指標是工業機器人末端執行器位 姿的軌跡跟蹤精度及平穩性,通常弧焊、噴漆、去毛邊和檢測作業機器人都采用這種控制方式。


  03 力(力矩)控制方式


  在進行裝配、抓放物體等工作時,除了要求準確定位之外,還要求所使用的力或力矩必須合適,這時必須要使用(力矩)伺服方式。這種控制方式的原理與位置伺服控制原理基本相同,只不過輸入量和反饋量不是位置信號,而是力(力矩)信號,所以該系統中必須有力(力矩)傳感器。有時也利用接近、滑動等傳感功能進行自適應式控制。


  04 智能控制方式


  機器人的智能控制是通過傳感器獲得周圍環境的知識,并根據自身內部的知識庫作出相應的決策。采用智能控制技術,使機器人具有較強的環境適應性及自學習能力。


  智能控制技術的發展有賴于近年來人工神經網絡、基因算法、遺傳算法、專家系統等人工智能的迅速發展。也許這種控制方式模式,工業機器人才真正有點“人工智能”的落地味道,不過也是最難控制得好的,除了算法外,也嚴重依賴于元件的精度。


  從控制本質來看,目前工業機器人,大多數情況下還是處于比較底層的空間定位控制階段,沒有太多智能含量,可以說只是一個相對靈活的機械臂,離“人”還有很長一段距離的。


  2、常見應用類型


  下面,我們分別來介紹一下工業機器人最常見的幾種應用。


  點焊


  點焊是通過強電流產生的壓力和熱能,將兩塊金屬板焊接在一起。為了滿足不同厚度和不同材料的焊接,焊槍也變得越來越大。使用機器人進行點焊作業,其焊接速度比人工焊接可以快3-5倍。


  弧焊


  弧焊是利用空氣中的電流將金屬連接在一起,焊接作業時溫度可高達5000-6000開爾文(4726-5726℃),所以,弧焊是一項十分危險的工作。而使用機器人代替人工焊接的話,可以規避這類危險作業。


  涂裝


  涂裝是指將涂料噴涂在物體的表面,一般起到美觀、保護等作用。長期處于這種揮發性化學溶劑的環境中,人的身體健康也會受到損害,噴涂的質量也不穩定。如果使用工業機器人進行噴涂作業,即使長時間處于這種環境,它絲毫不會受到影響,而且依然可以保持高質量的產出,幫助企業提高效率,降低不良率。


  3、工業機器人的優勢


  人們都不喜歡在高溫、潮濕、吵鬧的地方工作,長時間重復工作會造成人的注意力降低,產品的不良率也會增加。同時,像焊接、涂裝這種工作還需要一定水平的專業知識才能上手。所以在工業場景其實有很多工作崗位,但是卻缺少工人。


  而機器人正是解決這些問題的最佳方案。另外,機器人還可以完成一些需要精密加工的工作,精度比人工更高,比如微電子,半導體行業等等。


  主要來源:cubic2021,現代機器人,昊威機器人


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