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Robotics Singularity:它是什么在机械臂

来源:www. idtechex.com

机械臂在制造业中的使用正在增加,越来越多的企业开始受益于使用机械臂的好处。如果您计划将机械臂纳入您的业务流程,那么您需要确保您了解情况。寻找可以与您合作以获得高质量结果的优质机械臂制造商。

机械臂具有身体、手腕和末端执行器。末端执行器用于固定不同的产品或承担各种任务。在大多数情况下,您需要末端执行器在不同方向上精确移动。这是您需要确保您了解机器人奇点以及它如何影响机械臂性能的地方。在本文中,我们将深入探讨机器人奇点以及为什么必须牢记它。

目录

什么是机器人奇点

来源:www.科技评论网

机器人奇异点是指机器人末端执行器的运动在某些方向上受阻的配置。这种配置会限制您正在使用的机械臂的效率和精度。通常,对于 6 轴机械臂,它们的工作方式是在 3D 或笛卡尔平面中相对于 X、Y 和 Z 轴进行运动。它由 6 个关节组成,这些关节有助于机械臂在动作时所经历的 6 个自由度。

这种自由度允许机械臂向不同方向移动并轻松完成其设计任务。如果有任何机会,机器人末端执行器无法到达产品或沿错误方向移动,这就是奇点问题的来源。一些奇点很容易识别和解决,让您可以返回到您的位置任务。然而,另一方面,除非借助复杂而冗长的公式,否则一些机器人会遇到难以识别的奇点。

什么影响机器人的奇异性?

来源:www. mecademic.com

机器人奇点将具有不同的影响和挑战,尤其是在识别特定问题时。这些挑战取决于您将使用的机械臂上的几个因素。机器人遇到的奇点的复杂性和严重性取决于关节数量、机器人类型(线性或旋转)和几何排列。

工业机器人手臂有两个可以轻松控制的空间。这通常是关节空间和笛卡尔空间。随着机械臂操作的不同空间,你会发现它会有两组位置模式运动命令。

当涉及关节空间命令时,机器人将收到具有所需关节空间集的特定指令。然后它将移动,以线性和同步平移将每个关节带到建议的关节定位。使用笛卡尔空间命令,对机器人的建议将以具有特定笛卡尔路径的末端执行器的所需姿势为特征。笛卡尔路径设计为线性或圆形。

为了让机器人与笛卡尔关节和命令准确对齐,机器人控制器计算机器人的反向位置和速度运动学。这导致末端执行器的正确定位以执行设计的任务。但是,如果计算错误,则会在您发现末端执行器未准确定位的地方出现奇点。这会向您展示您想要避免的配置,以防止奇点问题阻碍您的自动化流程。

机器人奇点的功能

来源:www.尊贵的.com

应不惜一切代价避免授予机器人奇点,以确保您的工业机械臂能够以最佳状态完成所需任务。了解更多关于机器人奇点的功能会让你更好地理解为什么你应该努力避免它。机器人奇点主要与两种不同的功能相关。

速度映射的下降

来源:studywolf。 wordpress.com

考虑两个用于将末端执行器定向到不同方向的笛卡尔机器人。这两个机器人具有六轴定位,三个正交线性导轨和三个旋转台堆叠。当所使用的机器人可以将轴和关节保持在它们应有的位置时,末端执行器的方向就很容易了。

它可以在其工作空间内沿 6D 路径连续使用末端执行器,同时保持精度和准确度。然而,当轴和关节重合时,就会出现奇异点,机器人不再能够在其支配的 6 个自由度下移动。

对于此机器人,您会发现它无法围绕与旋转关节重合的轴旋转其末端执行器。这种奇点通常被称为万向节锁。鉴于大多数奇点是在方程的帮助下求解的,您会发现确定某些笛卡尔向量的速度变得更加困难。当奇点出现时,它会妨碍您计算与所显示速度相关的数字强度。

能够测量机械臂的速度对于确保您遵守安全至关重要。当遇到奇点问题时,您会发现它对机器人技术构成了很大的风险,即使他们还没有到那个时候。这会导致高关节速度,这可能是危险的,尤其是当您使用大而快的工业机器人时。这就是为什么绘制出您正在使用的速度如此重要的原因。

有限的内部工作区边界

来源:Youtube

当谈到机器人奇点时,它不仅会影响逆速度运动学,而且还会影响到逆位置运动学方程。在使用工业机器人时,您会发现它们具有针对不同关节位置的方程和解决方案。特色的不同解决方案与不同的配置类型密切相关。

例如,如果您的机器人具有 8 种针对末端执行器位置的关节位置的独特解决方案,那么它也将具有 8 种不同的配置类型。要更改配置类型,您必须经历奇点。奇点是在笛卡尔工作空间中的 6D 实体之间发现的边界,是典型的 6 轴机器人。这限制了您可以实现的不同配置以及工业机器人可用的工作空间边界。

垂直铰接机器人中机器人奇异点的类型

来源:博客。抢卡网

鉴于机器人奇点可能出现在您使用的任何工业机械臂中,重要的是要意识到存在不同的类型。就像机械臂有不同的部分一样,奇点也会影响这些不同的部分,从而导致各种问题。

在这里,重要的是要记住工业机器人手臂的不同关节轴。您将使用平行的 2 和 3,与 2 和 3 垂直的 1 和 4,关节 5 的轴与轴 4 和 6 的关节轴垂直。现在您对不同的轴和关节,您可以更好地探索奇点类型。需要考虑的垂直关节机械臂中最明显的奇点类型包括:

手腕奇点

来源:网站。 google.com

当涉及具有内嵌手腕的垂直铰接机器人手臂时,它们往往将手腕奇异性作为最普遍的问题。当关节 4 和 6 的轴彼此重合时,就会出现这种类型的奇点。发生这种情况时,手腕无法沿关节轴方向移动末端执行器5。在应用中,考虑一个工作准确的工业机器人手臂。

为了让它沿着一条穿过奇点的线,关节 4 和 6 必须同时并旋转 90 度。这将以相反的方向进行,以确保过程准确。这说明穿越手腕奇点是可行的。但是,一旦到达奇点,当两个关节旋转时,末端执行器将保持不动。为了让末端执行器穿过奇点,它必须先停止。如果在应用中,它会在工作时阻碍工业手臂的准确性。手腕奇点有很多解决方案,可以轻松实施以纠正问题。

肘部奇异性

来源:www.电子教师网

在使用具有内嵌手腕的垂直铰接机器人手臂工作时,您可能会遇到的第二种奇点是肘部奇点。它主要发生在手腕中心位于通过关节 2 和 3 轴的平面上时。手腕中心用于指关节 4、5 和 6 轴相交的点。在肘部奇异点中,您会发现手臂已完全伸展,并且还可能出现一些无法完全折叠的情况。这种奇异点主要由第 3 关节的轴和位置决定。肘部奇异点还具有一些解决方案,可以帮助您解决机械臂可能遇到的任何性能问题。这种奇点经常发生,可以很容易地预测和避免。

肩部奇异性

来源:blenderartists。组织

您可能会遇到的最后一个奇点是肩部奇点,当机器人手腕的中心位于通过关节 1 和 2 的轴的线上时,这个奇点是最复杂的,因为它不依赖于单个关节位置。肩关节奇异,限制了关节2轴方向的运动。

在应用中,为了让机器人沿着一条线穿过肩部奇点,关节 1 和关节 4 必须同时旋转 90 度角。这种旋转就像在手腕奇点中一样是在相反的方向上完成的,而末端执行器保持不变。就像在手腕奇点中一样,通过肩部奇点的运动是可能的,但是,末端执行器将不得不停止以使其成为可能。这个奇点还提供了一些可以实施的解决方案,以确保机械臂恢复到最佳状态。

六轴协作机器人 (Cobot) 中的奇点类型

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说到协作机器人,你会发现关节 2、3、4 的轴是平行的,关节 1 的轴与关节 2 的轴相交并垂直。此外,它还具有关节轴图 5 与关节 4 和 6 的轴相交并垂直。与关节机器人中的奇点一样,这些机器人也具有相对于不同配置类型的不同解决方案。 Cobots 中包含的奇点类型包括:

手腕奇点

当关节 4 和关节 6 的轴平行时,这些机器人的手腕奇点就会发生。在这种情况下,您可能会发现关节 2、3、4 和 5 的轴可以移动,而末端执行器保持不变。

肘部奇异性

在这些机器人中,肘关节奇异点发生在关节 2、3 和 4 的轴在同一平面上时。这极大地限制了末端执行器的运动,进而影响了机械臂的性能。

肩部奇异性

当关节 5 和 6 的轴的交点位于通过关节 1 和 2 的轴的平面内时,就会出现肩部奇异点。这里有一些解决方案可以用来弥补奇异点并让工业机器人工作。

如何避免机器人技术中的奇异性

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由于机器人奇异点对制造过程的影响不同,因此必须有办法避免它们。鉴于不同类型的机器人,奇点因您使用的机器人类型而异,基本了解如何避免奇点将确保您的流程轻松运行。通常,只有确保您的机器人单元设计正确,才能避免奇点。这也取决于您选择用于末端执行器的转接板上的设计。

例如,如果你碰巧配置了你的机械臂,并没有正确分配一个与手腕奇点相对应的拾取位置,那么你就无法解决这个问题。有了这个,唯一要做的就是检查姿势是否可以在非奇异应用程序中使用。此外,还可以通过向工具添加小角度来避免奇点。这对减少机器人进入奇点的机会大有帮助。这是一种技术,主要供了解机制并可以根据自己的优势调整解决方案的技术人员使用。

最后,也可以通过采用编程方法来避免奇点,并让数学帮助您处理事情。在这里,您会发现轴的数量大大减少,从而可以避免奇点。这主要是因为更多的轴会增加奇点发生的机会。请记住,当轴彼此对齐时会阻止机械臂在某些方向上移动时会出现奇异点。减少轴的数量也减少了它们对齐和导致任何阻塞的机会。

结论

机器人奇异性是机械臂和其他自动化设备在不同工业应用中遇到的一个大问题。自己处理这些问题可能会被证明是一种拖累,这就是为什么你应该尽量避免机器人奇点。但是,如果您遇到此问题,则可以找到解决方案或聘请精明的技术人员来解决问题。

或者,与信誉良好的自动化设备制造商建立密切的工作关系,他们会在您遇到任何奇点时为您提供帮助。花点时间确保您的机器人设备运行良好,以帮助您完全定制并利用其在您的业务中的用途。


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