機械手或機械臂傻笨粗,只有這些才能稱為機器人

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在國外,robot不是特指我們所說的工業機器人和服務機器人,還包括無人機、無人駕駛汽車、AGV等一切可編程的多功能機械裝置。而中國人把robot翻譯成機器人,可以說並不準確。當然,我們今天要討論的是狹義上的工業機器人。

機器人的歷史並不算長,1959年美國英格伯格和德沃爾製造出世界上第一台工業機器人,機器人的歷史才真正開始。目前在工廠裡代替工人幹活的,基本上也是這類機器人。但是,很多人認為,這些機器人只能按照程序完成點對點的工作任務,死板且不需要邏輯,這些為汽車應用而誕生的設備,頂多只能稱為機械手或機械臂。

機械手或機械臂傻笨粗,只有這些才能稱為機器人

那怎樣的才是真正的機器人呢?雙臂協作機器人!

盡管雙臂機器人看起來像是兩個普通工業機器人組合在一起,但其實這兩者有著質的差別。雙臂機器人不是兩個單臂機器人的簡單組合與疊加,而是一個完整的機器人系統,雙臂之間存在依賴關係,他們分享使用傳感器數據,具有共同的物理耦合,一個臂對於另一個臂的反應能夠做出對應的動作、軌跡規劃和決策。雙臂機器人具有使用範圍廣、協作能力強、可靠性高的特點,可以廣泛應用於工業領域的自動化生產線中,代替人類完成複雜的工作。

雙臂機器人在執行任務過程中,有著以下四個作用特點:

●易於剛性物體搬運:在末端執行器與臂之間無相對運動的情況下工作,如雙臂搬運像鋼棒這樣的剛性物體,比兩個單臂機器人的相應動作的控制要簡單得多。

●柔性物體搬運控制簡單化:在末端執行器與臂之間有相對運動的情況下,通過兩臂間的較好配合能對柔性物體如薄板等進行控制操作,而兩個單臂機器人要做到這一點是比較困難的。

●無碰撞運動設計路徑規劃:雙臂機器人工作能夠避免兩個單臂機器人在一起工作時產生的碰撞情況。

●多目標操作與控制協同工作:雙臂機器人的兩臂能夠各自獨立工作,用來對多目標的操作與控制,如將螺帽放到螺釘上的配合操作。

那些先進的雙臂機器人們

安川-Motoman雙臂機器人

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安川SDA系列雙臂機器人,其中典型的SDA10型雙臂機器人具有15個自由度,最大伸展距離197cm,重復定位精度±0.1mm,單臂最大負載10kg,主要用於工件的組裝,它能夠靈活地使用人類的工具,並做出像人類一樣的動作。在北京科博會上,安川展出了該雙臂機器人,可通過人機玩紙牌遊戲21點。

ABB雙臂機器人YuMi

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在雙臂機器人界,YuMi可能是最出名的,剛一問世,就蓋過了最早的雙臂機器人Baxter的風頭。YuMi是一個協作的雙臂組裝解決方案,擁有視覺和觸覺。其雙臂靈巧,並以軟性材料包裹,同時配備創新的力傳感技術,從而保障了人類同事的安全。從機械手表的精密部件到手機、平板電腦以及台式電腦零件的處理,YuMi都能以其精確性輕鬆應對。這就是未來完全代替人工的趨勢。

Rethink Robotics雙臂機器人Baxter

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Baxter工業機器人由Rethink Robotics公司研發,這是一款與傳統工業機器人不同的創新人機互動機器人。Baxter手臂的驅動是由馬達帶動彈簧進行運動,當手臂碰到其他物體時,能及時停下來,比不能停下來的工業機器人更安全。Baxter更智能,它不需要專門的編程人員和編程系統,只需要工人帶動它的手臂進行運動,就可以完成一次簡單編程,並用於工業生產。

柯馬雙臂機器人Amico

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Amico是柯馬最新研發的雙臂泥人概念機器人,其手臂設計基於Racer3機械臂,手臂上裝有一對Schunk SDH2三指夾持器,可以夾住任何物體,且兩個手指可以改變取向,以適應不同形狀和尺寸的物體。夾持器內置有傳感器,可對所抓取的物體表面進行感應,從而施以不同的力度。除了具有這種精確性外,此款機器人還能判斷拾取是否最優化,或者是否需要調整。

川田工業雙臂機器Nextage

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Nextage機器人意圖讓產業工人擺脫重復性任務,讓他們完成需要判斷力和創造力的高附加值任務。該機器人擁有立體視覺,可以在工作區域內更好地引帶它 的動作,同時,手上的錄影頭可以協助更好地定位,以便拿起材料並定向組裝。其高度跟人類相似,安裝在帶輪在的基座上,讓他們可以在工作站裡移動。安全功能 包括力限制,關節設計成隱藏在「手肘」裡。

Nachi雙臂機器人

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Nachi雙臂機器人其實是由兩台 MZ07 手臂整合而成。MZ07 體積小,手臂使用輕量化材質,而且動作速度相當快,標準周期在 300 mm 距離及 25 mm 上下回轉高度之間,能以 0.31 秒速度快速往返,並能精確地執行作業,例如撿料、組裝、去毛邊、裝箱包裝等應用,而精度誤差值僅正負 0.03 mm。

愛普生自律型雙臂機器人

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愛普生自律型雙臂機器人具備視覺及力度感應功能,可通過物品識別、決策、動態力度調節自律執行任務。就像人類的眼睛一樣,愛普生自律型雙臂機器人可準確識別物品在三維空間中的位置及方向。機器人的雙臂配備了最新研發的力度傳感器,可模擬人類對機械臂臂力 進行控制,安全無損地輸送及裝配物品。機器臂將標配一款多功能末端執行器,可對不同形狀、不同尺寸的物品實施抓取、固定和插入操作。只要教會它作業對象和 場景,機器人即可執行多種任務。

Pi4雙臂機器人WorkerBot

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WorkerBot是裝配和材料搬運機器人,繼承了視覺和可選語音輸出系統。它採用力量檢測以防止對工人造成傷害,並擁有傳統工業機器人的安全功能接口,例如雷射掃描儀或圍欄,界定一個安全的工作區域。

川崎雙臂機器人duAro

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川崎的這款雙臂機器人被人戲稱為多肉。機器人duAro具備從身體水平伸出的兩根機械臂,兩根機械臂成對工作。可設置在相當於一名工人所占的空間內,可代替實施工人用雙臂進行的作業。機器人的標準臂長為760mm,重量為90kg,最大可搬運重量為單臂2kg。

雙臂機器人何時才能取代工人?

雙臂機器人跟傳統工業機器人相比,可以說完全是另外一個類別,他們具有哪些特點呢?

第一,人機安全,我們為什麼要提雙臂機器人或者是人機協作機器人,它的主要設計要求是一定要人機安全,與人配合進行各種安全的工作。

第二,示教學習功能,可以讓它非常靈活地進行各種各樣的編程。

第三,視覺識別智能系統。

第四,具有力反饋控制,在與人發生碰撞的同時它要迅速地停止。

第五,柔性化,它可以適應各種柔性化的生產方式。

第六,模塊化的設計。

這六大特點決定了機器人未來會取代和代替人工的工作。

目前,工業雙臂機器人大多還停留在概念階段,投入工廠生產線實際使用的還非常少,因為它還有很多缺陷,需要進一步研究解決,主要有三個大的方面,快速地視覺識別與定位,還有複雜機械結構的設計,以及基於力矩測量的複雜路徑規劃,這裡面有六大研究,主要解決主動式觸摸傳感器的相關問題,視覺檢測及位置標定技術的開發問題,嵌入式機器人運動控制器的研發等等問題的研究。

機械手或機械臂傻笨粗,只有這些才能稱為機器人

此外,未來的工業雙臂機器人還需要四大關鍵技術,一是可操作性,它的雙臂一定要具有非常靈活的可操作,具有處理各種事物的能力和技術;二是移動性,我們未來的雙臂機器人不可能是完全固定在某一個點去完全代替人,而是具有一定的移動性,可以從這個工位移動到那個工位;三是人機協同,我們現在提倡使用機器人不是說完全在生產線中取代,而是要把人從繁重的勞力或者是一些比較複雜的勞力解放出來,人在裡面處理的就是一些機器人沒有辦法去完成的工作,人和機器還是要進行協同工作的任務;四是智能,具有自主學習能力的人工智能技術。

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