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協(xié)作機器人要實現(xiàn)0.03mm路徑精度有多難

高工機器人 ? 來源:高工機器人 ? 2024-11-27 17:00 ? 次閱讀

協(xié)作機器人,長期以來被套上“精度低”的魔咒。

一方面,協(xié)作機器人與傳統(tǒng)工業(yè)機器人具有不同的設(shè)計理念和產(chǎn)品定位,區(qū)別于傳統(tǒng)工業(yè)機器人追求“高速度、高精度、高負載”的特點,協(xié)作機器人更多地追求輕量化、柔性、快速部署及安全協(xié)作性。因而協(xié)作機器人在設(shè)計之初,其精度就被一定程度地犧牲了。

另一方面,提升協(xié)作機器人的精度確實是一個棘手的課題,其源于多方面的復(fù)雜性和相互依賴性,包括編碼器、力傳感器等傳感器的精度,控制系統(tǒng)的設(shè)計,機械結(jié)構(gòu)等技術(shù)難點。而在實際應(yīng)用中,協(xié)作機器人負載、臂展的變化,也會直接影響其運動軌跡和精度。同時,工作環(huán)境的變化(如溫度、濕度、電磁干擾等)也可能對協(xié)作機器人的精度產(chǎn)生影響。

近年來,協(xié)作機器人的性能不斷向工業(yè)方向靠攏,穩(wěn)定性、負載、速度持續(xù)提高的同時,重復(fù)定位精度也達到了工業(yè)級別的±0.02mm。此外,減速器、伺服系統(tǒng),先進控制算法、多傳感器融合技術(shù)、機器人標(biāo)定與補償技術(shù)等產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)的升級為協(xié)作機器人不斷打破精度極限奠定了基礎(chǔ)。

但高工機器人也注意到,當(dāng)前,各協(xié)作機器人企業(yè)對外關(guān)于精度的描述,更多在于“重復(fù)定位精度”,關(guān)于“絕對定位精度、軌跡精度”的提及甚少。據(jù)了解,其中一個重要原因是,重復(fù)定位精度不需要標(biāo)定與補償,其它精度則需要采用激光等設(shè)備進行標(biāo)定與補償,這不僅涉及成本問題,還包括算法能力問題,而且大部分應(yīng)用場景下對于絕對定位精度、軌跡精度的要求沒那么高,因而大部分協(xié)作機器人企業(yè)也就沒有對外承諾絕對定位精度、軌跡精度等參數(shù)指標(biāo)。

然而,對于一直以來以工業(yè)機器人的標(biāo)準(zhǔn)來提升協(xié)作機器人能力的ABB來說,“精度”極限一次次被其打破。近期,ABB協(xié)作機器人通過軟硬件一同發(fā)揮作用,再現(xiàn)“軌跡精度達到±0.03mm”的新高度。

樹立業(yè)內(nèi)精度新標(biāo)準(zhǔn)

早在2015年,在ABB雙臂協(xié)作機器人YuMi正式發(fā)布時,其對外官宣的重復(fù)定位精度就達到了±0.02mm。行業(yè)人士向高工機器人介紹:“對比單臂協(xié)作機器人來說,雙臂協(xié)作機器人需要確保兩個手臂能夠準(zhǔn)確到達預(yù)定位置,并保持一定的空間關(guān)系,更加考驗其絕對定位精度?!笨梢?,雙臂協(xié)作機器人YuMi的絕對定位精度也不容小覷。

2021年,ABB推出快速精準(zhǔn)的SWIFTI工業(yè)協(xié)作機器人,兼具協(xié)作機器人的安全協(xié)作性能、易用性和工業(yè)機器人的運行速度、精度及穩(wěn)定性,具有±0.01mm重復(fù)定位精度。

與SWIFTI工業(yè)協(xié)作機器人同時推出的還有GoFa協(xié)作機器人系列,彼時,ABB即公開表示“GoFa需與ABB的OmniCore機器人控制器系列配合使用,OmniCore具有一流的運動控制和路徑精度?!钡搅?023年,ABB繼而推出GoFa協(xié)作機器人系列GoFa 10和GoFa 12兩款新品,對外透露其重復(fù)定位精度達±0.02mm。

如今,GoFa協(xié)作機器人系列已經(jīng)成為了ABB各大協(xié)作機器人產(chǎn)品系列中的“銷冠”。

2024年上海工博會上,ABB再一次給業(yè)界帶來“驚嘆”。9月24日,ABB機器人推出了Ultra Accuracy(超高精度功能選項),根據(jù)ABB對外表述:“這是GoFa協(xié)作機器人系列一項新的行業(yè)領(lǐng)先功能,可實現(xiàn)目前協(xié)作機器人中最高級別的精度?!?/p>

GoFa Ultra Accuracy重復(fù)定位精度為±0.02mm,絕對定位精度小于±0.1mm,“0.1mm”是個什么概念?在ABB公開視頻中可以看到,圓柱與探針之間的距離為0.1mm,比發(fā)絲更細;與市場上其他協(xié)作機器人相比,路徑精度提高了10倍以上,達到±0.03mm,在行業(yè)內(nèi)樹立了新標(biāo)準(zhǔn)。”

同時,ABB還發(fā)布了新一代機器人控制平臺OmniCore,其實現(xiàn)了人工智能、傳感器、云計算和邊緣計算系統(tǒng)的全面集成。這為GoFa協(xié)作機器人系列的超高精度功能提供了重要加持。

ABB機器人素來以“擁有強大的運動控制能力”而著稱。15年前,ABB公布了其首個運動控制挑戰(zhàn)——“機器人繞易拉罐”,不僅展示了機器人的速度,其軌跡精度如今在業(yè)界依然難以被超越。

而在今年工博會上,搭載全新機器人控制平臺OmniCore的機器人也完成了新挑戰(zhàn)——“機器人繞紅酒杯”。ABB協(xié)作機器人中國區(qū)負責(zé)人吳非向高工機器人介紹,要完成這一挑戰(zhàn),必須保持機器人的軌跡精度在0.6毫米之內(nèi),否則容易把玻璃碰碎;并且,這一挑戰(zhàn)是三臺機器人聯(lián)動,那么必然會產(chǎn)生累積誤差,這就對機器人的軌跡精度和規(guī)劃能力提出了非常高的要求;再者,玻璃杯里倒入了紅酒,要保證液體不外灑,就要求機器人擁有強大的低頻抖動抑制能力;多重高要求下,才能保證機器人絲滑且精準(zhǔn)地完成整套動作。

高精度協(xié)作機器人大有可為

在ABB看來,Ultra Accuracy滿足了精確定位對保持產(chǎn)品質(zhì)量和運行效率至關(guān)重要的應(yīng)用需求。

如ABB機器人協(xié)作機器人全球負責(zé)人Andrea Cassoni所言:“隨著行業(yè)尋求自動化來提高產(chǎn)品質(zhì)量并實現(xiàn)更嚴(yán)格的公差、不斷降低質(zhì)量控制中與標(biāo)準(zhǔn)品的最大允許偏差,對能夠以極高精度執(zhí)行任務(wù)的機器人的需求與日俱增。通過將超精確的路徑性能與GoFa固有的簡易性、安全性和柔性相結(jié)合,Ultra Accuracy為協(xié)作機器人在電子、汽車、航空航天和金屬加工等領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了更多可能性?!?/p>

此類應(yīng)用包括消費電子產(chǎn)品制造中的粘合和密封、汽車零部件的激光焊接、航空航天制造中的復(fù)合材料層以及金屬加工過程中的精密激光切割等。它還可以用于在3D打印構(gòu)建原型時精確定位增材層,以及在計量應(yīng)用中進行精確的質(zhì)量檢測。

根據(jù)高工機器人調(diào)研顯示,高精度協(xié)作機器人在焊接、噴涂、涂膠等應(yīng)用場景中也大有可為。吳非在接受高工機器人調(diào)研時也印證了這一判斷,他以涂膠舉例,在實際應(yīng)用中,膠條的高低、粗細等都會影響到密封性,因而具有高軌跡精度的機器人就非常適用于3D涂膠,特別是異形件的涂膠,機器人可完成平整的軌跡,進而防止溢膠,增強良率。

吳非還提到,擁有Ultra Accuracy的高精度協(xié)作機器人為市面提供了一套機器人能實現(xiàn)3D打印的解決方案,特別是在陶瓷、精密軸承等領(lǐng)域的應(yīng)用,據(jù)透露,目前RobotStudio也已開放了針對于3D打印的軟件。

除此之外,Ultra Accuracy的其他優(yōu)勢還包括在精度與速度相結(jié)合的同時又能提供全方位的運動范圍。與傳統(tǒng)上用于電子制造的常規(guī)2D桁架系統(tǒng)不同,GoFa協(xié)作機器人在交付時即可在整個工作空間內(nèi)提供完整的6D運動,而無需額外的校準(zhǔn)工作,從而提供了可處理更廣泛任務(wù)的柔性和移動性。

GoFa的緊湊便攜設(shè)計確保了它可以輕松集成到現(xiàn)有的生產(chǎn)線中,而不需要昂貴的定制,與基于桁架的系統(tǒng)相比具有明顯的優(yōu)勢。配置有Ultra Accuracy的GoFa可在最短的安裝和部署時間內(nèi)引入到生產(chǎn)中,因為校準(zhǔn)在交付前已在工廠中完成。

Ultra Accuracy和RobotStudio的強強聯(lián)合實現(xiàn)了應(yīng)用程序的離線編程,仿真與現(xiàn)實之間的匹配率高達99%,無需進行修飾,保證了精確高效的實施。Ultra Accuracy適用于新的GoFa,也可作為現(xiàn)有GoFa協(xié)作機器人的改裝選項。

期待配置Ultra Accuracy的GoFa協(xié)作機器人未來能探索出更多的應(yīng)用場景,如ABB集團高級副總裁、機器人業(yè)務(wù)中國區(qū)總裁韓晨所說:“自ABB機器人進入中國市場30年來,我們持續(xù)引領(lǐng)著中國機器人技術(shù)的發(fā)展潮流,未來將助力更多企業(yè)靈活高效地應(yīng)對挑戰(zhàn)和機遇。

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原文標(biāo)題:協(xié)作機器人要實現(xiàn)0.03mm路徑精度,有多難?

文章出處:【微信號:gaogongrobot,微信公眾號:高工機器人】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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