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分析了各种机器人拖动教学方法的优缺点
发布时间:2020-02-23        浏览次数:282        返回列表
       随着中国人口红利的消失,机器人取代工人变得越来越紧迫。它在工业生产中起着越来越重要的作用。机器人顺利工作前的重要一步是机器人的演示。目前,机器人教学工作主要靠工人操作教学设备来完成。但是这种方法存在很多缺点,如教学效率低,教学过程复杂,操作人员需要掌握一定的机器人使用知识。

       机器人拖动指令,是指操作者可以直接拖动机器人的各个关节,使其运动到理想的姿态,进行记录。UR机器人是较早的具有该功能的系统。这种教学方法避免了传统教学的弊端,是一种很有前途的机器人技术。

       目前,机器人拖动教学按传感器类型可分为三类:

       末端扭矩传感器

       通过在机器人末端安装一个六维扭矩传感器,控制器可以检测到用户施加在机器人上的外力信息(FX、FY、FZ、TX、TY、TZ),然后结合阻抗/导纳控制实现机器人的拖动演示。

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       这种方法实现起来比较简单,但是质量差的力传感器容易漂移,会有安全隐患,而质量稍好的力传感器则非常昂贵,甚至比机器人本身还要昂贵。而且只支持传感器安装时的阻力,不灵活。在今年的机器人展中,笔者亲身体验了新时代的这种机器人。在拖动过程中,偶尔会出现跳跃,这可能是由于传感器校准等相关问题造成的。

       关节扭矩传感器

       这种机器人身体结构的特点是在关节处安装扭矩传感器(如下图所示弹簧)和双编码器,形成柔性关节或串联弹性关节。减速器一般采用低刚度谐波减速器。

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       为了提高传统工业机器人的位置跟踪精度,系统的刚度越大越好。该机器人通过降低关节刚度,提高了力矩检测和控制的灵敏度。由于接头刚度低,电机与连杆端夹角不同,需要在连杆端增加编码器(扭矩传感器输出)。目前市场上典型的产品是库卡与德国航天局、Rethink robotics联合开发的几款轻型机械臂。

       该结构的优点是能够准确地对系统进行建模,提高了力矩检测和控制的精度,使系统的拖动更加方便和灵活。但由于结构复杂,成本高,市场接受度低。

       电流环类

       该方法不需要在机器人身上增加其他扭矩传感器,具有成本低、结构简单的优点,但手的感觉会比上一个略小。这种方法是目前主流的拖动演示解决方案,这种类型的拖动演示,其中机器人驱动程序在当前/扭矩模式下运行。本文根据阻力控制的实现原理,将阻力控制分为开环力控制和闭环力控制两类。

       开环功率控制

       这种拖动演示的原理很简单。它直接允许机器人在扭矩模式下工作。马达提供机器人移动所需的重力、摩擦力、惯性力等。所以用户只需要很小的力就可以让机器人沿着想要的轨迹移动。

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       这种开环力控制是国内机器人公司的主流选择,如solid high、螺石机器人、sail机器人等。关键是建立整个机器人的动力学方程,识别与方程相关的参数。

       在这个行业公平,作者有好运体验一些国内的阻力教学机器人企业,拖的开始感觉不光滑,推的开始时期因为静摩擦力将艰苦的堵塞现象,运动的速度将临时大而出现overrush感觉。在体验型企业中,机器人的动力学方程应该是精细的,这主要是由于摩擦。

       机器人的伺服系统处于静止状态,此时控制器无法补偿库仑摩擦力。用户需要克服系统的*大静摩擦力,使关节轻微运动,这样控制器就可以知道库仑摩擦力的方向并进行补偿。

       下图为作者实际测试结果:需要将外力增加到4Nm才能使电机运动。静摩擦力的存在使阻力表明初始推力将更大,这在较大的节理中更为明显。

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       闭环功率控制

       闭环力控制将有如下的力反馈回路,通过算法估计用户的牵引力矩,然后通过阻抗控制,允许电机输出辅助力矩,帮助用户拖动机器人完成演示工作。由于反馈回路的存在,使得机器人建模和系统辨识的精度较低。

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       在今年的博览会上,一家新的机器人公司也展示了它的拖放技术。从个人经验来看,他们的机器人拖拽显示教学较为顺利,由于减速机静摩擦未启动卡所造成的摩擦力,感觉非常好。

       他们的闭环力控制已经成功地在一个25公斤的机器人系统上实现。该机器人前几个关节的静摩擦力可达100 nm以上,单靠开环力控制很难启动。

       闭环力控制的另一个优点是可以通过算法改变机器人的整体动态特性,减少机器人与环境相互作用时的阻抗特性,这也是闭环力控制的初衷。该技术可用于在接触力要求低的情况下代替扭矩传感器,如可用于柔性装配。

更多信息请点击:川崎机器人

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