英特尔机器人创新中心系列技术沙龙 | 3C产业发展引擎—协作机器人

2018年3月10日,英特尔联合微能创投加速器在英特尔机器人创新中心共同举办了协作机器人力控应用技术沙龙,邀请到了新松机器人开发部门刘一帆老师为大家介绍了工业4.0时代下协作机器人的应用趋势及其核心力控技术,协作机器人与人共享操作空间,智能交互,具有安装部署更加便捷,快速部署能力等特点。

 

新松机器人开发部门刘一帆

活动吸引了来自上海知名创业公司、上海交通大学、上海科技大学等知名高校学生等具有专业技术背景的观众报名参与,沙龙上干货满满,Q&A环节大家交流频繁,与导师进行了深度沟通,收获颇丰。

 

协作机器人力控应用技术沙龙现场

 

嘉宾互动、Q&A环节

 

沙龙干货

 

工业4.0概念中一个重要的特点是传统的大批量生产转变成多种少量、变种变量的生产,对生产柔性化提出了更高的要求。尤其是在产品以小批量,定制化为特征的3C行业中,如手机、平板、可穿戴设备等电子数码产品,半年时间产品就会更新换代,整个工厂的生产流水线都需要变更。

 

协作机器人继承了传统机器人的优点,拥有高灵活性、安全性、快速配置等特点,同时装备有视觉、触觉传感器,更便携、更易编程操作,更适合应用于各个领域,和人类协同工作提升整体工作效率。

 

图为OB-7 7轴协作机器人

刘一帆老师首先指出机器人和人之间并不是一个取代的关系,而是一个相互协助互办互助的关系,各有所长,人们的观念应从传统机器代替人转换成人机共同协作。

 

随后向大家介绍了几款特特点各异的协作机器人:丹麦的Universal Robot公司在2009年推出世界上第一台协作机器人UR5,具有高性价比,智能化、简单化的编程特别的Franka,来自台湾的协作机器人Techman,KUKA与德国宇航局DLR联合研发的iiwa,ABB的Yumi等。

 

图片知乎专栏OnionBots

与协作机器人共享工作空间、智能交互、安装部署时,安全问题尤为重要。传统工业机器人的工厂中通常设置栅栏,不允许他人进入产线,而在人跟协作机器人共享一个操作平台的情况下,核心技术力控制则是严密的安保措施

 

图为中科新松协作系列产品七轴单臂、双臂、复合机器人

 

机器人的轨迹规划、视觉等已经相对成熟,有非常多的应用,力控制可以说是协作机器人所特有的,力控制是协作机器人里非常核心的一个算法。

 

很多人可能好奇机器人从一个点位A到B只需要位置控制就可以了,为什么还需要力控制?

刘老师举了这样一个例子,机器人完成开门动作时,加工误差、控制误差导致的理想曲线实际曲线不一样,无法保证门把端点的运动轨迹为一个圆弧,这个误差会使得不具备力控制的机器人强行拉拽。因此当机器人接触的外物刚度非常高时,机械臂的柔性对操作尤为重要,力控制的不是位置而是力的关系。

 

不论控制的目标是力还是控制器里面的力信息作为一个反馈控制量都属于力控制的范畴,碰撞检测、牵引示教等力控制核心技术,使人机协作能真正实现人机安全、简单高效、精密操作。

 

碰撞检测

 

碰撞检测是人机协作过程中的一项安全功能,即:当机器人与外界发生碰撞时,机器人能及时采取必要措施,保证操作人员和机器人本身的安全。

 

新松双臂协作机器人展会视频

 

碰撞检测的技术方案:

1.皮肤衣方案:在机器人外表面穿上“衣服”传感器,这种解决方案用到的传感器电路、信号处理较为复杂,成本较高。

2.底座力矩检测方案:机械臂比较重,在底座之间嵌入力矩传感器作为一个连接件,提高传感精度。

3.关节力矩检测方案:

(1)关节力矩传感器,检测机械臂关节点的力矩,根据算法运算各个部分的受力情况,精度高、可靠性好,成本较高。

(2)关节电流检测,通过电机的性能,对电流进行估计检测,计算出外力,在精度方面表现较为逊色。

(3)关节形变检测,在关节加入柔性元件,关节形变,任何结构都是有弹性的,通关检测变形程度计算力的大小,机器人的位置精度会下降,加速度会使受力情况更为复杂。

 

牵引示教

 

传统机器人在设置焊接抓举等重复性工作中需要编程点位设置,需要通过试校器与控制程序进行操作,过程费时且复杂,牵引示教功能的目的在于简化编程操作,操作者可以用手直接拖动机器人到达指定位姿,机器人记录下这些指定位姿,加以复现,借此效率大幅提高,提高人机交互

牵引试校功能实现方案

1.功率级脱离方案,应用于结构轻巧的桌面级机器人,把电机去除,关节打开,克服关节摩擦力和重力。

2.末端六维力传感器方案,应用于大型机器人,于机械臂末端设置力传感器,通过检测力大小来实现人拖动牵引,但由于质量很大绕过障碍物等操作较难实现。

3.关节力矩控制方案(零力控制),计算摩擦力重力并分析受力情况,通过算法进行控制。

 

精确力控制

 

抛光打磨,柔性装配,键盘测试,触屏测试,拧螺钉等应用场景中需要实时控制机械臂末端在笛卡尔空间的输出力,因此身份注重力度控制的精确性。

精确力控制实现方案

1.末端六维力传感器方案

2.关节力矩控制方案

    (1)关节力矩传感器

    (2)关节电流检测

3. 操作空间力控制

人机协作技术融合了人和机器各自的优势,不管是从市场,还是技术层面来讲,协作机器人都有着不可取代的优势与市场前景,已然是未来市场上的一大趋势。

 

 

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