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工業(yè)機(jī)器人4大巨頭、3大核心部件、9大精準(zhǔn)選型原則,看完秒懂
工業(yè)機(jī)器人廣泛使用在產(chǎn)業(yè)制造上,汽車制造、電器、食品等,能替代反復(fù)機(jī)器式操縱工作,工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的興起對(duì)就業(yè)結(jié)構(gòu)、就業(yè)形態(tài)、就業(yè)質(zhì)量及就業(yè)制度產(chǎn)生劃時(shí)代的影響。在我國,隨著勞動(dòng)年齡人口下降,勞動(dòng)力供給速度趨緩,“招工難”現(xiàn)象逐漸凸顯,人工智能帶動(dòng)的“機(jī)器換人”成為緩解用工緊張的有效途徑,工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)維員成為2019年人社部公布的新職業(yè)之一。
VR仿真截屏來源于100唯爾教育《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》VR仿真課程
一、工業(yè)機(jī)器人4大巨頭
發(fā)那科、庫卡、ABB、安川電機(jī)為代表的四大家族,在亞洲市場,它們同樣舉足輕重,更占據(jù)有中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)70%以上的市場份額。
1.ABB工業(yè)機(jī)器人:算法最好,但略貴
ABB講究機(jī)器人的整體特性,在重視品質(zhì)的同時(shí)也講究機(jī)器人的設(shè)計(jì),但眾所周知的是,配備高標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)的ABB機(jī)器人價(jià)格都很貴。此外,有不少的企業(yè)反應(yīng)在四大主力品牌中,ABB的交貨期是最長的。
2.庫卡(KUKA)工業(yè)機(jī)器人:操作簡單,但故障率較高
庫卡就算是完全沒有技術(shù)基礎(chǔ)的小白一天之內(nèi)就可以上手操作;在人機(jī)界面上,為了迎合中國人的習(xí)慣,庫卡做得很簡單,就像玩游戲機(jī)一樣好用。但相對(duì)于ABB、發(fā)那科等機(jī)器人,庫卡機(jī)器人的返修率是較高的,幾乎每天都有一臺(tái)機(jī)器人出故障。
3.發(fā)那科(FANUC):精度非常高,但過載不行
將在數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)勢用于機(jī)器人身上,發(fā)那科的工業(yè)機(jī)器人精度也很高,據(jù)悉,發(fā)那科的多功能六軸小型機(jī)器人的重復(fù)定位精度可以達(dá)到正負(fù)0.02mm。但在滿負(fù)載運(yùn)行的過程中,當(dāng)速度達(dá)到80%的時(shí)候,發(fā)那科的機(jī)器人就會(huì)報(bào)警,這說明了發(fā)那科機(jī)器人的過載能力并不是很好。
4.安川電機(jī)( YASKAWA ):穩(wěn)定性好,但精度略差
安川的機(jī)器人最大的特點(diǎn)就是負(fù)載大,穩(wěn)定性高,在滿負(fù)載滿速度運(yùn)行的過程中不會(huì)報(bào)警,甚至能夠過載運(yùn)行。安川機(jī)器人價(jià)格優(yōu)勢明顯,可以說是四大品牌中價(jià)格最低,性價(jià)比較高。
二、工業(yè)機(jī)器人3大核心部件
1.減速器
目前市面上的大量應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人上的減速器主要有兩類:RV減速器和諧波減速器。
RV減速器:是少齒差嚙合,但相對(duì)于諧波減速器,RV減速器通常用的是擺線針輪,RV減速器由擺線針輪和行星支架組成。相比諧波減速器,RV減速器的關(guān)鍵在于加工工藝和裝配工藝。RV減速器具有更高的疲勞強(qiáng)度、剛度和壽命,不像諧波傳動(dòng)那樣隨著使用時(shí)間增長,運(yùn)動(dòng)精度會(huì)顯著降低,其缺點(diǎn)是重量重,外形尺寸較大。RV減速器用于轉(zhuǎn)矩大的機(jī)器人腿部腰部和肘部三個(gè)關(guān)節(jié),負(fù)載大的工業(yè)機(jī)器人,一二三軸都是用RV減速器。
諧波減速器:是諧波傳動(dòng)裝置的一種,諧波傳動(dòng)裝置包括諧波加速器和諧波減速器。諧波減速器主要包括:剛輪、柔輪、和徑向變形的波發(fā)生器三者組成。它是利用柔性齒輪產(chǎn)生可控制的彈性變形波,引起剛輪與柔輪的齒間相對(duì)錯(cuò)齒來傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。這種傳動(dòng)與一般的齒輪傳遞具有本質(zhì)上的差別,在嚙合理論、集合計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面具有特殊性。諧波齒輪減速器具有高精度、高承載力等優(yōu)點(diǎn),和普通減速器相比,由于使用的材料要少50%,其體積及重量至少減少1/3。所以諧波減速機(jī)主用于小型機(jī)器人,特點(diǎn)是體積小、重量輕、承載能力大、運(yùn)動(dòng)精度高,單級(jí)傳動(dòng)比大。一般用于負(fù)載小的工業(yè)機(jī)器人或大型機(jī)器人末端幾個(gè)軸。
2.伺服系統(tǒng)
伺服驅(qū)動(dòng)器又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”,是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器,其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá),屬于伺服系統(tǒng)的一部分。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位。
3.控制器
機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦,是決定機(jī)器人功用和功能的主要要素??刂葡到y(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和實(shí)行機(jī)構(gòu)收回指令信號(hào),并進(jìn)行控制。工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)的主要任務(wù)便是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的活動(dòng)范圍、姿勢和軌跡、動(dòng)作的時(shí)間等。具有編程簡單、軟件菜單操縱、友好的人機(jī)交互界面、在線操縱提示和運(yùn)用方便等特點(diǎn)。
三、工業(yè)機(jī)器人怎么選型
1.有效負(fù)載
有效負(fù)載是,機(jī)器人在其工作空間可以攜帶的最大負(fù)荷。從例如3Kg到1300Kg不等。
如果你希望機(jī)器人完成將目標(biāo)工件從一個(gè)工位搬運(yùn)到另一個(gè)工位,需要注意將工件的重量以及機(jī)器人手爪的重量加總到其工作負(fù)荷。
另外特別需要注意的是機(jī)器人的負(fù)載曲線,在空間范圍的不同距離位置,實(shí)際負(fù)載能力會(huì)有差異。
2.工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用行業(yè)
你的機(jī)器人要用于何處是你選擇需要購買的機(jī)器人種類時(shí)的首要條件。如果你只是要一個(gè)緊湊的拾取和放置機(jī)器人,scara機(jī)器人是不錯(cuò)的選擇。如果想快速放置小型物品,Delta機(jī)器人是最好的選擇。如果你想機(jī)器人在工人旁邊一起工作,你就應(yīng)該選擇協(xié)作機(jī)器人。
3.最大作動(dòng)范圍
當(dāng)評(píng)估目標(biāo)應(yīng)用場合的時(shí)候,應(yīng)該了解機(jī)器人需要到達(dá)的最大距離。選擇一個(gè)機(jī)器人不是僅僅憑它的有效載荷-也需要綜合考量它到達(dá)的確切距離。每個(gè)公司都會(huì)給出相應(yīng)機(jī)器人的作動(dòng)范圍圖,由此可以判斷,該機(jī)器人是否適合于特定的應(yīng)用。機(jī)器人的水平運(yùn)動(dòng)范圍,注意機(jī)器人在近身及后方的一片非工作區(qū)域。
機(jī)器人的最大垂直高度的量測是從機(jī)器人能到達(dá)的最低點(diǎn)(常在機(jī)器人底座以下)到手腕可以達(dá)到的的最大高度的距離(Y)。最大水平作動(dòng)距離是從機(jī)器人底座中心到手腕可以水平達(dá)到的最遠(yuǎn)點(diǎn)的中心的距離(X)。
4.速度
這個(gè)參數(shù)與每一個(gè)用戶息息相關(guān)。事實(shí)上,它取決于在該作業(yè)需要完成的Cycle Time。規(guī)格表列明了該型號(hào)機(jī)器人最大速度,但我們應(yīng)該知道,考量從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)的加減速,實(shí)際運(yùn)行的速度將在0和最大速度之間。這項(xiàng)參數(shù)單位通常以度/秒計(jì)。有的機(jī)器人制造商也會(huì)標(biāo)注機(jī)器人的最大加速度。
5.剎車和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
基本上每個(gè)機(jī)器人制造商提供他們的機(jī)器人制動(dòng)系統(tǒng)的信息。有些機(jī)器人對(duì)所有的軸配備剎車,其他的機(jī)器人型號(hào)不是所有的軸都配置剎車。要在工作區(qū)中確保精確和可重復(fù)的位置,需要有足夠數(shù)量的剎車。另外一種特別情況,意外斷電發(fā)生的時(shí)候,不帶剎車的負(fù)重機(jī)器人軸不會(huì)鎖死,有造成意外的風(fēng)險(xiǎn)。
同時(shí),某些機(jī)器人制造商也提供機(jī)器人的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。其實(shí),對(duì)于設(shè)計(jì)的安全性來說,這將是一個(gè)額外的保障。你可能還注意到不同軸上的適用的扭矩。例如,如果你的動(dòng)作需要一定量的扭矩以正確完成工作,你需要檢查,在該軸上適用的最大扭矩是否正確的。如果選型不正確,機(jī)器人則可能由于過載而Down機(jī)。
5.防護(hù)等級(jí)
這個(gè)也取決于機(jī)器人的應(yīng)用時(shí)所需要的防護(hù)等級(jí)。機(jī)器人與食品相關(guān)的產(chǎn)品、實(shí)驗(yàn)室儀器、醫(yī)療儀器一起工作或者處在易燃的環(huán)境中,其所需的防護(hù)等級(jí)各有不同。這是一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn),需要區(qū)分實(shí)際應(yīng)用所需的防護(hù)等級(jí),或者按照當(dāng)?shù)氐囊?guī)范選擇。一些制造商會(huì)根據(jù)機(jī)器人工作的環(huán)境不同而為同型號(hào)的機(jī)器人提供不同的防護(hù)等級(jí)。
6.自由度(軸數(shù))
機(jī)器人軸的數(shù)量決定了其自由度。如果只是進(jìn)行一些簡單的應(yīng)用,例如在傳送帶之間拾取放置零件,那么4軸的機(jī)器人就足夠了。如果機(jī)器人需要在一個(gè)狹小的空間內(nèi)工作,而且機(jī)械臂需要扭曲反轉(zhuǎn),6軸或者7軸的機(jī)器人是最好的選擇。軸的數(shù)量選擇通常取決于具體的應(yīng)用。需要注意的是,軸數(shù)多一點(diǎn)并不只為靈活性。事實(shí)上,如果你在想把機(jī)器人還用于其它的應(yīng)用,你可能需要更多的軸,“軸”到用時(shí)方恨少。不過軸多的也有缺點(diǎn),如果一個(gè)6軸的機(jī)器人你只需要其中的4軸,你還是得為剩下的那2個(gè)軸編程。
7.機(jī)器人重量
機(jī)器人重量對(duì)于設(shè)計(jì)機(jī)器人單元也是一個(gè)重要的參數(shù)。如果工業(yè)機(jī)器人需要安裝在定制的工作臺(tái)甚至軌道上,你需要知道它的重量并設(shè)計(jì)相應(yīng)的支撐。
8.重復(fù)精度
這個(gè)參數(shù)的選擇也取決于應(yīng)用。重復(fù)精度是機(jī)器人在完成每一個(gè)循環(huán)后,到達(dá)同一位置的精確度/差異度。通常來說,機(jī)器人可以達(dá)到0.5mm以內(nèi)的精度,甚至更高。例如,如果機(jī)器人是用于制造電路板,你就需要一臺(tái)超高重復(fù)精度的機(jī)器人。如果所從事的應(yīng)用精度要求不高,那么機(jī)器人的重復(fù)精度也可以不用那么高。精度在2D視圖中通常用“±”表示。實(shí)際上,由于機(jī)器人并不是線性的,其可以在公差半徑內(nèi)的任何位置。
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