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Robot industriale a sette assi vs robot industriale a sei assi: qual è il punto di forza?
2023-12-08
Negli ultimi anni, i giganti multinazionali della robotica hanno lanciato robot industriali a sette assi per conquistare il nuovo mercato di fascia alta, il che ha innescato la nostra riflessione approfondita sui robot industriali a sette assi. Quali sono i suoi vantaggi tecnici unici, le difficoltà di ricerca e sviluppo e quali prodotti robot industriali a sette assi sono stati rilasciati a livello internazionale negli ultimi anni? Quanti assi dovrebbe avere un robot industriale?
Al momento, i robot industriali sono ampiamente utilizzati in tutti gli ambiti della vita, ma abbiamo anche scoperto che i robot industriali non solo hanno forme diverse, ma hanno anche un numero diverso di assi. Il cosiddetto asse del robot industriale può essere spiegato con il termine professionale grado di libertà. Se il robot ha tre gradi di libertà, può muoversi liberamente lungo gli assi X, Y e Z, ma non può inclinarsi o ruotare. Quando il numero di assi del robot aumenta, il robot diventa più flessibile. Quanti assi dovrebbero avere i robot industriali? Il robot a tre assi è anche chiamato coordinata cartesiana o robot cartesiano. I suoi tre assi possono consentire al robot di muoversi lungo i tre assi. Questo tipo di robot viene generalmente utilizzato in semplici lavori di movimentazione. 
Il robot a quattro assi può ruotare lungo gli assi X, Y e Z. Diversamente dal robot a tre assi, ha un quarto asse indipendente. In generale, il robot SCARA può essere considerato un robot a quattro assi. Cinque assi sono la configurazione di molti robot industriali. Questi robot possono ruotare attraverso tre cicli spaziali di X, y e Z. Allo stesso tempo, possono girarsi appoggiandosi all'asse sulla base e all'asse con rotazione flessibile della mano, il che aumenta la loro flessibilità. Il robot a sei assi può passare attraverso gli assi X, Y e Z e ciascun asse può ruotare in modo indipendente. La più grande differenza rispetto al robot a cinque assi è che è presente un asse aggiuntivo che può ruotare liberamente. Il rappresentante del robot a sei assi è youao robot. Attraverso la copertura blu sul robot, puoi calcolare chiaramente il numero di assi del robot. Robot a sette assi, noto anche come robot ridondante, rispetto al robot a sei assi, l'asse aggiuntivo consente al robot di evitare alcuni obiettivi specifici, facilitare all'effettore finale di raggiungere una posizione specifica e può adattarsi in modo più flessibile ad alcuni ambienti di lavoro speciali. Con l’aumento del numero di assi aumenta anche la flessibilità del robot. Tuttavia, nelle attuali applicazioni industriali, vengono utilizzati maggiormente i robot industriali a tre, quattro e sei assi. Questo perché in alcune applicazioni non è richiesta un'elevata flessibilità, i robot a tre e quattro assi hanno un maggiore rapporto costo-efficacia e i robot a tre e quattro assi presentano anche grandi vantaggi in termini di velocità. In futuro, nel settore 3C che necessita di elevata flessibilità, i robot industriali a sette assi avranno un posto dove giocare. Con la sua crescente precisione, nel prossimo futuro sostituirà l'assemblaggio manuale di prodotti elettronici di precisione come i telefoni cellulari. Qual è il vantaggio del robot industriale a sette assi rispetto al robot industriale a sei assi? Tecnicamente, quali sono i problemi dei robot industriali a sei assi e quali sono i punti di forza dei robot industriali a sette assi? (1) Migliorare le caratteristiche cinematiche Nella cinematica del robot, tre problemi rendono il movimento del robot molto limitato. La prima è la configurazione singolare. Quando il robot si trova in una configurazione singolare, il suo effettore finale non può muoversi in una determinata direzione o applicare coppia, quindi la configurazione singolare influisce notevolmente sulla pianificazione del movimento. Il sesto asse e il quarto asse del robot a sei assi sono collineari Il secondo è il superamento dello spostamento congiunto. Nella situazione di lavoro reale, l'intervallo angolare di ciascun giunto del robot è limitato. Lo stato ideale è di più o meno 180 gradi, ma molte articolazioni non riescono a farlo. Inoltre, il robot a sette assi può evitare movimenti di velocità angolare troppo rapidi e rendere la distribuzione della velocità angolare più uniforme. Gamma di movimento e velocità angolare massima di ciascun asse del robot a sette assi Xinsong In terzo luogo, ci sono ostacoli nell’ambiente di lavoro. Nell'ambiente industriale, in molte occasioni ci sono vari ostacoli ambientali. Il tradizionale robot a sei assi non solo può modificare l'assetto del meccanismo finale senza modificarne la posizione. (2) Migliorare le caratteristiche dinamiche Per il robot a sette assi, utilizzando i suoi gradi di libertà ridondanti è possibile non solo ottenere buone caratteristiche cinematiche attraverso la pianificazione della traiettoria, ma anche utilizzare la sua struttura per ottenere le migliori prestazioni dinamiche. Il robot a sette assi può realizzare la ridistribuzione della coppia articolare, che comporta il problema dell'equilibrio statico del robot, ovvero la forza che agisce sull'estremità può essere calcolata mediante un determinato algoritmo. Per il tradizionale robot a sei assi, la forza di ciascun giunto è certa e la sua distribuzione potrebbe essere del tutto irragionevole. Tuttavia, per il robot a sette assi, possiamo regolare la coppia di ciascun giunto tramite l'algoritmo di controllo per ridurre al minimo la coppia sopportata dall'anello debole, in modo che la distribuzione della coppia dell'intero robot sia più uniforme e più ragionevole. (3) Tolleranza ai guasti In caso di guasto, se un giunto si guasta, il tradizionale robot a sei assi non può continuare a completare il lavoro, mentre il robot a sette assi può continuare a lavorare normalmente regolando la ridistribuzione della velocità del giunto guasto (tolleranza cinematica ai guasti) e la coppia del giunto guasto (tolleranza dinamica ai guasti). 
Ogni singolo braccio di Yumi ha sette gradi di libertà e il peso corporeo è di 38 kg. Il carico di ciascun braccio è di 0,5 kg e la precisione di posizionamento ripetuto può raggiungere 0,02 mm. Pertanto è particolarmente adatto per l'assemblaggio di piccole parti, beni di consumo, giocattoli e altri settori. Dalle parti di precisione degli orologi meccanici alla lavorazione di telefoni cellulari, tablet e parti di computer desktop, Yumi non è un problema, il che riflette le eccellenti caratteristiche del robot ridondante, come l'espansione dello spazio di lavoro raggiungibile, la flessibilità, l'agilità e la precisione. -Yaskawa Motoman SIA YASKAWA electric, un noto produttore di robot in Giappone e una delle "quattro famiglie", ha anche rilasciato una serie di prodotti robot a sette assi. I robot della serie SIA sono robot leggeri e agili a sette assi, in grado di fornire flessibilità umanoide e accelerare rapidamente. Il design leggero e aerodinamico di questa serie di robot lo rende molto adatto per l'installazione in spazi ristretti. La serie SIA può fornire un carico utile elevato (da 5 kg a 50 kg) e un ampio campo di lavoro (da 559 mm a 1.630 mm), molto adatto per assemblaggio, stampaggio a iniezione, ispezione e altre operazioni. Oltre ai prodotti robot leggeri a sette assi, Yaskawa ha rilasciato anche il sistema di saldatura robotizzata a sette assi. Il suo elevato grado di libertà può mantenere il più possibile la postura più adatta per ottenere un effetto di saldatura di alta qualità, particolarmente adatto per la saldatura della superficie interna e ottenere la migliore posizione di approccio. Inoltre, il prodotto può avere una disposizione ad alta densità, evitare facilmente l'interferenza tra esso e l'albero e il pezzo in lavorazione e mostrare la sua eccellente funzione di evitamento degli ostacoli. -Più intelligente, più Presto mr20 Già alla fine del 2007 Na bueryue ha sviluppato il robot a sette gradi di libertà "Presto mr20". Adottando il design a sette assi, il robot può eseguire flussi di lavoro più complessi e muoversi in un'area di lavoro ristretta come un braccio umano. Inoltre, la parte anteriore del robot La coppia (del polso) è circa il doppio di quella del tradizionale robot a sei assi originale. La coppia della configurazione standard è di 20 kg. Impostando il raggio d'azione, può trasportare fino a 30 kg di articoli, il raggio d'azione è di 1260 mm e la precisione di posizionamento ripetuto è di 0,1 mm. Adottando la struttura a sette assi, mr20 può lavorare dal lato della macchina utensile durante la presa e il posizionamento dei pezzi sulla macchina utensile. In questo modo, migliora l'efficienza della preparazione e della manutenzione in anticipo. Lo spazio tra le macchine utensili può essere ridotto a meno della metà rispetto a quello di un tradizionale robot a sei assi. 
Inoltre, nazhibueryue ha rilasciato anche due robot industriali, mr35 (con un carico di 35 kg) e mr50 (con un carico di 50 kg), che possono essere utilizzati in spazi ristretti e luoghi con ostacoli. -Robot industriale OTC a sette assi Odish del gruppo Daihen in Giappone ha lanciato gli ultimi robot a sette assi (fd-b4s, fd-b4ls, fd-v6s, fd-v6ls e fd-v20s). Grazie alla rotazione del settimo asse, possono realizzare la stessa azione di torsione e saldatura dei polsi umani per più di una settimana; inoltre, i robot a sette assi sono umani (fd-b4s, fd-b4ls) il cavo di saldatura è nascosto nel corpo del robot, quindi non è necessario prestare attenzione all'interferenza tra il robot, l'attrezzatura di saldatura e il pezzo durante la lavorazione operazione didattica. L'azione è molto fluida e il grado di libertà della postura di saldatura è stato migliorato, il che può compensare il difetto che il robot tradizionale non può entrare nella saldatura a causa dell'interferenza con il pezzo o l'attrezzatura di saldatura. -Baxter e Sawyer ripensano la robotica Rethink Robotics è un pioniere dei robot cooperativi. Tra questi, il robot a doppio braccio Baxter, sviluppato per primo, ha sette gradi di libertà su entrambi i bracci e il raggio d'azione massimo di un braccio è di 1.210 mm. Baxter può elaborare due attività diverse contemporaneamente per aumentare l'applicabilità oppure elaborare la stessa attività in tempo reale per massimizzare l'output. Sawyer, lanciato lo scorso anno, è un robot a sette assi a braccio singolo. I suoi giunti flessibili utilizzano l'attuatore elastico della stessa serie, ma l'attuatore utilizzato nei suoi giunti è stato riprogettato per renderlo più piccolo. Poiché viene adottato il design a sette assi e il campo di lavoro è esteso a 100 mm, può completare l'attività di lavoro con un carico maggiore e il carico può raggiungere 4 kg, che è molto più grande del carico utile di 2,2 kg del robot Baxter. -Yamaha robot a sette assi serie Ya Nel 2015, Yamaha ha lanciato tre robot a sette assi "ya-u5f", "ya-u10f" e "ya-u20f", guidati e controllati dal nuovo controller "ya-c100". Il robot a 7 assi ha un asse E equivalente al gomito umano, quindi può completare liberamente flessione, torsione, estensione e altre azioni. Anche nello spazio ristretto in cui è difficile per il robot eseguire l'operazione al di sotto dei 6 assi, l'operazione e l'impostazione possono essere completate senza problemi. Inoltre, può anche realizzare la posizione tozza bassa e l'azione di avvolgimento attorno alla parte posteriore del dispositivo. Viene adottato l'attuatore con struttura cava e il cavo del dispositivo e il tubo dell'aria sono integrati nel braccio meccanico, che non interferirà con l'attrezzatura circostante e potrà realizzare una linea di produzione compatta.
Il robot a quattro assi può ruotare lungo gli assi X, Y e Z. Diversamente dal robot a tre assi, ha un quarto asse indipendente. In generale, il robot SCARA può essere considerato un robot a quattro assi. Cinque assi sono la configurazione di molti robot industriali. Questi robot possono ruotare attraverso tre cicli spaziali di X, y e Z. Allo stesso tempo, possono girarsi appoggiandosi all'asse sulla base e all'asse con rotazione flessibile della mano, il che aumenta la loro flessibilità. Il robot a sei assi può passare attraverso gli assi X, Y e Z e ciascun asse può ruotare in modo indipendente. La più grande differenza rispetto al robot a cinque assi è che è presente un asse aggiuntivo che può ruotare liberamente. Il rappresentante del robot a sei assi è youao robot. Attraverso la copertura blu sul robot, puoi calcolare chiaramente il numero di assi del robot. Robot a sette assi, noto anche come robot ridondante, rispetto al robot a sei assi, l'asse aggiuntivo consente al robot di evitare alcuni obiettivi specifici, facilitare all'effettore finale di raggiungere una posizione specifica e può adattarsi in modo più flessibile ad alcuni ambienti di lavoro speciali. Con l’aumento del numero di assi aumenta anche la flessibilità del robot. Tuttavia, nelle attuali applicazioni industriali, vengono utilizzati maggiormente i robot industriali a tre, quattro e sei assi. Questo perché in alcune applicazioni non è richiesta un'elevata flessibilità, i robot a tre e quattro assi hanno un maggiore rapporto costo-efficacia e i robot a tre e quattro assi presentano anche grandi vantaggi in termini di velocità. In futuro, nel settore 3C che necessita di elevata flessibilità, i robot industriali a sette assi avranno un posto dove giocare. Con la sua crescente precisione, nel prossimo futuro sostituirà l'assemblaggio manuale di prodotti elettronici di precisione come i telefoni cellulari. Qual è il vantaggio del robot industriale a sette assi rispetto al robot industriale a sei assi? Tecnicamente, quali sono i problemi dei robot industriali a sei assi e quali sono i punti di forza dei robot industriali a sette assi? (1) Migliorare le caratteristiche cinematiche Nella cinematica del robot, tre problemi rendono il movimento del robot molto limitato. La prima è la configurazione singolare. Quando il robot si trova in una configurazione singolare, il suo effettore finale non può muoversi in una determinata direzione o applicare coppia, quindi la configurazione singolare influisce notevolmente sulla pianificazione del movimento. Il sesto asse e il quarto asse del robot a sei assi sono collineari Il secondo è il superamento dello spostamento congiunto. Nella situazione di lavoro reale, l'intervallo angolare di ciascun giunto del robot è limitato. Lo stato ideale è di più o meno 180 gradi, ma molte articolazioni non riescono a farlo. Inoltre, il robot a sette assi può evitare movimenti di velocità angolare troppo rapidi e rendere la distribuzione della velocità angolare più uniforme. Gamma di movimento e velocità angolare massima di ciascun asse del robot a sette assi Xinsong In terzo luogo, ci sono ostacoli nell’ambiente di lavoro. Nell'ambiente industriale, in molte occasioni ci sono vari ostacoli ambientali. Il tradizionale robot a sei assi non solo può modificare l'assetto del meccanismo finale senza modificarne la posizione. (2) Migliorare le caratteristiche dinamiche Per il robot a sette assi, utilizzando i suoi gradi di libertà ridondanti è possibile non solo ottenere buone caratteristiche cinematiche attraverso la pianificazione della traiettoria, ma anche utilizzare la sua struttura per ottenere le migliori prestazioni dinamiche. Il robot a sette assi può realizzare la ridistribuzione della coppia articolare, che comporta il problema dell'equilibrio statico del robot, ovvero la forza che agisce sull'estremità può essere calcolata mediante un determinato algoritmo. Per il tradizionale robot a sei assi, la forza di ciascun giunto è certa e la sua distribuzione potrebbe essere del tutto irragionevole. Tuttavia, per il robot a sette assi, possiamo regolare la coppia di ciascun giunto tramite l'algoritmo di controllo per ridurre al minimo la coppia sopportata dall'anello debole, in modo che la distribuzione della coppia dell'intero robot sia più uniforme e più ragionevole. (3) Tolleranza ai guasti In caso di guasto, se un giunto si guasta, il tradizionale robot a sei assi non può continuare a completare il lavoro, mentre il robot a sette assi può continuare a lavorare normalmente regolando la ridistribuzione della velocità del giunto guasto (tolleranza cinematica ai guasti) e la coppia del giunto guasto (tolleranza dinamica ai guasti). Robot industriali a sette assi prodotti da colossi internazionali
Sia dal punto di vista del prodotto che dal punto di vista dell'applicazione, il robot industriale a sette assi è ancora nella fase di sviluppo preliminare, ma i principali produttori hanno presentato prodotti rilevanti nelle principali fiere. Si può immaginare che siano molto ottimisti riguardo al suo potenziale di sviluppo futuro. -KUKA LBR iiwa Nel novembre 2014, KUKA ha rilasciato per la prima volta il primo robot lbriiwa sensibile alla luce da 7 DOF alla fiera dei robot della China International Industry Expo. Il robot a sette assi Lbriiwa è progettato sulla base del braccio umano. In combinazione con il sistema di sensori integrato, il robot leggero ha sensibilità programmabile e precisione molto elevata. Tutti gli assi dell'lbriiwa a sette assi sono dotati di funzione di rilevamento delle collisioni ad alte prestazioni e sensore di coppia articolare integrato per realizzare la cooperazione uomo-macchina. Il design a sette assi conferisce al prodotto KUKA un'elevata flessibilità e può facilmente superare gli ostacoli. La struttura del robot lbriiwa è in alluminio e il suo peso è di soli 23,9 kg. Sono disponibili due tipi di carico, rispettivamente da 7 kg e 14 kg, rendendolo il primo robot leggero con un carico superiore a 10 kg. -ABB YuMi Il 13 aprile 2015, all'Expo industriale di Hannover, in Germania, abb ha lanciato ufficialmente sul mercato il primo robot industriale a doppio braccio, Yumi, che realizza realmente la cooperazione uomo-macchina. Ogni singolo braccio di Yumi ha sette gradi di libertà e il peso corporeo è di 38 kg. Il carico di ciascun braccio è di 0,5 kg e la precisione di posizionamento ripetuto può raggiungere 0,02 mm. Pertanto è particolarmente adatto per l'assemblaggio di piccole parti, beni di consumo, giocattoli e altri settori. Dalle parti di precisione degli orologi meccanici alla lavorazione di telefoni cellulari, tablet e parti di computer desktop, Yumi non è un problema, il che riflette le eccellenti caratteristiche del robot ridondante, come l'espansione dello spazio di lavoro raggiungibile, la flessibilità, l'agilità e la precisione. -Yaskawa Motoman SIA YASKAWA electric, un noto produttore di robot in Giappone e una delle "quattro famiglie", ha anche rilasciato una serie di prodotti robot a sette assi. I robot della serie SIA sono robot leggeri e agili a sette assi, in grado di fornire flessibilità umanoide e accelerare rapidamente. Il design leggero e aerodinamico di questa serie di robot lo rende molto adatto per l'installazione in spazi ristretti. La serie SIA può fornire un carico utile elevato (da 5 kg a 50 kg) e un ampio campo di lavoro (da 559 mm a 1.630 mm), molto adatto per assemblaggio, stampaggio a iniezione, ispezione e altre operazioni. Oltre ai prodotti robot leggeri a sette assi, Yaskawa ha rilasciato anche il sistema di saldatura robotizzata a sette assi. Il suo elevato grado di libertà può mantenere il più possibile la postura più adatta per ottenere un effetto di saldatura di alta qualità, particolarmente adatto per la saldatura della superficie interna e ottenere la migliore posizione di approccio. Inoltre, il prodotto può avere una disposizione ad alta densità, evitare facilmente l'interferenza tra esso e l'albero e il pezzo in lavorazione e mostrare la sua eccellente funzione di evitamento degli ostacoli. -Più intelligente, più Presto mr20 Già alla fine del 2007 Na bueryue ha sviluppato il robot a sette gradi di libertà "Presto mr20". Adottando il design a sette assi, il robot può eseguire flussi di lavoro più complessi e muoversi in un'area di lavoro ristretta come un braccio umano. Inoltre, la parte anteriore del robot La coppia (del polso) è circa il doppio di quella del tradizionale robot a sei assi originale. La coppia della configurazione standard è di 20 kg. Impostando il raggio d'azione, può trasportare fino a 30 kg di articoli, il raggio d'azione è di 1260 mm e la precisione di posizionamento ripetuto è di 0,1 mm. Adottando la struttura a sette assi, mr20 può lavorare dal lato della macchina utensile durante la presa e il posizionamento dei pezzi sulla macchina utensile. In questo modo, migliora l'efficienza della preparazione e della manutenzione in anticipo. Lo spazio tra le macchine utensili può essere ridotto a meno della metà rispetto a quello di un tradizionale robot a sei assi. Inoltre, nazhibueryue ha rilasciato anche due robot industriali, mr35 (con un carico di 35 kg) e mr50 (con un carico di 50 kg), che possono essere utilizzati in spazi ristretti e luoghi con ostacoli. -Robot industriale OTC a sette assi Odish del gruppo Daihen in Giappone ha lanciato gli ultimi robot a sette assi (fd-b4s, fd-b4ls, fd-v6s, fd-v6ls e fd-v20s). Grazie alla rotazione del settimo asse, possono realizzare la stessa azione di torsione e saldatura dei polsi umani per più di una settimana; inoltre, i robot a sette assi sono umani (fd-b4s, fd-b4ls) il cavo di saldatura è nascosto nel corpo del robot, quindi non è necessario prestare attenzione all'interferenza tra il robot, l'attrezzatura di saldatura e il pezzo durante la lavorazione operazione didattica. L'azione è molto fluida e il grado di libertà della postura di saldatura è stato migliorato, il che può compensare il difetto che il robot tradizionale non può entrare nella saldatura a causa dell'interferenza con il pezzo o l'attrezzatura di saldatura. -Baxter e Sawyer ripensano la robotica Rethink Robotics è un pioniere dei robot cooperativi. Tra questi, il robot a doppio braccio Baxter, sviluppato per primo, ha sette gradi di libertà su entrambi i bracci e il raggio d'azione massimo di un braccio è di 1.210 mm. Baxter può elaborare due attività diverse contemporaneamente per aumentare l'applicabilità oppure elaborare la stessa attività in tempo reale per massimizzare l'output. Sawyer, lanciato lo scorso anno, è un robot a sette assi a braccio singolo. I suoi giunti flessibili utilizzano l'attuatore elastico della stessa serie, ma l'attuatore utilizzato nei suoi giunti è stato riprogettato per renderlo più piccolo. Poiché viene adottato il design a sette assi e il campo di lavoro è esteso a 100 mm, può completare l'attività di lavoro con un carico maggiore e il carico può raggiungere 4 kg, che è molto più grande del carico utile di 2,2 kg del robot Baxter. -Yamaha robot a sette assi serie Ya Nel 2015, Yamaha ha lanciato tre robot a sette assi "ya-u5f", "ya-u10f" e "ya-u20f", guidati e controllati dal nuovo controller "ya-c100". Il robot a 7 assi ha un asse E equivalente al gomito umano, quindi può completare liberamente flessione, torsione, estensione e altre azioni. Anche nello spazio ristretto in cui è difficile per il robot eseguire l'operazione al di sotto dei 6 assi, l'operazione e l'impostazione possono essere completate senza problemi. Inoltre, può anche realizzare la posizione tozza bassa e l'azione di avvolgimento attorno alla parte posteriore del dispositivo. Viene adottato l'attuatore con struttura cava e il cavo del dispositivo e il tubo dell'aria sono integrati nel braccio meccanico, che non interferirà con l'attrezzatura circostante e potrà realizzare una linea di produzione compatta.