20kg为何成为大负载协作机器人技术分水岭?

2024-04-25 104

2024汉诺威工业博览会如火如荼进行中,各家都拿出看家本领“秀肌肉”。节卡机器人展示的JAKA Zu 20新品和适配西门子SRCI的汽车大工件涂胶应用,吸引了现场CCTV 2中央财经频道的记者,报道时长将近2分钟。


SRCI(Standard Robot Command Interface)是PLC控制机器人的新标准,该接口允许在PLC中直接对机器人进行编程和控制。节卡机器人是国内首家获得SRCI认证的协作机器人企业,其适配SRCI的意义非常重大。


因为西门子是自动化市场中第一家,也是目前唯一一家支持 SRCI 的 PLC 供应商,而国际头部新能源、汽车等厂商的自动化产线通常用PLC实现,这意味着节卡机器人不仅融入了西门子生态,且融入了全球工业制造头部厂商的供应链体系


对全球工业用户而言,机器人适配SRCI后,用户无需再针对不同厂商机型切换HMI、重复编程,可在统一的操作和工程环境中,可通过西门子PLC直接控制各家机器人,从而节省编程和调试时间。


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节卡机器人在本次展会全球首发首展的JAKA Zu 20也表现出非凡的实力,我们通过调研得知,在行业更大负载的(协作)机器人不断推陈出新的过程中,制造业对20kg的需求仍旧强劲,20kg负载的协作机器人未来市场潜力大,且具有不可替代性。


客户需求下的持续创新


在协作机器人市场占有率持续提升的过程中,负载提升是一个明显的趋势。因为虽然传统的轻负载协作机器人被设计为在共享工作空间中与人类一起安全地工作,但它们的有效负载能力通常有限,无法更高效率处理某些工序。在某些安全搬运较重的物体或材料的情况下,必然需要更大有效负载的协作机器人。


相比沿用工业机器人构型的协作机器人,节卡的大负载协作机器人更高效、更全面、更省心,表现出强大安全性、易用性、场景可拓展性特点。


部分工业应用中需要的是一款既安全又可靠的高负载协作机器人,如汽车零部件、大型家电产品等行业各种重型工件的搬运、组装和加工任务中,机器人需要精确地将工件搬运到指定位置,或者精确地执行组装操作。这不仅对机器人的精度提出了要求,同时由于处理的是重型工件,所以机器人的负载能力也是一个关键因素。但在人机距离更近、有效负载更高或机器人速度更高的情况下,安全性又是大负载机器人的一个关键瓶颈。


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20KG的负载能力才能使得机器人能够轻松应对这些任务,提高了生产效率和准确性,同时,20KG负载对于安全性也是一个合理的选择。因为正如前文所言,协作机器人需要与人类操作员紧密合作,因此它们必须能够在保证安全的前提下完成各种任务。20KG负载的机器人不仅具有足够的负载能力,而且可以在保证安全的同时,与人类操作员协同工作,共同完成复杂任务。


例如,在汽车制造、航空航天、物流和重型机械等行业,可能需要工程师快速能够提升和操纵较大部件或有效负载的协作机器人,但又需要通过结合先进的安全功能,例如力限制技术、速度监控以及检测人类存在并做出反应的能力,这样机器人才可以在协作环境中安全作业。20KG负载的机器人通常相对具有较高的部署灵活性,可接受的自重,使得它们能够适应不同场景和任务的需求。将20KG左右负载的协作机器人集成到工作流程中,企业也可以更加放心实现更高的效率、生产力和灵活性,同时保持安全的工作环境。


可以发现,随着各行业不断采用自动化技术并寻求优化流程的方法,在3C电子、重型、大尺寸型工件的加工、搬运、焊接、涂胶、码垛、包装等行业,如装配、检测、包装等场景已经对能够处理较重有效负载的机器人的需求不断增长。但应用多样化的同时,工厂往往又想保持安全和协作能力,这是当前这些场景对于高负载协作机器人提出的典型需求。


“六边形战士”表现如何?


节卡机器人等协作机器人企业就发现了这一自动化过程中的新趋势,并将大负载机器人进行了相对应的落地实践。


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节卡机器人最新发布的JAKA Zu 20产品,不仅有着更大的有效负载,而且机器人有着1780mm的长臂展,以及1.5 m/s的TCP速度,码垛场景实际节拍可达到8-10箱/min,可以通过高节拍处理更重的负载物品,更有效地执行任务来提高生产力。


例如在制造和物流等吞吐量和效率至关重要的行业中,进行重型物料搬运、机器维护和装配等任务时,企业就可以使用JAKA Zu 20这类大负载的协作机器人,一方面满足自动化生产线或仓库等环境中基础搬运需求,另一方面通过机器人的灵活高速部署,将应用范围变得多样化,使企业能够瞄准具有特定自动化要求的客户。


例如在日化食品等行业,JAKA Zu 20机器人可以自主完成货物的分拣、搬运和运输等任务,不仅能精确地识别货物、准确地定位货物的位置,并且有足够的负载能力来搬运不同重量的货物。


节卡机器人还发现,在部分场景中,企业选择采购20KG负载的机器人,是为了增强机器人的功能性,从而带来向下场景兼容性。由于具有更大有效负载的机器人在精度上保持了较好水平,在自动化任务中能提供更大的多功能性。


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例如节卡机器人的JAKA Zu 20产品,有着±0.05mm的重复定位精度,使企业能够实现以前使用较轻的协作机器人无法实现的流程自动化。这种多功能性使机器人能够部署在更广泛的应用中,从而提高其对客户的整体效用。


此外,农业、消防救援、航空航天、海洋勘探、建筑施工等领域也对机器人的精度和负载能力有需求,机器人大讲堂认为,大负载机器人能够更加适应这些场景。例如,在农业领域,机器人不仅需要精确地播种、施肥和收割,而且最好能充当搬运工具;而在消防救援领域,机器人则需要承载救援设备并精确地定位火源或被困人员,这对于大负载高精度协作机器人提出了更多的挑战。


类似医疗等场景中,除了负载、精度,还需要高防护等级,从而抵挡如高湿度、油类、切削液等环境,节卡JAKA Zu 20产品IP65防护等级,无疑是行业20KG负载机器人中的“六边形战士”。


难题与创新解决方案


但是大负载协作机器人存在着本质性的难题,因为当机器人充当工件支架进行码垛搬运等工序时,机器人的设计必须考虑到安全接触,需要厂商寻找更合适的方法减少机器人惯性、防止边缘碰撞以及减少接触刚度。


在这种情况下,不仅需要更大、更强的机器人运动结构,而且需要机器人具有更高的惯性控制能力。从技术角度而言,20kg以上负载的机器人通常配备较高齿轮比的电机,由于较高的扭矩传动系统变速箱摩擦增加,齿槽效应和扭矩脉动效应较高,限制了对外力的敏感度,因此带来了非常大的安全挑战。


由于自重大惯性较高,安全要求也更加严格。同时,有效载荷的提升不仅引入重力载荷概念,而且可能具有其搬运物体自身的动态特性,即在较低频率下的显着振荡,这可能会错误地触发碰撞检测。


不仅如此,惯性特性对动态模型有很大影响。因为随着重量的增加,机器人的惯性开始变得难以克服,使得传统模型的可靠性降低。传感器灵敏度过高、过低都会阻碍了应用所需的精度。


如何保持负载、精度、安全性的平衡,20KG负载首先是一个分出实力高低的分水岭。


节卡机器人综合各项指标发现,大负载协作机器人需要具备几个关键特性,以确保其有效性、安全性以及广泛的工业应用的适用性。


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首先,安全性对于协作机器人来说必然至关重要,尤其是在处理更大的有效负载时。JAKA Zu 20机器人产品包含先进的安全功能,力和扭矩传感器、碰撞检测符合 ISO 10218 和 ISO/TS 15066 等安全标准。安全级软件和硬件对于确保机器人能够与人类一起安全工作至关重要。


同时,JAKA Zu 20大负载协作机器人保持了节卡机器人安全可靠的特性,不仅能对环境的变化(包括人类或障碍物的存在)敏感并做出响应,而且通过采用时间最优的轨迹算法提升了产品节拍。且JAKA Zu 20可快速检测意外事件并做出反应,并通过减速、停止或调整轨迹来避免碰撞或不安全情况,灵敏度和响应能力居前。


其次,在处理较大的有效负载时,精度和准确度对于有效执行任务至关重要。节卡机器人JAKA Zu 20产品具有高重复性和位置精度,能确保精确操纵物体并随着时间的推移保持一致的性能。


最后,大负载高精度意味着机器人能够承受工业环境的要求,并在较长时间内提供可靠的性能。JAKA Zu 20产品背后意味着节卡机器人在电机、齿轮和轴承等部件具备了更强的耐用性和可靠性,坚固耐用重型应用。


不仅如此,为了适应更多场景需求,大负载协作机器人的灵活性和开放性对于适应各种任务和工作流程也非常重要。


JAKA Zu 20产品保持了简单易用特性,支持一系列臂端工具选项,并能够以最少的重新编程或设置时间执行多项任务。同时,用户友好的界面和编程功能对于简化部署和操作至关重要,JAKA Zu 20就具有直观的编程界面、图形用户界面和软件平台,非常方便具有不同技术专业水平的工程师轻松设置、编程和维护。而且JAKA Zu 20能与工作空间内现有的安全系统和基础设施无缝集成,这包括与安全传感器、紧急停止系统和安全监控设备的接口,以确保协作环境中的安全操作,实现更广泛生态的扩展。