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再设计:让机器人拥有灵巧的手臂

2015年12月18日 11:50中国机床商务网点击:4509

  【中国机床商务网 机床上下游】机器人总是这么一个奇特的存在,影视中万能,现实中呆萌。
  
  你想象中的机器人是这样的,他能力超群,上天入地,无所不能。
  
  或是这样的,她颜值爆表,温柔体贴,善解人意。
  
  但现实中,他们大多是这样的,
  

 

  应用最广泛、最成熟的是工业机器人,主体就是机械手臂。
  
  或是这样的,最近发展很快的服务机器人,能端茶递水、打扫卫生。
  

 
  最多是这样的,亮相2015世界机器人大会的日本美女机器人,用柔软的硅胶做成皮肤,外貌酷似真人,具有眨眼、微笑、皱眉等65种不同的面部表情,并且可以像真人一样发声、对话和唱歌,是当前仿人类机器人中的巅峰之作。据称,这款女性机器人可在医院从事护理患者的工作。
  
  关于机器人,一个流行的话题是机器人终究会统治世界,奴役人类,经典影视作品如《终结者》。
  
  机器人统治世界?个人总觉得还很遥远。说点不遥远的,机器人取代人力,替代生产线上从事简单、重复、高强度劳动的工人正在成为现实。
  
  在制造业成本飙升的压力下,采用机器人降低成本已经成为不少企业的选择。由于机器人可以全天候生产,而且生产精度高,废品率大幅降低,这大大提高了生产效率,适应了工业转型升级的需要。据了解,售价为三十余万元人民币的机器人投入使用后,通常几年的时间就可收回成本。
  
  机器人目前在结构化工作环境下做程序化、规定性动作,真正需要灵巧性的环境,机器人捉襟见肘。某专家表示,机器人用来触碰世界的双手的发展速度不及它们“大脑”中的计算机。机器人的“大脑”正以极快的速度发展,高性能和不断下降的价格就是体现。最大的问题是完成工作所用的手臂。
  

 
  典型的工业机器人一般是由机座、腰部、大臂、小臂、腕部和手部联接而成,这种机器人结构简单,控制容易,响应快,成本低,在工业中应用最广泛。其中臂部相当于人的大臂小臂,是主要执行部件,带动腕部和手部按一定轨迹运动。机器人的主要运动是由臂与腕的运动来实现的,臂部运动用于完成主运动,腕部运动用于调整手部在空间的姿态。
  
  基于突破性的铸造工艺和工程仿真技术,安世亚太联合苏氏集团,对机器人手臂进行再设计,在刚度、强度保持不变的情况下,大大提高了手臂的轻便型、灵活性、精度和可靠性,同时,减重后电机的驱动功率要求更低,使运营能耗大幅降低。
  
  机器人大臂结构再设计
  
  采用精铸铝合金结构代替钢板焊接结构,基于对结构强度/刚度的要求而改变各部位材料厚度及加强筋结构形式,大臂质量由126.1Kg减小到50.25Kg,减重达60%,大幅度减低机器人驱动功率,节省用户使用成本,再设计结构的静强度指标(屈服强度安全系数和抗拉强度安全系数等)与原始结构保持基本一致,动/静刚度均有提高,从而有助于提高定位精度、对编程轨迹的跟踪精度、以及系统稳定性等关键性能指标。再设计结构摒弃了所有容易产生失效问题的焊接部位,极大提高了整个大臂结构在长期运行条件下的可靠性。
  



 
  机器人小臂结构再设计
  
  采用精铸铝合金结构代替钢板焊接结构,基于对结构强度/刚度的要求而改变各部位材料厚度及加强筋结构形式,小臂质量由79.9Kg减小到43Kg,减重达46%,在结构静强度指标上,再设计结构强度的安全系数分别比原始结构有较大幅度的提高,静刚度与固有频率比原始结构有提升,从而有助于提高系统稳定性、减小定位时的超调量、缩短达到稳定状态的时间等关键性能指标,提升机器人的使用性能。与机器人大臂一样,摒弃了所有容易产生失效问题的焊接部位,整个小臂结构在长期运行条件下的可靠性将会得到极大的提高。
  



 
  经过再设计的机器人手臂,重量减少了很多,操控精度、稳定性和可靠性得到了极大的提升,使得整个机器人的动作更加灵巧、精准,同时,减重后电机的驱动功率要求更低,这样成本和能耗也更低了,可以在更多的领域发挥作用。这就是再设计的魅力,为任何一个工业品的质量提升和创新打开了一扇巨大的窗户。
(来源:机经网)

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