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人机协作技术,柔性机器人发展的方向在哪里

2020-05-14 17:33:441901
经过几十年的发展,工业机器人已经应用于不同的生产和制造环节,但仍有许多生产环节需要人工完成。机器人工人的数量占比不到人工的1%,对机器人工人的需求也远未得到满足。如果把范围扩大到更多的生产活动,例如商业、医疗康复等,这种需求就会更大。面对这些需求,机器人能解决这些问题吗?我们需要什么样的机器人?

工业机器人的优点和缺点

传统的工业机器人是基于伺服电机研发而来的。与人工相比,传统的工业机器人具有承载能力大、速度快、定位精度高等优点。其缺点是:智能程度低,在不同环境下部署不便,费时费力。协作机器人在传统工业机器人的基础上,通过减轻结构重量,限制电机的功率和速度,实现了与人在同一空间工作的安全保障,本质上是工业机器人的一个分支。

泰科协作机器人

工业机器人的控制位置,一般采用拖动示教功能,这种方法只能应用于严格结构化的场景,不能很好地处理场景中的不确定性。例如,零件装配的精度远高于机器人的位置控制精度,而单靠位置控制是无法完成装配的。手动力和手臂的灵活性,以及学习和决策能力,可以轻松完成装配动作.因此,目前工厂需要大量的零部件装配工人,工业机器人也在这一领域进行了大量的应用尝试,但难以有效地争夺人力。

如果将机器人的应用领域扩展到商业、医疗康复和其他广泛的生产活动,如康复理疗,工业机器人在这些场景中完全容易受到人类手臂的伤害。医生更多地依靠手臂力量来帮助病人完成护理动作,而传统的工业机器人很难实现对人体手臂肌肉控制的依从性。目前,传统的工业机器人仍然有大量的人工替代库存场景,但对于工业装配、广义生产活动来说,真正竞争人类手臂的能力是下一阶段机械臂的目标。


柔性机器人有什么区别?有什么好处?

传统的工业机器人虽然也可以通过末端力传感器来实现力觉控制,但受面向位置控制结构的限制,力觉闭环环节多,响应慢,拍频慢,很难与人手相比。柔性机器人在硬件和软件结构上与传统的工业机器人不同:每个关节都装有力传感器,底层控制结构由原来的位置控制变为力与位置融合控制,使机器人具有高精度的位置控制和高动态力控制。

柔性协作机器人

所谓高动态力控制,是指力的闭环频率比工业机器人高一到两个数量级,力觉响应更灵敏。同时,它可以模拟人体手臂肌肉控制的灵活性,使机器人具有处理环境不确定性的能力。例如,在构件装配场景中,可以控制相应方向上的主动柔顺,模拟人手的位置偏差,进行柔顺装配。例如复杂曲面磨削,柔性机器人位置控制在前进方向,力控制在磨削压力方向,并通过机械臂的柔性调整,自适应曲面弯曲变化,这与手动操作的特点是一致的。

依托高动态力控制技术,可以全面提升当前合作机器人的特点:比如通过灵敏的力感知,机器人可以更轻便的拖动教学,甚至直接拖动机器人写毛笔字,使机器人更易于使用。通过高灵敏度的外力碰撞检测,人机合作更加安全。

如果将人工智能与人脑决策相比较,机器人手臂的运动控制类似于小脑和肢体的控制,只是由位置控制的肢体不协调。力觉和灵活性的加入,为上层智能提供了更强的平台支持,可以加速人工智能在广义生产活动中的落地。

通过上述核心技术特点,柔性机器人可以解决传统工业机器人在生产、装配等方面的应用短板,并可以扩展到辅助医疗、商业服务等更广泛的场景。

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