干货 | 一文概述工业机器人控制技术

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我国工业机器人市场主要集中在汽车、汽车零部件、摩托车、电器、工程机械、石油化工等行业。中国作为亚洲第三大工业机器人需求国,市场发展稳定,尤其是在汽车及其零部件制造领域,工业机器人的应用尤为广泛。随着我国产业结构调整升级不断深入和国际制造业中心向中国的转移,我国的机器人市场将进一步扩大,市场扩展速度也将进一步加快。

工业机器人控制技术

工业机器人控制技术是机器人技术的核心,主要任务是控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作时间等。这种技术具备编程简单、软件操作友好、人机交互界面直观、在线操作提示清晰、使用便捷等特点。

关键技术包括:

  • 开放性模块化控制系统架构:采用分布式CPU计算机结构,包括机器人控制器(RC)、运动控制器(MC)、光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示教盒等。机器人控制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通信。主计算机完成机器人的运动规划、插补、位置伺服、主控逻辑、数字I/O和传感器处理等功能,编程示教盒则负责信息显示和按键输入。

  • 模块化层次化控制器软件系统:基于开源的实时多任务操作系统Linux,采用分层和模块化设计,实现软件系统的开放性。整个控制器软件系统分为三个层次:硬件驱动层、核心层和应用层。每个层次对应不同的功能需求,由若干个功能模块组成,这些模块相互协作共同实现该层次的功能。

  • 故障诊断与安全维护技术:通过多种信息手段,对机器人故障进行诊断,并进行相应维护,这是保障机器人安全性的关键技术。

  • 网络化机器人控制器技术:随着机器人应用工程由单台机器人工作站向机器人生产线发展,控制器的联网技术变得越来越重要。控制器具有串口、现场总线和以太网的联网功能,便于对机器人生产线进行监控、诊断和管理。

移动机器人(AGV)

移动机器人(AGV)是工业机器人的一种类型,由计算机控制,具有移动、自动导航、多传感器控制、网络交互等功能,广泛应用于机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业的柔性搬运、传输等功能。此外,AGV还用于自动化立体仓库、柔性加工系统、柔性装配系统(以AGV作为活动装配平台),以及车站、机场、邮局的物品分拣等。

关键技术包括:

  • 弧焊机器人系统优化集成技术:弧焊机器人采用交流伺服驱动技术以及高精度、高刚性的RV减速机和谐波减速器,具有良好的低速稳定性和高速动态响应,并可实现免维护功能。

  • 协调控制技术:控制多机器人及变位机协调运动,既能保持焊枪和工件的相对姿态以满足焊接工艺的要求,又能避免焊枪和工件的碰撞。

  • 精确焊缝轨迹跟踪技术:结合激光传感器和视觉传感器离线工作方式的优点,采用激光传感器实现焊接过程中的焊缝跟踪,提升焊接机器人对复杂工件进行焊接的柔性和适应性,结合视觉传感器离线观察获得焊缝跟踪的残余偏差,基于偏差统计获得补偿数据并进行机器人运动轨迹的修正,在各种工况下都能获得最佳的焊接质量。

弧焊机器人

弧焊机器人主要应用于各类汽车零部件的焊接生产。国际大型工业机器人生产企业主要以向成套装备供应商提供单元产品为主。本公司主要从事弧焊机器人成套装备的生产,根据各类项目的不同需求,自行生产成套装备中的机器人单元产品,也可向大型工业机器人企业采购并组成各类弧焊机器人成套装备。在该领域,本公司与国际大型工业机器人生产企业既是竞争亦是合作关系。

关键技术包括:

  • 激光加工机器人结构优化设计技术:采用大范围框架式本体结构,在增大作业范围的同时,保证机器人精度。

  • 机器人系统的误差补偿技术:针对一体化加工机器人工作空间大、精度高等要求,并结合其结构特点,采取非模型方法与基于模型方法相结合的混合机器人补偿方法,完成几何参数误差和非几何参数误差的补偿。

  • 高精度机器人检测技术:将三坐标测量技术和机器人技术相结合,实现了机器人高精度在线测量。

  • 激光加工机器人专用语言实现技术:根据激光加工及机器人作业特点,完成激光加工机器人专用语言。

  • 网络通讯和离线编程技术:具有串口、CAN等网络通讯功能,实现对机器人生产线的监控和管理,并实现上位机对机器人的离线编程控制。

激光加工机器人

激光加工机器人是将机器人技术应用于激光加工中,通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业。该系统通过示教盒进行在线操作,也可通过离线方式进行编程。该系统通过对加工工件的自动检测,产生加工件的模型,继而生成加工曲线,也可以利用CAD数据直接加工。可用于工件的激光表面处理、打孔、焊接和模具修复等。

关键技术包括:

  • 真空机器人新构型设计技术:通过结构分析和优化设计,避开国际专利,设计新构型满足真空机器人对刚度和伸缩比的要求。

  • 大间隙真空直驱电机技术:涉及大间隙真空直接驱动电机和高洁净直驱电机开展电机理论分析、结构设计、制作工艺、电机材料表面处理、低速大转矩控制、小型多轴驱动器等方面。

  • 真空环境下的多轴精密轴系设计:采用轴在轴中的设计方法,减小轴之间的不同心以及惯量不对称的问题。

  • 动态轨迹修正技术:通过传感器信息和机器人运动信息的融合,检测出晶圆与手指之间基准位置之间的偏移,通过动态修正运动轨迹,保证机器人准确地将晶圆从真空腔室中的一个工位传送到另一个工位。

  • 符合SEMI标准的真空机器人语言:根据真空机器人搬运要求、机器人作业特点及SEMI标准,完成真空机器人专用语言。

  • 可靠性系统工程技术:在IC制造中,设备故障会带来巨大的损失。根据半导体设备对MCBF的高要求,对各个部件的可靠性进行测试、评价和控制,提高机械手各个部件的可靠性,从而保证机械手满足IC制造的高要求。

洁净机器人

洁净机器人是一种在洁净环境中使用的工业机器人。随着生产技术水平不断提高,其对生产环境的要求也日益苛刻,很多现代工业产品生产都要求在洁净环境进行,洁净机器人是洁净环境下生产需要的关键设备。

关键技术包括:

  • 洁净润滑技术:通过采用负压抑尘结构和非挥发性润滑脂,实现对环境无颗粒污染,满足洁净要求。

  • 高速平稳控制技术:通过轨迹优化和提高关节伺服性能,实现洁净搬运的平稳性。

  • 控制器的小型化技术:根据洁净室建造和运营成本高,通过控制器小型化技术减小洁净机器人的占用空间。

  • 晶圆检测技术:通过光学传感器,能够通过机器人的扫描,获得卡匣中晶圆有无缺片、倾斜等信息。

本文来源: 图灵汇 文章作者: 前沿君