Mit der rasanten Entwicklung der Robotikindustrie wurden Industrieroboter in verschiedenen Branchen weit verbreitet eingesetzt, von der Materialhandhabung bis zur Maschinenwartung, vom Schweißen bis zum Schneiden, von der Montage bis zum Spritzen. Wir haben festgestellt, dass diese Industrieroboter unterschiedliche Formen und funktionale Leistungen haben. Was bestimmt also die Flexibilität und den Einsatzbereich von Industrierobotern? Dieses Problem ist ziemlich komplex. Es gibt jedoch einen Schlüsselfaktor, der die Flexibilität und den Bewegungsbereich von Robotern maßgeblich bestimmt: den Freiheitsgrad von Industrierobotern, allgemein bekannt als die Anzahl der Achsen.
Welche Freiheitsgrade haben Industrieroboter?
Er wird normalerweise als technischer Indikator für Roboter verwendet und spiegelt die Flexibilität von Roboteraktionen wider. Er kann durch die Anzahl der linearen Bewegungen, Schwingungen oder Drehungen der Achse dargestellt werden. Die Anzahl der Gelenke, die ein Robotermechanismus unabhängig bewegen kann, wird als Freiheitsgrad des Robotermechanismus bezeichnet, abgekürzt als Freiheitsgrad, der als DOF abgekürzt wird. Die derzeitige Steuerungsmethode von Industrierobotern besteht darin, jedes Gelenk am Roboterarm als separaten Servomechanismus zu behandeln, d. h. jede Achse entspricht einem Server, und jeder Server wird über einen Bus gesteuert, der von der Steuerung gesteuert und koordiniert wird .
IS08373 erklärt Industrieroboter wie folgt: „Roboter verfügen über automatische Steuerung, Neuprogrammierbarkeit und Mehrzweckfunktionen. Der Roboterbediener verfügt über drei oder mehr programmierbare Achsen. In industriellen Automatisierungsanwendungen kann die Basis des Roboters fest oder beweglich sein. Das ist ersichtlich.“ Die Anzahl der Achsen von Industrierobotern ist ein wichtiger technischer Indikator.
Der Einsatz von Robotern mit unterschiedlichen Freiheitsgraden in der Industrie
Die Anzahl der Roboterachsen bestimmt seinen Freiheitsgrad. Ist es besser, mehr Freiheitsgrade zu haben? Je mehr Freiheitsgrade es gibt, desto näher kommt es der Handlungsfunktion der menschlichen Hand und desto besser ist seine Vielseitigkeit. Allerdings gilt: Je mehr Freiheitsgrade, desto komplexer die Struktur und desto höher sind die Gesamtanforderungen an Roboter, was im Roboterdesign einen Widerspruch darstellt. Mit zunehmender Achsenzahl steigt auch die Flexibilität des Roboters. In aktuellen industriellen Anwendungen werden jedoch am häufigsten Drei-Achsen-, Vier-Achsen-, Fünf-Achsen-Doppelarm- und Sechs-Achsen-Industrieroboter verwendet, und die Auswahl der Anzahl der Achsen hängt normalerweise von der spezifischen Anwendung ab. Dies liegt daran, dass in einigen Anwendungen keine hohe Flexibilität erforderlich ist, während Drei- und Vier-Achsen-Roboter eine höhere Wirtschaftlichkeit aufweisen und Drei- und Vier-Achsen-Roboter auch erhebliche Geschwindigkeitsvorteile aufweisen. Wenn es nur um einige einfache Anwendungen geht, wie zum Beispiel das Aufnehmen und Platzieren von Teilen zwischen Förderbändern, dann ist ein vierachsiger Roboter ausreichend. Wenn der Roboter auf engstem Raum arbeiten muss und der Roboterarm sich drehen und umkehren muss, ist ein Roboter mit sechs oder sieben Achsen die beste Wahl.
Derzeit sind sechsachsige Roboter im industriellen Bereich am weitesten verbreitet. Ein Industrieroboter mit sechs Gelenken ist einem menschlichen Arm sehr ähnlich, mit Teilen, die den Schultern, Ellbogen und Handgelenken entsprechen. Seine „Schultern“ sind meist auf einer festen Grundkonstruktion montiert. Die Funktion eines menschlichen Arms besteht darin, die Hand in verschiedene Positionen zu bewegen, während die Funktion eines sechsachsigen Roboters darin besteht, den Endeffektor zu bewegen und am Ende des Roboterarms verschiedene Aktoren anzubringen, die für bestimmte Anwendungsszenarien geeignet sind, wie etwa Greifer, Sprühlampen, Bohrer und Sprühgeräte, um verschiedene Arbeitsaufgaben zu erledigen.
Kürzlich haben verschiedene Roboterhersteller die neuesten kollaborativen Mensch-Maschine-Roboter auf den Markt gebracht, die fast alle Industrieroboter mit sieben Achsen und redundantem Freiheitsgrad verwenden. International renommierte Roboterhersteller haben Anstrengungen unternommen, neue Produkte für siebenachsige Roboter auf den Markt zu bringen, um den neuen High-End-Markt zu erobern. Im Vergleich zu herkömmlichen vier- und sechsachsigen Industrierobotern ist der Unterschied bei den Produkttypen und dem Umsatzanteil jedoch derzeit sehr groß.
Der Entwicklungstrend redundanter Freiheitsgradroboter
Sechs Freiheitsgrade sind die Mindestanzahl an Freiheitsgraden, die eine räumliche Positionierung ermöglichen. Roboter mit mehr als sechs Achsen werden zusammenfassend als Roboter mit redundanten Freiheitsgraden bezeichnet. Die Forschung zur Roboterkinematik zielt darauf ab, die Bewegung oder Drehung jedes Gelenks zu lösen, wenn der Endeffektor des Robotermanipulators eine bestimmte Position im Raum erreicht, was den Grundstein und Schlüssel der gesamten Robotik darstellt. Mit der rasanten Entwicklung der menschlichen Zivilisation müssen Roboter Aufgaben in vielen Industrie-, Höhen-, Tiefsee-, Atommüll- und gefährlichen Arbeitsumgebungen erledigen. Dies stellt höhere Anforderungen an die Zuverlässigkeit, Bedienbarkeit und Intelligenz der Roboterbewegungssteuerung. Da ihre Genauigkeit in Zukunft weiter zunimmt, werden Roboter mit redundantem Freiheitsgrad weitere Vorteile bei der Vermeidung von Hindernissen, der Überwindung singulärer Punkte, der Flexibilität und der Fehlertoleranz haben. Angesichts komplexer Arbeitsumgebungen und sich ständig ändernder Arbeitsanforderungen werden Industrieroboter mit redundanten Freiheitsgraden mehr Einsatzmöglichkeiten haben. Ich glaube, dass es in naher Zukunft die manuelle Arbeit durch präzisere Operationen ersetzen wird.