為什么要這款大負載協作機器人？

發布時間：2021-07-16 16:42:03 作者：顯揚科技

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知名電器生產經理說：“我們在產線上，部署了節卡協作機器人JAKA Zu 12，運行效果遠超預期。JAKA Zu 12在臂展如此長的情況下，末端定位精度還這么高，并且末端運行超平穩、占地面積小、安全性高，不僅提高了生產過程的自動化程度，還改善了作業人員的工作環境。”

對傳統機器人來說，大負載的機器人控制難度會更大，這極大影響了機器人的效率和穩定性。其主要原因如下：

• 機器人在低速區，靜摩擦、動摩擦轉矩切換的時候，輸入軸在勻速轉動，輸出軸可能呈現出一快一慢的跳躍式運動，而且負載越重，正壓力、摩擦力都會增大，“爬行”現象還會表現得更明顯。

• 傳統的機器人編碼器安裝在減速機輸入側，但是減速機多少都有背隙，隨著臂展的變長，背隙造成末端點位的偏差也會隨之放大。

• 機器人連桿截面的扭轉剛度是一定的，隨著臂展的變長，末端的扭轉角度加大，這會降低整個機械傳動鏈的諧振頻率，進而影響到伺服的控制帶寬，降低了控制性能、精度。

• 實際應用中，大負載機器人隨著慣量增大，系統的固有頻率降低，響應速度變慢，穩定性變差，超調量變大。

• 機器人沒有主動安全防護功能。

為解決上述痛點，節卡機器人自主研發了如下三大核心技術：

【01 雙編碼器全閉環控制】

JAKA Zu 12產品經理說：“在設計JAKA Zu 12的過程中，我們特別著重它的工作范圍、有效負載和運行性能。JAKA Zu 12自重41kg，負載可達12kg，工作半徑1327mm，采用高性能的結構設計及先進的伺服技術，具有更安全、高負載、高精度的優勢。”

節卡機器人伺服驅動器采用高分辨率的雙編碼器全閉環控制策略，在減速機輸入、輸出側各安裝一個編碼器，內環保證動態跟蹤，外環實現精準定位。這樣減速機的背隙、摩擦力變化導致的跳動，都處于位置閉環之內，既提高了精度的問題，又解決了“爬行”的問題；在減速機輸出側，能夠實現高達±0.002°機械角的單軸點位控制精度，JAKA Zu 12的重復定位精度高達0.024mm。

【02 動力學轉矩前饋】

基于節卡機器人動力學控制功能，在任何負載、速度、姿態下，都可以預測出各個關節應該輸出的力矩。

通過動力學轉矩前饋，疊加伺服本身的閉環控制，實現高精度閉環控制；這種控制策略的優勢，就在于通過準確的動力學模型來保證位置的跟蹤，從而削弱機械諧振頻率、慣量匹配問題對控制的影響。

得益于此，JAKA Zu 12可以在正裝、側裝、倒裝的底座上進行作業，對部署環境的要求更低，而對底座的剛度要求，也遠沒有傳統機器人高。

【03 安全控制策略-力矩限制 & 碰撞檢測】

傳統機器人一般只做位置控制，沒有碰撞檢測安全功能，所以當高負載機器人在運動過程中，一旦碰到人，會非常危險。

節卡機器人支持輸出力矩限制和碰撞檢測的功能，在對機器人的輸出力矩進行限制的同時，還可以實現位置控制。

如果機器人與周圍環境發生碰撞，機器人會迅速停止，并往反方向進行反彈，這樣可以把碰撞造成的傷害降到最低；同時，發生碰撞后，用很小的外力還可以推動機器人，這樣即便有人被機器人卡住，還可以保證人身安全。