Типы соединений роботов: подробное руководство. Суставы робота

Роботы и модули соединения звеньев

Робототехника, как научная и инженерная дисциплина, прошла долгий путь от первых прототипов до современных высокоразвитых машин, которые способны выполнять сложные задачи с высокой точностью и скоростью. Истоки робототехники можно проследить до средневековых механизмов и автоматонов, но настоящий прорыв произошел в 20 веке с развитием электроники и вычислительной техники.

Индустриальные роботы могут быть классифицированы по ряду критериев, включая их размеры, грузоподъемность и области применения. В данной статье мы подробно рассмотрим структуризацию роботизированных устройств по типу соединения звеньев и особенности их механической структуры.

Механические соединения в конструкции роботов являются основой для создания подвижных частей, обеспечивая способность к манипуляциям, передвижению и выполнению различных задач. От выбора их типа зависит функциональность, надежность и эффективность работы робота.

Приводы являются ключевым элементом для активации различных секций в роботизированных системах. В современной практике все более популярным становится использование моторизированных сочленений, которые представляют собой интегрированные сервоприводы типа «все в одном». Эти устройства объединяют в едином корпусе компактный серводвигатель синхронного типа, волновую передачу, устройства обратной связи, драйвер со сложной системой управления и тормозную систему.

Роботы Borunte и Han’s Robots

Компании Borunte и Han’s Robots являются одними из лидеров в области разработки промышленных роботов. Они предлагают разнообразные решения для автоматизации производственных процессов, используя передовые технологии механических соединений. Эти компании активно внедряют инновации, что позволяет их роботам быть более универсальными и эффективными.

В каталоге данных разработчиков представлены промышленные манипуляторы, коллаборативные и шарнирные модели, мобильные и автономные платформы AGV, SCARA, Дельта. Специализированные решения и роботизированная техника общепромышленного назначения.

Каталог промышленных роботов:

• Коллаборативные роботы
• Промышленные роботы манипуляторы
• Шарнирные роботы для производства
• Многоосевые системы

Составные части конструкции промышленных роботов

Конструкция промышленных роботов состоит из нескольких основных компонентов, которые работают вместе, чтобы выполнять заданные задачи:

1. Манипулятор:

• Основание: Неподвижная часть робота, которая устанавливается на рабочее место.
• Звенья (сегменты): Соединенные между собой части манипулятора, которые обеспечивают движение. Количество и тип звеньев определяют степень свободы робота.
• Суставы: Точки сочленения между звеньями, которые позволяют им двигаться в определенных направлениях (поворот, сгибание, скольжение).
• Эффектор (инструмент): Часть робота, которая непосредственно взаимодействует с объектом, например, захватные устройства (клещи, руки), сварочные горелки, фрезерные головки.

 

2. Система управления:

• Программное обеспечение: Управляет движением манипулятора, задает траекторию, скорость, точность и другие параметры работы.
• Процессор: Выполняет расчеты, анализирует данные и принимает решения.
• Память: Хранит программы, данные и настройки.
• Интерфейс: Позволяет пользователю взаимодействовать с роботом (ввод данных, мониторинг работы, программирование).

 

3. Датчики:

• Позиционные датчики: Отслеживают положение и движение звеньев робота.
• Датчики силы/момента: Измеряют усилия, прикладываемые к объекту, и регулируют движение робота.
• Визуальные датчики: Обеспечивают «зрение» робота, например, камеры для распознавания объектов, навигации.
• Датчики прикосновения: Обнаруживают контакт робота с объектом, обеспечивая безопасную работу.

 

4. Источник питания:

• Электродвигатели: Обеспечивают питание суставов и приводят в движение робот.
• Аккумуляторы: Используются для автономных роботов.
• Внешняя электросеть: Подключается к роботу через розетку.

 

5. Система безопасности:

• Ограничители движения: Защищают робот от столкновений с препятствиями.
• Датчики безопасности: Обнаруживают опасные ситуации и останавливают работу робота.
• Сигнальные устройства: Предупреждают людей о работе робота.

 

6. Вспомогательное оборудование:

• Рабочая станция: Обеспечивает рабочее место для робота.
• Транспортные системы: Перевозят материалы и детали к роботу и от него.
• Системы контроля качества: Мониторят работу робота и обеспечивают качество выполнения задачи.

 

Важно отметить, что конкретный состав конструкции может варьироваться в зависимости от типа, назначения и сложности робота.

Что такое суставы роботов?

Развитие робототехники за последние десятилетия существенно изменило промышленный ландшафт. Одним из ключевых аспектов эффективности робота являются механические соединения, которые определяют возможности движения и функциональность робота.

Движение робота происходит вокруг осей, подобных суставам человека, что и отражено в названии.

Суставы роботов — это ключевые элементы конструкции, которые позволяют роботам выполнять различные движения и манипуляции. По сути, суставы — это «точки сочленения», где две части робота соединяются. Они обеспечивают свободу движения в определенном направлении, например:

Поворот: Позволяет вращаться вокруг оси, как у плеча человека.

Сгибание/разгибание: Позволяет двигаться вверх-вниз, как у локтя человека.

Скольжение: Позволяет двигаться вперед-назад или влево-вправо, как у запястья.

Типы суставов:

• Поворотный сустав (вращательный): Позволяет вращать вокруг оси, как у плеча.
• Линейный сустав (скользящий): Позволяет двигаться вперед-назад, как телескопическая антенна.
• Сферический сустав: Сочетает в себе поворот и сгибание, как у плеча человека.
• Шарнирный сустав: Позволяет двигаться в двух направлениях, как у локтя.
• Пальцевый сустав: Используется для захвата и манипуляции предметами, как у руки человека.

Количество и тип суставов определяют:

• Степень свободы движения робота: Чем больше суставов, тем больше степеней свободы, тем сложнее движения робот может совершать.
• Тип задач, которые может выполнять робот: Например, роботы с большим количеством суставов могут выполнять более сложные операции, такие как сборка мелких деталей, хирургические операции или работы в труднодоступных местах.

Суставы являются неотъемлемой частью роботов, позволяя устройствам реализовывать разнообразные движения и поставленные задачи. Выбор типа и количества суставов зависит от конкретных целей и операций, для которых предназначен робот.

Основные типы механических соединений в промышленных роботах

Промышленные роботы используют различные типы механических соединений, чтобы обеспечить им необходимую гибкость и функциональность. Ключевыми типами данных модулей в оборудовании являются следующие:

• Револьверные (вращательные) 

Револьверные соединения позволяют вращать части робота вокруг фиксированной оси. Это один из самых распространенных типов соединений благодаря своей простоте и надежности. Примеры включают вращательные манипуляторы на конвейерных линиях.

• Призматические (линейные)

Призматические соединения обеспечивают линейное перемещение частей робота вдоль одной или нескольких осей. Этот тип используется в станках ЧПУ (числовое программное управление) для точной обработки материалов.

• Шарнирно-рычажные (сферические)

Шарнирно-рычажные соединения позволяют выполнять сложные комбинированные движения. Они часто применяются в антропоморфных роботах для воспроизведения движений человеческих конечностей.

Мы рассмотрели основные типы соединений для промышленного применения. Поворотные, или вращательные, соединения позволяют роботу вращаться вокруг оси, подобно плечу человека, линейные, или скользящие, – двигаться вперед-назад или вверх-вниз, а сферические сочетают в себе возможности поворота и сгибания, как человеческое плечо. Комбинация этих типов соединений дает роботу определенную степень свободы движения, позволяя ему выполнять сложные задачи, например, сборку, сварку, покраску или манипулирование объектами.

Суставы роботов

Принципы работы суставов в роботах

Вращательные и линейные оси роботов, его суставы, играют важную роль в обеспечении подвижности роботизированных систем. Они позволяют преобразовывать энергию приводов в механическое движение с нужной амплитудой и направлением.

Основные виды суставов: одноосевые, многоосевые

Одноосевые суставы вращаются вокруг одной оси и используются там, где требуется простое движение вперёд-назад или вверх-вниз. Многоосевые суставы способны двигаться вокруг нескольких осей одновременно, что обеспечивает большую гибкость движений.

Примеры применения различных суставов в реальных задачах

В производстве автомобилей используются многоосевые суставы для выполнения сварочных операций на сложных геометрических поверхностях кузова автомобиля. В медицине многоосевые суставы применяются для хирургических операций с минимальным вмешательством.

Различные типы роботов и используемые механические соединения

Промышленные роботы

Промышленные роботы наиболее распространены на заводах и фабриках. Они выполняют задачи сборки, сварки, окраски, упаковки и многие другие операции. Промышленные роботы часто оснащены револьверными или шарнирно-рычажными соединениями для обеспечения высокой точности и повторяемости движений.

Шарнирные роботы являются наиболее широко используемыми в промышленности. Эти устройства действительно стоят в авангарде промышленной автоматизации, их универсальность и гибкость позволяют им выполнять широкий спектр задач, от сварки до сборочных операций.

Эти роботы обладают множеством степеней свободы, как правило, от четырех до шести, что даёт им возможность имитировать движения человеческой руки с высокой точностью. Такие шарниры обеспечивают беспрецедентную подвижность в различных плоскостях и осевых направлениях, делая шарнирные роботы поистине незаменимыми на производстве.

Способность к быстрой перенастройке под различные задачи также делает данные роботизированные устройства экономически эффективными при изменении производственного процесса или при переходе на изготовление новых продуктов.

Декартовые (координатные) системы

Декартовые системы основаны на прямолинейных движениях вдоль трех ортогональных осей (X, Y, Z). Эти системы просты в управлении и программировании, что делает их идеальными для задач позиционирования и перемещения объектов по прямым траекториям.

Роботы с декартовыми координатами также могут иметь прикрепленное запястье с более легкими вращательными суставами для движения. Данный тип устройств также называют прямолинейным или портальным.

SCARA-роботы

SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) — это тип роботов с селективной гибкостью в горизонтальной плоскости. Они обладают высокой скоростью работы и точностью при выполнении сборочных операций. SCARA-роботы часто используются для монтажа электронных компонентов.

SCARA роботы — это устройства с уникальной конструкцией, которая позволяет им выполнять высокоточные движения в плоскости X-Y. Характерная особенность SCARA — два параллельных шарнирных соединения, обеспечивающих движение «вверх-вниз» и «вперед-назад». Дополнительные вращающиеся валы, расположенные на концевой части манипулятора (эффекторе), дают возможность выполнять вращательные движения. Благодаря своей точности, SCARA роботы идеально подходят для задач, где требуется аккуратное перемещение деталей, например, в сборке электроники или упаковке.

Дельта-роботы

Дельта-роботы имеют параллельную структуру кинематики с тремя рычагами, которые управляют положением платформы захвата. Эта конструкция обеспечивает высокую скорость перемещения при выполнении задач упаковки или сортировки на конвейерах.

У данного типа роботов есть разные названия: параллельный робот, робот паук.

Дельта роботы — это высокоскоростные роботы, отличающиеся от SCARA своей архитектурой. Они имеют три параллельных звена, соединенных с общей основой. Эта конструкция обеспечивает высокую маневренность, делая Дельта роботов идеальными для быстрого перемещения предметов в небольшом пространстве.

Принцип работы основан на параллелограммных или стержневых механизмах, которые обеспечивают стабильность и точность движений. Дельта роботы прекрасно подходят для задач, требующих высокой скорости и точности, например, в упаковке, сборе, а также в фармацевтической промышленности.

Сервисные роботы

Сервисные роботы предназначены для выполнения задач в сфере обслуживания: уборка помещений, доставка товаров, помощь в гостиницах и ресторанах. Их конструкции обычно включают призматические соединения для обеспечения линейных перемещений по фиксированным траекториям.

Сервисные роботы — это обширная категория устройств, которые используются для выполнения различных задач, не связанных с промышленным производством. Они работают в различных сферах и предназначены для облегчения жизни людей, предоставления услуг и выполнения определенных функций.

Вот некоторые типы сервисных роботов:

Роботы для личного использования:

• Роботы-пылесосы: Автоматически очищают полы в доме.
• Роботы-газонокосилки: Поддерживают газон в идеальном состоянии.
• Роботы-помощники по дому: Могут выполнять различные домашние задачи, такие как стирка, уборка, готовка.
• Роботы-компаньоны: Предназначены для общения, развлечения и помощи пожилым людям или людям с ограниченными возможностями.
• Роботы-игрушки: Обеспечивают детям развлечение и образование.

Роботы для профессионального использования:

• Роботы для медицинской помощи: Помогают врачам в диагностике и лечении пациентов, например, выполняют операции, доставляют лекарства, проводят реабилитацию.
• Роботы для сельского хозяйства: Используются для посева, сбора урожая, обработки почвы и других сельскохозяйственных задач.
• Роботы для обслуживания: Могут работать в сфере гостиничного бизнеса, ресторанов, магазинов, обеспечивая клиентов информацией, помогая с багажом, обслуживая столы.
• Роботы для безопасности: Используются для охраны объектов, патрулирования, мониторинга, обнаружения опасных ситуаций.
• Роботы для поисково-спасательных работ: Помогают в поисковых операциях после землетрясений, аварий, в труднодоступных местах.
• Роботы для доставки: Используются для доставки товаров, еды, почты, например, дроны для доставки.

Важно отметить, что границы между типами сервисных роботов не всегда четкие. Некоторые роботы могут выполнять функции из нескольких категорий.

Пример: Робот-пылесос может быть оснащен функциями безопасности и мониторинга, работая как робот-охранник, а робот-помощник по дому может включать в себя функции развлечения и общения, становясь роботом-компаньоном.

Сервисные роботы способны на линейные перемещения для доставки товаров или инструментов, автономно ориентироваться по помещениям и интерактивно общаться с людьми. Используя передовые технологии искусственного интеллекта и машинного зрения, эти роботы постоянно учатся и адаптируются к новым условиям работы, делая их неотъемлемой частью современной жизни.

Медицинские роботы

Медицинские роботы используются для проведения операций, диагностики и реабилитации пациентов. В их конструкциях часто используются многоосевые суставы для обеспечения высокой точности движений в ограниченном пространстве операционной или медицинского кабинета.

Медицинские роботы представляют собой передовую область технического прогресса, которая радикально изменяет подход к диагностике и лечению.

Примером таких инноваций является Da Vinci, хирургическая система-робот, позволяющая выполнять сложнейшие операции с высокой точностью и минимальным вмешательством. Ещё одна разработка — робот-терапевт PARO, выполненный в виде милого тюленя, используется для снижения стресса у пациентов с деменцией. И не менее значимый прорыв — роботизированные экзоскелеты, которые помогают людям восстановить способность к самостоятельному перемещению после травм позвоночника или инсультов.

Робот аптекарь от Han’s Robots уже доказал свою точность и эффективность.

Эти чудо-технологии становятся незаменимыми ассистентами для медицинского персонала и показывают потрясающие возможности для повышения качества жизни пациентов.

Мобильные и автономные роботы

Мобильные и автономные роботы применяются в разведке, логистике и даже космических миссиях. Они оснащаются различными типами механических соединений в зависимости от специфики выполняемых задач — от колесных или гусеничных шасси до сложных манипуляторов.

Автономные роботы могут функционировать без прямого управления человеком. Они используют датчики, алгоритмы и искусственный интеллект для принятия решений и выполнения задач самостоятельно.

Мобильные автономные системы (AGV роботы) в промышленности наиболее востребованы для логистики внутри складов или заводов: они самостоятельно перемещают грузы между различными участками производства без участия человека.

В данной статье рассмотрены различные типы механических соединений в роботах, а также их применение во многих областях деятельности: промышленность, сервисное обслуживание, медицина, мобильная робототехника.

Правильный выбор типа механического соединения критичен для достижения максимальной эффективности работы любого типа роботизированной системы.

Будущее технологий механических соединений обещает еще больше инноваций с развитием новых материалов и технологий управления движением. Это обеспечит создание более универсальных и функциональных роботизированных систем.