Robot là gì?
Robot công nghiệp là robot để thực hiện các nhiệm vụ và phát triển chúng. Những robot này đóng vai trò nổi bật trong mọi lĩnh vực công nghiệp bao gồm hàn, xử lý, lắp ráp và sơn, cũng như xử lý và chuyển giao, v.v., trong phòng sạch dành cho màn hình tinh thể lỏng và EL hữu cơ, sản xuất chất bán dẫn, v.v.
Gần đây, robot đã mở rộng sức hấp dẫn và sự hiện diện không chỉ trong công nghiệp mà còn trong các lĩnh vực khác bằng cách nâng cao tốc độ, cải thiện độ chính xác, phản ứng với các chuyển động phức tạp và tăng cường các chức năng an toàn để cùng tồn tại với con người. Sự phát triển của robot tham gia tích cực vào các lĩnh vực gần gũi hơn với con người sẽ tiếp tục phát triển trong tương lai.
Các thành phần của Robot
Robot công nghiệp bao gồm “bộ điều khiển” di chuyển và thực hiện các nhiệm vụ, “bộ điều khiển” kích hoạt và điều khiển bộ điều khiển và “mặt dây chuyền lập trình” dạy chuyển động của bộ điều khiển.
Cấu trúc và đặc điểm của Robot công nghiệp
Robot công nghiệp là gì?
Theo Tiêu chuẩn Công nghiệp Nhật Bản (JIS), Robot công nghiệp được định nghĩa là “những cỗ máy có tính năng thao tác hoặc chức năng di động được điều khiển tự động, có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau thông qua một chương trình và được sử dụng cho mục đích công nghiệp”.
Nói cách khác, robot công nghiệp được xác định không phải theo hình dạng mà theo chức năng rộng của chúng.
Robot công nghiệp làm những công việc gì?
Mục đích của robot công nghiệp là lặp đi lặp lại hành động “di chuyển nhanh chóng và hiệu quả các công cụ chung phù hợp với một nhiệm vụ cụ thể đến vị trí thực hiện nhiệm vụ đó”.
Ví dụ, trong thao tác hàn hồ quang, cần có mỏ hàn (dụng cụ) gắn vào đầu robot (tay máy) để di chuyển nhanh và chính xác đến vị trí hàn từ khi bắt đầu công việc hàn đến vị trí kết thúc. hướng dẫn được đưa ra cho thiết bị hàn.
Đối với công việc xử lý, dụng cụ gắp đồ được gắn vào đầu robot (tay máy) được hướng dẫn di chuyển đến vị trí đặt đồ cần di chuyển, nhặt và di chuyển đến vị trí được chỉ định. xác định nơi công cụ giải phóng chúng một cách nhanh chóng và chính xác.
Vì những mục đích này, rô-bốt công nghiệp cần được trang bị những khả năng cơ bản về tốc độ—để di chuyển nhanh—cũng như độ chính xác—để dừng ở vị trí chính xác cần thiết và đảm bảo rằng chúng không dao động khi đang di chuyển cũng như về chiều rộng. đối với những khu vực khả thi.
Các loại robot công nghiệp
Việc chế tạo một robot sẽ khác nhau tùy thuộc vào tầm quan trọng đặc biệt của nó—cho dù đó là tốc độ, độ chính xác hay bề rộng.
Các loại Robot công nghiệp chính là Descartes; hình trụ; cực; khớp nối ngang; Khớp nối dọc; và liên kết song song. Hãy để chúng tôi giới thiệu về đặc điểm của họ.
Cartesian Robots
Robot Descartes có cấu trúc đơn giản gồm hai hoặc ba trục trượt trong đó các trục trượt được nối với nhau. Mặc dù chúng không thể thực hiện các chuyển động phức tạp nhưng mức độ chính xác của chúng cao và dễ điều khiển, khiến chúng thích hợp để sử dụng trong lĩnh vực bán dẫn, chăm sóc sức khỏe hoặc hóa chất cho các nhiệm vụ như lắp ráp các bộ phận nhỏ hoặc trang bị mạch điện tử.
Cylindrical and Polar Robots
Polar Robots
Cylindrical Robots
Robot hình trụ và cực bao gồm các cấu trúc lần đầu tiên được sử dụng cho robot công nghiệp trong những năm đầu. Mặc dù lĩnh vực hoạt động của chúng rất rộng nhưng chúng không phù hợp lắm với những nhiệm vụ phức tạp đòi hỏi chúng phải di chuyển vòng vèo. Cánh tay của Robot hình trụ quay theo chiều dọc và mở rộng cũng như co lại từ trục quay. Trong khi đó, cánh tay của Polar Robots di chuyển theo chiều dọc, mở rộng và co lại từ trục quay.
Horizontal Articulated and Vertical Articulated Robots
Vertical Articulated Robots
Những robot này có nhiều khớp (trục), các khớp và liên kết được kết nối theo dạng vuông góc như một sự sắp xếp nối tiếp và các đầu cánh tay di chuyển trong phạm vi rộng dọc theo mặt phẳng nằm ngang.
Horizontal Articulated Robots
Những robot này có nhiều khớp (trục), các khớp và liên kết được kết nối theo dạng vuông góc như một sự sắp xếp nối tiếp và các đầu cánh tay di chuyển trong phạm vi rộng dọc theo mặt phẳng thẳng đứng.
Nhiều khớp của Robot khớp nối ngang và Robot khớp nối dọc được kết nối thông qua các liên kết, mỗi liên kết thực hiện các chuyển động quay xung quanh các khớp. Số lượng khớp càng nhiều thì mức độ tự do càng cao, cho phép những robot này thực hiện các chuyển động phức tạp, bao gồm cả chuyển động vòng vèo. Vì lý do này mà nhiều robot ngày nay có nhiều khớp nối. Cấu tạo của Robot có khớp nối dọc tương tự như cánh tay của con người, điều này có thể nói rằng chúng có lẽ là dạng robot hợp lý nhất được sử dụng để thực hiện công việc “thay cho con người”.
Vì rô-bốt đa khớp bao gồm các cấu trúc trong đó các khớp được vận hành bằng động cơ và các liên kết được kết nối thành mạch nối tiếp nên đôi khi chúng được gọi là Rô-bốt liên kết nối tiếp. Vì chúng có cấu trúc trong đó các động cơ được kết nối ở đầu của chúng nên chúng càng gần trục gốc thì động cơ cần càng lớn, điều đó có nghĩa là robot sẽ nặng hơn so với sức mạnh để mang vật thể (khả năng chịu tải của chúng), nhưng chúng mang lại lợi ích phạm vi hoạt động rộng hơn và mức độ tự do cao.
Parallel-Link Robots
Robot có cấu trúc bao gồm nhiều trục (động cơ) ở đầu di chuyển song song được gọi là Robot liên kết song song. Mặc dù phạm vi chuyển động của chúng bị hạn chế về mặt vật lý so với Robot liên kết nối tiếp để làm cho trường chuyển động của chúng bị hạn chế hơn, nhưng năng lượng được tác dụng bởi nhiều động cơ ở chân đế, dẫn đến khả năng chịu tải lớn hơn và tốc độ cực cao. Các đầu của Robot liên kết song song được di chuyển đồng thời song song bằng nhiều trục. Cấu trúc này được sử dụng cho MOTOMAN-MPP3 của Yaskawa , một robot dùng để nhặt những vật nhỏ như thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm. Enghlish as below
Yaskawa Electric positions industrial robots as robots to carry out tasks, and develops them. These robots play prominent roles in every industrial field including welding, handling, assembly, and painting, as well as handling, and transfer, etc., in clean rooms for liquid crystal and organic EL displays, semiconductor manufacturing, and so on.
What is “Robot”？
Recently, robots have expanded in appeal and presence in not only industrial but also other fields by advancing speed, accuracy improvement, response to complex movements, and strengthening of safety functions toward coexistence with humans. The development of robots actively participating in fields closer to humans will continue to advance in the future.
- Let’s take a look now at robot’s components
- Structure and characteristics of industrial robots
- Number of joints and kinematic computation of robots
Let’s take a look now at robot’s components
An industrial robot consists of “manipulator” which moves and performs tasks, “controller” which actuates and controls the manipulator, and “programming pendant” which teaches the manipulator movement. Yaskawa Electric develops and produces all these core components.
Structure and characteristics of industrial robots
What is an industrial robot?
According to Japanese Industrial Standards (JIS), Industrial Robots are defined as “machines which have manipulation features or mobility functions that are controlled automatically, able to perform various tasks through a program, and are used for industrial purposes”.
In other words, industrial robots are defined not by shape but according to their broad functions.
What is an industrial robot required to do?
The purpose of an industrial robot is to repeat over and over the action of “quickly and efficiently moving generic tools which are appropriate for a particular task to the location for that task”.
For example, in an arc welding operation, a welding torch (tool) attached to the tip of a robot (manipulator) is required to move quickly and accurately to the welding site from the start of the welding work to the position at the finish while instructions are given to the welding device.
As for handling work, a tool for picking up items that is attached to the tip of a robot (manipulator) is given instructions to move to the site where the items to be moved are placed, pick them up, and move them to a designated spot where the tool releases them in a prompt and precise manner.
For these purposes, industrial robots need to be equipped with the basic capacities of speed—for quick movement—as well as accuracy—to stop at the precise position required and to ensure that they do not waver while they are on the move, and breadth for workable areas.
Types and characteristics of industrial robots
The construction of a robot will vary depending on what it is that is of particular importance—whether it’s speed, accuracy, or breadth.
The main types of Industrial Robots are cartesian; cylindrical; polar; Horizontal articulated; Vertical articulated; and parallel-link. Let us offer an introduction to their characteristics.
・ Cartesian Robots
Cartesian Robots
Cartesian Robots have a simple structure of two or three sliding axes where the sliding axes are joined together. While they are unable to perform complicated movements, their precision level is high, and they are easy to control, making them appropriate for use in the areas of semiconductors, healthcare, or chemicals for tasks such as the assembly of small parts or outfitting electronic circuits.
・Cylindrical and Polar Robots
Polar Robots
Cylindrical Robots
Cylindrical and polar robots consist of structures that were first used for industrial robots in the early years. While their field of operation is broad, they aren’t very suitable for complicated tasks that require them to make roundabout movements. The arm of cylindrical Robots rotates vertically and expands and contracts from the pivotal axis. Meanwhile, the arm of Polar Robots moves vertically, expands, and contracts from the pivotal axis.
・Horizontal Articulated and Vertical Articulated Robots
Vertical Articulated Robots
These robots have multiple joints (axes), the joints and links are connected in a perpendicular form as a serial arrangement, and the tips of the arm move in a broad range along a horizontal plane.
Horizontal Articulated Robots
These robots have multiple joints (axes), the joints and links are connected in a perpendicular form as a serial arrangement, and the tips of the arm move in a broad range along a vertical plane.
Multiple joints of Horizontal Articulated Robots and Vertical Articulated Robots are connected through links, each of which makes rotary movements around the joints. The greater the number of joints, the greater the level of freedom, which enables these robots to make complicated movements including roundabout moves. Because of this, many robots today are multi-jointed. The makeup of Vertical Articulated Robots are similar to that of human arms, which makes it possible to say that they are probably the most rational form of robots to use for work to be done “in the place of humans”.
As Multi-Joint robots comprise structures where the joints that are operated by motor and the links are connected in a series circuit, they are sometimes called Serial Link Robots. Since these have structures where the motors are connected at their tips, the closer they are to the root axis the bigger the motors required, which means the robots will weigh more compared to their strength to carry objects (their load capacity), but they offer a broader scope of operability and a high level of freedom.
・Parallel-Link Robots
Parallel-Link Robots
Robots with a structure consisting of multiple axes (motors) at their tip that move in parallel are called Parallel-Link Robots. While their scope of movement is physically constrained compared to Serial Link Robots to make their field of motion more limited, energy is exerted by multiple motors at the base, which results in greater load capacity and extremely high speeds. The tips of Parallel-Link Robots are moved simultaneously in parallel by multiple axes. This structure is used for Yaskawa’s MOTOMAN-MPP3, a robot for picking small objects such as food products, cosmetic products, and pharmaceutical goods.
MOTOMAN, a robot based on the concept of optimum use that continues to become more evolved
The starting point for Yaskawa’s MOTOMAN robot for industrial use had been for arc welding work and it has developed in line with the various uses at manufacturing sites. Answering to needs for speed, precision, and field of operation, MOTOMAN is now used not only for arc welding but for everything from spot welding, handling and assembling, sealing and cutting and paint coating to the transport of liquid crystal glass and panels, semiconductor wafers and glass substrates for solar cells as the company continues to develop and sell optimum robots for an array of uses.
Number of joints and kinematic computation of robots
What is the degree-of-freedom of a human arm?
Have you ever given thought to the numerical value for the level of freedom that you have in your arms?
Here is the answer: Seven. Let’s begin taking count starting at the shoulders (Figure 1).
1) Degree-of-freedom at the front and back of the shoulders
2) Degree-of-freedom for moving the shoulders left and right
3) Degree-of-freedom for twisting the upper arms
4) Degree-of-freedom for bending and stretching at the elbows
5) Degree-of-freedom for twisting the forearm
6) Degree-of-freedom for bending at the wrists toward the palm of the hand
7) Degree-of-freedom for moving the wrists sideways
And that’s a total of seven points to check for degrees of freedom.
What is the degree-of-freedom of a vertical articulated robot?
What is the numerical value for the degree-of-freedom of a vertical articulated robot, generally used for work such as arc welding at a factory? (the grippers at the tips of the hands are not included).
The answer is six. [The S-axis, L-axis, U-axis, R-axis, B-axis, and T-axis](Figure 2)
Yes, that’s why they’re “six-axes vertical articulated”. But why is it that it’s one less than the numerical value seven given to the degrees-of-freedom of human arms?
What is the degree-of-freedom during motion in 3D?
People live in three-dimensional areas. By association of rectangular coordinates, the positioning and postures of objects in three-dimensional space through X, Y, and Z axes comprise a total of six degrees-of-freedom: that for the direction of the X axis, the Y axis, the Z axis, and the degree-of-freedom of the circumference around the X axis, the Y axis, and the Z axis.
The six degrees-of-freedom of generic industrial robots match the six degrees-of-freedom for the positions and postures of objects in three-dimensional space. ln other words, when a robot comprises a minimum freedom degree of six in a three-dimensional space, its hands are able to move around in a free position and orientation, and because of that, industrial robots with this six degrees-of-freedom, or six joints, can perform tasks with parts placed at various angles.
How to move multiple joints? : Kinematics calculations
Kinematics equations may be used to compute how the hand will move when each joint is moved and conversely, at which angle each joint should be set when the object for the hand is established.
Kinematics equations, or kinematics, are calculations used to figure out the association between each angle of the joints of a robot and and the position or orientation (rectangular coordinates) of a robot at work. For example, it may be used to calculate the angles at which each joint should be set when a robot is desired to pick up a part in an assembly line at a factory and move it precisely by 10 millimeters.
Kinematics equations for computing the positions or orientation [P, Figure 3 (x, y, z, RX, RY, RZ)] from each robotic joint [θS, θL, θU, θR, θB, and θT; Figure 3] are called forward kinematics equations.
Kinematics, forward kinematics equations in particular, makes it easy to operate an industrial robot to move its end in parallel or rotate it around a specific spot by using its programing pendant, when the robot controller uses complicated functions like sin and cos to make inverse kinematics computations.