北航智能机器人研究院(北航可靠飞行控制研究组)

9月29-30日，以“赋能新产业，共建新生态”为主题的OFweek 2021中国机器人系统集成商峰会在深圳会展中心成功举办。

大会设有“机器人系统集成商专场”、“机器人创新应用，赋能产业转型升级”和“3C产业智造专场”三个专场。专家学者、企业高层齐聚一堂，就机器人产业的现状、问题、应用等诸多话题进行专题演讲。

北京航空航天大学机械工程学院教授颜超《高速机器人关键技术及应用》讲座。

齐超教授整场讲座聚焦高速机器人，从专业角度分析了高速机器人的类型、结构、关键技术及应用。

顾名思义，高速机器人在速度上优于其他类型。但是，速度和准确性往往是相互制约的。现在主流的工业机器人，重复定位精度高于0.02mm，在整个工作空间的绝对定位精度高于1mm，基本可以说是“高精度”机器人。但机器人带负载的速度越高，惯性力越大，机器人的路径精度和跟踪精度越差。

对于如何在保证高速的同时提高作业精度，简超教授分析了SCARA、台达、小六轴机器人、四轴重载机器人、直角坐标机器人等五种机器人的关键技术，寻求提高精度的技术解决方案。

SCARA型机器人关键技术

结构优化设计

强度、构件的固有频率(刚度)以及静态和动态误差决定了SCARA机器人的高速、承载能力和运动精度等关键性能。

误差分析和优化

零件的变形误差、运动的稳定性和负载的大小将直接影响机器人末端的定位精度，因此有必要对SCARA机器人进行误差分析和优化。

控制算法

从快速响应、高精度、高稳定性的角度出发，选择最合适的最优解，获得最优控制策略。

DELTA型机器人关键技术

正向和反向运动学解

正解就是知道各个关节的运动参数，找到末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态。逆解是根据给定的末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态，求出各关节的运动参数。

轨迹叠加

在拾取操作期间，从指定位置选择目标，水平传送目标，然后将目标放置在末端位置。通过速度规划的叠加，获得更高的速度指标。

直线和圆弧跟踪

1.生成对象的对象源——生成初始跟踪位置信息，对象的初始位置可以由摄像机等传感器生成；

2.传送带——上物体的运动轨迹；

3.仪表轮——记录对象的移动距离，以及在初始位置被确定之后对象的移动距离。

小型六轴机器人关键技术

驱动电动机

1.保证电机转子的惯性与负载的惯性相匹配(即惯性匹配)，这是机器人机械设计的重要指标；

2.高功率/体积比和高功率/重量比；

3.全封闭结构，伺服电机做成封闭式结构，主要是为了适应粉尘多、腐蚀性物质多的生产场所；

4.环境适应性强(温度、湿度等。)，且连接电缆应灵活、耐疲劳。

惯性匹配

伺服电机驱动器对伺服电机的响应控制的最佳值是负载惯量与电机转子惯量之比为5-15倍，即惯性比，这是机械传动装置设计中的一个重要指标。

关节型机器人的负载惯量很大，需要匹配大惯量的电机。

四轴重载型机器人关键技术

动力学分析

整机的设计参数，如各部件的质量、几何尺寸、惯量、关节阻尼等，都要用动力学综合分析。

轨迹规划

轨迹规划通常将机器人轨迹规划器视为一个黑盒，接受代表路径约束的输入变量，输出在起点和终点之间按时间排列的机器人中间形式序列(位移、速度和加速度)

交流/DC伺服电机系统通常用作需要高速运行的场合的驱动器(电机转速& gt> 600转/分)，大功率驱动，定位精度高。步进电机系统可用作低速运行状态下的驱动器(电机转速& lt<600转/分)，低功耗驱动，定位精度低。直线伺服系统可用于运行速度和定位精度极高时的驱动。

操纵系统

控制轴的数量、I/O端口的数量以及软件的配置和功能应当根据具体的应用要求来选择。

高速机器人的应用主要分为两个方面：轻载高速机器人的应用和重载高速机器人的应用。

SCARA机器人是世界上装机容量最高的工业机器人类型，广泛应用于汽车、电子、家电、五金、日用品、医药等行业。

直角坐标型机器人的核心部件

小型六轴机器人灵活性高，广泛应用于汽车、电子、家电、五金、日用品等行业。随着国产化程度的提高，小型六轴机器人在我国的应用前景发展迅速。在装配、加工和装载行业，小型六轴机器人的装机量近年来明显增加，尤其是3C行业，装机量接近SCARA机器人的水平。

高速重载机器人作为工业机器人的一个重要分支，主要应用于物流行业的重载、高速运输。它不仅可以代替人工单调、频繁重复的工作，还可以实现在危险、恶劣的环境中从事对人体有害的物质的工作。更重要的是，可以实现人力无法完成的重载、高速运输，实现自动化、无人化的物流作业。

DELTA机器人最核心的应用就是高速分拣操作

根据末端操作工具的不同，直角坐标机器人的应用场合有：

物流(高速运转):搬运、装卸、码垛、拆箱、包装、分拣等。

加工：焊接、切割、铣削、拉丝等。

其他(高速运行):喷码、打码、贴标、绘图等。

其他：检验、探伤、(软仿)喷涂等。