具有人类运动学原理的机器人手臂

2017年3月31日文章 

BionicCobot

在许多生产任务中,员工希望能够获得外部协助。例如,在焊接工序中,工人需要一只手抓持焊铁,另一只手拿住焊丝,之后便无法再握住工件了。费斯托BionicCobot可在这些辅助任务中提供支持,并作为“第三只手”或“第三个手臂”为员工减负,抓取、抓持并旋转工件——无论特定应用的需求如何。

费斯托BionicCobot是一款七轴轻型机器人,仅借助气动摆动驱动器进行运动。其运动机制以人类手臂为蓝本。如同其生物样板一样,气动机器人可利用肱二头肌和肱三头肌的自然机制,并非通过一个,而是七个关节进行运动。通过驱动概念及其先进的控制技术,机器人手臂能够如同人类手臂一样有针对性并根据具体情况快速有力,或敏感柔和地进行运动。

柔性为气动机器人的一大优势

机器人手臂气动装置的一项重要特性便是系统自有的柔性。这源自压缩至驱动室中的空气。与使用齿轮电机的机器人相比,BionicCobot的气动装置拥有明显的优点。在与障碍物快要发生碰撞时,上述压缩空气即可发挥作用。机器人的行为具有内在柔性,并为安全性提供帮助。BionicCobot的位置控制器遵循自然原理对原本的柔性与可振动气动系统进行硬化。但是,由于控制器仅在碰撞后一定时间发挥作用,因此发生碰撞时的潜在风险获得降低。

由于BionicCobot所有七个轴的驱动室均以单独阀门进行操作,因此可单独调整各轴的压力水平。由此,各关节的扭矩可根据应用获得控制,且机器人还可以执行需要施加巨大力度的任务,例如,如果机器人需要在某个位置举持物体,或施加反作用力。与具有巨大力度的运动相反,扭矩同样能够获得精确调节,以使机器人支撑“自身”以及举持工件。机器人的重量根据手臂的位置发生变化,可通过数学方法获得计算与相应补偿。由此,操作者能够轻松进行抓取。

 

BionicCobot的典型应用:在焊接中抓持工件
BionicCobot的典型应用:在焊接中抓持工件

复杂的调节与控制技术

在BionicCobot的关节中安装有用于移动机器人的气动驱动装置。此外,轴模块中还安装有能够测量关节角度和感测空气室压力的传感器。必要的调节与控制技术虽然复杂,但能够实现在一般气动装置中无法获得应用的所谓的轨道跟踪控制:预期运动在机器人中通常以所谓的抓手坐标形式获得规划,并转换成关节角度。BionicCobot七个关节的单独运动由此获得协调,以使整体机器人手臂能够执行所需的运动,并作为有效的帮手执行众多辅助工作任务。