为什么要这款大负载协作机器人？

发布时间：2021-07-16 16:42:03 作者：显扬科技

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知名电器生产经理说：“我们在产线上，部署了节卡协作机器人JAKA Zu 12，运行效果远超预期。JAKA Zu 12在臂展如此长的情况下，末端定位精度还这么高，并且末端运行超平稳、占地面积小、安全性高，不仅提高了生产过程的自动化程度，还改善了作业人员的工作环境。”

对传统机器人来说，大负载的机器人控制难度会更大，这极大影响了机器人的效率和稳定性。其主要原因如下：

• 机器人在低速区，静摩擦、动摩擦转矩切换的时候，输入轴在匀速转动，输出轴可能呈现出一快一慢的跳跃式运动，而且负载越重，正压力、摩擦力都会增大，“爬行”现象还会表现得更明显。

• 传统的机器人编码器安装在减速机输入侧，但是减速机多少都有背隙，随着臂展的变长，背隙造成末端点位的偏差也会随之放大。

• 机器人连杆截面的扭转刚度是一定的，随着臂展的变长，末端的扭转角度加大，这会降低整个机械传动链的谐振频率，进而影响到伺服的控制带宽，降低了控制性能、精度。

• 实际应用中，大负载机器人随着惯量增大，系统的固有频率降低，响应速度变慢，稳定性变差，超调量变大。

• 机器人没有主动安全防护功能。

为解决上述痛点，节卡机器人自主研发了如下三大核心技术：

【01 双编码器全闭环控制】

JAKA Zu 12产品经理说：“在设计JAKA Zu 12的过程中，我们特别着重它的工作范围、有效负载和运行性能。JAKA Zu 12自重41kg，负载可达12kg，工作半径1327mm，采用高性能的结构设计及先进的伺服技术，具有更安全、高负载、高精度的优势。”

节卡机器人伺服驱动器采用高分辨率的双编码器全闭环控制策略，在减速机输入、输出侧各安装一个编码器，内环保证动态跟踪，外环实现精准定位。这样减速机的背隙、摩擦力变化导致的跳动，都处于位置闭环之内，既提高了精度的问题，又解决了“爬行”的问题；在减速机输出侧，能够实现高达±0.002°机械角的单轴点位控制精度，JAKA Zu 12的重复定位精度高达0.024mm。

【02 动力学转矩前馈】

基于节卡机器人动力学控制功能，在任何负载、速度、姿态下，都可以预测出各个关节应该输出的力矩。

通过动力学转矩前馈，叠加伺服本身的闭环控制，实现高精度闭环控制；这种控制策略的优势，就在于通过准确的动力学模型来保证位置的跟踪，从而削弱机械谐振频率、惯量匹配问题对控制的影响。

得益于此，JAKA Zu 12可以在正装、侧装、倒装的底座上进行作业，对部署环境的要求更低，而对底座的刚度要求，也远没有传统机器人高。

【03 安全控制策略-力矩限制 & 碰撞检测】

传统机器人一般只做位置控制，没有碰撞检测安全功能，所以当高负载机器人在运动过程中，一旦碰到人，会非常危险。

节卡机器人支持输出力矩限制和碰撞检测的功能，在对机器人的输出力矩进行限制的同时，还可以实现位置控制。

如果机器人与周围环境发生碰撞，机器人会迅速停止，并往反方向进行反弹，这样可以把碰撞造成的伤害降到最低；同时，发生碰撞后，用很小的外力还可以推动机器人，这样即便有人被机器人卡住，还可以保证人身安全。