ISO TS 15066(协作型机器人技术规范)的基本定义:协作型机器人是工业机器人的一个分支,英语是Collaborative Robots,简写COBOT,简单的理解就是协作型机器人可以和人类一起,发挥各自优势,在同一个工作空间内合作完成某一项工作。
优傲机器人具备以下特点:自重很轻,现场安装部署灵活;图形化界面,编程简单方便;内设力控和功率限制,安全可靠;模块化设计、功耗低、免维护,减少使用成本;这才是协作型机器人应该有的样子。
优傲机器人具有更先进的设计理念:首先是协作的理念,机器人与人共享工作空间,共同完成某项工作;其次是安全的理念,有专利保护的安全参数设置方式,保护人和机器人不受伤害;再次是人性化的理念,图形化界面,简单编程和操作,任何人都可以成为机器人工程师;还有实用的理念,快速灵活部署,省时省电省维护;还有经济的理念,投资回报快,适应中小企业多品种生产,提高竞争力。
因为强调安全,并且自重轻,优傲机器人只有在高速运动和稳定性方面不如传统工业机器人。
优傲机器人是全球第一家开发、研制、生产和产业化协作型机器人的公司,开创了协作型机器人的理念,并主导制订了行业标准:ISO TS 15066 协作型机器人技术规范;优傲机器人全球装机量已经达到90,000多台,是其他竞争对手望尘莫及的。
自2008年推出全球首台商用协作机器人以来,优傲已经开发了一系列产品组合,对应不同的工作半径和载荷需求,并在全球售出90,000多台协作机器人。
优傲机器人还围绕协作机器人技术建立了广泛的生态系统,为客户提供适配各种应用的末端执行器、套件和解决方案等一系列创新之选。
机器人选型主要考虑以下问题: 机器人装配的工装夹具和可能抓取工件的总重量 (还需要考虑重心对负载的影响,参见用户手册负载图);机器人需要的工作范围;机器人与外部设备的通讯方式;机器人工作的环境温度和IP等级;机器人工作的最大速度和加速度;机器人重复定位精度等参数。
每种型号的优傲机器人包含:六关节的机械臂(包含电缆)、控制箱(包含电源线)、示教器(连接在控制箱上)和附件(安装支架2个、工具端信号电缆、用户手册),软件安装PolyScope系统。优傲机器人没有可选项,都是标准产品。
优傲机器人的机械臂设计为6轴的关节型机械臂,类似人的手臂,并且每一个关节采用模块化设计,例如:UR5e机器人前三个关节是一样的,后三个关节也是一样的,这样,只需要两个备用关节作为备件,就可以涵盖整个机械臂的关节;而且每一个关节都可以旋转±360°(其中UR3e末端关节还可以无限旋转),所以,机械臂工具端的空间工作范围可以是完整的球形;优傲机器人的机械臂的设计可以达到负载自重比很大,可以说是小身体,大力气。
每一个人都可以学习使用优傲机器人,不需要有任何软件编程或其他机器人背景,只要有一点电气自动化知识即可。
“优傲学院”是快速学习优傲机器人的渠道,在优傲机器人官网和优傲微信公共账号,都可以快速登录优傲学院,随时随地学习优傲机器人知识;如果手边暂时没有机器人也没关系,可以使用优傲的虚拟软件URSim,在电脑上学习机器人的操作和编程,编好的程序还可以在真实机器人上使用。
优傲机器人作为人机协作机器人,一个最大特点就是可以拖拽示教;首先,需要在示教器完成初始化过程:在“设置机器人”窗口,选择“初始化机器人”,点“开”和“启动”按钮,然后用手指压住示教器背面的黑色“自由驱动”按钮,再用另一只手拉住机械臂,就可以拖拽示教了;在拖拽示教时,记住不要用力过猛,如感觉阻力很大,不要硬拉,检查一下哪里有阻碍。
我们都知道,机械臂电机伺服上电后,能维持它的位置和姿态,是因为电磁力的作用,这时,是不能拉动机械臂的;当按住“自由驱动”按钮后,关节的电磁力释放,这时,机器人会根据当前各个关节受到的重力,加一个适当的反驱动力来平衡重力,机械臂处于悬浮状态,就可以拖拽示教了。
e系列机器人的防护等级是IP54,UR20和UR30的防护等级是IP65;这里IP等级第一个数字是防尘,第二个数字是防水;优傲机器人的防护等级在一般工业环境中使用没有问题。
我们所说的特殊环境一般指如真空环境、洁净室、喷漆、有大量粉尘或液体喷淋、高的静电或电磁环境等。优傲机器人有测试认证,可以在洁净室使用;机械臂通过穿防护服可以在有粉尘或喷淋液体环境使用;真空环境没有测试过,不建议使用;优傲机器人不具备防爆功能,不能在喷油性漆环境使用;不建议在高静电或电磁环境使用,除非做好绝缘和防护。
优傲机器人有以下常用软件:机器人系统软件PolyScope,离线模拟软件URSim,用于程序和日志备份的魔法文件软件,日志阅读器软件,机械臂装箱程序,机器人镜像文件软件;还有一些第三方公司软件:RoboDK的机器人3D模拟软件,ArtiMinds力控软件;优傲机器人的常用软件都可以免费下载,并安装使用;下载地址:http://www.universal-robots.cn/download/
优傲机器人示教器中有两个功能可以设置密码保护:一个是设置安全密码,这个密码设置是强制的,用于查看和修改安全参数;用户拿到的新机器人没有安全密码,需要在现场设置新的密码;另一个是系统密码,是用于查看或修改程序使用,这个密码不是强制的,可以不设。两个密码的设置和修改都在“设置机器人”中的“设置密码”窗口完成。
一般示教器的使用不设置权限,如果需要设置,可以通过上位机连接机器人控制箱,通过Dashboard协议的SetUserRole指令完成。
优傲机器人是6关节机器人,所以符合笛卡尔坐标系,并且适用于右手法则;优傲机器人自带两个坐标系,一个是基座坐标系,一个是工具坐标系,坐标系在优傲机器人内部也叫特征。基座和工具坐标系不能被删除,也不能更改;基座坐标系是以机械臂基座法兰盘中心为原点,法兰盘向上为Z轴正方向,法兰盘出电缆线的方向为Y轴正方向,用右手法则确定X轴正方向;工具坐标系是以工具端法兰盘中心(或TCP)为原点,法兰盘向外方向为Z轴正方向,工具端信号线接头的反向为Y轴正方向,用右手法则确定X轴正方向;除了以上两个坐标系,优傲机器人可以自定义用户坐标系,在“安装设置”窗口下“特征”选项中用三点法自定义坐标系。
我们可以在“移动”窗口下,用右上角的“特征”选项切换坐标系的使用。
简单的说,优傲机器人通讯方式有两种:一种是点对点的IO信号通讯,一种是基于以太网的总线通讯。点对点的通讯,有两个地方可以接线,一个是控制箱内部安全控制板,有IO信号接线端子,包含16个DI信号、16个DO信号(其中各有8个信号可配置成安全IO)、还有2个AI信号和2个AO信号;另外一个是在工具端接头,有2个DI信号、2个DO信号(可配置为NPN型)和2个AI信号。
优傲机器人支持的总线通讯都是基于以太网TCP/IP协议的通讯,其中包括Modbus协议、Ethernet协议、Profinet协议和Socket通讯。
例如,UR3e的TCP(工具中心点)速度最快可以设置为3000毫米/秒,我们建议在现场运行时在满足节拍的条件下使用大约1000毫米/秒,相对应的加速度适当匹配,加速度太小,在有限的运行距离内速度达不到设定值,加速度太大,会触发机器人“保护性停止”报警。
由于优傲机器人是协作型机器人,一般不需要安装围栏,所以需要在风险评估的基础上设置安全参数,当然也包括最大TCP速度;优傲机器人自重较轻,在高速运动并需要快速停止时,对机械臂稳定性有一定影响,所以需要在程序中对机器人运动做优化,如增加stopj()或stopl()这样的脚本指令;因为优傲机器人始终对关节的力和功率进行监控,如速度和加速度设置不是正常范围,机器人将报“保护性停止”错误信息并停机,避免关节电机和减速机出现硬件损伤。
优傲机器人6个关节都可以±360°旋转,所以工作空间是在机器人工作范围内的完整的球形空间;但是要注意以下几点:
机器人在运动到接近于运动范围边界的时候,不能任意指定其姿态:
机械臂基座所在的正上方和正下方的圆柱体空间,要尽可能避免将工具移向圆柱体空间,这样会造成工具运动速度很慢时某个关节却运动过快,从而导致机器人报“保护性停止”;
另外,在空间内某些位置,机器人在直线运动时会产生“奇异点”问题,导致机器人停机,用Movej指令或修改机器人姿态可以避免这个问题。
重复定位精度:简单的说,就是如果运动重复多次,机器人到达同样位置的精确程度,应该是以该点为圆心的圆形范围,圆的半径就是重复定位精度;测试重复定位精度需要给定测试次数、负载和运动速度等参数。
优傲机器人重复定位精度可以达到0.03毫米。
优傲机器人作为协作型机器人,维护保养工作比较简单,具体如下:
控制箱:
安全功能测试:周期每年一次,测试示教器急停按钮功能,测试自由驱动模式,确认安全设置
目测检查:随时,检查内部是否有灰尘;两侧过滤网清洁或更换
机械臂:
目测检查:检查电缆是否有损坏;检查密封圈是否缺失或损坏,如果有,更换密封圈;检查蓝色盖板是否有裂纹或损坏,如果有,更换;检查蓝色盖板螺丝是否齐全并正确锁紧
与传统工业机器人相比,优傲机器人维护保养不需要更换备份电池和齿轮箱润滑油。
我们知道,传统工业机器人通常在关节位置有标尺,在备份电池没电或电磁干扰,容易发生零位丢失现象,零位丢失时需要标尺对齐重新标定零位。
因为优傲机器人采用电磁和光学双绝对值编码器,机器人断电后可以自动记录关节当前位置;所有出厂的新机器人各个关节零位已经标定好,所有关节备件零位也标定好,所以正常情况下,优傲机器人不需要做零位标定工作。
只有以下情况需要做零位标定(不是因为零位丢失):
优傲机器人在零位时,各个关节的度数分别是:基座关节0°、肩部关节-90°、肘部关节0°、手腕1关节-90°、手腕2关节0°、手腕3关节0°;对UR5而言,只有肩部关节换基座或肘部关节,手腕1关节换手腕2或手腕3关节时,才需要重新标定零位。
机器视觉系统越来越成为机器人的标准配置,它就像机器人的眼睛,帮助机器人快速找到并识别工件,完成相关工件取放、上下料和检测工作。视觉系统与机器人的兼容性主要体现在通讯方面,采用ModbusTCP协议或Socket通讯,这两种方式优傲机器人全都支持。
可以与优傲机器人兼容的视觉系统品牌越来越多,其中包括康耐视、基恩士、巴斯勒、Microscan、Sick、Robotiq和国内的知津等。
在物流行业自动化改造中,机器人搭载AGV小车是很流行的趋势,它充分发挥了机器人和AGV各自的优势,快速完成物料的转移和传递;优傲机器人自重轻、省电,并且安全性的优点,是AGV小车搭载机器人的首选。优傲机器人搭配AGV,对AGV的要求就是满足机械臂运动的动力来源,即通过AGV电池给机械臂提供足够的功率,可以启动机械臂并保证正常工作,而且工作时间长。
锁螺丝是一项很枯燥又费体力的工作,现在已经采用自动化方法替代人工,包括使用锁螺丝专机或机器人夹持锁螺丝枪,用机器人通用性更胜一筹;优傲机器人是协作型机器人且自带力控和扭矩监测功能,更适合这项工作。
根据螺丝枪重量、工作范围和锁紧扭矩选择机器人型号,注意:螺丝锁紧时收到的反作用力会传导到机械臂上,如果超过机械臂内部力和扭矩监控,将导致机器人报“保护性停止”错误,机器人将停机;为解决这个问题,建议机器人底座倾斜安装,这样反作用力会分解到6个关节上;另外,螺丝枪安装时其旋转轴方向与机器人手腕3旋转轴的方向垂直,这样,机器人可承受的螺丝锁紧扭矩更大。优傲机器人各个关节最大扭矩参数可查相关资料。
机器人能够跟踪传送带取料,需要精确知道传送带的运动方向和速度(包括速度变化),并把相关参数整合到机器人运动速度中。首先,用“安装设置”窗口的特征功能,定义直线特征,获得传送带运动方向;其次,通过脉冲编码器或Modbus TCP编码器实时读取传送带速度,利用传送带编码器分辨率和转动盘半径,计算每米跳数(tick per meter),作为机器人跟踪系数;最后,编程时使用优傲机器人“正在跟踪传送带”程序模板,完成传送带跟踪取料。
优傲机器人运动速度从0米/秒直到达到传送带速度,需要有加速过程,而且机器人行程较短,建议传送带速度不要超过1米/秒。
正常情况下,优傲机器人开机到运行程序,需要完成以下步骤:开机、初始化机器人(开、启动)、加载程序、启动程序、回初始点(自动)、启动程序。为了自动完成以上步骤,需要在“安装设置”窗口“默认程序”选项卡设置自动加载程序,设置DI信号用于自动初始化和自动启动程序,另外,记住保存时一定要存在default.installation文件内;为了避开回初始点的操作,可以把初始点的路点类型设为相对路点或可变路点,但是一定要保证机器人在当前位置回初始点的运动过程是安全的。
优傲机器人作为一款协作型机器人,有特殊的安全考虑;首先,优傲机器人也和传统机器人一样有外接的紧急停止和安全停止功能;其次,优傲机器人在风险评估的基础上可以设置个性化的安全参数,包括设置安全等级,调整力、功率、速度和动量四大安全参数,在同一安全等级内又可以根据机器人TCP工作区域和DI信号,设置正常模式和缩减模式,就是在不牺牲节拍的情况下,又能保证人员的安全;还可以限制每一个关节的最大工作范围和最快速度,还可以给TCP设置边界,相当于虚拟围栏,最后还可以把一部分DI和DO信号配置成安全信号。通过以上工作,可以在现场得到一个可接受的、安全的协作型机器人系统。
优傲机器人可以与工控机,具备TCP/IP通讯模块的PLC以及嵌入式系统进行通讯,优傲机器人提供的通讯接口如下:Dashboard(29999)接口,负责接收上位机指令,执行机器人初始化、加载程序、开始和暂停程序运行以及设置用户角色等操作;Primary和Secondary(30001和30002)接口,对外发送机器人的状态信息(机器人位置,IO,运行状态等);Realtime(30003)接口,往外发送机器人的详细状态信息(位置,速度,关节电流,力矩等),同时也可以接收上位机发送的脚本指令并立即执行;RTDE(30004)接口,往外发送机器人的详细状态信息(位置,速度,关节电流,力矩等),也会接收配置的输入信息(IO,寄存器等);Socket通讯,通过脚本指令与上位机通讯;XML-RPC通讯,一种通过XML格式传输结构化数据的协议,其优点在于传输的数据是结构化的,无需用户自己进行序列化和解析操作。
优傲机器人预计使用寿命周期是35,000小时,每一台机器人在出厂前都经过严格的开机运行测试,测试目的是检测部件故障和装配故障,只有通过测试才可以出厂;机器人关键零部件采用知名品牌的产品,保证其质量可靠性。
使用机器人要按照优傲的技术规范和用户手册,不过载使用,正确的安装、正确的接线、正确的设置TCP参数、设置速度和加速度参数。
最终用户的现场技术支持和服务由优傲签约分销商完成,分销商承诺24小时快速响应时间,快速解决现场问题。
优傲机器人中国公司对签约分销商提供全方位的技术培训和支持;优傲机器人在上海有备件库存,可以根据分销商要求提供备件;优傲机器人在上海建立维修中心,可以维修部分故障备件;优傲机器人开发全免费在线学习系统“优傲学院”,可以随时随地学习优傲机器人技术知识;优傲机器人在上海和深圳分别设置培训中心,可以为分销商技术培训和实操,最终用户的培训由分销商完成;优傲机器人建立技术支持邮箱support.china@universal-robots.com,可以快速专业的回复技术问题。