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　　【AIT5450】節(jié)卡機(jī)器人：廣度結(jié)合終端互聯(lián)技術(shù)的人機(jī)共榮協(xié)同機(jī)械臂

　　國際金屬加工網(wǎng)　2020年09月09日

　　先進(jìn)制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國機(jī)器人行業(yè)典型研討會(huì)

　　一、基本情況

工業(yè)機(jī)器人經(jīng)歷近半個(gè)世紀(jì)的迅速發(fā)展，其技術(shù)日趨成熟，已在諸多工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。截至 2019年底，全球工業(yè)機(jī)器人裝機(jī)量已超百萬臺(tái)。當(dāng)前現(xiàn)代機(jī)器人僅是取代人類完成單調(diào)、多次隨機(jī)性高、危險(xiǎn)性強(qiáng)的工作，但當(dāng)遇到繁雜的工作時(shí)，現(xiàn)代機(jī)器人的操作方式靈活性、在線交互實(shí)時(shí)工作臺(tái)、智能性等能力越發(fā)顯得不足。未來，“人”的角色依然是“定性”推論的決策者，負(fù)責(zé)監(jiān)督控制和各項(xiàng)任務(wù)安排，機(jī)盧圖吉諾區(qū)從“定量”計(jì)算推理升級(jí)為“仿效”推論決策，具有仿效自學(xué)和糾錯(cuò)能力。為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)智能制造，下一階段智能制造需要融入人機(jī)共榮控制系統(tǒng)。

　　節(jié)卡小助協(xié)同機(jī)器人是結(jié)合了驅(qū)控一體、一體化下肢、拖曳程式設(shè)計(jì)、終端互聯(lián)等核心理念技術(shù)的人機(jī)共榮協(xié)同機(jī)械臂。它安全可靠、智能、單純易于操作方式，透過對(duì)外開放性生態(tài)同時(shí)實(shí)現(xiàn)與人、機(jī)器人及自然環(huán)境共榮的協(xié)同，已成功應(yīng)用于汽車零部件、醫(yī)療、3C、鋰電池、食品、化纖等多個(gè)工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的自動(dòng)化制造，為工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域創(chuàng)新提供持續(xù)而強(qiáng)勁的裝備基礎(chǔ)。該機(jī)器人由上海節(jié)卡機(jī)器人科技研發(fā)、制造。公司成立于 2015 年，是一家聚焦于新一代協(xié)同機(jī)器人本體與智慧工廠創(chuàng)新研發(fā)的高新技術(shù)企業(yè)，創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)源自上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所。

　　二、創(chuàng)新內(nèi)容

圖1. 節(jié)卡小助?系列協(xié)同機(jī)器人

　　節(jié)卡機(jī)器人作為全球共榮協(xié)同機(jī)器人的技術(shù)革新先行者，開發(fā)的人機(jī)共榮協(xié)同機(jī)械臂首開了有線微創(chuàng)、GUI程式設(shè)計(jì)、聽覺安全可靠防雷等機(jī)器人技術(shù)，技術(shù)革新了人與機(jī)器人的可視化方式，提升了人機(jī)協(xié)同可視化的安全可靠性，大大減少了機(jī)器人的采用準(zhǔn)入門檻，使天下人皆可民主自由采用機(jī)器人。同時(shí)，節(jié)卡共榮協(xié)同機(jī)械臂已廣度結(jié)合聽覺和力覺，保障機(jī)械臂、人、工作臺(tái)自然環(huán)境三者之間自然可視化、獨(dú)立自主適應(yīng)，明顯拓寬了機(jī)器人的應(yīng)用邊界。

　　（一）核心理念技術(shù)特性

　　終端互聯(lián)：可透過手機(jī)/PAD操作方式機(jī)器人，技術(shù)革新人與機(jī)器人可視化方式。

　　GUI程式設(shè)計(jì)：采用零準(zhǔn)入門檻，天下人皆可民主自由采用機(jī)器人。

　　高精度：多次重復(fù)定位精度±0.03mm。

高安全可靠性：雙重安全可靠防雷機(jī)制，第一級(jí)為非智能卡的聽覺防雷，第二級(jí)為智能卡的碰撞防雷，同時(shí)可焊性覺，可以做到全臂圣夫龍最高精度10N。

　　USB對(duì)外開放：支持多種當(dāng)晚總線USB，比如Modbus RTU、Modubus TCP、EtherNet/IP、Profi等，非常方便同時(shí)實(shí)現(xiàn)智慧工廠里的設(shè)備互聯(lián)，另外也支持ROS平臺(tái)USB。

　　產(chǎn)品證書齊全：已獲得協(xié)同機(jī)器人ISO/TS 15066（國內(nèi)首家）、ISO 13849功能安全可靠（PL=d）、CE MD、EMC、RoHS、CR-B等證書。

　　獨(dú)立自主專利技術(shù)：具有協(xié)同機(jī)器人完整的零部件、機(jī)器人本體、感測部件、安全可靠防雷機(jī)制和對(duì)外開放的軟硬件控制系統(tǒng)的獨(dú)立自主專利技術(shù)。

　　（二）技術(shù)創(chuàng)新特點(diǎn)

節(jié)卡共榮協(xié)同機(jī)械臂擁有以下四個(gè)技術(shù)創(chuàng)新特點(diǎn)，使它與現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人有了革命性的差別：

　　高軟件控制系統(tǒng)度下肢。提出了在共榮協(xié)同機(jī)械臂的下肢內(nèi)軟件控制系統(tǒng)電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)、控制以及感測等的機(jī)電設(shè)計(jì)方法。研制的JAKA 小助協(xié)同機(jī)器人在Nenon僅為 21kg的情況下，最大阻抗可重約 7kg，同時(shí)實(shí)現(xiàn)阻抗Nenon比 1:3，優(yōu)勝于國際同行的1:4，沖破了高性能機(jī)械臂的關(guān)鍵技術(shù)。

　　便捷智能微創(chuàng)。首開了有線微創(chuàng)技術(shù)、GUI程式設(shè)計(jì)技術(shù)，大幅度提高了協(xié)同機(jī)器人的可用性和軟件控制系統(tǒng)天數(shù)，機(jī)器人軟件控制系統(tǒng)天數(shù)由 1-2 周降至 8小時(shí)以內(nèi)。同時(shí)實(shí)現(xiàn) IPAD、手機(jī)等終端終端有線、遠(yuǎn)程的動(dòng)作設(shè)定和如前所述拖曳式各項(xiàng)任務(wù)流程的程序，明顯減少機(jī)器人的采用準(zhǔn)入門檻，減少了微創(chuàng)器的成本、操作方式使用者的培訓(xùn)天數(shù)，并且沖破了使用者采用的地域限制。

快速智能編程。針對(duì)制造業(yè)小批量定制化制造需求，開發(fā)了機(jī)器人快速智能程式設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。采用了如前所述模擬的機(jī)器人自學(xué)程式設(shè)計(jì)，透過觀測模擬過程進(jìn)行機(jī)器人程式設(shè)計(jì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)如前所述操作方式特征而非單純的軌跡多次重復(fù)的機(jī)器人自學(xué)程式設(shè)計(jì)，最終達(dá)到人機(jī)技能的快速有效傳遞。

安全可靠策略完備。節(jié)卡人機(jī)共榮協(xié)同機(jī)械臂具有如前所述聽覺的人機(jī)多重安全可靠機(jī)制，采用了多感測器結(jié)合的Immunol交互控制系統(tǒng)結(jié)合高效率的攝像鏡頭，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了人機(jī)共榮自然環(huán)境中各種繁雜旋轉(zhuǎn)磁場條件下機(jī)器人與當(dāng)晚工作人員安全可靠共榮的協(xié)同制造。建立了人機(jī)安全可靠防雷控制系統(tǒng)，在規(guī)定區(qū)域內(nèi)監(jiān)測人員以及其他終端物體，透過設(shè)置一定的安全可靠防雷等級(jí)使得機(jī)器人減速或停止；軟件控制系統(tǒng)了高效率的聽覺控制系統(tǒng)，并嵌入到機(jī)器人本體和控制控制系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人安全可靠空間全覆蓋。

　　節(jié)卡共榮協(xié)同機(jī)械臂可以廣度結(jié)合聽覺和力覺，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了智能的機(jī)器聽覺控制系統(tǒng)和力控控制系統(tǒng)，提供了安全可靠防雷、快速模擬程式設(shè)計(jì)、缺陷智能識(shí)別、精密檢測與引導(dǎo)、高精密裝配、繁雜曲面打磨等功能，大幅減少使用者對(duì)機(jī)器人專業(yè)知識(shí)的要求，提升了使用者采用體驗(yàn)，快速為使用者帶來效益，適應(yīng)了智能化制造的發(fā)展趨勢。節(jié)卡共榮協(xié)同機(jī)械臂具有人機(jī)混線、人機(jī)共線的軟件控制系統(tǒng)應(yīng)用能力，結(jié)合其快速程式設(shè)計(jì)功能，適用于多批次少批量的制造場景，拓展了機(jī)器人的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域。

　　三、應(yīng)用情況

　　目前節(jié)卡小助協(xié)同機(jī)器人已廣泛服務(wù)于汽車零部件、醫(yī)療、3C、鋰電池、食品、化纖、服務(wù)等多個(gè)行業(yè)的智能化制造線。

在汽車行業(yè)高精度裝配應(yīng)用中，例如發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車零部件等場合，由于機(jī)器人的定位誤差，僅透過機(jī)器人精度同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配的難度極高，節(jié)卡如前所述小助協(xié)同機(jī)器人力控技術(shù)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高精度的自適應(yīng)精密裝配。在行業(yè)知名車企制造線上，在發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪箱裝配中，雙銷軸裝配是這一繁雜的操作方式各項(xiàng)任務(wù)就是典型例子。透過小助協(xié)同機(jī)器人的力控算法，同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙銷軸深孔有效裝配。在運(yùn)行過程中，即使被干擾改變初始裝配位置和姿態(tài)，小助協(xié)同機(jī)器人還是可以同步裝配，同時(shí)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、可靠的定位和裝配，使裝配速度提高，有效地防止工件的損耗，提升勞動(dòng)制造率；同時(shí)將對(duì)應(yīng)的汽車人工裝配工位替換為機(jī)器人自動(dòng)化產(chǎn)線，把人從裝配線中解放出來，減少人工成本，提高產(chǎn)線自動(dòng)化程度。

　　圖2. 高精度的自適應(yīng)精密裝配

在醫(yī)療器械應(yīng)用領(lǐng)域，由節(jié)卡機(jī)器人與知名醫(yī)療器械生產(chǎn)商合作自動(dòng)化噴砂項(xiàng)目已經(jīng)透過驗(yàn)收。采用了小助協(xié)同機(jī)器人后，工藝節(jié)拍優(yōu)化，噴砂工藝固化穩(wěn)定，有效減少殘次品發(fā)生，減少噪聲及粉塵造成的職業(yè)病風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)出及設(shè)備利用率等。

　　圖3. 醫(yī)療器械應(yīng)用領(lǐng)域的自動(dòng)化噴砂工作站

　　在醫(yī)療行業(yè)方面，醫(yī)療機(jī)器人因?yàn)樯婕暗桨踩煽俊⒔】档葐栴}飽受懷疑。其中醫(yī)療復(fù)健按摩機(jī)器人一直是行業(yè)研究熱點(diǎn)課題，一般機(jī)器人透過軟件控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴的力感測器才能同時(shí)實(shí)現(xiàn)安全可靠按摩功能，小助機(jī)器人不直接透過軟浮動(dòng)功能就能同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人按摩功能，現(xiàn)已在某醫(yī)院落地。（注：機(jī)器人控制器給下肢電機(jī)發(fā)送包含克服重力和摩擦力的前饋值，并且將機(jī)器人各下肢的力矩限制在一定的范圍之內(nèi)，就可以在位置模式下同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人下肢空間的軟浮動(dòng)）

在服務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域，節(jié)卡機(jī)器人建立全新線下商業(yè)新模式，打破現(xiàn)代店鋪限制，滿足消費(fèi)者隨時(shí)、隨地以及個(gè)性化的需求。在科技發(fā)展的大趨勢下，運(yùn)用節(jié)卡小助協(xié)同機(jī)器人終端互聯(lián)、遠(yuǎn)程管理等優(yōu)勢，無人服務(wù)小站，如咖啡站、飲品店、甜品店、機(jī)器人互動(dòng)游戲機(jī)等應(yīng)用場景將得以落地。以機(jī)器人咖啡站為例，咖啡站實(shí)行無人化管理，輕松同時(shí)實(shí)現(xiàn)后臺(tái)指令動(dòng)作，自動(dòng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)手機(jī)掃碼下單、機(jī)器人咖啡制作、機(jī)器人咖啡傳遞等動(dòng)作，安全可靠、衛(wèi)生、同時(shí)也具有科技感和觀賞性，整套設(shè)備更好地融入商業(yè)和生活中。

　　圖4. 機(jī)器人咖啡站

　　四、專家點(diǎn)評(píng)

“節(jié)卡機(jī)器人依托上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所打造的系列產(chǎn)品，集驅(qū)控一體化、拖曳微創(chuàng)、終端互聯(lián)、遠(yuǎn)程協(xié)同、安全可靠防雷等功能于一體，保障了節(jié)卡機(jī)器人的輕型、柔性、便捷、安全可靠。它既可用于一般自然環(huán)境中，也可適應(yīng)高溫、潔凈、粉塵等特殊自然環(huán)境。我相信在不久的將來，節(jié)卡機(jī)器人在工廠、物流、醫(yī)療、服務(wù)等應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)越來越多地看到它的身影。”

　　——山東大學(xué)機(jī)器人研究中心主任、教授、博導(dǎo)李貽斌

　　“節(jié)卡小助協(xié)同機(jī)器人擁有極高的靈活度、精確度和安全可靠性產(chǎn)品特征，終端互聯(lián)作為國內(nèi)首開的機(jī)器人核心理念技術(shù)，開拓全新的工業(yè)制造方式。現(xiàn)在了解到已在 3C、食品、醫(yī)療等行業(yè)進(jìn)行應(yīng)用，相信未來節(jié)卡依舊會(huì)為各行業(yè)制造制造賦能增效。”

　　——上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院副院長、研究員、博導(dǎo)熊振華

　　（上海經(jīng)信委）

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