如何解决机器人性能的权衡问题

机器人自动化的创新使无数行业的制造商实现了更高的产量、更好的质量和更安全的工作环境。但是为自动化任务选择机器人通常涉及到三个关键性能标准之间的平衡:速度、有效载荷和精度。换句话说，为了达到高精度，用户可能不得不牺牲应用程序的速度和有效负载。或者，如果机器人的有效载荷增加，操作速度可能需要降低。

图片:权衡

这些性能权衡的根本原因是机械臂的振动。以减少周期时间为例。在许多情况下，减少循环时间最简单，也是最有效的方法是增加机器人的速度和加速度。但是高速和加速度会导致机械臂振动。振动意味着更长的沉降时间和更低的精度——通过提高速度和加速度所获得的周期时间的改善，在等待振动沉降或消散后，才能进行下一道工序。

制造过程越来越需要更短的周期时间来提高产量，这反过来又要求机器人提供更高的速度和加速度。但随着速度和加速度的增加，机械臂的振动也会增加。结果，沉降时间占整个周期时间的比例增加，降低了吞吐量和精度。

性能权衡和解决方案

机器人根据来自电机编码器的位置和速度信息来估计手臂的末端是如何移动的，以及发出什么样的控制命令来实现所需的位置和速度。但机械臂并不是完全刚性的，所以很自然地，它会发生一定程度的偏转。手臂的末端离电机越远，机器人的速度就越高，负载也就越重，手臂的偏转就越大。这意味着机械臂末端的实际速度和位置值往往与基于电机的估计值不同，而电机编码器无法检测到机械臂末端的振动。因此，来自控制器的命令是基于对机械臂行为的不准确估计，从而影响了其到达预定位置的能力。

解决机械臂振动的一种常见的解决方法是使机械臂变硬。但是，增加机械臂的刚度也需要增加其重量。更重的机器人意味着更高的成本，因为更大的电机、变速箱和其他驱动组件，更高的能源消耗，以及——通常——更大的占地面积。因此，即使有这些解决振动的“变通办法”，用户或机器制造商仍然面临着性能和成本之间的权衡。

图片:性能表

GYROPLUS技术:解决速度-有效载荷-精度困境的新方法

几十年来，这些性能权衡已经被认为是机器人选择和操作中不可避免的一部分——物理定律并没有改变。但由于陀螺传感器的进步，机器人的速度、有效载荷和精度之间的妥协终于得到了解决。

陀螺仪传感器广泛应用于车辆导航等领域，但从历史上看，它们的尺寸使其在机器人领域的应用变得困难。然而，一种新的陀螺传感器设计使得传感器可以直接集成到机器人手臂的末端，而不影响机器人的重量、尺寸或惯性。

陀螺仪传感器用于汽车导航系统等设备，其典型尺寸相对较大——大约拇指大小。但爱普生的GYROPLUS技术使用了一个小到可以平衡在铅笔芯末端的陀螺传感器。

减少机器人性能的权衡

现在，通过安装在机械臂末端的陀螺仪传感器，机器人控制器可以直接在机械臂末端接收有关行为的信息，因此它可以发送运动命令来处理机械臂的准确运动和位置，而不是基于电机的角度和速度进行估计。这意味着更精确的定位控制，同时显著降低振动。

图片:机器人控制原理图

这种新的传感器集成由爱普生申请专利，被称为GYROPLUS技术，这也意味着更小、更轻的机器人手臂现在可以执行更快的动作，处理更重的有效载荷，并提供比没有这种技术的传统机器人更好的精度。换句话说，机器制造商和最终用户可以从他们的机器人自动化解决方案中获得更高的吞吐量和精度。借助GYROPLUS技术，SCARA和6轴机器人现在可以用于以前无法使用这些技术的应用领域，因为精度、有效载荷和周期时间要求都超出了机器人的能力。例如，在机器制造商和最终用户曾经被迫使用复杂的笛卡尔式和龙门式机器人来实现高速、高精度应用的应用程序中，他们现在可以使用SCARA和6轴机器人来实现相同或更好的性能，但占地面积更小，质量更小，集成更简单，编程也更简单。

图片:GX8