【AI新视界】节卡机器人:深度融合移动互联技术的人机共融协作机械臂

国际金属加工网 2020年09月09日

一、基本情况

工业机器人经历近半个世纪的迅速发展,其技术日趋成熟,已在诸多工业领域得到广泛的应用。截至 2019年底,全球工业机器人装机量已超百万台。当前传统机器人仅是取代人类完成单调、重复性高、危险性强的工作,但当遇到复杂的工作时,传统机器人的操作灵活性、在线感知实时作业、智能性等能力越发显得不足。未来,“人”的角色依然是“定性”判断的决策者,负责监督控制和任务安排,机器则从“定量”计算推理升级为“模仿”判断决策,具备模仿学习和容错能力。为了实现智能生产,下一阶段智能制造需要融入人机共融系统。

节卡小助协作机器人是融合了驱控一体、一体化关节、拖拽编程、移动互联等核心技术的人机共融协作机械臂。它安全、智能、简单易于操作,通过开放性生态实现与人、机器人及环境共融的协作,已成功应用于汽车零部医疗3C、锂电、食品、化纤等多个工业领域的自动化生产,为工业领域创新提供持续而强劲的装备基础。该机器人由上海节卡机器人科技有限公司研发、生产。公司成立于 2015 年,是一家聚焦于新一代协作机器人本体与智慧工厂创新研发的高新技术企业,创始团队源自上海交通大学机器人研究所。

二、创新内容

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图1. 节卡小助®系列协作机器人

节卡机器人作为全球共融协作机器人的革新引领者,开发的人机共融协作机械臂首创了无线示教、图形化编程、视觉安全防护等机器人技术,革新了人与机器人的交互方式,提升了人机协作交互的安全性,大大降低了机器人的使用门槛,使人人皆可自由使用机器人。同时,节卡共融协作机械臂已深度融合视觉和力觉,保障机械臂、人、作业环境三者之间自然交互、自主适应,显著拓宽了机器人的应用边界。

(一)核心技术特性

移动互联:可通过手机/PAD操作机器人,革新人与机器人交互方式。

图形化编程:使用零门槛,人人皆可自由使用机器人。

高精度:重复定位精度±0.03mm。

高安全性:双重安全防护机制,第一级为非接触式的视觉防护,第二级为接触式的碰撞防护,同时结合力觉,可以做到全臂碰撞检测最高精度10N。

接口开放:支持多种现场总线接口,比如Modbus RTU、Modubus TCP、EtherNet/IP、Profinet等,非常方便实现智慧工厂里的设备互联,另外也支持ROS平台接口。

产品认证齐全:已获得协作机器人ISO/TS 15066(国内首家)、ISO 13849功能安全(PL=d)、CE MD、EMC、RoHS、CR-B等认证。

自主知识产权:具备协作机器人完整的零部件、机器人本体、传感部件、安全防护机制和开放的软硬件系统的自主知识产权。

(二)技术创新特点

节卡共融协作机械臂拥有以下四个技术创新特点,使它与传统工业机器人有了革命性的差别:

高集成度关节。提出了在共融协作机械臂的关节内集成电机、传动机构、驱动、控制以及传感等的机电设计方法。研制的JAKA 小助协作机器人在自重仅为 21kg的情况下,最大负载可重达 7kg,实现负载自重比 1:3,优胜于国际同行的1:4,突破了轻量化机械臂的关键技术。

便捷智能示教。首创了无线示教技术、图形化编程技术,大幅度提高了协作机器人的易用性和集成时间,机器人集成时间由 1-2 周降至 8小时以内。实现 IPAD、手机等移动终端无线、远程的动作设定和基于拖拽式任务流程的程序编辑,显著降低机器人的使用门槛,减少了示教器的成本、操作用户的培训时间,并且突破了用户使用的地域限制。

快速智能编程。针对制造业小批量定制化生产需求,开发了机器人快速智能编程系统。采用了基于演示的机器人学习编程,通过观测演示过程进行机器人编程,实现基于操作特征而非简单的轨迹重复的机器人学习编程,最终达到人机技能的快速有效传递。

安全策略完备。节卡人机共融协作机械臂具备基于视觉的人机多重安全机制,采用了多传感器融合的多源感知系统结合低成本的摄像镜头,实现了人机共融环境中各种复杂工况条件下机器人与现场工作人员安全共融的协作生产。建立了人机安全防护系统,在规定区域内监测人员以及其他移动物体,通过设置一定的安全防护等级使得机器人减速或停止;集成了低成本的视觉系统,并嵌入到机器人本体和控制系统,实现了机器人安全空间全覆盖。

节卡共融协作机械臂可以深度融合视觉和力觉,实现了智能的机器视觉系统和力控系统,提供了安全防护、快速演示编程、缺陷智能识别、精密检测与引导、高精密装配、复杂曲面打磨等功能,大幅降低用户对机器人专业知识的要求,提升了用户使用体验,快速为用户带来效益,适应了智能化制造的发展趋势。节卡共融协作机械臂具有人机混线、人机共线的集成应用能力,结合其快速编程功能,适用于多批次少批量的生产场景,拓展了机器人的应用领域。

三、应用情况

目前节卡小助协作机器人已广泛服务于汽车零部件、医疗、3C、锂电、食品、化纤、服务等多个行业的智能化生产线。

在汽车行业高精度装配应用中,例如发动机、汽车零部件等场合,由于机器人的定位误差,仅通过机器人精度实现自动化装配的难度极高,节卡基于小助协作机器人力控技术可实现高精度的自适应精密装配。在行业知名车企生产线上,在发动机齿轮箱装配中,双销轴装配是这一复杂的操作任务就是典型例子。通过小助协作机器人的力控算法,实现双销轴深孔有效装配。在运行过程中,即使被干扰改变初始装配位置和姿态,小助协作机器人还是可以同步装配,实现准确、可靠的定位和装配,使装配速度提高,有效地防止工件的损耗,提升劳动生产率;同时将对应的汽车人工装配工位替换为机器人自动化产线,把人从装配线中解放出来,降低人工成本,提高产线自动化程度。

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图2. 高精度的自适应精密装配

在医疗器械领域,由节卡机器人与知名医疗器械生产商合作自动化喷砂项目已经通过验收。采用了小助协作机器人后,工艺节拍优化,喷砂工艺固化稳定,有效减少残次品发生,减少噪声及粉尘造成的职业病风险,提高产出及设备利用率等。

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图3. 医疗器械领域的自动化喷砂工作站

在医疗行业方面,医疗机器人因为涉及到安全、健康等问题饱受怀疑。其中医疗复健按摩机器人一直是行业研究热点课题,一般机器人通过集成价格昂贵的力传感器才能实现安全按摩功能,小助机器人不直接通过软浮动功能就能实现机器人按摩功能,现已在某医院落地。(注:机器人控制器给关节电机发送包含克服重力和摩擦力的前馈值,并且将机器人各关节的力矩限制在一定的范围之内,就可以在位置模式下实现机器人关节空间的软浮动)

在服务领域,节卡机器人建立全新线下商业新模式,打破传统店铺限制,满足消费者随时、随地以及个性化的需求。在科技发展的大趋势下,运用节卡小助协作机器人移动互联、远程管理等优势,无人服务小站,如咖啡站、饮品店、甜品店、机器人互动游戏机等应用场景将得以落地。以机器人咖啡站为例,咖啡站实行无人化管理,轻松实现后台指令动作,自动实现手机扫码下单、机器人咖啡制作、机器人咖啡传递等动作,安全、卫生、同时也具有科技感和观赏性,整套设备更好地融入商业和生活中。

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图4. 机器人咖啡站

四、专家点评

“节卡机器人依托上海交通大学机器人研究所打造的系列产品,集驱控一体化、拖拽示教、移动互联、远程协作、安全防护等功能于一体,保障了节卡机器人的轻型、柔性、便捷、安全。它既可用于一般环境中,也可适应高温、洁净、粉尘等特殊环境。我相信在不久的将来,节卡机器人在工厂、物流、医疗、服务等领域会越来越多地看到它的身影。”

——山东大学机器人研究中心主任、教授、博导李贻斌

“节卡小助协作机器人拥有极高的灵活度、精确度和安全性产品特征,移动互联作为国内首创的机器人核心技术,开拓全新的工业生产方式。现在了解到已在 3C、食品、医疗等行业进行应用,相信未来节卡依旧会为各行业生产制造赋能增效。”

——上海交通大学机械与动力工程学院副院长、研究员、博导熊振华


(上海经信委)

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