автономный мобильный робот AMR SLAM с навигацией и самоходным перемещением для промышленной обработки материалов

Основные технологические принципы 

Работа манипуляционного робота серии YH основана на скоординированной работе четырех основных компонентов: 

1. Восприятие окружающей среды и позиционирование

- Использовать технологию объединения данных с нескольких датчиков, включая лазерный радар, визуальные датчики и ультразвуковые датчики.

- Лазерная SLAM-навигация позволяет достичь погрешности позиционирования ±10 мм и может автономно составлять карту и осуществлять навигацию без предварительно заданных маяков.

- Визуальная SLAM-навигация использует камеры для идентификации объектов окружающей среды, имеет относительно низкую стоимость и подходит для условий стабильного освещения. 

2. Система управления движением

- Для легких нагрузок (≤500 кг): используется дифференциальный привод или колеса McNamee, обеспечивающие гибкие возможности перемещения, такие как движение вперед, боковое перемещение и вращение, что подходит для работы в узких проходах.

- Сценарий работы с тяжелыми грузами (≥1 тонна): Используется рулевое управление + вилочный погрузчик, грузоподъемность до 5 тонн и более.

- Способен работать в узких проходах. 

3. Автономное планирование траектории

- Расчет оптимального транспортного маршрута в режиме реального времени со временем отклика менее 500 мс.

- Когда несколько роботов работают в кластере, система автоматически оптимизирует маршрут, чтобы избежать заторов.

- При столкновении с динамическими препятствиями он может автономно принимать решение о том, чтобы свернуть в объезд или подождать, вместо того чтобы просто остановиться. 

4. Многосенсорное объединение данных для предотвращения столкновений и предотвращения препятствий

- Оснащен 16-строчным лазерным радаром (горизонтальное поле зрения 270°), устройством обнаружения расстояния до земли (0,1–3 м) и датчиком столкновения (пороговое значение срабатывания 0,5 Н).

— Благодаря механизму компенсации траектории нижняя камера захватывает особенности рельефа местности для калибровки положения в реальном времени.

Состав промышленных роботов

1. Механическое тело

Это «кости» и «мышцы» робота, та часть, которая непосредственно выполняет действие.

1.1 Конструкция: Обычно состоит из основания, большого рычага, малого рычага, запястья и концевого фланца.

1.2 Шарниры и степени свободы: Робот соединен множеством шарниров (вращающихся или перемещающихся), обеспечивающих различные степени свободы (DOF). Шестиосевой промышленный робот имеет 6 степеней свободы и имитирует гибкость человеческой руки.

1.3. Исполнительный механизм: Инструмент, установленный на конце запястья и находящийся в непосредственном контакте с обрабатываемым объектом. Например, захваты (пневматические/электрические), присоски, сварочные пистолеты, краскопульты, шлифовальные головки, лазерные режущие головки и т. д.

2. Система привода

Это «источник питания» промышленных роботов, отвечающий за обеспечение энергией, необходимой для движения различных шарниров.

2.1 Сервомоторы: наиболее распространенные, обеспечивающие высокоточное и быстродействующее управление положением и скоростью.

2.2 Гидравлические/пневматические устройства: Используются в системах повышенной прочности (гидравлические) или простых зажимных (пневматические), но реже встречаются в высокоточных многоосевых роботах.

2.3 Редуктор: Соединяет двигатель с шарниром для снижения скорости, увеличения крутящего момента и повышения точности позиционирования.

Основные компоненты: редуктор RV (часто используется для соединений, работающих под большими нагрузками) и редуктор гармонических колебаний (часто используется для соединений, работающих под малыми нагрузками или шарнирных соединений).

3. Система управления

Это «мозг» робота, который обрабатывает информацию, планирует траектории и отдает команды.

3.1 Аппаратное обеспечение контроллера: промышленный компьютер или специализированный шкаф управления, содержащий центральный процессор, память и интерфейсные схемы.

3.2 Программное обеспечение/алгоритм управления:

3.2.1 Управление движением: Решение обратной кинематики и планирование траекторий движения суставов для обеспечения плавности и точности.

3.2.2 Логическое управление: Обработка входных и выходных сигналов (В/В) и координация взаимодействия с другими устройствами (например, конвейерными лентами, датчиками).

3.2.3 Человеко-машинный интерфейс (ЧМИ): Учебный пульт для операторов, позволяющий программировать, отлаживать и отслеживать состояние робота.

4. Система восприятия

Это «пять чувств» робота, которые используются для получения информации о его внутреннем состоянии и внешней среде и являются ключом к достижению интеллекта.

4.1 Внутренние датчики:

4.1.2 Энкодер: Определяет угол и скорость вращения двигателя для обеспечения замкнутого контура управления.

4.1.3 Датчик крутящего момента: определяет усилие в шарнире и используется для обнаружения столкновений или для контроля усилия при шлифовании.

4.2 Внешние датчики:

4.2.1 Система машинного зрения: промышленная камера, 3D-сканер, для позиционирования, идентификации, контроля качества.

4.2.2 Датчики силы/тактильные датчики: устанавливаются на конце для точной сборки или шлифовки с постоянным усилием.

4.2.3 Датчики безопасности: лидар, световые завесы безопасности, используемые для наблюдения за окружающим персоналом и обеспечения безопасного отключения.

5. Вспомогательные системы

Хотя это и не основная движущаяся часть, она необходима для бега:

5.1 Система электропитания: блок питания, стабилизатор напряжения.

5.2 Система пневматического контура: Обеспечивает подачу сжатого воздуха к пневматическому захвату или балансировочному цилиндру.

5.3 Система охлаждения: Вентилятор или система водяного охлаждения для предотвращения перегрева двигателя и шкафа управления.

5.4 Защитное ограждение и кнопка аварийной остановки: физическая защита, соответствующая стандартам безопасности.

Промышленные роботы проникли практически во все отрасли обрабатывающей промышленности. Главная задача: заменить людей в выполнении повторяющихся, опасных и высокоточных задач. 

1. Наиболее распространенные приложения

1.1 Обработка, погрузка и разгрузка

1.1.1 Автоматический захват и размещение материала для станков, литьевых машин, штамповочных машин

1.1.2 Перемещение материалов на складах и производственных линиях

1.2 Сварка

1.2.1 Точечная и дуговая сварка кузовов автомобилей

1.2.2 Сварка стальных конструкций, строительной техники и труб

1.3 Сборка

1.3.1 Крепление винтами, установка подшипников, сборка компонентов

1.3.2 Сборка электроники, бытовой техники и автомобильных компонентов 3C

1.4 Шлифовка, полировка, удаление заусенцев

1.4.1 Обработка фурнитуры, сантехники, литых деталей, деталей из алюминиевых сплавов

1.4.2 Замена ручного труда, снижение вреда, связанного с пылью.

1.5 Распыление, нанесение покрытия

1.5.1 Покраска автомобилей, бытовой техники, мебели

1.5.2 Взрывозащищенный, однородный, экономичный в плане расхода краски.

1.6 Паллетирование, упаковка

1.6.1 Автоматическая укладка картонных коробок, мешков и бочек

1.6.2 Широко используется в пищевой промышленности, производстве напитков, химической промышленности, логистике.

1.7 Осмотр, сортировка

1.7.1 Роботы машинного зрения: проверка внешнего вида, измерение размеров, сортировка бракованной продукции.

1.7.2 Широко используется в электронной, пищевой и фармацевтической промышленности.

1.8 Резка, обработка

1.8.1 Лазерная резка, гидроабразивная резка, обрезка заготовок, сверление

1.8.2 Автомобильная промышленность, обработка листового металла, резины и пластмасс.

2. Основные отрасли применения

2.1 Автомобильная промышленность, крупнейший потребитель: точечная сварка, дуговая сварка, сборка, покраска.

2.2 Электроника 3C, мобильные телефоны, компьютеры: сборка, контроль качества, нанесение клея.

2.3 Строительная техника, экскаваторы, краны: сварка, шлифовка

2.4. Метизы и бытовая техника, кондиционеры, холодильники, кухонная утварь: сварка, сборка.

2.5 Продукты питания и фармацевтические препараты: сортировка, упаковка, паллетирование

2.6 Логистика и складирование: разборка паллет, погрузка и разгрузка

2.7 Железнодорожный транспорт, суда, стальные конструкции: сварка, резка

3. Преимущества использования роботов

3.1 Стабильное качество и высокая однородность

3.2 Круглосуточная непрерывная работа, высокая эффективность

3.3. Снижение производственных травм и профессиональных заболеваний, сварочных испарений, пыли от шлифовки, высоких температур.

3.4 Более низкие затраты на рабочую силу, подходит для массового производства.

Повышение эффективности

- Круглосуточная непрерывная работа без ограничений по усталости. Один робот может заменить 2-3 рабочих, занятых ручным трудом.

— После внедрения системы на одном из складов электронной коммерции ежедневный объем обработки заказов увеличился с 50 000 до 120 000 наименований, что привело к повышению эффективности на 140%.

- Время перемещения автомобилей между станциями на заводе сократилось с 15 минут до 5 минут, а время цикла производственной линии увеличилось на 67%. 

Экономия средств

- Склад среднего размера (с 5 роботами) позволяет ежегодно экономить более 400 000 юаней на оплате труда. Инвестиции в оборудование обычно окупаются в течение 1-2 лет.

- Энергопотребление составляет всего 30% от потребления традиционных вилочных погрузчиков. Он поддерживает автоматическую зарядку и может работать до 4 часов после 1-часовой зарядки. 

Безопасность и точность

- Многосенсорная система предотвращения столкновений имеет время отклика ≤ 100 мс. При столкновении с препятствием она может завершить торможение в течение 0,3 секунды.

— После применения на промышленном складе количество несчастных случаев, связанных с нарушением техники безопасности при погрузочно-разгрузочных работах, снизилось до 0.

- Процент ошибок при сортировке товаров снизился с 0,1% при ручной сортировке до 0,01%, а процент повреждений товаров уменьшился с 2% до менее 0,2%.

- Точность позиционирования материала в новом роботе-манипуляторе Ren, использующем алюминиевую фольгу, контролируется в пределах погрешности 5 мм. 

Гибкость и интеллект

— Роботы могут формировать самоорганизующуюся сеть через локальную сеть и автономно согласовывать траекторию движения и распределять задачи.

- Система обеспечивает бесшовную интеграцию, достигая полной автоматизации процесса «складирование - обработка - сортировка - отгрузка».

После внедрения на производственном предприятии эффективность отслеживания материалов на производственной линии повысилась на 80%.