必须知道的优傲机器人30问
北京艾科伯特Airking Robots是UR优傲机器人,Robotiq机器人工具的合作伙伴,专注协作机器人和移动机器人的技术公司。关注微信公众号 Airkingrobots
目 录
1. 优傲机器人基础问题Basic question of UR Robot 5
1.1 什么是协作型机器人,为什么优傲机器人是协作型机器人? 5
1.2 优傲机器人与传统工业机器人对比,有哪些优势和劣势? 5
1.3 优傲机器人在协作型机器人领域地位如何? 6
1.4 优傲机器人有哪几种型号?现场应用该如何选型? 6
1.5 每种型号的优傲机器人软件和硬件都是标准产品吗?有没有可选项? 8
2. 优傲机器人结构问题 Instructure question of UR robot 8
2.1 优傲机器人的机械臂外形很独特,它有什么特别的设计理念? 8
2.2 优傲机器人的防护等级是什么?优傲机器人可以在特殊环境中使用吗?优傲机器人通过哪些认证? 8
2.3 优傲机器人运动范围是一个完整的球形,它有没有盲区或死点? 9
2.4 优傲机器人负载怎么计算?超过负载使用会有什么影响? 9
2.5 优傲机器人可以任意角度安装吗?有什么参数需要修改 9
3. 优傲机器人软件和编程问题UR robot programming and software 10
3.1 学习优傲机器人很难吗?如何快速学习优傲机器人? 10
3.2 优傲机器人拖拽示教的功能很实用,请问是如何实现的? 10
3.3 优傲机器人有哪些常用软件?系统升级是免费的吗? 11
3.4 优傲机器人示教器使用有什么权限设置或密码保护吗? 11
3.5 优傲机器人有哪些坐标系?如何使用的? 11
3.6 优傲机器人的运动速度和加速度的设置有什么要求?很高的速度和加速度对机器人的安全、稳定性和寿命有什么影响? 12
4. 优傲机器人应用问题 Application question of UR robot 12
4.1 优傲机器人的通讯方式有哪些? 12
4.2 优傲机器人可以与哪些视觉系统品牌搭配,兼容性如何? 13
4.3 优傲机器人搭配AGV小车,有哪些优点? 13
4.4 优傲机器人在锁螺丝应用中有什么优势? 13
4.5 优傲机器人跟踪传送带取料是如何实现的?最快速度是多少? 14
4.6 优傲机器人有力控传感器吗?是如何实现力控功能的? 14
4.7 优傲机器人可以和PC通讯吗?可以实现哪些功能? 14
5. 优傲机器人安全和维护问题 safety and maintenance question of UR robot 15
5.1 优傲机器人的精度有哪些类型?都是什么含义? 15
5.2 优傲机器人的维护保养有哪些工作?与传统工业机器人有什么不同? 15
5.3 优傲机器人需要做零位重新标定吗?什么时候做? 16
5.4 优傲机器人开机后,能够自动运行程序吗?如何实现的? 16
5.5 优傲机器人的安全性是如何体现的? 16
5.6 优傲机器人可靠性怎样?使用时有哪些注意事项? 17
3.5 优傲机器人有哪些坐标系?如何使用的? ……………………………………………….…12
3.6 优傲机器人的运动速度和加速度的设置有什么要求?很高的速度和加速度对机器人的安全、稳定性和寿命有什么影响? ……………………………………………………………..12
4. 优傲机器人应用问题 Application question of UR robot 13
4.1 优傲机器人的通讯方式有哪些? 13
4.2 优傲机器人可以与哪些视觉系统品牌搭配,兼容性如何? 13
4.3 优傲机器人搭配AGV小车,有哪些优点? 13
4.4 优傲机器人在锁螺丝应用中有什么优势? 14
4.5 优傲机器人跟踪传送带取料是如何实现的?最快速度是多少? 14
4.6 优傲机器人有力控传感器吗?是如何实现力控功能的? 15
4.7 优傲机器人可以和PC通讯吗?可以实现哪些功能? 15
5. 优傲机器人安全和维护问题 safety and maintenance question of UR robot 15
5.1 优傲机器人的精度有哪些类型?都是什么含义? ……………………………………….15
优傲机器人的维护保养有哪些工作?与传统工业机器人有什么不同? 16
5.3 优傲机器人需要做零位重新标定吗?什么时候做? 16
5.4 优傲机器人开机后,能够自动运行程序吗?如何实现的?……………………….17
5.5 优傲机器人的安全性是如何体现的? 17
5.6 优傲机器人可靠性怎样?使用时有哪些注意事项? 17
优傲机器人最大的技术特点就是协作型机器人,所以在安装、调试和使用阶段与传统工业机器人有很大的不同,它具备一些独特的功能,包括可拖拽示教、图形化编程、安全参数设置、力和功率监控等,这些需要在使用时发挥出它的优势。
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。人的优势是灵巧,擅长处理非精确定位的工作;机器人优点是准确、有力量、速度快、有耐力。
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15,000多台,占所有协作型机器人的90%,可以说遥遥领先其他的竞争对手,在可预见的未来几年,优傲机器人仍然是协作型机器人领域的领导者,是名副其实的No.1。
优傲机器人现在有三种型号,UR3、UR5和UR10,UR3e、URe5和UR10e,UR16e、UR20和UR30,分别代表机器人工具端负载能力3公斤、5公斤和10公斤。(具体数据可参考技术参数表)
例如UR CB系列如下:
UR3 | UR5 | UR10 | |
负载 | 3 公斤 | 5 公斤 | 10 公斤 |
工作半径 | 500 mm | 850 mm | 1300 mm |
关节运动范围 | +/-360° | +/-360° | +/-360° |
重复定位精度 | +/-0.03 mm | +/-0.03 mm | +/-0.03 mm |
关节最大速度 | 180°/sec (j0-j2)和360°/sec (j3-j5) | 180°/sec | 120°/sec (j0-j1)和 180°/sec (j2-j5) |
工具端额定速度 | 1000 mm/sec | 1000 mm/sec | 1000 mm/sec |
自重 | 11.0 公斤 | 18.4 公斤 | 28.9 公斤 |
IP 等级 | IP64 | IP54 | IP54 |
工作温度范围 | 0-50°C | 0-50°C | 0-50°C |
工作电压 | 100-240V AC, 50-60 Hz | 100-240V AC, 50-60 Hz | 100-240V AC, 50-60Hz |
工作功率(典型值) | 150w | 150W | 250w |
UR3e、URe5和UR10e,UR16e、UR20和UR30请参考对应参数表。
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:UR5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UR3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。
UR3机器人防护等级是IP64,UR5和UR10是IP54;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。
优傲机器人符合2006/42/EC的要求,通过以下指令:
2014/35/EU-低压指令(LVD)
2014/30/EU-电磁兼容性指令(EMC)
2011/65/EU-特定危险物质禁用指令(RoHS)
安全系统认证:TÜV NORD,根据EN ISO13849-1:2008 ,PLd测试
DELTA 环境测试证书
EMC测试证书
TÜV SÜD洁净室测试证书,根据ISO14644-1符合ISO Class 5
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。
UR3机器人负载3公斤,UR5是5公斤,UR10是10公斤;需要注意,机器人最大允许有效负载取决于重心偏移,重心偏移定义为工具法兰中心与重心的距离,在用户手册中有相关的负载图,可以对照检查。
机器人即使在最大允许负载,最快速度(如UR5,关节速度最快180°/秒),延展度100%(机械臂完全展开)状况下,对运动轨迹精度、使用寿命没有影响;建议不要过载使用机器人,否则会降低轨迹精度,造成额外的偏差。
此处所指的安装是指机械臂基于基座法兰的安装位置,当机械臂安装固定后,在示教器“安装设置”窗口“安装”选项卡内设置机器人安装位置和角度;控制器运用高级动力学模型确保机器人手臂平稳精确地运动,并使机器人手臂处于自由驱动模式时能够自我支撑,为此,机器人手臂的安装务必设置正确,这一点至关重要。
系统默认机器人手臂安装在平稳的水平的台面或地面上,此情况下,无需对“安装”选项卡进行任何更改。但是,如果机器人手臂采用吊顶式、壁挂式安装或呈一定角度安装,则需使用其中的按钮对其进行调整;右侧的按钮可用于设置机器人手臂的安装角度,右侧前三个按钮可将角度设置为吊顶(180◦)、墙壁(90◦)、地面(0◦),倾斜按钮可用于设置任意角度;底部的按钮用于旋转机器人手臂的安装角度,以与实际安装角度保持一致。
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。
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。
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。
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。
优傲机器人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。
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。
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;优傲机械臂工作时需要48VDC和12VDC,UR5和UR10最大峰值电流在20A和30A左右,请选择合适功率的电源。
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。
为了控制成本,优傲机器人的机械臂自身没有力控传感器,机器人通过实时监控各个关节受到的扭矩和电流的变化,来监控力的变化;软件上采用force_mode(Feature, Compliance, Force, Type, Limits) 脚本指令,来定义力的坐标系、受力的方向、力的大小、力的类型和位置背离的限制,从而实现力控功能。力控相关数据:力控精度±10N,扭矩精度±5Nm,位置精度±5mm,方向精度±0.5°
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。
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。
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。
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