精密机器人和自动化:半岛app官网六足机器人推进生产过程gydF4y2Ba

传统的机器人可以高速处理重物，但缺乏定位精度。六足机器人-六足平行运动机器-在精密光学校准和微/纳米制造自动化方面有着悠久的历史。对于传统的工业自动化应用来说，它们被认为是过度的，但对小型化和更高精度的需求正在迅速改变这种情况。新的高速现场总线接口便于与PLC或CNC控制器集成。gydF4y2Ba

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Markus Frietsch博士和Stefan Vorndran博士gydF4y2BaPI(物理仪器)gydF4y2Ba

03/07/17, 08:14 am |gydF4y2Babdapp安卓手机版，gydF4y2Ba工厂自动化gydF4y2Ba|gydF4y2BaPI USA(物理仪器)gydF4y2Ba|gydF4y2Ba昆虫gydF4y2Ba

传统的机器人可以高速处理重物，但缺乏定位精度。六足机器人-六足平行运动机器-在精密光学校准和微/纳米制造自动化方面有着悠久的历史。对于传统的工业自动化应用来说，它们被认为是过度的，但对小型化和更高精度的需求正在迅速改变这种情况。新的高速现场总线接口便于与PLC或CNC控制器集成。就半导体和电子工业、汽车工业和精密装配而言，没有它们，许多生产过程都是不可想象的。今天，六轴定位系统的负载能力从2kg到2000kg，行程从10到数百毫米，同时保持亚微米精度。在最新的硅光子学生产过程中，六脚架用于对准最小的光学元件，如控制自动贴标机，以及为汽车生产定位整个车身部件。六足机器人固有的特性为机器人技术提供了丰富的新可能性。半岛app官网gydF4y2Ba

观看视频>串联与并联六轴运动力学的比较(图片来源:PI)gydF4y2Ba — *观看视频b>gydF4y2Ba串联与并联六轴运动力学的比较(图片来源:PI)gydF4y2Ba*

构建多轴定位系统有两种方法:串行运动学和并行运动学。堆叠串联运动系统易于设计和控制。然而，与更强大和优雅的并联运动机器相比，有许多缺点。gydF4y2Ba

并联运动学及其优点gydF4y2Ba

在多轴连续运动系统中，每个作动器只分配一个自由度。当位置传感器集成时，它们也被分配到一个驱动器上，并且只测量相应定位轴上的运动。其他五个自由度的任何不良运动，例如，由于单个轴的导向误差而发生的运动，都不能被检测或补偿。相反，在六足机器人中，所有的执行机构直接驱动同一个平台。传动系和导向误差的累积——在堆叠系统中很常见——不会在设计良好的并联系统中发生。gydF4y2Ba

观看视频>标记机器人原型中的Hexapod(图片来源:Tirelli / PI)gydF4y2Ba — *观看视频b>gydF4y2Ba标记机器人原型中的六足机器人(图片来源:Tirelli / PI)gydF4y2Ba*

六足平台也没有拖缆，减少了运动平台上的摩擦或扭矩，同时延长了使用寿命。此外，六足机器人更坚固、更紧凑，同时大大减少了惯性(移动质量)，可以提供更快的响应和沉降，从而实现更高的动力学、可重复性和准确性。gydF4y2Ba

机械，控制和软件gydF4y2Ba

虽然机械设计对刚度、精度、可重复性和寿命至关重要，但许多细节(如球面滚动接头)乍一看似乎是个好主意，结果却是一个死胡同，灵活性和多功能性取决于控制器和软件。gydF4y2Ba

六足六轴定位系统的额定负载从2kg到2000kg，行程范围从几到几百毫米，提供亚微米级的精度。应用包括硅光子学元件的校准，半导体制造，以及汽车生产中整个车身部件的定位。(图片:π)gydF4y2Ba

例如，与串行运动学不同，如果你想在一个轴上移动一个平台，控制器必须改变每个支柱的单个长度——一些会延长，一些会收缩。所需的坐标转换和路径计算需要一个强大的控制器，能够每秒运行100次或数千次操作，因为对当前坐标没有线性依赖。最硬的机械设计是基于轴线之间有偏移的基本关节，这使得数学计算更加复杂。gydF4y2Ba

稳健的六足关节:(左)带有z偏移的卡尔达尼关节提供了最高的刚度和最佳的方向无关性能，但需要更先进的算法。(右)不建议使用球面轴承，因为它们的刚度和方向依赖性较低。(图片:π)gydF4y2Ba — *坚固的六足关节:gydF4y2Ba*
*(左)带有z轴偏移的卡尔达尼关节提供了最高的刚度和最佳的与方向无关的性能，但需要更先进的算法。gydF4y2Ba*
*(右)不建议使用球面轴承，因为它们的刚度和方向依赖性较低。(图片:π)gydF4y2Ba*

一般来说，没有解析解，并且需要cpu密集的迭代算法来重新计算每一步复杂的六足体运动学。所有这些对用户来说都是透明的，他们不需要担心在PLC上实现六足机器人的运动学。gydF4y2Ba

如上图所示，具有基数z偏移关节的六足体结合了高刚度和高精度。在这里，用激光干涉仪测量了H-811六足架的y轴运动，以确定线性和可重复性。对于全行程移动，RMS重复性为±71nm，对于2mm行程为±55nm。X和Z性能处于同一水平。(图片:π)gydF4y2Ba — 如上图所示，具有基数z偏移关节的六足体结合了高刚度和高精度。这里，an的y轴运动gydF4y2Bah - 811gydF4y2Ba用激光干涉仪测量六足架，以确定线性度和可重复性。对于全行程移动，RMS重复性为±71nm，对于2mm行程为±55nm。X和Z性能处于同一水平。(图片:π)gydF4y2Ba

一个专用的数字六足控制器，经过30多年的不断改进，通过实时严格控制每个执行器，以亚微米精度服务运动。平台的直线运动和旋转运动简单地用笛卡尔坐标表示。gydF4y2Ba

防风雨六足架，如上图所示的H-850k型号，对准了世界上最大的天文望远镜的二次反射镜:智利ALMA天文台(图片:PI)gydF4y2Ba — *防风雨六足架，如上图所示的H-850k型号，对准了世界上最大的天文望远镜的二次反射镜:gydF4y2Ba智利的ALMA天文台gydF4y2Ba(图片:π)gydF4y2Ba*

六足系统的一个基本特点是允许通过简单的软件命令来适应参考坐标系和枢轴点的位置和对齐。gydF4y2Ba

为了使轨迹完全适应应用的要求，可以根据工件或工具的位置来定义工作和工具坐标系。该功能节省了工业自动化和光电校准任务的宝贵时间。gydF4y2Ba

*PLC标准语言的所有功能都可以用于控制六足系统-不需要专有语言。(图片:π)gydF4y2Ba*

控制器通过标准协议(如EtherCAT)与Hexapod通信。(图片:π)gydF4y2Ba

控制器通过标准协议(如EtherCAT)与Hexapod通信。(图片:π)gydF4y2Ba

所有PLC标准语言功能可用于控制六足系统;控制器通过标准协议与Hexapod通信。已建立的现场总线协议，如EtherCAT或ProfiNET，可用于此目的;此外，还集成了RS232和TCP/IP接口。在这些接口的帮助下，可以与Hexapod系统和网络中的任何其他组件实时交换时间同步数据，例如目标和实际位置或状态信息。gydF4y2Ba

PI Hexapod可以与多个坐标系一起工作，并允许用户通过简单的软件命令改变旋转中心或投射/旋转坐标系-这是在精密加工应用中使用Hexapod时的重要功能。(图片:π)gydF4y2Ba

在典型的自动化应用中，相应的笛卡尔目标位置或轨迹由主控制器(例如，带有TwinCAT的标准软件PLC)生成，并通过EtherCAT协议或类似协议传输到Hexapod系统，作为回报，可以轮询实际位置和状态信息。系统参数，如旋转中心和坐标系，也可以方便地配置。六足系统在总线上充当智能多轴驱动器。gydF4y2Ba

用于制造和质量保证的例子gydF4y2Ba

多功能六足的应用领域是广泛的，因为在半导体元件或机电元件或重负载的精确定位之间没有区别。gydF4y2Ba

例如，自动化6D对准系统在测试和制造MEMS(微机电系统)相机传感器和光子元件配件期间负责重要任务，包括光纤和光纤阵列的对准，光学透镜的生产。gydF4y2Ba

观看视频>微组装中的光纤对准(图片:PI)gydF4y2Ba — *观看视频b>gydF4y2Ba微组装中的纤维对准(图片:PI)gydF4y2Ba*

进一步的应用可以在“经典”工业环境中找到，例如材料加工，当需要几个轴时，或汽车工业的检测系统。几个轴上的精确对准对于重型物体也很重要，例如大型望远镜中的镜子和反射器，精确定位和对准肿瘤诊断和治疗的辐射源或大型平板检查系统。gydF4y2Ba

六足机器人可以在任何方向携带高达2吨的载荷，如果需要，可以倒置安装。由于六足系统的最大允许载荷取决于各种参数，例如安装位置，载荷的重心和当前位置，因此提供了合适的仿真程序，以便方便设置。它们还允许根据所选的旋转中心或当前位置轻松确定工作空间和运动限制。gydF4y2Ba

快速运动和扫描gydF4y2Ba

运动模拟器对运动动力学提出了很高的要求。它们重复执行定义的运动周期，例如，用于移动使用产品的质量保证和功能监测。这方面的典型例子包括用于加速或陀螺仪传感器的检测系统，如用于智能手机、手机和相机的检测位置变化的检测系统。它们通过特定的运动模式进行测试。gydF4y2Ba

复杂的图形运动生成对于车辆仿真和机载平台仿真和测试等应用变得越来越重要，具有先进控制器和软件的六足机器人可以在6个自由度内执行复杂的轮廓。更多信息>gydF4y2Ba — 复杂的图形运动生成对于车辆仿真和机载平台仿真和测试等应用变得越来越重要，具有先进控制器和软件的六足机器人可以在6个自由度内执行复杂的轮廓。gydF4y2Ba更多信息>gydF4y2Ba(图片:π)gydF4y2Ba

同样，这也适用于测试相机防抖系统的算法和机制是否有效。为此，必须在所有线性和旋转轴上以相同的动力学和精度模拟精确、可重复、自然和人工运动。Hexapod专为这些任务而设计，PI提供的Hexapod系统已通过CIPA(相机和成像产品协会)认证，用于测试图像稳定系统。gydF4y2Ba

H-840六足架相机稳像试验台与史蒂夫6D(稳定评估设备)系统(图片来源:图像工程)gydF4y2Ba — *h - 840昆虫gydF4y2Ba在相机稳像试验台与史蒂夫6D(稳定评估设备)系统(图片:图像工程)gydF4y2Ba*

软件为六足gydF4y2Ba

来自PI的数字运动控制器提供了一个gydF4y2Ba综合软件包gydF4y2Ba这涵盖了所有应用程序方面，从轻松启动到使用图形界面方便地控制系统，再到快速和可管理地集成到外部程序。gydF4y2Ba

*PIVerimove软件工具可以模拟安装在任何PI六脚架和外部障碍物上的夹具之间的干扰。示例显示了H-206光子对准六足架。(图片:π)gydF4y2Ba*

虚拟控制器允许在没有任何组件的情况下开发应用程序。仿真工具有助于计算工作空间，并确保避免与外部对象的碰撞。移动应用程序可以实现无线监测和控制。开发库和示例应用程序简化了实现，并支持以下常用编程语言和软件环境(C, c++， Python, Visual c++， Visual Basic和Delphi或LabVIEW, MATLAB， μManager, EPICS, TANGO, MetaMorph以及所有支持加载dll的编程环境)。gydF4y2Ba

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PI USA(物理仪器)gydF4y2Ba

PI是一家私人控股公司，在北美，欧洲和亚洲设计和制造世界级的精密运动和自动化系统，包括空气轴承，六脚架和压电驱动器。该公司成立于50年前，目前在全球拥有1300多名员工。PI的客户是高科技行业和研究机构的领导者，如光子学、生命科学、半导体和航空航天等领域。gydF4y2Ba

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