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机器人技术

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智能机器人完整解决方案

机械自动化类 黄金手表 2016-12-14 10:49 发表了文章 来自相关话题

近年来工业机器人供应量在大多数行业都呈现出上涨的态势。而服务机器人发展历史较短。其在功能上的主要不同体现在两个方面:一是与人的沟通协作;二是在复杂环境下代替人的部分工作。

随着IT技术的高速发展,我们已经进入了全力打造智能型机器人的全新时代。 2015年世界智能型机器人市场约为269亿美元,今后10年间,CAGR(年平均成长率)同比增长9%,至2025年世界机器人市场将高达669亿美元。过去以制造业现场工厂自动化为主要应用领域,但目前机器人应用范围在逐渐增加,应用领域已经涉及医疗、物流家庭等服务行业。

机器人(robot)一词,最早出现在1920年捷克科幻作家恰配克的《罗索姆的万能机器人》中,原文作“Robota”,后来成为英文中通行的 “Robot”。更科学的定义是1967年由日本科学家森政弘与合田周平提出的:“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动 性、奴隶性等7个特征的柔性机器。”

国际机器人联合会将机器人分为两类,工业机器人和服务机器人。工业机器人是“一种应用于工业自动化的, 含有三个及以上的可编程轴的、自动控制的、可编程的、多功能执行机构,它可以是固定式的或移动式的”。服务机器人则是“一种半自主或全自主工作的机器人, 它能完成有益于人类健康的服务工作,但不包括从事生产的设备”。从定义可见,分类的标准是机器人的应用场合。

一般的机器人都由机械结构、控制驱动系统、感知系统、交互系统等部分组成。






图1 一般机器人的系统构成

未来产业与服务应用相结合的世界机器人市场必将成为一种趋势,为了迎合市场的需求,很多机器人解决方案顺势而出,比如机器人大脑采用Rockchip RK3288 为主平台的,4核 Cortex-A17 处理器,主频1.8GHz,内嵌最新一代GPU(Mali-T764)能顺利支持高分辨率(3840X2160)显示。机器人机身的部分采用NXP LPC54102 作为控制部分,驱动部分采用的是Toshiba TMPM375FSDMG 芯片,实现 FOC 适量控制。






一、基于 Rockchip RK3288 的新一代机器人大脑解决方案

1、功能框图






2、功能描述

① RK3288 最小系统
② 支持 WIFI & BT 功能
③ 集成 HDMI、USB、SD 卡、外部扩展口

3、重要特征

① 4 核 Cortex-A17 处理器,主频 1.8GHz,内嵌最新一代 GPU(Mali-T764)能顺利支持高分辨率(3840X2160)显示

② 符合 96Boards 接口定义

二、基于 NXP LPC54102和 Toshiba TMPM375FSDMG的轮式机器人方案

1、功能框图






2、功能描述

① 可实现通过遥控器控制偏航角的方式控制机器人的运动方向
② 可控制机器人的速度和运动距离

3、重要特征

① 采用九轴传感器,通过姿态算法来完成机器人的运动控制

② 机器人驱动板采用的是Toshiba TMPM375FSDMG,实现 FOC 适量控制

三、基于NXP低功耗蓝牙控制的机器人设计方案

Bluetooth® Low Energy (BLE)控制的机器人参考设计采用FRDM-KW40板和Pololu Zumo机器人开发,并且可以通过手机APP控制。BLE控制的机器人基于KineTIs KW40Z片上系统(SOC),该系统包括一个ARM® Cortex® M0+处理器,并配有面向BLE和802.15.4的2.4 GHz无线电。它采用HID over GATT配置文件实施,用作人机接口设备。该软件提供的特性包括:BLE数据到手机app的传输、电机控制和电池监测,等等。

1、低功耗蓝牙控制的机器人系统框图






2、低功耗蓝牙控制的机器人参考设计特性

其中包括恩智浦超低功耗的KineTIs KW40Z SoC,它为便携式、超低功耗的嵌入式系统提供Bluetooth® Smart/Bluetooth® Low Energy (BLE) v4.1和/或IEEE® 802.15.4-2011射频连接

使用KineTIs软件开发工具包(SDK)开发,面向KineTIs MCU提供全面的软件支持,包括一个硬件抽象层(HAL)、每个MCU外设的驱动、连接堆栈、中间件、实时操作系统以及应用示例,旨在简化和加快基于Kinetis微控制器的应用开发。

3、支持器件

KW40Z: Kinetis® KW40Z-2.4 GHz双模式:BLE和802.15.4无线连接微控制器(MCU),基于ARM® Cortex®-M0+内核

KW40Z是一款高集成度的单芯片器件,让便携式、超低功耗的嵌入式系统具备Bluetooth® Smart/Bluetooth® Low Energy (BLE) v4.1和IEEE® 802.15.4-2011射频连接。应用包括便携式医疗设备、可穿戴的运动和健身设备、AV遥控器、电脑键盘和鼠标、游戏控制器、门禁、安防系统、智能 能源和家庭网络。

KW40Z MCU集成了一个2.4 GHz收发器,支持多种FSK/GFSK和O-QPSK调制,一个ARM® Cortex®-M0+ 处理器,160 KB闪存和20 KB SRAM,BLE链路层硬件,802.15.4分组处理器,硬件安全和外围设备,优化后满足目标应用的要求。KW40Z拥有足够的片上内存,可为多模应用 同时运行Bluetooth Low Energy协议栈和IEEE 8021.5.4 MAC/PHY。

特性

多协议无线电方面:
符合2.4 GHz Bluetooth Low Energy V4.1
符合IEEE Std. 802.15.4-2011标准
典型的接收灵敏度(BLE) = -91 dBm
典型的接收灵敏度(802.15.4) = -102 dBm
发射输出功率可设置:-20 dBm至+5 dBm

内核和存储器方面:

高达48 MHz ARM® Cortex-M0+内核
片上160 KB闪存
片上20 KB SRAM


功耗低,工作电压范围:

9个低功耗模式,根据应用需求提供优化的电源
典型接收/发送电流(直流/支持直流): 6.5 mA / 8.4 mA
旁路电压:1.71V至3.6V
DCDC转换器降压配置:2.1V至4.2V
DCDC转换器升压配置:0.9V 至1.795V

模拟模块:

16位模数转换器(ADC)
12位数模转换器 (DAC)
6位高速模拟比较器(CMP)

安全性:

AES-128加速器(AESA),真随机数发生器(TRNG)


支持软件:

BLE主机协议栈和配置文件、802.15.4 MAC和SMAC
Kinetis®软件开发套件(SDK)
FreeRTOS内核和裸机非抢占任务调度器

小结

在危险环境中的应用和成为人们工作生活的助手是未来机器人发展的两大趋势。当然了,要让机器人真的像人一样工作,成为人的助手,还具有相当大的挑战性。

首先,需要解决机器人在复杂环境中的运动能力。其次,提升感知和决策能力。对无人车来说,速度快是主要特点之一。如何在高速运动时,对时刻变化的环境做出合适的反应,决定了无人车的安全性,也是无人车产业化的最大障碍之一。众所周知,机器感知和决策的方式完全不同于人类,人类的感知具有极强的选择性,先前景后背景、先动态后静态、先非常态后常态等原则, 让人能够迅速地在复杂环境中发现目标。这种能力是非常值得机器人研究和效仿的。

总之,近年来市场对机器人的需求持续攀升,各国政府、相关研究机构和企业,都非常重视机器人技术的发展,投入了大量的资源,机器人技术的发展呈现良好态势。而机器人技术中的高精尖问题,更激发着全球众多优秀的机器人研发团队不断创新,开拓进取。在未来,机器人必将成为日常生活中必不可少的工具,带给人们更加舒适便捷的生活。
 
 
 
来源:网络 查看全部
近年来工业机器人供应量在大多数行业都呈现出上涨的态势。而服务机器人发展历史较短。其在功能上的主要不同体现在两个方面:一是与人的沟通协作;二是在复杂环境下代替人的部分工作。

随着IT技术的高速发展,我们已经进入了全力打造智能型机器人的全新时代。 2015年世界智能型机器人市场约为269亿美元,今后10年间,CAGR(年平均成长率)同比增长9%,至2025年世界机器人市场将高达669亿美元。过去以制造业现场工厂自动化为主要应用领域,但目前机器人应用范围在逐渐增加,应用领域已经涉及医疗、物流家庭等服务行业。

机器人(robot)一词,最早出现在1920年捷克科幻作家恰配克的《罗索姆的万能机器人》中,原文作“Robota”,后来成为英文中通行的 “Robot”。更科学的定义是1967年由日本科学家森政弘与合田周平提出的:“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动 性、奴隶性等7个特征的柔性机器。”

国际机器人联合会将机器人分为两类,工业机器人和服务机器人。工业机器人是“一种应用于工业自动化的, 含有三个及以上的可编程轴的、自动控制的、可编程的、多功能执行机构,它可以是固定式的或移动式的”。服务机器人则是“一种半自主或全自主工作的机器人, 它能完成有益于人类健康的服务工作,但不包括从事生产的设备”。从定义可见,分类的标准是机器人的应用场合。

一般的机器人都由机械结构、控制驱动系统、感知系统、交互系统等部分组成。

QQ截图20161214104633.png


图1 一般机器人的系统构成

未来产业与服务应用相结合的世界机器人市场必将成为一种趋势,为了迎合市场的需求,很多机器人解决方案顺势而出,比如机器人大脑采用Rockchip RK3288 为主平台的,4核 Cortex-A17 处理器,主频1.8GHz,内嵌最新一代GPU(Mali-T764)能顺利支持高分辨率(3840X2160)显示。机器人机身的部分采用NXP LPC54102 作为控制部分,驱动部分采用的是Toshiba TMPM375FSDMG 芯片,实现 FOC 适量控制。

640.jpg


一、基于 Rockchip RK3288 的新一代机器人大脑解决方案

1、功能框图

640_(23).jpg


2、功能描述

① RK3288 最小系统
② 支持 WIFI & BT 功能
③ 集成 HDMI、USB、SD 卡、外部扩展口

3、重要特征

① 4 核 Cortex-A17 处理器,主频 1.8GHz,内嵌最新一代 GPU(Mali-T764)能顺利支持高分辨率(3840X2160)显示

② 符合 96Boards 接口定义

二、基于 NXP LPC54102和 Toshiba TMPM375FSDMG的轮式机器人方案

1、功能框图

640_(24).jpg


2、功能描述

① 可实现通过遥控器控制偏航角的方式控制机器人的运动方向
② 可控制机器人的速度和运动距离

3、重要特征

① 采用九轴传感器,通过姿态算法来完成机器人的运动控制

② 机器人驱动板采用的是Toshiba TMPM375FSDMG,实现 FOC 适量控制

三、基于NXP低功耗蓝牙控制的机器人设计方案

Bluetooth® Low Energy (BLE)控制的机器人参考设计采用FRDM-KW40板和Pololu Zumo机器人开发,并且可以通过手机APP控制。BLE控制的机器人基于KineTIs KW40Z片上系统(SOC),该系统包括一个ARM® Cortex® M0+处理器,并配有面向BLE和802.15.4的2.4 GHz无线电。它采用HID over GATT配置文件实施,用作人机接口设备。该软件提供的特性包括:BLE数据到手机app的传输、电机控制和电池监测,等等。

1、低功耗蓝牙控制的机器人系统框图

640_(25).jpg


2、低功耗蓝牙控制的机器人参考设计特性

其中包括恩智浦超低功耗的KineTIs KW40Z SoC,它为便携式、超低功耗的嵌入式系统提供Bluetooth® Smart/Bluetooth® Low Energy (BLE) v4.1和/或IEEE® 802.15.4-2011射频连接

使用KineTIs软件开发工具包(SDK)开发,面向KineTIs MCU提供全面的软件支持,包括一个硬件抽象层(HAL)、每个MCU外设的驱动、连接堆栈、中间件、实时操作系统以及应用示例,旨在简化和加快基于Kinetis微控制器的应用开发。

3、支持器件

KW40Z: Kinetis® KW40Z-2.4 GHz双模式:BLE和802.15.4无线连接微控制器(MCU),基于ARM® Cortex®-M0+内核

KW40Z是一款高集成度的单芯片器件,让便携式、超低功耗的嵌入式系统具备Bluetooth® Smart/Bluetooth® Low Energy (BLE) v4.1和IEEE® 802.15.4-2011射频连接。应用包括便携式医疗设备、可穿戴的运动和健身设备、AV遥控器、电脑键盘和鼠标、游戏控制器、门禁、安防系统、智能 能源和家庭网络。

KW40Z MCU集成了一个2.4 GHz收发器,支持多种FSK/GFSK和O-QPSK调制,一个ARM® Cortex®-M0+ 处理器,160 KB闪存和20 KB SRAM,BLE链路层硬件,802.15.4分组处理器,硬件安全和外围设备,优化后满足目标应用的要求。KW40Z拥有足够的片上内存,可为多模应用 同时运行Bluetooth Low Energy协议栈和IEEE 8021.5.4 MAC/PHY。

特性

多协议无线电方面:
符合2.4 GHz Bluetooth Low Energy V4.1
符合IEEE Std. 802.15.4-2011标准
典型的接收灵敏度(BLE) = -91 dBm
典型的接收灵敏度(802.15.4) = -102 dBm
发射输出功率可设置:-20 dBm至+5 dBm

内核和存储器方面:

高达48 MHz ARM® Cortex-M0+内核
片上160 KB闪存
片上20 KB SRAM


功耗低,工作电压范围:

9个低功耗模式,根据应用需求提供优化的电源
典型接收/发送电流(直流/支持直流): 6.5 mA / 8.4 mA
旁路电压:1.71V至3.6V
DCDC转换器降压配置:2.1V至4.2V
DCDC转换器升压配置:0.9V 至1.795V

模拟模块:

16位模数转换器(ADC)
12位数模转换器 (DAC)
6位高速模拟比较器(CMP)

安全性:

AES-128加速器(AESA),真随机数发生器(TRNG)


支持软件:

BLE主机协议栈和配置文件、802.15.4 MAC和SMAC
Kinetis®软件开发套件(SDK)
FreeRTOS内核和裸机非抢占任务调度器

小结

在危险环境中的应用和成为人们工作生活的助手是未来机器人发展的两大趋势。当然了,要让机器人真的像人一样工作,成为人的助手,还具有相当大的挑战性。

首先,需要解决机器人在复杂环境中的运动能力。其次,提升感知和决策能力。对无人车来说,速度快是主要特点之一。如何在高速运动时,对时刻变化的环境做出合适的反应,决定了无人车的安全性,也是无人车产业化的最大障碍之一。众所周知,机器感知和决策的方式完全不同于人类,人类的感知具有极强的选择性,先前景后背景、先动态后静态、先非常态后常态等原则, 让人能够迅速地在复杂环境中发现目标。这种能力是非常值得机器人研究和效仿的。

总之,近年来市场对机器人的需求持续攀升,各国政府、相关研究机构和企业,都非常重视机器人技术的发展,投入了大量的资源,机器人技术的发展呈现良好态势。而机器人技术中的高精尖问题,更激发着全球众多优秀的机器人研发团队不断创新,开拓进取。在未来,机器人必将成为日常生活中必不可少的工具,带给人们更加舒适便捷的生活。
 
 
 
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一台工业机器人包含哪些高新技术,你都知道吗?

设备硬件类 我是谁 2016-09-20 14:36 发表了文章 来自相关话题

近年来随着技术发展,工业机器人技术日新月异,那么到底工业机器涉及到哪些高科技含量的技术呢?



一、机器人操作机结构

通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用,实现机器人操作机构的优化设计。探索新的高强度轻质材料,进一步提高负载/自重比。例如,以德国kuka公司为代表的机器人公司,已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构,拓展了机器人的工作范围,加之轻质铝合金材料的应用,大大提高了机器人的性能。
 
此外采用先进的RV减速器及交流伺服电机,使机器人操作机几乎成为免维护系统。机构向着模块化、可重构方向发展。例如,关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化;由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。机器人的结构更加灵巧,控制系统愈来愈小,二者正朝着一体化方向发展。
 
采用并联机构,利用机器人技术,实现高精度测量及加工,这是机器人技术向数控技术的拓展,为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。

开放式,模块化控制系统。向基于PC机的开放型控制器方向发展,便于标准化、网络化;器件集成度提高,控制柜日见小巧,且采用模块化结构;大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
 
控制系统的性能进一步提高,已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴,并且实现了软件伺服和全数字控制。人机界面更加友好,语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化,以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外,离线编程的实用化将成为研究重点,在某些领域的离线编程已实现实用化。



二、机器人传感技术

机器人中的传感器作用日益重要,除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外,装配、焊接机器人还应用了激光传感器、视觉传感器和力传感器,并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等,大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。
 
遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制。为进一步提高机器人的智能和适应性,多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法,特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。
 
另一问题就是传感系统的实用化。



三、网络通信功能

日本YASKAWA和德国KUKA公司的最新机器人控制器已实现了与Canbus、Profibus总线及一些网络的联接,使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步,也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。



四、机器人遥控和监控技术

在一些诸如核辐射、深水、有毒等高危险环境中进行焊接或其它作业,需要有遥控的机器人代替人去工作。当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统,而是致力于操作者与机器人的人机交互控制,即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统,使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。
 
美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。多机器人和操作者之间的协调控制,可通过网络建立大范围内的机器人遥控系统,在有时延的情况下,建立预先显示进行遥控等。

虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制,如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术,实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。



五、机器人性能价格比

机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修),而单机价格不断下降。由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用,使机器人系统的可靠性有了很大提高。过去机器人系统的可靠性MTBF一般为几千小时,而现在已达到5万小时,可以满足任何场合的需求。



六、多智能体调控技术

这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理,感知与学习方法,建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。
 
 
 
 
 
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近年来随着技术发展,工业机器人技术日新月异,那么到底工业机器涉及到哪些高科技含量的技术呢?



一、机器人操作机结构

通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用,实现机器人操作机构的优化设计。探索新的高强度轻质材料,进一步提高负载/自重比。例如,以德国kuka公司为代表的机器人公司,已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构,拓展了机器人的工作范围,加之轻质铝合金材料的应用,大大提高了机器人的性能。
 
此外采用先进的RV减速器及交流伺服电机,使机器人操作机几乎成为免维护系统。机构向着模块化、可重构方向发展。例如,关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化;由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。机器人的结构更加灵巧,控制系统愈来愈小,二者正朝着一体化方向发展。
 
采用并联机构,利用机器人技术,实现高精度测量及加工,这是机器人技术向数控技术的拓展,为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。

开放式,模块化控制系统。向基于PC机的开放型控制器方向发展,便于标准化、网络化;器件集成度提高,控制柜日见小巧,且采用模块化结构;大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
 
控制系统的性能进一步提高,已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴,并且实现了软件伺服和全数字控制。人机界面更加友好,语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化,以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外,离线编程的实用化将成为研究重点,在某些领域的离线编程已实现实用化。



二、机器人传感技术

机器人中的传感器作用日益重要,除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外,装配、焊接机器人还应用了激光传感器、视觉传感器和力传感器,并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等,大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。
 
遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制。为进一步提高机器人的智能和适应性,多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法,特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。
 
另一问题就是传感系统的实用化。



三、网络通信功能

日本YASKAWA和德国KUKA公司的最新机器人控制器已实现了与Canbus、Profibus总线及一些网络的联接,使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步,也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。



四、机器人遥控和监控技术

在一些诸如核辐射、深水、有毒等高危险环境中进行焊接或其它作业,需要有遥控的机器人代替人去工作。当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统,而是致力于操作者与机器人的人机交互控制,即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统,使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。
 
美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。多机器人和操作者之间的协调控制,可通过网络建立大范围内的机器人遥控系统,在有时延的情况下,建立预先显示进行遥控等。

虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制,如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术,实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。



五、机器人性能价格比

机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修),而单机价格不断下降。由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用,使机器人系统的可靠性有了很大提高。过去机器人系统的可靠性MTBF一般为几千小时,而现在已达到5万小时,可以满足任何场合的需求。



六、多智能体调控技术

这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理,感知与学习方法,建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。
 
 
 
 
 
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机械自动化类 黄金手表 2016-12-14 10:49 发表了文章 来自相关话题

近年来工业机器人供应量在大多数行业都呈现出上涨的态势。而服务机器人发展历史较短。其在功能上的主要不同体现在两个方面:一是与人的沟通协作;二是在复杂环境下代替人的部分工作。

随着IT技术的高速发展,我们已经进入了全力打造智能型机器人的全新时代。 2015年世界智能型机器人市场约为269亿美元,今后10年间,CAGR(年平均成长率)同比增长9%,至2025年世界机器人市场将高达669亿美元。过去以制造业现场工厂自动化为主要应用领域,但目前机器人应用范围在逐渐增加,应用领域已经涉及医疗、物流家庭等服务行业。

机器人(robot)一词,最早出现在1920年捷克科幻作家恰配克的《罗索姆的万能机器人》中,原文作“Robota”,后来成为英文中通行的 “Robot”。更科学的定义是1967年由日本科学家森政弘与合田周平提出的:“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动 性、奴隶性等7个特征的柔性机器。”

国际机器人联合会将机器人分为两类,工业机器人和服务机器人。工业机器人是“一种应用于工业自动化的, 含有三个及以上的可编程轴的、自动控制的、可编程的、多功能执行机构,它可以是固定式的或移动式的”。服务机器人则是“一种半自主或全自主工作的机器人, 它能完成有益于人类健康的服务工作,但不包括从事生产的设备”。从定义可见,分类的标准是机器人的应用场合。

一般的机器人都由机械结构、控制驱动系统、感知系统、交互系统等部分组成。






图1 一般机器人的系统构成

未来产业与服务应用相结合的世界机器人市场必将成为一种趋势,为了迎合市场的需求,很多机器人解决方案顺势而出,比如机器人大脑采用Rockchip RK3288 为主平台的,4核 Cortex-A17 处理器,主频1.8GHz,内嵌最新一代GPU(Mali-T764)能顺利支持高分辨率(3840X2160)显示。机器人机身的部分采用NXP LPC54102 作为控制部分,驱动部分采用的是Toshiba TMPM375FSDMG 芯片,实现 FOC 适量控制。






一、基于 Rockchip RK3288 的新一代机器人大脑解决方案

1、功能框图






2、功能描述

① RK3288 最小系统
② 支持 WIFI & BT 功能
③ 集成 HDMI、USB、SD 卡、外部扩展口

3、重要特征

① 4 核 Cortex-A17 处理器,主频 1.8GHz,内嵌最新一代 GPU(Mali-T764)能顺利支持高分辨率(3840X2160)显示

② 符合 96Boards 接口定义

二、基于 NXP LPC54102和 Toshiba TMPM375FSDMG的轮式机器人方案

1、功能框图






2、功能描述

① 可实现通过遥控器控制偏航角的方式控制机器人的运动方向
② 可控制机器人的速度和运动距离

3、重要特征

① 采用九轴传感器,通过姿态算法来完成机器人的运动控制

② 机器人驱动板采用的是Toshiba TMPM375FSDMG,实现 FOC 适量控制

三、基于NXP低功耗蓝牙控制的机器人设计方案

Bluetooth® Low Energy (BLE)控制的机器人参考设计采用FRDM-KW40板和Pololu Zumo机器人开发,并且可以通过手机APP控制。BLE控制的机器人基于KineTIs KW40Z片上系统(SOC),该系统包括一个ARM® Cortex® M0+处理器,并配有面向BLE和802.15.4的2.4 GHz无线电。它采用HID over GATT配置文件实施,用作人机接口设备。该软件提供的特性包括:BLE数据到手机app的传输、电机控制和电池监测,等等。

1、低功耗蓝牙控制的机器人系统框图






2、低功耗蓝牙控制的机器人参考设计特性

其中包括恩智浦超低功耗的KineTIs KW40Z SoC,它为便携式、超低功耗的嵌入式系统提供Bluetooth® Smart/Bluetooth® Low Energy (BLE) v4.1和/或IEEE® 802.15.4-2011射频连接

使用KineTIs软件开发工具包(SDK)开发,面向KineTIs MCU提供全面的软件支持,包括一个硬件抽象层(HAL)、每个MCU外设的驱动、连接堆栈、中间件、实时操作系统以及应用示例,旨在简化和加快基于Kinetis微控制器的应用开发。

3、支持器件

KW40Z: Kinetis® KW40Z-2.4 GHz双模式:BLE和802.15.4无线连接微控制器(MCU),基于ARM® Cortex®-M0+内核

KW40Z是一款高集成度的单芯片器件,让便携式、超低功耗的嵌入式系统具备Bluetooth® Smart/Bluetooth® Low Energy (BLE) v4.1和IEEE® 802.15.4-2011射频连接。应用包括便携式医疗设备、可穿戴的运动和健身设备、AV遥控器、电脑键盘和鼠标、游戏控制器、门禁、安防系统、智能 能源和家庭网络。

KW40Z MCU集成了一个2.4 GHz收发器,支持多种FSK/GFSK和O-QPSK调制,一个ARM® Cortex®-M0+ 处理器,160 KB闪存和20 KB SRAM,BLE链路层硬件,802.15.4分组处理器,硬件安全和外围设备,优化后满足目标应用的要求。KW40Z拥有足够的片上内存,可为多模应用 同时运行Bluetooth Low Energy协议栈和IEEE 8021.5.4 MAC/PHY。

特性

多协议无线电方面:
符合2.4 GHz Bluetooth Low Energy V4.1
符合IEEE Std. 802.15.4-2011标准
典型的接收灵敏度(BLE) = -91 dBm
典型的接收灵敏度(802.15.4) = -102 dBm
发射输出功率可设置:-20 dBm至+5 dBm

内核和存储器方面:

高达48 MHz ARM® Cortex-M0+内核
片上160 KB闪存
片上20 KB SRAM


功耗低,工作电压范围:

9个低功耗模式,根据应用需求提供优化的电源
典型接收/发送电流(直流/支持直流): 6.5 mA / 8.4 mA
旁路电压:1.71V至3.6V
DCDC转换器降压配置:2.1V至4.2V
DCDC转换器升压配置:0.9V 至1.795V

模拟模块:

16位模数转换器(ADC)
12位数模转换器 (DAC)
6位高速模拟比较器(CMP)

安全性:

AES-128加速器(AESA),真随机数发生器(TRNG)


支持软件:

BLE主机协议栈和配置文件、802.15.4 MAC和SMAC
Kinetis®软件开发套件(SDK)
FreeRTOS内核和裸机非抢占任务调度器

小结

在危险环境中的应用和成为人们工作生活的助手是未来机器人发展的两大趋势。当然了,要让机器人真的像人一样工作,成为人的助手,还具有相当大的挑战性。

首先,需要解决机器人在复杂环境中的运动能力。其次,提升感知和决策能力。对无人车来说,速度快是主要特点之一。如何在高速运动时,对时刻变化的环境做出合适的反应,决定了无人车的安全性,也是无人车产业化的最大障碍之一。众所周知,机器感知和决策的方式完全不同于人类,人类的感知具有极强的选择性,先前景后背景、先动态后静态、先非常态后常态等原则, 让人能够迅速地在复杂环境中发现目标。这种能力是非常值得机器人研究和效仿的。

总之,近年来市场对机器人的需求持续攀升,各国政府、相关研究机构和企业,都非常重视机器人技术的发展,投入了大量的资源,机器人技术的发展呈现良好态势。而机器人技术中的高精尖问题,更激发着全球众多优秀的机器人研发团队不断创新,开拓进取。在未来,机器人必将成为日常生活中必不可少的工具,带给人们更加舒适便捷的生活。
 
 
 
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近年来工业机器人供应量在大多数行业都呈现出上涨的态势。而服务机器人发展历史较短。其在功能上的主要不同体现在两个方面:一是与人的沟通协作;二是在复杂环境下代替人的部分工作。

随着IT技术的高速发展,我们已经进入了全力打造智能型机器人的全新时代。 2015年世界智能型机器人市场约为269亿美元,今后10年间,CAGR(年平均成长率)同比增长9%,至2025年世界机器人市场将高达669亿美元。过去以制造业现场工厂自动化为主要应用领域,但目前机器人应用范围在逐渐增加,应用领域已经涉及医疗、物流家庭等服务行业。

机器人(robot)一词,最早出现在1920年捷克科幻作家恰配克的《罗索姆的万能机器人》中,原文作“Robota”,后来成为英文中通行的 “Robot”。更科学的定义是1967年由日本科学家森政弘与合田周平提出的:“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械半人性、自动 性、奴隶性等7个特征的柔性机器。”

国际机器人联合会将机器人分为两类,工业机器人和服务机器人。工业机器人是“一种应用于工业自动化的, 含有三个及以上的可编程轴的、自动控制的、可编程的、多功能执行机构,它可以是固定式的或移动式的”。服务机器人则是“一种半自主或全自主工作的机器人, 它能完成有益于人类健康的服务工作,但不包括从事生产的设备”。从定义可见,分类的标准是机器人的应用场合。

一般的机器人都由机械结构、控制驱动系统、感知系统、交互系统等部分组成。

QQ截图20161214104633.png


图1 一般机器人的系统构成

未来产业与服务应用相结合的世界机器人市场必将成为一种趋势,为了迎合市场的需求,很多机器人解决方案顺势而出,比如机器人大脑采用Rockchip RK3288 为主平台的,4核 Cortex-A17 处理器,主频1.8GHz,内嵌最新一代GPU(Mali-T764)能顺利支持高分辨率(3840X2160)显示。机器人机身的部分采用NXP LPC54102 作为控制部分,驱动部分采用的是Toshiba TMPM375FSDMG 芯片,实现 FOC 适量控制。

640.jpg


一、基于 Rockchip RK3288 的新一代机器人大脑解决方案

1、功能框图

640_(23).jpg


2、功能描述

① RK3288 最小系统
② 支持 WIFI & BT 功能
③ 集成 HDMI、USB、SD 卡、外部扩展口

3、重要特征

① 4 核 Cortex-A17 处理器,主频 1.8GHz,内嵌最新一代 GPU(Mali-T764)能顺利支持高分辨率(3840X2160)显示

② 符合 96Boards 接口定义

二、基于 NXP LPC54102和 Toshiba TMPM375FSDMG的轮式机器人方案

1、功能框图

640_(24).jpg


2、功能描述

① 可实现通过遥控器控制偏航角的方式控制机器人的运动方向
② 可控制机器人的速度和运动距离

3、重要特征

① 采用九轴传感器,通过姿态算法来完成机器人的运动控制

② 机器人驱动板采用的是Toshiba TMPM375FSDMG,实现 FOC 适量控制

三、基于NXP低功耗蓝牙控制的机器人设计方案

Bluetooth® Low Energy (BLE)控制的机器人参考设计采用FRDM-KW40板和Pololu Zumo机器人开发,并且可以通过手机APP控制。BLE控制的机器人基于KineTIs KW40Z片上系统(SOC),该系统包括一个ARM® Cortex® M0+处理器,并配有面向BLE和802.15.4的2.4 GHz无线电。它采用HID over GATT配置文件实施,用作人机接口设备。该软件提供的特性包括:BLE数据到手机app的传输、电机控制和电池监测,等等。

1、低功耗蓝牙控制的机器人系统框图

640_(25).jpg


2、低功耗蓝牙控制的机器人参考设计特性

其中包括恩智浦超低功耗的KineTIs KW40Z SoC,它为便携式、超低功耗的嵌入式系统提供Bluetooth® Smart/Bluetooth® Low Energy (BLE) v4.1和/或IEEE® 802.15.4-2011射频连接

使用KineTIs软件开发工具包(SDK)开发,面向KineTIs MCU提供全面的软件支持,包括一个硬件抽象层(HAL)、每个MCU外设的驱动、连接堆栈、中间件、实时操作系统以及应用示例,旨在简化和加快基于Kinetis微控制器的应用开发。

3、支持器件

KW40Z: Kinetis® KW40Z-2.4 GHz双模式:BLE和802.15.4无线连接微控制器(MCU),基于ARM® Cortex®-M0+内核

KW40Z是一款高集成度的单芯片器件,让便携式、超低功耗的嵌入式系统具备Bluetooth® Smart/Bluetooth® Low Energy (BLE) v4.1和IEEE® 802.15.4-2011射频连接。应用包括便携式医疗设备、可穿戴的运动和健身设备、AV遥控器、电脑键盘和鼠标、游戏控制器、门禁、安防系统、智能 能源和家庭网络。

KW40Z MCU集成了一个2.4 GHz收发器,支持多种FSK/GFSK和O-QPSK调制,一个ARM® Cortex®-M0+ 处理器,160 KB闪存和20 KB SRAM,BLE链路层硬件,802.15.4分组处理器,硬件安全和外围设备,优化后满足目标应用的要求。KW40Z拥有足够的片上内存,可为多模应用 同时运行Bluetooth Low Energy协议栈和IEEE 8021.5.4 MAC/PHY。

特性

多协议无线电方面:
符合2.4 GHz Bluetooth Low Energy V4.1
符合IEEE Std. 802.15.4-2011标准
典型的接收灵敏度(BLE) = -91 dBm
典型的接收灵敏度(802.15.4) = -102 dBm
发射输出功率可设置:-20 dBm至+5 dBm

内核和存储器方面:

高达48 MHz ARM® Cortex-M0+内核
片上160 KB闪存
片上20 KB SRAM


功耗低,工作电压范围:

9个低功耗模式,根据应用需求提供优化的电源
典型接收/发送电流(直流/支持直流): 6.5 mA / 8.4 mA
旁路电压:1.71V至3.6V
DCDC转换器降压配置:2.1V至4.2V
DCDC转换器升压配置:0.9V 至1.795V

模拟模块:

16位模数转换器(ADC)
12位数模转换器 (DAC)
6位高速模拟比较器(CMP)

安全性:

AES-128加速器(AESA),真随机数发生器(TRNG)


支持软件:

BLE主机协议栈和配置文件、802.15.4 MAC和SMAC
Kinetis®软件开发套件(SDK)
FreeRTOS内核和裸机非抢占任务调度器

小结

在危险环境中的应用和成为人们工作生活的助手是未来机器人发展的两大趋势。当然了,要让机器人真的像人一样工作,成为人的助手,还具有相当大的挑战性。

首先,需要解决机器人在复杂环境中的运动能力。其次,提升感知和决策能力。对无人车来说,速度快是主要特点之一。如何在高速运动时,对时刻变化的环境做出合适的反应,决定了无人车的安全性,也是无人车产业化的最大障碍之一。众所周知,机器感知和决策的方式完全不同于人类,人类的感知具有极强的选择性,先前景后背景、先动态后静态、先非常态后常态等原则, 让人能够迅速地在复杂环境中发现目标。这种能力是非常值得机器人研究和效仿的。

总之,近年来市场对机器人的需求持续攀升,各国政府、相关研究机构和企业,都非常重视机器人技术的发展,投入了大量的资源,机器人技术的发展呈现良好态势。而机器人技术中的高精尖问题,更激发着全球众多优秀的机器人研发团队不断创新,开拓进取。在未来,机器人必将成为日常生活中必不可少的工具,带给人们更加舒适便捷的生活。
 
 
 
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一台工业机器人包含哪些高新技术,你都知道吗?

设备硬件类 我是谁 2016-09-20 14:36 发表了文章 来自相关话题

近年来随着技术发展,工业机器人技术日新月异,那么到底工业机器涉及到哪些高科技含量的技术呢?



一、机器人操作机结构

通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用,实现机器人操作机构的优化设计。探索新的高强度轻质材料,进一步提高负载/自重比。例如,以德国kuka公司为代表的机器人公司,已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构,拓展了机器人的工作范围,加之轻质铝合金材料的应用,大大提高了机器人的性能。
 
此外采用先进的RV减速器及交流伺服电机,使机器人操作机几乎成为免维护系统。机构向着模块化、可重构方向发展。例如,关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化;由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。机器人的结构更加灵巧,控制系统愈来愈小,二者正朝着一体化方向发展。
 
采用并联机构,利用机器人技术,实现高精度测量及加工,这是机器人技术向数控技术的拓展,为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。

开放式,模块化控制系统。向基于PC机的开放型控制器方向发展,便于标准化、网络化;器件集成度提高,控制柜日见小巧,且采用模块化结构;大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
 
控制系统的性能进一步提高,已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴,并且实现了软件伺服和全数字控制。人机界面更加友好,语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化,以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外,离线编程的实用化将成为研究重点,在某些领域的离线编程已实现实用化。



二、机器人传感技术

机器人中的传感器作用日益重要,除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外,装配、焊接机器人还应用了激光传感器、视觉传感器和力传感器,并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等,大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。
 
遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制。为进一步提高机器人的智能和适应性,多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法,特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。
 
另一问题就是传感系统的实用化。



三、网络通信功能

日本YASKAWA和德国KUKA公司的最新机器人控制器已实现了与Canbus、Profibus总线及一些网络的联接,使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步,也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。



四、机器人遥控和监控技术

在一些诸如核辐射、深水、有毒等高危险环境中进行焊接或其它作业,需要有遥控的机器人代替人去工作。当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统,而是致力于操作者与机器人的人机交互控制,即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统,使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。
 
美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。多机器人和操作者之间的协调控制,可通过网络建立大范围内的机器人遥控系统,在有时延的情况下,建立预先显示进行遥控等。

虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制,如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术,实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。



五、机器人性能价格比

机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修),而单机价格不断下降。由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用,使机器人系统的可靠性有了很大提高。过去机器人系统的可靠性MTBF一般为几千小时,而现在已达到5万小时,可以满足任何场合的需求。



六、多智能体调控技术

这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理,感知与学习方法,建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。
 
 
 
 
 
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近年来随着技术发展,工业机器人技术日新月异,那么到底工业机器涉及到哪些高科技含量的技术呢?



一、机器人操作机结构

通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用,实现机器人操作机构的优化设计。探索新的高强度轻质材料,进一步提高负载/自重比。例如,以德国kuka公司为代表的机器人公司,已将机器人并联平行四边形结构改为开链结构,拓展了机器人的工作范围,加之轻质铝合金材料的应用,大大提高了机器人的性能。
 
此外采用先进的RV减速器及交流伺服电机,使机器人操作机几乎成为免维护系统。机构向着模块化、可重构方向发展。例如,关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化;由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。机器人的结构更加灵巧,控制系统愈来愈小,二者正朝着一体化方向发展。
 
采用并联机构,利用机器人技术,实现高精度测量及加工,这是机器人技术向数控技术的拓展,为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。

开放式,模块化控制系统。向基于PC机的开放型控制器方向发展,便于标准化、网络化;器件集成度提高,控制柜日见小巧,且采用模块化结构;大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。
 
控制系统的性能进一步提高,已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴,并且实现了软件伺服和全数字控制。人机界面更加友好,语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化,以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外,离线编程的实用化将成为研究重点,在某些领域的离线编程已实现实用化。



二、机器人传感技术

机器人中的传感器作用日益重要,除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外,装配、焊接机器人还应用了激光传感器、视觉传感器和力传感器,并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等,大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。
 
遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制。为进一步提高机器人的智能和适应性,多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法,特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。
 
另一问题就是传感系统的实用化。



三、网络通信功能

日本YASKAWA和德国KUKA公司的最新机器人控制器已实现了与Canbus、Profibus总线及一些网络的联接,使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步,也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。



四、机器人遥控和监控技术

在一些诸如核辐射、深水、有毒等高危险环境中进行焊接或其它作业,需要有遥控的机器人代替人去工作。当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统,而是致力于操作者与机器人的人机交互控制,即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统,使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。
 
美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。多机器人和操作者之间的协调控制,可通过网络建立大范围内的机器人遥控系统,在有时延的情况下,建立预先显示进行遥控等。

虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制,如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术,实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。



五、机器人性能价格比

机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修),而单机价格不断下降。由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用,使机器人系统的可靠性有了很大提高。过去机器人系统的可靠性MTBF一般为几千小时,而现在已达到5万小时,可以满足任何场合的需求。



六、多智能体调控技术

这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理,感知与学习方法,建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。
 
 
 
 
 
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