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實作精準閉環操控與類人操作——揭秘HyperRing技術的奧秘!

作者:機器人大講堂

對于人類而言,長期的實踐操作會孕育出一種對于力度和方向的本能式直覺掌控,即“手感”。

但就機器人而言,不管是外形似人的人形機器人,還是用于工業生産的工業機器人,它們皆是通過“機器人控制”來協調各個關節的運動,進而實作整體動作的流暢性。

長期以來,打造出能夠如人類一般行動靈活自如的類人機器人始終是機器人研究領域的不懈追求。那麼,機器人控制能否進化至如同人類那樣,具備“手感”,實作自然而然地把控力度與方向呢?

▍世界首款?SCIMC控制器助力實作運動與電機控制融合

在傳統架構中,機器人控制主要由兩部分構成:一部分是關節的伺服控制,可能通過伺服電機或電液伺服執行器來實作,它們負責控制單一次元的運動;另一部分是整體控制,例如,在工業機器人中,運動控制器負責為每個關節下達運動指令,確定整個機械臂的運動符合預期效果。

實作精準閉環操控與類人操作——揭秘HyperRing技術的奧秘!

早期工業機器人或多軸工業裝置控制架構

在早期的工業機器人或多軸工業裝置控制架構中,運動控制器通過脈沖信号與伺服控制器進行通信。脈沖的數量和頻率分别決定了運動的距離和速度。然而,随着使用者對機器人運動速度和精度要求的提高,這種控制架構已無法滿足日益複雜的資料互動需求。

是以,大多數現代工業機器人已轉向總線架構。在這種架構下,運動控制器能夠擷取全局資訊,包括機械臂的受力情況,進而對電機輸出進行預判,并通過總線将這些資訊前饋給伺服控制器。這一改進顯著提升了工業機器人的動态性能,資訊越全面、越及時,就越有利于決策。

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目前工業機器人的主流控制架構

然而,即便總線架構帶來了顯著的性能提升,但它依然面臨着諸如“總線通信帶寬”和“總線絕對延時”等技術瓶頸。這些問題不僅影響了機器人的運動性能,還給控制工程師帶來了不小的挑戰。

通過審視演變曆程中,可以辨認出一個清晰的發展趨勢:機器人運動控制技術從基于簡單PID的單電機控制,到基于運動實體模型的單電機控制,再到滿足整機運動需求的多電機一體控制,正逐漸走向融合多傳感器與多電機的一體控制。

在這樣的背景下,捷勃特機器人依托完全自主知識産權的單晶片多軸驅控一體運動控制器SCIMC,為工業機器人行業帶來了一場技術革命。這款控制器創新性地将運動控制與電機控制功能內建于一塊晶片之中,進而實作了更高的處理性能和實時響應能力。通過FPGA協處理器的加持,該平台的響應速度得到了顯著提升。

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捷勃特機器人單晶片驅控一體核心闆(隻有名片大小)

據捷勃特機器人介紹,其采用全球首創的單晶片多核異構驅控一體運動控制器技術(SCIMC)已獲得中國、美國、歐盟、日本發明專利授權。SCIMC架構的底層技術,深度融合了運動控制算法、電機控制算法以及整機機電設計技術,建構了一個高性能的工業機器人開發平台。目前,該技術已被捷勃特機器人創新性地應用于大規模生産的工業機器人之中。

▍5KHz重新整理率?HyperRing技術助力實作精準閉環操控與類人操作

捷勃特機器人還推出了“超閉環”(HyperRing)技術用于實作工業機器人全局力控與精準示教。

該技術基于單晶片驅控一體架構,通過多傳感器與多關節的統一控制,實作了手臂末端在笛卡爾空間上的精準閉環操控,為工業機器人帶來了前所未有的整體力控和帶笛卡爾空間限制的拖動示教功能。

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傳統伺服控制器的閉環控制

借助獨特的SCIMC架構,HyperRing技術能夠實作全手臂的閉環控制。這一過程,不僅融合了所有關節的多種傳感器資訊,還嵌入了整機的系統動力學和運動學算法進行綜合計算,確定各關節出力以5KHz的重新整理頻率實時更新。這一創新技術使得手臂能夠在全局範圍内實作力感覺和行動限制,進而在不同自由度上展現出不同的剛度特性,為工業機器人的應用提供了更多可能性。

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N關節機器人超閉環架構

據相關技術人員介紹,HyperRing技術的引入,相當于為工業機器人賦予了一種更加自然和直覺的控制方式。類比于人類拿起筆畫直線的動作,人們關注的是筆的移動軌迹,而非胳膊上每個關節的具體轉動。同樣,HyperRing技術使得機器人能夠将整個手臂視為一個整體進行控制,而非僅僅局限于單個關節的操控。與傳統的伺服控制相比,HyperRing技術不僅在單一電機上形成閉環控制,更在全局範圍内實作了高頻調整與預判出力的結合。這種控制方式更接近人類的自然動作習慣,使得機器人在執行任務時能夠更加靈活和準确。

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“擦桌子”式自由拖 | 水準方向可以拖動,垂直方向保持高剛性

實作精準閉環操控與類人操作——揭秘HyperRing技術的奧秘!

“固定點”式自由拖 | 工具末端點不動,姿态可通過拖動改變

在SCIMC架構的支援下,捷勃特機器人将HyperRing技術應用于其C系列機器人,并成功實作了高達5KHz的全手臂閉環控制。通過這一技術,機器人手臂的末端可以在特定自由度上表現出順應性,而在其他自由度上則保持高剛性,進而滿足不同應用場景下的需求。

未來,HyperRing技術有望與視覺和觸覺傳感資訊相結合,進一步提升工業機器人的智能化和類人化水準。

▍技術與實力兼具,延展開發多樣化機器人産品線

憑借創新的單晶片多軸驅控一體控制器SCIMC和先進的HyperRing技術,捷勃特機器人成功延展開發了多樣化的機器人産品線,包括工業六軸機器人、SCARA機器人、協作機器人,并推出配套機器人控制櫃和軟體包。

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值得注意的是,捷勃特機器人不僅為客戶提供高性能、高品質、高成本效益、高易用性的機器人産品和功能軟體,還提供全面的服務支援,包括教育訓練維護、技術支援和方案咨詢等。其産品已廣泛應用于消費電子、锂電、光伏、半導體、汽車部件、食品、醫藥、美妝、快消品、機床配套等多個領域,助力客戶實作生産自動化和标準化,有效降低生産成本,并顯著提升生産效率。

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