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實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)閉環(huán)操控與類(lèi)人操作——揭秘HyperRing技術(shù)的奧秘！

企業(yè)新聞

2024.06.05

對(duì)于人類(lèi)而言，長(zhǎng)期的實(shí)踐操作會(huì)孕育出一種對(duì)于力度和方向的本能式直覺(jué)掌控，即“手感”。

但就機(jī)器人而言，不管是外形似人的人形機(jī)器人，還是用于工業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人，它們皆是通過(guò)“機(jī)器人控制”來(lái)協(xié)調(diào)各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)整體動(dòng)作的流暢性。

長(zhǎng)期以來(lái)，打造出能夠如人類(lèi)一般行動(dòng)靈活自如的類(lèi)人機(jī)器人始終是機(jī)器人研究領(lǐng)域的不懈追求。那么，機(jī)器人控制能否進(jìn)化至如同人類(lèi)那樣，具備“手感”，實(shí)現(xiàn)自然而然地把控力度與方向呢？

▍世界首款？SCIMC控制器助力實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)與電機(jī)控制融合

在傳統(tǒng)架構(gòu)中，機(jī)器人控制主要由兩部分構(gòu)成：一部分是關(guān)節(jié)的伺服控制，可能通過(guò)伺服電機(jī)或電液伺服執(zhí)行器來(lái)實(shí)現(xiàn)，它們負(fù)責(zé)控制單一維度的運(yùn)動(dòng)；另一部分是整體控制，例如，在工業(yè)機(jī)器人中，運(yùn)動(dòng)控制器負(fù)責(zé)為每個(gè)關(guān)節(jié)下達(dá)運(yùn)動(dòng)指令，確保整個(gè)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)符合預(yù)期效果。

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早期工業(yè)機(jī)器人或多軸工業(yè)設(shè)備控制架構(gòu)

在早期的工業(yè)機(jī)器人或多軸工業(yè)設(shè)備控制架構(gòu)中，運(yùn)動(dòng)控制器通過(guò)脈沖信號(hào)與伺服控制器進(jìn)行通信。脈沖的數(shù)量和頻率分別決定了運(yùn)動(dòng)的距離和速度。然而，隨著用戶對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度和精度要求的提高，這種控制架構(gòu)已無(wú)法滿足日益復(fù)雜的數(shù)據(jù)交互需求。

因此，大多數(shù)現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人已轉(zhuǎn)向總線架構(gòu)。在這種架構(gòu)下，運(yùn)動(dòng)控制器能夠獲取全局信息，包括機(jī)械臂的受力情況，從而對(duì)電機(jī)輸出進(jìn)行預(yù)判，并通過(guò)總線將這些信息前饋給伺服控制器。這一改進(jìn)顯著提升了工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)態(tài)性能，信息越全面、越及時(shí)，就越有利于決策。

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當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人的主流控制架構(gòu)

然而，即便總線架構(gòu)帶來(lái)了顯著的性能提升，但它依然面臨著諸如“總線通信帶寬”和“總線絕對(duì)延時(shí)”等技術(shù)瓶頸。這些問(wèn)題不僅影響了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能，還給控制工程師帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)。

通過(guò)審視演變歷程中，可以辨認(rèn)出一個(gè)清晰的發(fā)展趨勢(shì)：機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)從基于簡(jiǎn)單PID的單電機(jī)控制，到基于運(yùn)動(dòng)物理模型的單電機(jī)控制，再到滿足整機(jī)運(yùn)動(dòng)需求的多電機(jī)一體控制，正逐漸走向融合多傳感器與多電機(jī)的一體控制。

在這樣的背景下，捷勃特機(jī)器人依托完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的單芯片多軸驅(qū)控一體運(yùn)動(dòng)控制器SCIMC機(jī)器，為工業(yè)人行業(yè)帶來(lái)了一場(chǎng)技術(shù)革命。這款控制器創(chuàng)新性地將運(yùn)動(dòng)控制與電機(jī)控制功能集成于一塊芯片之中，從而實(shí)現(xiàn)了更高的處理性能和實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。通過(guò)FPGA協(xié)處理器的加持，該平臺(tái)的響應(yīng)速度得到了顯著提升。

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捷勃特機(jī)器人單芯片驅(qū)控一體核心板（只有名片大小

據(jù)捷勃特機(jī)器人介紹，其采用全球首創(chuàng)的單芯片多核異構(gòu)驅(qū)控一體運(yùn)動(dòng)控制器技術(shù)（SCIMC）已獲得中國(guó)、美國(guó)、歐盟、日本發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)。SCIMC架構(gòu)的底層技術(shù)，深度融合了運(yùn)動(dòng)控制算法、電機(jī)控制算法以及整機(jī)機(jī)電設(shè)計(jì)技術(shù)，構(gòu)建了一個(gè)高性能的工業(yè)機(jī)器人開(kāi)發(fā)平臺(tái)。目前，該技術(shù)已被捷勃特機(jī)器人創(chuàng)新性地應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人之中。

▍5KHz刷新率？HyperRing技術(shù)助力實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)閉環(huán)操控與類(lèi)人操作

捷勃特機(jī)器人還推出了“超閉環(huán)”（HyperRing）技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人全局力控與精準(zhǔn)示教。

該技術(shù)基于單芯片驅(qū)控一體架構(gòu)，通過(guò)多傳感器與多關(guān)節(jié)的統(tǒng)一控制，實(shí)現(xiàn)了手臂末端在笛卡爾空間上的精準(zhǔn)閉環(huán)操控，為工業(yè)機(jī)器人帶來(lái)了前所未有的整體力控和帶笛卡爾空間約束的拖動(dòng)示教功能。

傳統(tǒng)伺服控制器的閉環(huán)控制

借助獨(dú)特的SCIMC架構(gòu)，HyperRing技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)全手臂的閉環(huán)控制。這一過(guò)程，不僅融合了所有關(guān)節(jié)的多種傳感器信息，還嵌入了整機(jī)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)算法進(jìn)行綜合計(jì)算，確保各關(guān)節(jié)出力以5KHz的刷新頻率實(shí)時(shí)更新。這一創(chuàng)新技術(shù)使得手臂能夠在全局范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)力感知和行動(dòng)約束，從而在不同自由度上展現(xiàn)出不同的剛度特性，為工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用提供了更多可能性。

N關(guān)節(jié)機(jī)器人超閉環(huán)架構(gòu)

據(jù)相關(guān)技術(shù)人員介紹，HyperRing技術(shù)的引入，相當(dāng)于為工業(yè)機(jī)器人賦予了一種更加自然和直觀的控制方式。類(lèi)比于人類(lèi)拿起筆畫(huà)直線的動(dòng)作，人們關(guān)注的是筆的移動(dòng)軌跡，而非胳膊上每個(gè)關(guān)節(jié)的具體轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣，HyperRing技術(shù)使得機(jī)器人能夠?qū)⒄麄€(gè)手臂視為一個(gè)整體進(jìn)行控制，而非僅僅局限于單個(gè)關(guān)節(jié)的操控。與傳統(tǒng)的伺服控制相比，HyperRing技術(shù)不僅在單一電機(jī)上形成閉環(huán)控制，更在全局范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高頻調(diào)整與預(yù)判出力的結(jié)合。這種控制方式更接近人類(lèi)的自然動(dòng)作習(xí)慣，使得機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時(shí)能夠更加靈活和準(zhǔn)確。

平面拖動(dòng) 00_00_00-00_00_30 00_00_00-00_00_30~2.gif

“擦桌子”式自由拖 | 水平方向可以拖動(dòng)，垂直方向保持高剛性

固定點(diǎn)拖動(dòng) 00_00_00-00_00_30 00_00_00-00_00_30~1 00_00_00-00_00_30.gif

“固定點(diǎn)”式自由拖 | 工具末端點(diǎn)不動(dòng)，姿態(tài)可通過(guò)拖動(dòng)改變

在SCIMC架構(gòu)的支持下，捷勃特機(jī)器人將HyperRing技術(shù)應(yīng)用于其C系列機(jī)器人，并成功實(shí)現(xiàn)了高達(dá)5KHz的全手臂閉環(huán)控制。通過(guò)這一技術(shù)，機(jī)器人手臂的末端可以在特定自由度上表現(xiàn)出順應(yīng)性，而在其他自由度上則保持高剛性，從而滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下的需求。

未來(lái)，HyperRing技術(shù)有望與視覺(jué)和觸覺(jué)傳感信息相結(jié)合，進(jìn)一步提升工業(yè)機(jī)器人的智能化和類(lèi)人化水平。

▍技術(shù)與實(shí)力兼具，延展開(kāi)發(fā)多樣化機(jī)器人產(chǎn)品線

憑借創(chuàng)新的單芯片多軸驅(qū)控一體控制器SCIMC和先進(jìn)的HyperRing技術(shù)，捷勃特機(jī)器人成功延展開(kāi)發(fā)了多樣化的機(jī)器人產(chǎn)品線，包括工業(yè)六軸機(jī)器人、SCARA機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人，并推出配套機(jī)器人控制柜和軟件包。

值得注意的是，捷勃特機(jī)器人不僅為客戶提供高性能、高品質(zhì)、高性價(jià)比、高易用性的機(jī)器人產(chǎn)品和功能軟件，還提供全面的服務(wù)支持，包括培訓(xùn)維護(hù)、技術(shù)支持和方案咨詢等。其產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、鋰電、光伏、半導(dǎo)體、汽車(chē)部件、食品、醫(yī)藥、美妝、快消品、機(jī)床配套等多個(gè)領(lǐng)域，助力客戶實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化，有效降低生產(chǎn)成本，并顯著提升生產(chǎn)效率。

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