跨國機(jī)器人巨頭們紛紛推出七軸工業(yè)機(jī)器人，以搶占高端新市場，這引發(fā)了我們對于七軸工業(yè)機(jī)器人的深入思考， 它具有哪些獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢，存在哪些研發(fā)難點，這些年來國際上發(fā)布了哪些工業(yè)七軸機(jī)器人產(chǎn)品，我國七軸工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化又進(jìn)入了哪一階段？
工業(yè)機(jī)器人到底應(yīng)該有幾個軸？
目前，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，但我們也發(fā)現(xiàn)，工業(yè)機(jī)器人不僅形狀各異，其軸數(shù)也各不相同。所謂工業(yè)機(jī)器人的軸，可以用專業(yè)的名詞自由度來解釋，如果機(jī)器人具有三個自由度，那么它可以沿x，y，z軸自由的運(yùn)動，但是它卻不能傾斜或者轉(zhuǎn)動。當(dāng)機(jī)器人的軸數(shù)增加，對機(jī)器人而言，就是更高的靈活性。那么工業(yè)機(jī)器人應(yīng)該有幾個軸才合理呢？
三軸機(jī)器人也被稱為直角坐標(biāo)或者笛卡爾機(jī)器人，它的三個軸可以允許機(jī)器人沿三個軸的方向進(jìn)行運(yùn)動，這種機(jī)器人一般被用于簡單的搬運(yùn)工作之中。
四軸機(jī)器人，可以沿著x，y，z軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動，與三軸機(jī)器人不同的是，它具有一個獨(dú)立運(yùn)動的第四軸，一般來說SCARA機(jī)器人就可以被認(rèn)為是四軸機(jī)器人。
五軸是許多工業(yè)機(jī)器人的配置，這些機(jī)器人可以通過x，y，z三個空間周進(jìn)行轉(zhuǎn)動，同時可以依靠基座上的軸實現(xiàn)轉(zhuǎn)身的動作，以及手部可以靈活轉(zhuǎn)動的軸，增加了其靈活性。
六軸機(jī)器人可以穿過x，y，z軸，同時每個軸可以獨(dú)立轉(zhuǎn)動，與五軸機(jī)器人的最大區(qū)別就是，多了一個可以自由轉(zhuǎn)動的軸。六軸機(jī)器人的代表就是優(yōu)傲機(jī)器人，通過機(jī)器人身上的藍(lán)色蓋子，你可以很清楚的計算出機(jī)器人的軸數(shù)。
七軸機(jī)器人， 又稱為冗余機(jī)器人，相比六軸機(jī)器人額外的軸允許機(jī)器人躲避某些特定的目標(biāo)，便于末端執(zhí)行器到達(dá)特定的位置，可以更加靈活的適應(yīng)某些特殊工作環(huán)境。
隨著軸數(shù)的增加，機(jī)器人的靈活性也隨之增長。但是，在目前的工業(yè)應(yīng)用中，用得最多的是三軸、四軸和六軸的工業(yè)機(jī)器人，這是因為，在某些應(yīng)用中，并不需要很高的靈活性，而三軸和四軸機(jī)器人具有更高的成本效益，并且三軸和四軸機(jī)器人在速度上也具有很大的優(yōu)勢。
未來，在需要高靈活性的3C產(chǎn)業(yè)，七軸工業(yè)機(jī)器人將擁有用武之地，隨著其精度不斷增加，在不遠(yuǎn)的將來，它將取代人工進(jìn)行裝配手機(jī)等精密電子產(chǎn)品。
七軸工業(yè)機(jī)器人比六軸工業(yè)機(jī)器人強(qiáng)在哪？
從技術(shù)上來看， 六軸工業(yè)機(jī)器人存在什么問題，七軸工業(yè)機(jī)器人又強(qiáng)在哪？
（1）改善運(yùn)動學(xué)特性
在機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)問題中，三個問題使得機(jī)器人的運(yùn)動受到非常大的限制。
第一是奇異構(gòu)型。當(dāng)機(jī)器人處于奇異構(gòu)型時，它的末端執(zhí)行器不能繞某個方向進(jìn)行運(yùn)動，或者施加力矩，因而奇異構(gòu)型極大的影響了運(yùn)動規(guī)劃。
六軸機(jī)器人第六軸和第四軸共線發(fā)生奇異
第二是關(guān)節(jié)位移超限。在真實工作情況下，機(jī)器人每個關(guān)節(jié)的運(yùn)動的角度范圍是受到限制的，最理想的狀態(tài)是正負(fù)180度，但是很多關(guān)節(jié)是做不到的。另外，七軸機(jī)器人可以避免角速度運(yùn)動過快，讓角速度分配得比較均勻。
新松七軸機(jī)器人各軸運(yùn)動范圍及最大角速度
第三是工作環(huán)境中存在障礙。在工業(yè)環(huán)境下，很多場合存在各種環(huán)境障礙，傳統(tǒng)的六軸機(jī)器人無法只改變末端機(jī)構(gòu)的姿態(tài)，而不改變末端機(jī)構(gòu)的位置。
（2）改善動力學(xué)特性
對于七軸機(jī)器人而言，利用其冗余自由度不僅可以通過運(yùn)動軌跡規(guī)劃達(dá)到良好的運(yùn)動學(xué)特性，并且我們可以利用其結(jié)構(gòu)實現(xiàn)最佳的動力學(xué)性能。
七軸機(jī)器人可實現(xiàn)關(guān)節(jié)力矩的再分配，這里涉及到機(jī)器人的靜力平衡的問題，也就是說，作用在末端的力，通過一定的算法算出每個關(guān)節(jié)承受的力有多大。對于傳 統(tǒng)的六軸機(jī)器人來說，其每個關(guān)節(jié)的力是一定的，它的分配可能很不合理。但是對于七軸機(jī)器人來說，我們可以通過控制算法調(diào)整各個關(guān)節(jié)的力矩，讓薄弱的環(huán)節(jié)承 受的力矩盡量小，是整個機(jī)器人的力矩分配比較均勻，更加合理。
（3） 容錯性
機(jī)器人在發(fā)生故障時，如果有一關(guān)節(jié)失效，傳統(tǒng)六軸機(jī)器人便無法繼續(xù)完成工作，而七軸機(jī)器人可以通過重新調(diào)整故障關(guān)節(jié)速度（運(yùn)動學(xué)容錯）和故障關(guān)節(jié)力矩（動力學(xué)容錯）的再分配實現(xiàn)繼續(xù)正常工作。
國際巨頭們的七軸工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品
無論從產(chǎn)品角度，還是從應(yīng)用角度，七軸工業(yè)機(jī)器人目前都還處于初步發(fā)展階段，但各大廠商紛紛在各大展覽會力推相關(guān)產(chǎn)品，可以想見對其未來的發(fā)展?jié)摿€是十分看好的。
- 庫卡LBR iiwa
2014年11月，庫卡在中國國際工業(yè)博覽會機(jī)器人展上首次發(fā)布KUKA第一款七自由度輕型靈敏機(jī)器人LBRiiwa。
LBRiiwa七軸機(jī)器人基于人類手臂進(jìn)行設(shè)計，其結(jié)合集成的傳感器系統(tǒng)，使該輕型機(jī)器人具有可編程的靈敏性，并使其具備了非常高的精確度。而七軸的LBRiiwa所有的軸內(nèi)均配備高性能碰撞檢測功能、集成的關(guān)節(jié)力矩傳感器，以實現(xiàn)人機(jī)協(xié)作。
七軸的設(shè)計，使得KUKA的該款產(chǎn)品有較高的靈活度，可輕松地越過障礙物。LBRiiwa機(jī)器人的結(jié)構(gòu)采用鋁制材料設(shè)計，其自身重量只有23.9千克。其負(fù)荷有兩種，分別為7千克和14千克，使其成為首款負(fù)荷超過10千克的輕型機(jī)器人的產(chǎn)品。
