機器人在工業(yè)生產(chǎn)制造中的應(yīng)用已經(jīng)越來越普遍了。但是大家有沒有仔細觀察過這些機器人手臂的關(guān)節(jié)。
比如上圖所示的就是傳統(tǒng)的工業(yè)機器人，可以很明顯看到在它們的關(guān)節(jié)上“外掛”的伺服電機，而除了我們能夠看見的電機，在這些關(guān)節(jié)里面其實還有著非常復(fù)雜的（諧波）減速機和制動抱閘機構(gòu)，這使得機器人的關(guān)節(jié)變得異?！胺蚀蟆?。
當(dāng)然，這對于許多大型機器人并不是什么太大的問題。
但是對于那些正被越來越多的應(yīng)用于產(chǎn)線和設(shè)備周圍的小型機器人、尤其是需要配合人們完成各種復(fù)雜的輔助生產(chǎn)操作的協(xié)作機器人來說，關(guān)節(jié)的尺寸就變得十分關(guān)鍵了。
此時，在這種小型機械臂中，通常需要使用上圖這種無框直接驅(qū)動（力矩）電機，以減小機器人關(guān)節(jié)的尺寸、減輕機器人重量，并提升其動作效率。
而使用直接驅(qū)動電機，也會帶來一個新的問題，就是較高的技術(shù)實施難度和應(yīng)用集成成本。
這一方面是因為無框電機本身復(fù)雜的操作使用流程，另一方面，在設(shè)計制造機器人過程中，需要將力矩電機、編碼器反饋、制動抱閘和諧波減速機...等多個零散的運控傳動組件集成到機器人關(guān)節(jié)這個尺寸極為有限的狹小空間中，同時還必須確保機械臂快速、靈活和可靠的運動性能。由此而帶來的超長開發(fā)周期和高昂制造成本，在一定程度上阻礙了小型關(guān)節(jié)機器人的廣泛應(yīng)用和普及。
這就引出了我們接下來要和大家聊的一款產(chǎn)品：
這款名為 RGM 的機器人關(guān)節(jié)模組，是 Kollmorgen 在本月初剛剛發(fā)布的新產(chǎn)品，并在 CIROS 中國機器人展上做了首次展示。
從現(xiàn)場展示的樣品看，RGM機器人關(guān)節(jié)模組體積僅一只拳頭大小。側(cè)面看，其外形框架呈 T 字型。下方為模組的法蘭底座，用于將其安裝在上一級機械臂的端部；左側(cè)為電機端蓋，右側(cè)為電機軸輸出，連接下一級機械臂。
頂部貼著的標(biāo)簽上印著 “DEMONSTRATION UNIT”（演示用產(chǎn)品），且標(biāo)注的產(chǎn)品序列號為 “017”，難不成這是從工廠下線的第 17 臺模組？
整個 RGM 機器人關(guān)節(jié)模組的外表面看上去非常簡單，外殼上沒有任何電氣連接端口，可以達到 IP54 的環(huán)境防護等級。
但從官方資料上的這張圖片看，RGM 機器人關(guān)節(jié)模組上尾部的藍色端蓋應(yīng)該是可以從主體框架上拆下來的，目測其打開后可用于電氣線路的連接。
來到電機的輸出端，可以大致看到內(nèi)圈的轉(zhuǎn)子輸出軸，和外圈用于安裝和連接負載的法蘭圓盤。
同時，我們在這里能看到從機器人關(guān)節(jié)模組內(nèi)部引出的電氣接線，從線纜的顏色推測，紅藍為直流電源，灰色應(yīng)為通訊信號線。這說明在 RGM 模組內(nèi)部是有可用于穿過線纜的空心軸腔體的。
從側(cè)面近距離觀察 RGM機器人關(guān)節(jié)模組輸出端，可以看到法蘭盤圓柱體外表面上有 8 個螺紋孔，據(jù)介紹這是用于安裝和固定下一級機械臂的。
不難理解，連接在法蘭盤上的機械臂，會在模組轉(zhuǎn)子輸出驅(qū)動力的作用下，圍繞模組進行圓周運動。
這就是為什么 RGM 被稱為“機器人關(guān)節(jié)模組”的原因。
那么，這樣一款產(chǎn)品有什么特別之處呢？
首先，如上圖所示，此款 RGM將包括伺服驅(qū)動器、無框直驅(qū)電機、諧波減速機、反饋編碼器和制動器抱閘...等在內(nèi)的多個機器人關(guān)節(jié)核心部件連接整合在一起，集成在一個模塊化組件中，并被設(shè)計封裝成適合機器人關(guān)節(jié)的 90° 轉(zhuǎn)角外形樣式，可以作為一個完整的關(guān)節(jié)總成直接用在工業(yè)機器人的機械臂上。
這就是說，用戶在設(shè)計和制造機器人時，可以不必考慮復(fù)雜的機械臂關(guān)節(jié)連接和動力集成，直接使用 RGM 關(guān)節(jié)模組連接和驅(qū)動機械臂，從而省去大量零散組件的設(shè)計、安裝、集成和測試等一系列復(fù)雜步驟和流程，尤其是，無需再為無框力矩電機的使用而消耗大量工時。
動力配置方面，由于每臺關(guān)節(jié)模組內(nèi)部都集成了電機驅(qū)動器，采用 48V 直流動力電源和 CANopen 控制總線，所以，如果使用 RGM 關(guān)節(jié)模組，便無需再為機器人的各個關(guān)節(jié)軸配備單獨的伺服驅(qū)動器，只需要使用集成 CANopen 總線的機器人運動控制器即可。這將節(jié)省大量電氣柜安裝空間，讓設(shè)備系統(tǒng)變得更加緊湊。
再看電氣連接，因為多個關(guān)節(jié)模組的電源和通訊端口，是可以按照鏈?zhǔn)酵負浣Y(jié)構(gòu)串行連接的，加之 RGM 使用了空心軸無框電機和諧波減速機，這樣，集成了 RGM 關(guān)節(jié)模組的機器人手臂，其電氣線纜是可以直接串聯(lián)敷設(shè)在機械臂空腔內(nèi)部的，而不是像傳統(tǒng)機器人那樣并排掛在機械臂表面。這樣不僅讓機器人外觀變得十分簡潔，更重要的是，因為在關(guān)節(jié)處并沒有多根并聯(lián)電纜的扭轉(zhuǎn)彎折，從而降低了機器人工作時的運動負載；同時，更少的線纜數(shù)量還將會減輕機械臂的重量，這些都有助于提升機器人的工作效率。
RGM機器人關(guān)節(jié)模組采用了 19 位 Biss 反饋，可以達到 0.001° 的重復(fù)定位精度。同時，注意到在前面的產(chǎn)品拆解圖中顯示，RGM 內(nèi)部在輸入端和輸出端分別各有一個編碼器，通過比較兩個編碼器的位置和速度反饋，參照驅(qū)動電流和電機扭矩的輸出，可以判斷出模組所在關(guān)節(jié)受到外界作用力的大小，將這一系列數(shù)據(jù)信息反饋給控制器，就能夠在不額外增加輔助傳感器的情況下，很方便的實現(xiàn)對機器人的安全控制。
另外，從官方發(fā)布的資料看，為了方便產(chǎn)品的應(yīng)用和設(shè)備開發(fā)，Kollmorgen 還為用戶提供了相應(yīng)的關(guān)節(jié)模組選型軟件，機器人制造商可以基于其用戶需求和應(yīng)用場景，包括機械尺寸、工作位置、活動范圍、運動曲線...等等，自行配置和選擇合適的關(guān)節(jié)模組產(chǎn)品。
如此看來，通過將多個零散的機械臂關(guān)節(jié)組件整合封裝在一個集成模組中，RGM機器人關(guān)節(jié)模組實際相當(dāng)于是一套用于機器人關(guān)節(jié)的一站式解決方案。個人認為，這種集成模組化關(guān)節(jié)部件，將很有可能徹底改變工業(yè)機器人的制造流程，因為相比傳統(tǒng)的機器人制造方法，使用 RGM 這種集成式關(guān)節(jié)模組，將極大簡化機器人關(guān)節(jié)的動力集成，并降低工業(yè)機器人的開發(fā)和應(yīng)用門檻，讓機器人制造商更加專注于其機器人應(yīng)用場景的開發(fā)，而不是糾結(jié)于復(fù)雜的動力機械組件。
按照官方的說法，RGM機器人關(guān)節(jié)模組將適用于有效負載 ≤10kg 的協(xié)作機器人 / 輕型機器人。
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