文章轉(zhuǎn)載自：機(jī)器人大講堂
對于人類而言，長期的實(shí)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(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“機(jī)器人控制”來協(xié)調(diào)各個關(guān)節(jié)的運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)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(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，可能通過伺服電機(jī)或電液伺服執(zhí)行器來實(shí)現(xiàn)，它們負(fù)責(zé)控制單一維度的運(yùn)動；另一部分是整體控制，例如，在工業(yè)機(jī)器人中，運(yùn)動控制器負(fù)責(zé)為每個關(guān)節(jié)下達(dá)運(yùn)動指令，確保整個機(jī)械臂的運(yùn)動符合預(yù)期效果。
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)動控制器通過脈沖信號與伺服控制器進(jìn)行通信。脈沖的數(shù)量和頻率分別決定了運(yùn)動的距離和速度。然而，隨著用戶對機(jī)器人運(yùn)動速度和精度要求的提高，這種控制架構(gòu)已無法滿足日益復(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，從而對電機(jī)輸出進(jìn)行預(yù)判，并通過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)器人的動態(tài)性能，信息越全面、越及時，就越有利于決策。
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“總線絕對延時”等技術(shù)瓶頸。這些問題不僅影響了機(jī)器人的運(yùn)動性能，還給控制工程師帶來了不小的挑戰(zhàn)。通過審視演變歷程中，可以辨認(rèn)出一個清晰的發(fā)展趨勢：機(jī)器人運(yùn)動控制技術(shù)從基于簡單PID的單電機(jī)控制，到基于運(yùn)動物理模型的單電機(jī)控制，再到滿足整機(jī)運(yùn)動需求的多電機(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產(chǎn)權(quán)的單芯片多軸驅(qū)控一體運(yùn)動控制器SCIMC機(jī)器，為工業(yè)人行業(yè)帶來了一場技術(shù)革命。這款控制器創(chuàng)新性地將運(yùn)動控制與電機(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)時響應(yīng)能力。通過FPGA協(xié)處理器的加持，該平臺的響應(yīng)速度得到了顯著提升。
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)動控制器技術(shù)（SCIMC）已獲得中國、美國、歐盟、日本發(fā)明專利授權(quán)。SCIMC架構(gòu)的底層技術(shù)，深度融合了運(yùn)動控制算法、電機(jī)控制算法以及整機(jī)機(jī)電設(shè)計(jì)技術(shù)，構(gòu)建了一個高性能的工業(yè)機(jī)器人開發(fā)平臺。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)器人帶來了前所未有的整體力控和帶笛卡爾空間約束的拖動示教功能。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)動力學(xué)和運(yùn)動學(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。類比于人類拿起筆畫直線的動作，人們關(guān)注的是筆的移動軌跡，而非胳膊上每個關(guān)節(jié)的具體轉(zhuǎn)動。同樣，HyperRing技術(shù)使得機(jī)器人能夠?qū)⒄麄€手臂視為一個整體進(jìn)行控制，而非僅僅局限于單個關(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的自然動作習(xí)慣，使得機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時能夠更加靈活和準(zhǔn)確。
“擦桌子”式自由拖 | 水平方向可以拖動，垂直方向保持高剛性
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“固定點(diǎn)”式自由拖 | 工具末端點(diǎn)不動，姿態(tài)可通過拖動改變在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)用場景下的需求。未來，HyperRing技術(shù)有望與視覺和觸覺傳感信息相結(jié)合，進(jìn)一步提升工業(yè)機(jī)器人的智能化和類人化水平。▍技術(shù)與實(shí)力兼具，延展開發(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、汽車部件、食品、醫(yī)藥、美妝、快消品、機(jī)床配套等多個領(lǐng)域，助力客戶實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化和標(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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