Hírlevél feliratkozás
Kapcsolat

Robotok szingularitási problémái

Szingularitás 6 tengelyes robotoknál

A gyakorlati életben sokszor találkozhatunk vele kizárólag kötött pályán való tcp (lineáris vagy kör interpolált) mozgatás esetén, a szabadságfok-csuklók számától függően. Ahogy telnek az évek a robotok mellett, megtanuljuk elkerülni, kizárni a fejlesztésekből, az én hitem szerint is ez a preventív módszer a leghatékonyabb. A megelőzést már a tervezési folyamatban szükséges elkezdeni, annak ellenére, hogy sok gyártó tudatosan fejleszti a rendszereit ennek a problémának a kiküszöbölésére.

 

Kezdjük elméleti síkon:

A robotkar szingularitásainak ismerete több okból is fontos feladat:

  • A szingularitások olyan konfigurációkat jelölnek, amelyeknél a korlátos karsebességekhez nem korlátos csuklósebességek tartozhatnak, vagy a karokra vonatkozó korlátos erőkhöz és nyomatékokhoz nemkorlátos csuklóerők és nyomatékok tartozhatnak. Ennek következtében a kar bizonyos irányú mozgásai nem valósíthatóak meg (legalábbis állandó sebesség mellett biztosan nem), azaz a robotkar veszít a szabadsági fokából.
  • Példásul egy SCARA robot bármilyen X (piros nyíllal párhuzamos,) irányú, lineárisan interpolált mozgatása, ebből a teljesen nyújtott kartartásból a lehetetlen kategóriába tartozik, mert szélsőséges csuklósebességek tartoznának az első néhány tized mm-hez:

SCARA robot X (piros nyíllal párhuzamos,) irányú, lineárisan interpolált nem lehetséges mozgatása a teljesen nyújtott kartartásból

  • Szingularitások közelében nem létezik egyértelmű megoldása az inverz kinematikai problémának. Ilyen például, amikor egy 6-tengelyes a robot 4-es és 6-os csuklója egytengelybe esik. Ilyen esetekben vagy nincs megoldás vagy végtelen sok van. Ezért a robotok mozgást számító szoftvere nem képes a mozgás egyenletek hagyományos megoldására:

6 tengelyes robot hand, elbow és wrist szingularitás szemléltetése

  • A szingularitások legtöbbször a robot munkaterének peremén, azaz a hatósugarának szélén lévő pontokhoz tartoznak vagy egybeeső tengelyekhez:

6 tengelyes robot megfelelő és nem megfelelő mozgások szemléltetése

 

Folytatás a gyakorlatban

Szoftveres megoldások:

A gyakorlatban a szingularitások keresztül menő mozgáspálya esetén, jellemzően a robotunk típustól és gyártótól függően, vagy nem hajtja végre a kötött pályán történő mozgatást vagy egy kevésbé precíz, esetleg korlátozott sebességű, közelítő mozgáspályával megpróbálja áthidalni a szingularitás közelében lévő szakaszt.

Robotkar szimgularitást áthidaló, kevésbé precíz mozgásának bemutatása

A fenti ábrán a robot a 2. pontban lévő szingularitást a mozgáspálya enyhe módosításával elkerüli, miközben tarja a sebességet. A sebesség tartása nem minden esetben tartható, sokszor a szingularitás közeli térben van egy rövid lassulás-gyorsulás szakasz is.

 

Tervezői megoldások:

A legfontosabb a robot megfelelő elhelyezése a munkapozíciókhoz és a mozgáspályához képest. A robotot forgassuk el, toljuk el oldalirányban a munkatérhez képest. Ne csak párhuzamos és merőleges irányokban gondolkodjunk, valamint lehetőleg kerüljük a csak nyújtott karral elérhető pozíciókat.

Változtassunk a robot megközelítési irányán egy csavarozás, ponthegesztés és az ezekhez hasonló egy tengely körül szimmetrikusan végrehajtandó feladatok esetén.

Robot megközelítési irányán történő változtatás egy csavarozás, ponthegesztés és az ezekhez hasonló egy tengely körül szimmetrikusan végrehajtandó feladatok esetén

És a robot megfogót sem kell feltétlenül párhuzamosan elhelyezni a felfogatóperemmel. Egy kis szögben megdöntve a megfogót sok későbbi fejfájást meg tudunk spórolni magunknak.

Robot megfogó felfogató peremhez képest kis szögben történő elhelyezése

Természetesen minden esetben végezzünk mozgáspálya szimulációt a tervezés kezdeti fázisában, amelyen előzetesen leteszteljük a robot mozgását.

Ha pedig mégsem sikerül elkerülni a szingularitási pontokat és a robot szoftver sem tudja kompenzálni a szingularitást, akkor a szingularitáson való áthaladást ne lineáris mozgással, hanem csukló mozgással oldjuk meg.