Robotok szingularitási problémái
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:
- 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:
- A szingularitások legtöbbször a robot munkaterének peremén, azaz a hatósugarának szélén lévő pontokhoz tartoznak vagy egybeeső tengelyekhez:
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.
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.
És a robot megfogót sem kell feltétlenül párhuzamosan elhelyezni a felfogatóperemmel. Egy kis szögben megdöntve a megfogót sok későbbi fejfájást meg tudunk spórolni magunknak.
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.