Koordinatni sustavi industrijskih robota

Kartezijev sustav i pravilo desne ruke

Položaj u prostoru zadaje se trima udaljenostima po međusobno okomitim osima x, y i z. Takav se sustav naziva Kartezijevim. U robotici se gotovo isključivo koristi desnokretni raspored osi, jer bi suprotan raspored izokrenuo predznake zakreta i učinio programe nespojivima.

Raspored se provjerava pravilom desne ruke: palac pokazuje u smjeru osi x, kažiprst u smjeru osi y, a srednji prst, savijen prema dlanu, u smjeru osi z. Isto pravilo vrijedi i za zakrete: kada palac desne ruke pokazuje u pozitivnom smjeru osi, savijeni prsti pokazuju pozitivan smjer zakreta oko te osi.

Uz tri koordinate položaja idu i tri kuta kojima se opisuje orijentacija alata. Proizvođači ih zapisuju na različite načine — kao zakrete oko osi novoga sustava, kao zakrete oko osi nepomičnog sustava ili pomoću kvaterniona — ali značenje je isto: alat nije dovoljno dovesti na mjesto, mora se i pravilno nagnuti.

Zglobni koordinatni sustav

Zglobni koordinatni sustav ne opisuje prostor nego sam stroj. U njemu se ne zadaju x, y i z, nego kut svake pojedine osi: koliko je zakrenut prvi zglob, koliko drugi i tako redom. To je najizravniji zapis, jer upravljački sustav upravo takve podatke šalje pogonima.

U zglobnom načinu rada svaka tipka na privjesku pomiče jednu os. Gibanje je za oko neobično: vrh alata opisuje luk, a ne ravnu crtu. Upravo zato je zglobno pomicanje nezamjenjivo u dvjema situacijama. Prvo, kada robot treba izvući iz nezgodnog položaja u kojem bi pravocrtno gibanje zapelo. Drugo, kada se robot dovodi u početni ili servisni položaj, koji se u pravilu i zadaje kutovima osi.

Zglobni zapis ima još jednu prednost: uvijek je jednoznačan. Isti položaj alata u prostoru robot može postići s laktom gore ili dolje, sa zapešćem okrenutim na jednu ili drugu stranu. Zapis po kutovima osi ne ostavlja mjesta dvojbi, pa se sigurnosne i početne točke gotovo uvijek pohranjuju upravo tako.

Globalni, bazni i korisnički sustav

Globalni ili svjetski koordinatni sustav nepomičan je sustav ćelije. Kada u ćeliji radi jedan robot, obično se poklapa s baznim. Kada robota ima više ili kada je robot na pomičnoj osi, globalni sustav je zajednička točka u kojoj se svi slažu, pa se položaji mogu razmjenjivati među strojevima.

Bazni koordinatni sustav vezan je uz postolje robota. Ishodište mu je u presjeku osi prvog zgloba s prirubnicom postolja, os z usmjerena je prema gore, a os x prema naprijed, u smjeru u kojem robot gleda kada su sve osi u nuli. To je sustav u kojem robot misli i u koji na kraju sve pretvara.

Korisnički koordinatni sustav postavlja programer ondje gdje mu odgovara: na kut palete, na rub naprave, na stol stroja. Njegova je svrha praktična. Ako je sustav postavljen na paletu, položaj svakog komada zadaje se jednostavnim brojevima poput 200 i 150, a ne nezgodnim vrijednostima izmjerenima od postolja robota.

Alatni koordinatni sustav i TCP

Bez definiranog alata robot radi s prirubnicom: sve što zna jest gdje se nalazi ploča na kraju ruke. Čim se na prirubnicu montira prihvatnica ili gorionik, radna točka više nije ondje. Zato se definira alatni koordinatni sustav, čije je ishodište radna točka alata, poznata kao TCP.

Definicija alata sadrži tri pomaka od prirubnice do TCP-a i tri kuta koji određuju smjer osi alata. Kada je alat definiran, tri se stvari mijenjaju odjednom. Prvo, sve zadane koordinate odnose se na vrh alata, a ne na prirubnicu. Drugo, pomicanje u alatnom načinu rada ide u smjeru alata, što je pri prilazu i odmicanju nezamjenjivo. Treće, pri zakretanju orijentacije robot zakreće alat oko TCP-a, pa vrh ostaje na mjestu.

Definicija alata mijenja i radni prostor. Doseg iz tehničkog lista vrijedi do prirubnice; dugačak alat pomiče radnu točku prema van i povećava najveću udaljenost koju TCP može doseći, ali istodobno smanjuje mogućnost prilaska blizu postolja i povećava moment na zglobove zapešća.

Mjerenje i provjera alata

Alat se može zadati brojevima iz konstrukcijskog modela ili izmjeriti na stroju. Na stroju se najčešće koristi metoda četiriju točaka: u radnom prostoru se odabere šiljak, a zatim se vrhom alata dođe do njega četiri puta iz bitno različitih smjerova. Upravljački sustav iz tih položaja izračuna pomake TCP-a.

Smjer osi alata zadaje se posebno, obično dodavanjem još dviju točaka u smjeru osi z i osi x alata. Taj se korak često preskače, a ne bi smio: bez ispravno zadanog smjera pravocrtno gibanje u smjeru alata ide na krivu stranu, a orijentacija se zakreće oko pogrešne osi.

Provjera je jednostavna i traje minutu. Robot se prebaci u alatni način rada i zada mu se zakret orijentacije na mjestu. Ako je alat ispravno definiran, vrh ostaje na istom mjestu, a mijenja se samo nagib. Ako vrh opisuje luk, alat nije dobro izmjeren i mjerenje treba ponoviti.

Iz istog razloga alat treba iznova izmjeriti nakon svakog sudara, nakon zamjene istrošenog dijela prihvatnice i nakon svake izmjene koja mijenja geometriju — na primjer dodavanja podloška ili promjene sapnice. Zapis o izmjerenim vrijednostima čuva se uz dokumentaciju ćelije, zajedno s datumom mjerenja.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.