MODUL 2 · UVOD U PROGRAMIRANJE INDUSTRIJSKIH ROBOTA
Nastavna jedinica 2.4
Načini gibanja industrijskih robota
Tri naredbe gibanja pokrivaju gotovo sve što robot radi: gibanje od točke do točke, pravocrtno i kružno gibanje. Izbor među njima nije stvar ukusa. O njemu ovisi hoće li putanja biti predvidiva, hoće li robot proći pokraj naprave i koliko će ciklus trajati.
- razlikovati gibanje od točke do točke, pravocrtno i kružno gibanje
- objasniti kako iz naredbe gibanja nastaje stvarna putanja alata
- objasniti značenje parametara brzine i ubrzanja
- objasniti djelovanje zona zaobljenja na vrijeme ciklusa i na točnost prolaza
- prepoznati singularnost i navesti načine njezina izbjegavanja
Od naredbe do putanje
Naredba gibanja sadrži nekoliko podataka: odredišnu točku, vrstu gibanja, brzinu, podatak o zaobljenju i oznaku alata te koordinatnog sustava u kojem je točka zadana. Iz toga upravljački sustav izračunava kako će se svaka os gibati u svakom trenutku. Taj se postupak ponavlja stotinama puta u sekundi.
Ključno je razumjeti da programer ne zadaje gibanje osi nego gibanje alata. Pretvorba iz koordinata prostora u kutove osi naziva se inverznom kinematikom i obavlja je kontroler. Zato ista naredba na istom robotu može dati različit izgled kretnje, ovisno o tome iz kojeg položaja robot kreće i koju konfiguraciju ruke ima.
Uz naredbu gibanja uvijek ide i podatak o tome kako se robot ponaša u odredišnoj točki. Može se zaustaviti i točno stati — to se naziva točnim zaustavljanjem — ili može odredište samo dotaknuti u prolazu i skrenuti prema sljedećoj točki. Ta naizgled sitna razlika najjače djeluje na vrijeme ciklusa.
Gibanje od točke do točke
Gibanje od točke do točke, poznato i kao zglobno gibanje, najjednostavnija je i najbrža naredba. Upravljački sustav izračuna početne i završne kutove svih osi, a zatim ih sve pokrene tako da istodobno završe. Put koji vrh alata pritom opiše nije unaprijed zadan i najčešće je zakrivljen, često i neočekivano.
Prednost je brzina. Nijedna os ne čeka drugu, svaka radi ono što najbrže može, pa je vrijeme gibanja najkraće moguće. Zato se ovim gibanjem izvode svi prijelazi u kojima put nije bitan: povratak u početni položaj, prilaz iznad predmeta, odlazak prema sljedećoj stanici.
Nedostatak je nepredvidivost puta. Ako se između dviju točaka nalazi naprava, robot je može zahvatiti iako su obje točke slobodne. Zato se u skučenom prostoru uz gibanje od točke do točke uvijek dodaje međutočka iznad prepreke, a putanja se prije puštanja u rad provozi malom brzinom.
Pažnja
Provjera putanje u simulaciji ili malom brzinom nije formalnost. Gibanje od točke do točke jedino je gibanje kod kojeg se put ne može pročitati iz programa; vidi se tek kada se robot pokrene.
Pravocrtno i kružno gibanje
Kod pravocrtnog gibanja TCP se giba po ravnoj crti od polazne do odredišne točke, uz ravnomjernu promjenu orijentacije. Put je potpuno određen i može se unaprijed nacrtati. Brzina se zadaje u milimetrima u sekundi i odnosi se na vrh alata, što je bitno kod zavarivanja, lijepljenja i rezanja, gdje o brzini ovisi rezultat.
Cijena te predvidivosti je manja brzina i veća osjetljivost. Da bi vrh išao ravno, osi se moraju gibati neravnomjerno, a neke od njih moraju usporiti druge. U nekim položajima traženo gibanje osi prelazi dopuštenu brzinu i robot stane s porukom o pogrešci, iako su i polazna i odredišna točka dohvatljive.
Kružno gibanje vodi TCP po kružnom luku. Zadaju se dvije točke: međutočka kroz koju luk prolazi i završna točka. Kroz tri točke prolazi točno jedna kružnica, pa je luk time jednoznačno određen. Puni krug ne može se zadati jednom naredbom jer bi tri točke tada bile nedovoljne; izvodi se dvama uzastopnim lukovima.
| Način gibanja | Oblik putanje | Brzina se zadaje | Tipična primjena |
|---|---|---|---|
| Od točke do točke | nije određen, najčešće zakrivljen | u postotku najveće brzine | prilaz, odmicanje, povratak u početni položaj |
| Pravocrtno | ravna crta | u mm/s na vrhu alata | zavarivanje, lijepljenje, ulaganje u napravu |
| Kružno | kružni luk kroz tri točke | u mm/s na vrhu alata | zaobljeni rubovi, kružni šavovi |
Brzina, ubrzanje i zone zaobljenja
Uz svaku naredbu zadaje se brzina. Kod pravocrtnog i kružnog gibanja to je brzina vrha alata u milimetrima u sekundi; kod gibanja od točke do točke obično je to postotak najveće brzine osi. Zadana brzina je gornja granica, a ne jamstvo: na kratkim odsječcima robot je ne stigne dosegnuti jer prije kraja mora početi kočiti.
Ubrzanje se zadaje odvojeno i često se podcjenjuje. Na kratkim potezima, kojih u montaži i paletizaciji ima najviše, ukupno vrijeme mnogo više ovisi o ubrzanju nego o zadanoj brzini. Uz to, veliko ubrzanje opterećuje prijenosnike i može zaljuljati predmet u prihvatnici, pa se kod nesigurnog hvata namjerno smanjuje.
Zona zaobljenja je polumjer oko točke unutar kojega robot smije skrenuti prema sljedećoj točki bez zaustavljanja. Zadaje se u milimetrima, a posljedica je dvostruka: putanja se skraćuje jer se kut presiječe, i, još važnije, nestaje vrijeme kočenja i ponovnog ubrzavanja. U programu s pedeset točaka ušteda lako iznosi nekoliko sekundi po ciklusu.
Zapamtite
Zona zaobljenja znači da robot kroz točku ne prolazi, nego je zaobilazi. Točke u kojima se nešto događa — hvatanje, odlaganje, ulaganje u napravu — uvijek se zadaju s točnim zaustavljanjem. Zaobljenje se koristi samo na međutočkama.
Usporedba vremena ciklusa uz točno zaustavljanje i uz zone zaobljenja različite veličine. Model je pojednostavljen, ali dobro pokazuje odnos između gubitka na zaustavljanjima i trajanja samog gibanja.
Singularnosti
Singularnost je položaj u kojem se osi robota poravnaju tako da dvije od njih obavljaju isto gibanje. Ruka time gubi jedan stupanj slobode: postoji smjer u kojem se TCP više ne može gibati, iako je točka unutar radnog prostora. Kod šestoosne artikulirane ruke tri su takva položaja poznata i očekivana.
| Vrsta | Kada nastaje | Kako se očituje |
|---|---|---|
| Singularnost zapešća | os četvrtog i šestog zgloba se poravnaju | četvrta i šesta os naglo se zavrte u suprotnim smjerovima |
| Singularnost ramena | središte zapešća prolazi kroz os prvog zgloba | prva os pokušava se zakrenuti velikom brzinom |
| Singularnost lakta | ruka je potpuno ispružena | gubi se mogućnost daljnjeg pomaka prema van |
U blizini singularnosti brzine pojedinih zglobova naglo rastu, iako se TCP giba polako. Kontroler to prepozna i reagira: ili usporava gibanje, ili prekida program porukom o pogrešci. U oba slučaja rezultat je neprihvatljiv — u prvom se gubi vrijeme i kvari šav, u drugom linija stane.
Izbjegavanje je uglavnom stvar rasporeda. Radni komad postavlja se tako da putanja ne prolazi blizu poravnanja osi, najčešće zakretanjem naprave za dvadesetak stupnjeva ili nagibom alata. Kritični dio putanje može se izvesti gibanjem od točke do točke umjesto pravocrtnim, jer se u zglobnom načinu singularnost ne očituje. Naposljetku, međutočka na drugom mjestu često natjera robot da isti put prijeđe drugom konfiguracijom ruke, daleko od kritičnog položaja.
Primjer
Gorionik vodi ravan šav duljine osamsto milimetara i na sredini robot usporava bez vidljivog razloga. Šav je ondje širi i previše zagrijan. Uzrok je prolazak kroz područje singularnosti zapešća. Zakret naprave za dvadeset stupnjeva pomiče cijelu putanju izvan tog područja i problem nestaje.
Ključni pojmovi
| Pojam | Značenje |
|---|---|
| Gibanje od točke do točke | Zglobno gibanje u kojem sve osi kreću i staju istodobno, a put nije unaprijed određen. |
| Pravocrtno gibanje | Gibanje kod kojeg TCP ide po ravnoj crti uz zadanu brzinu vrha alata. |
| Kružno gibanje | Gibanje po luku određenom međutočkom i završnom točkom. |
| Inverzna kinematika | Pretvorba zadanog položaja alata u kutove pojedinih osi robota. |
| Točno zaustavljanje | Način prolaza kroz točku u kojem robot stane točno na zadanom položaju. |
| Zona zaobljenja | Polumjer oko točke unutar kojeg robot skreće prema sljedećoj točki bez zaustavljanja. |
| Singularnost | Poravnanje osi u kojem robot gubi stupanj slobode, a brzine zglobova naglo rastu. |
Provjeri se
Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.
Pitanje 1 od 3
Koje gibanje ima unaprijed poznatu i predvidivu putanju vrha alata?
Kod pravocrtnog gibanja TCP ide po ravnoj crti, pa se put može nacrtati prije pokretanja.
Pitanje 2 od 3
Zona zaobljenja od 50 mm znači da robot:
Robot ne staje u točki nego skreće prema sljedećoj, uz odstupanje do zadanog polumjera zone.
Pitanje 3 od 3
Što se događa u blizini singularnosti pri pravocrtnom gibanju?
Poravnanjem osi robot gubi stupanj slobode; da bi TCP i dalje išao ravno, zglobovi bi se morali gibati prebrzo.
Odgovoreno 0 od 3.