MODUL 5 · PROJEKTNI ZADATAK: PALETIZACIJA S CNC STROJA
Nastavna jedinica 5.4
Kalibracija koordinatnih sustava robota
Kalibracija je postupak kojim robot doznaje gdje mu je vrh alata i gdje leži predmet s kojim radi. Dok to nije poznato, svaka je koordinata samo broj. Pogreška od jednog stupnja u smjeru osi alata na paleti se pretvara u nekoliko milimetara pomaka, a to je razlika između urednog i razbacanog sloga.
- objasniti svrhu kalibracije alata i kalibracije korisničkog sustava
- provesti kalibraciju alata postupkom s četiri ili više točaka
- odrediti smjerove osi alatnog sustava i objasniti posljedice pogrešnog odabira
- provesti kalibraciju korisničkog sustava u tri točke
- provjeriti točnost kalibracije i protumačiti izmjerenu pogrešku
- navesti razlike između kalibracije u simulaciji i na stvarnom robotu
Zašto se kalibrira
Robot poznaje položaj svoje prirubnice s velikom točnošću, jer ga računa iz kutova zglobova i poznatih duljina članaka. O onome što je na prirubnicu pričvršćeno ne zna ništa. Prihvatnica visoka 180 mm pomiče radnu točku za 180 mm, a ako je postavljena pod kutom, pomiče je i bočno. Dok se to ne izmjeri, naredba pravocrtnog gibanja neće dati pravac koji programer očekuje.
Isto vrijedi za predmet. Paleta stoji u napravi negdje u ćeliji, i njezin položaj treba izraziti brojkama u baznom sustavu robota. Tek tada pravilo koje računa 60 pozicija ima smisla: pomakne li se naprava, mijenja se jedan koordinatni sustav, a ne šezdeset točaka.
| Sustav | Što opisuje | Što se mjeri |
|---|---|---|
| Alatni sustav | položaj i orijentaciju vrha alata u odnosu na prirubnicu | pomak TCP-a i smjerove osi alata |
| Korisnički sustav | položaj i orijentaciju predmeta u baznom sustavu | ishodište i smjer dviju osi predmeta |
| Bazni sustav | nepomični sustav vezan uz postolje robota | ne mjeri se, zadan je izvedbom |
| Zglobni sustav | kutove pojedinih zglobova | očitava se iz davača, ne kalibrira se ovdje |
Kalibracija alata u četiri ili više točaka
Najčešći postupak temelji se na jednostavnoj zamisli: ako se isti vrh alata s četiri različita položaja ruke dovede na jednu te istu nepomičnu točku u prostoru, iz četiriju položaja prirubnice može se izračunati gdje je vrh u odnosu na prirubnicu. Nepomična točka obično je vrh čeličnog šiljka pričvršćenog na pod ćelije.
- Robot se u ručnom radu dovede tako da vrh prihvatnice dodirne vrh šiljka; položaj se pohrani.
- Postupak se ponovi s bitno drugačijom orijentacijom alata, najmanje četiri puta.
- Orijentacije moraju biti razmaknute; četiri gotovo jednaka položaja daju lijep, ali bezvrijedan rezultat.
- Upravljački sustav izračuna pomak TCP-a i prikaže procijenjenu pogrešku.
Prikazana pogreška mjerilo je kvalitete kalibracije. Za ovaj projekt prihvaća se vrijednost do 0,5 mm. Veća vrijednost gotovo uvijek znači da vrh alata nije svaki put točno pogođen ili da su orijentacije bile preslične.
Pažnja
Kalibracija u četiri točke daje samo položaj TCP-a, ne i smjerove osi alata. Smjerovi se određuju zasebno, dodatnim točkama ili upisom poznatih vrijednosti iz crteža prihvatnice.
Smjerovi osi alata
Uz položaj vrha treba zadati i orijentaciju alatnog sustava, jer o njoj ovisi kako robot tumači naredbu pomaka i zakreta. Uobičajeno je da os z alata gleda u smjeru prilaza, dakle iz prirubnice prema obratku. Tada naredba pomaka od 100 mm po osi z alata znači prilaz, a ne bočno pomicanje.
Za prihvatnicu ovog projekta os z pokazuje prema dolje, u smjeru spuštanja na paletu. Os x postavlja se u smjeru otvaranja prstiju, jer se time zakret prihvatnice oko okomite osi izražava kao zakret oko osi z alata. Os y slijedi iz desnokretnosti sustava.
| Pogrešna postavka | Kako se očituje | Posljedica |
|---|---|---|
| Os z u suprotnom smjeru | prilaz pomiče alat od obratka | sudar s paletom ili prazan hod |
| Os z bočno umjesto uzdužno | spuštanje se pretvara u bočni pomak | promašena pozicija |
| Os x zakrenuta za 90° | prsti ne dolaze u ispravan smjer | prihvat na krivom mjestu prstena |
| Kutna pogreška osi z | odstupanje raste s udaljenošću TCP-a | sustavan pomak sloga na paleti |
| Lijevokretni sustav | zakreti se izvode u suprotnom smjeru | nepredvidivo ponašanje programa |
Kutna pogreška smjera osi alata pretvara se u bočno odstupanje koje raste s duljinom alata. Pri odlaganju sa zakrenutom prihvatnicom to se odstupanje udvostručuje.
Kalibracija korisničkog sustava u tri točke
Korisnički sustav palete određuje se trima točkama. Prva je ishodište, obično ugao naprave ili središte pozicije 1 u prvom sloju. Druga leži na osi x, u smjeru duljine palete. Treća leži u ravnini xy, na strani pozitivne osi y. Iz tih triju točaka upravljački sustav izračuna ishodište i sve tri osi.
Točke se biraju što udaljenije jedna od druge, jer pogreška kuta pada s razmakom. Ako se druga točka uzme 100 mm od ishodišta, pogreška pogađanja od 0,5 mm daje kutnu pogrešku od gotovo 0,3 stupnja; uzme li se 700 mm daleko, ista pogreška daje manje od 0,05 stupnja. Zato se za smjer osi x uzima suprotni kraj palete.
| Točka | Gdje se uči | Napomena |
|---|---|---|
| P1 — ishodište | središte pozicije 1 u sloju 1 | ujedno referentna točka pPalRef |
| P2 — smjer x | središte pozicije 5 u istom redu | razmak 640 mm, četiri koraka po 160 mm |
| P3 — ravnina xy | središte pozicije 16 u istom stupcu | razmak 450 mm, tri koraka po 150 mm |
Nakon kalibracije sve se pozicije računaju iz ishodišta pomacima 160 mm, 150 mm i 28 mm. Ako operater kasnije zamijeni napravu palete, dovoljno je ponoviti tri točke.
Provjera točnosti i razlike prema stvarnom robotu
Kalibracija se ne smatra gotovom dok se ne provjeri. Provjera je jednostavna: robot se u pravocrtnom gibanju, po osi korisničkog sustava, pomakne s pozicije 1 na poziciju 5 i mjeri se odstupanje vrha alata od očekivane točke. Zatim se prihvatnica zakrene za 180 stupnjeva oko osi z alata i provjeri ostaje li vrh na mjestu. Ako se pomakne, pogreška je u alatnom, a ne u korisničkom sustavu.
| Razlika | U simulaciji | Na stvarnom robotu |
|---|---|---|
| Alatni sustav | upisuje se iz CAD modela, bez pogreške | mjeri se, uvijek s malom pogreškom |
| Korisnički sustav | točan po konstrukciji modela | ovisi o položaju naprave i pogađanju točaka |
| Krutost | članci su idealno kruti | ruka se pod teretom neznatno savija |
| Zračnosti | nema ih | prijenosnici imaju zračnost i trošenje |
| Temperatura | nema utjecaja | zagrijavanje pomiče točke tijekom prvih sati |
Zapamtite
U simulaciji kalibracija je upis podataka, na stroju je mjerenje. Zato se razlika između modela i stroja ne uklanja boljom simulacijom nego mjerenjem na stroju i unosom izmjerenih vrijednosti u model.
Zbog tih razlika u modelu se planira i postupak usklađivanja. Program napisan u simulaciji donosi se na stroj s jasnom naznakom koje su vrijednosti podložne ispravku: alatni sustav, korisnički sustav palete i visina prve ravnine odlaganja.
Ključni pojmovi
| Pojam | Značenje |
|---|---|
| TCP | Vrh alata; ishodište alatnog koordinatnog sustava i točka na koju se odnose sve koordinate. |
| Kalibracija u četiri točke | Postupak u kojem se isti vrh alata s četiri orijentacije dovodi na istu nepomičnu točku. |
| Kalibracijski šiljak | Nepomični vrh u ćeliji koji služi kao referentna točka pri kalibraciji alata. |
| Kalibracija u tri točke | Određivanje korisničkog sustava iz ishodišta, točke na osi x i točke u ravnini xy. |
| Kutna pogreška | Odstupanje smjera osi alata, koje se u bočno odstupanje pretvara razmjerno duljini alata. |
| Desnokretni sustav | Raspored osi u kojem zakret osi x prema y daje smjer osi z po pravilu desne ruke. |
Provjeri se
Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.
Pitanje 1 od 3
Kalibracija alata u četiri točke određuje:
Četiri točke daju položaj vrha; smjerovi osi određuju se zasebno.
Pitanje 2 od 3
Zašto se za smjer osi x korisničkog sustava bira što udaljenija točka?
Ista pogreška pogađanja na većem razmaku daje manju kutnu pogrešku sustava.
Pitanje 3 od 3
Vrh alata se pri zakretu prihvatnice za 180 stupnjeva pomakne. Pogreška je u:
Ako se vrh pri zakretu pomiče, TCP nije točno određen, pa je pogreška u alatnom sustavu.
Odgovoreno 0 od 3.