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L’uso dei bracci robotici nell’industria manifatturiera è in aumento e sempre più aziende vi si stanno avvicinando vantaggi derivanti dall’utilizzo dei bracci robotici. Se intendi incorporare bracci robotici nei tuoi processi aziendali, devi assicurarti di essere ben informato. Cerca una qualità produttore di bracci robotici con cui puoi lavorare per risultati di qualità.
Il braccio robotico presenta il corpo, il polso e anche l'effettore finale. L'effettore finale è ciò che viene utilizzato per trattenere diversi prodotti o svolgere vari compiti. Nella maggior parte dei casi, avrai bisogno che l'effettore finale si muova in direzioni diverse con precisione. È qui che devi assicurarti di essere consapevole della singolarità del robot e di come influisce sulle prestazioni del tuo braccio robotico. In questo articolo approfondiamo la singolarità del robot e perché è fondamentale tenerla a mente.
Cos'è la singolarità del robot
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La singolarità del robot si riferisce ad una configurazione in cui il dell'effettore finale del robot il movimento è bloccato in determinate direzioni. Questa configurazione comporta un limite all'efficienza e alla precisione del braccio robotico con cui stai lavorando. In generale, quando si tratta di Bracci robotici a 6 assi, funzionano muovendosi con movimenti relativi agli assi X, Y e Z in un piano 3D o cartesiano. È composto da 6 articolazioni che contribuiscono ai 6 gradi di libertà sperimentati dal braccio robotico mentre è in azione.
Questo grado di libertà consente al braccio robotico di muoversi in diverse direzioni e di raggiungere facilmente i compiti per cui è stato progettato. Se per caso l'effettore finale del robot non è in grado di raggiungere i prodotti o si muove nella direzione sbagliata, è qui che entra in gioco il problema della singolarità. Alcune singolarità sono abbastanza facili da identificare e risolvere permettendoti di tornare al tuo compiti. Tuttavia, d'altro canto, alcuni robot sperimenteranno singolarità più difficili da identificare se non con l'aiuto di formule lunghe e complesse.
Cosa influenza la singolarità del robot?
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La singolarità del robot presenterà diversi effetti e anche sfide, soprattutto quando si identificano i problemi specifici. Queste sfide variano a seconda di alcuni fattori presenti sul braccio robotico con cui lavorerai. La complessità e la gravità della singolarità sperimentata dal robot dipendono dal numero di giunti, dal tipo di robot (lineare o rotativo) e dalla disposizione geometrica.
An braccio robotico industriale dispone di due spazi dove può essere facilmente controllato. Di solito si tratta dello spazio congiunto e dello spazio cartesiano. Considerando i diversi spazi in cui opera il braccio robotico, scoprirai che presenterà due serie di comandi di movimento in modalità posizione.
Per quanto riguarda i comandi sugli spazi articolari, il robot riceverà istruzioni specifiche con la serie di spazi articolari desiderati. Si sposterà quindi per portare ciascun giunto al posizionamento articolare suggerito in una traslazione lineare e simultanea. Con i comandi spaziali cartesiani, il suggerimento al robot presenterà la posa desiderata per l'effettore finale con uno specifico percorso cartesiano. Il percorso cartesiano può essere lineare o circolare.
Affinché il robot si allinei accuratamente con il giunto cartesiano e i comandi, il controller del robot calcola la posizione inversa e la cinematica della velocità del robot. Ciò si traduce nel corretto posizionamento dell'effettore finale per svolgere il compito progettato. Tuttavia, se i calcoli sono errati, si verificano singolarità in cui si riscontra che l'effettore finale non è posizionato accuratamente. Questo ti mostra le configurazioni che vuoi evitare per evitare che i problemi di singolarità ostacolino i tuoi processi di automazione.
Funzioni della singolarità del robot
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Le singolarità riconosciute dei robot dovrebbero essere evitate a tutti i costi per garantire che il braccio robotico industriale possa lavorare al meglio sui compiti desiderati. Imparare di più sulla funzione della singolarità del robot ti darà una migliore comprensione del motivo per cui dovresti cercare di evitarla. La singolarità del robot è principalmente associata a due funzioni distinte.
Il declino della mappatura della velocità
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Consideriamo due robot cartesiani utilizzati per orientare i loro effettori finali in direzioni diverse. I due robot presentano il posizionamento a sei assi con pile di tre guide lineari ortogonali e tre fasi di rotazione. Quando il robot utilizzato riesce a mantenere gli assi e i giunti nella posizione prevista, l'orientamento dell'effettore finale è semplice.
Può utilizzare continuamente l'effettore finale lungo il percorso 6D all'interno del suo spazio di lavoro mantenendo precisione e accuratezza. Tuttavia, quando gli assi e i giunti coincidono, si verifica una singolarità e il robot non è più in grado di muoversi con i 6 gradi di libertà a sua disposizione.
Con questo robot, scopri che non può ruotare il suo effettore finale attorno agli assi che coincidono con i giunti rotanti. Questo tipo di singolarità viene spesso definito blocco del gimbal. Dato che la maggior parte delle singolarità vengono risolte con l'aiuto di equazioni, scopri che diventa più difficile determinare la velocità di alcune vettori cartesiani. Quando si verifica la singolarità, ciò ostacola la capacità di determinare l'intensità dei numeri associati alle velocità rappresentate.
Essere in grado di misurare le velocità di un braccio robotico è essenziale per garantire il rispetto della sicurezza. Quando si affronta un problema di singolarità, si scopre che rappresenta un grande rischio per la robotica, anche se non siamo ancora a quel punto. Il risultato sono velocità articolari elevate che possono essere pericolose soprattutto se si lavora con robot industriali grandi e veloci. Questo è il motivo per cui mappare le velocità con cui stai lavorando è così importante.
Confini limitati dello spazio di lavoro interno
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Quando si tratta di singolarità del robot, non influisce solo sulla cinematica della velocità inversa, ma si estende anche alle equazioni cinematiche della posizione inversa. Quando lavori con i robot industriali scoprirai che presentano equazioni e soluzioni per diverse posizioni dei giunti. Le diverse soluzioni proposte sono strettamente legate alle diverse tipologie di configurazione.
Ad esempio, se il tuo robot presenta 8 soluzioni uniche per le posizioni dei giunti fino alla posizione dell'effettore finale, presenterà anche 8 diversi tipi di configurazione. Per cambiare un tipo di configurazione dovresti passare attraverso una singolarità. Le singolarità sono i confini che si trovano tra le entità 6D presenti nello spazio di lavoro cartesiano di un tipico robot a 6 assi. Ciò limita le diverse configurazioni che puoi ottenere e i limiti dello spazio di lavoro a tua disposizione robot industriale.
Tipi di singolarità del robot in un robot articolato verticalmente
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Dato che le singolarità dei robot possono verificarsi in qualsiasi braccio robotico industriale con cui si lavora, è importante rendersi conto che ne esistono diversi tipi. Proprio come il braccio robotico è composto da parti diverse, anche le singolarità influenzeranno queste diverse parti causando una serie di problemi.
In questo caso è importante tenere presente i diversi assi dei giunti presenti nei bracci robotici industriali. Lavorerai con 2 e 3 che sono paralleli, 1 e 4 che sono normali a 2 e 3, l'asse del giunto 5 che è normale ai giunti degli assi di 4 e 6. Ora che hai una migliore comprensione del assi e giunti diversi ti trovi in una posizione migliore per esplorare i tipi di singolarità. I tipi più evidenti di singolarità in a braccio robotico articolato verticalmente da considerare includono:
Singolarità del polso
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Quando si tratta di bracci robotici articolati verticalmente con polsi in linea, tendono ad avere la singolarità del polso come problema più diffuso. Questo tipo di singolarità si verifica quando gli assi dei giunti 4 e 6 coincidono tra loro. Quando ciò accade, il polso non è in grado di spostare l'effettore finale nella direzione dell'asse del giunto 5. Nell'applicazione, si consideri un braccio robotico industriale che funziona con precisione.
Per poter seguire una linea attraverso la singolarità, i giunti 4 e 6 devono essere simultanei e ruotare di 90 gradi. Questo verrà fatto in direzioni opposte per garantire che il processo sia accurato. Ciò dimostra che è possibile attraversare una singolarità del polso. Tuttavia, una volta arrivati alla singolarità, l'effettore finale rimane immobile mentre le due articolazioni ruotano. Affinché l'effettore finale possa attraversare la singolarità, deve prima fermarsi. Se fosse in applicazione, ostacolerebbe la precisione del braccio industriale durante il lavoro. Esistono tantissime soluzioni per la singolarità del polso che possono essere facilmente implementate per correggere il problema.
Singolarità del gomito
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Il secondo tipo di singolarità che potresti incontrare lavorando in verticale bracci robotici articolati con i polsi in linea è la singolarità del gomito. Si verifica principalmente quando il centro del polso si trova sul piano che passa per gli assi delle articolazioni 2 e 3. Il centro del polso viene utilizzato per riferirsi al punto in cui si intersecano gli assi delle articolazioni 4, 5 e 6. Nella singolarità del gomito, scoprirai che il braccio è completamente teso e potrebbe anche presentare alcuni casi in cui non può essere completamente piegato. Questo tipo di singolarità è determinata principalmente dall'asse e dalla posizione del giunto 3. La singolarità del gomito presenta anche un paio di soluzioni che possono aiutarti a risolvere eventuali problemi di prestazioni che potresti riscontrare con il tuo braccio robotico. Questo tipo di singolarità si verifica abbastanza spesso e può essere facilmente previsto e anche evitato.
Singolarità della spalla
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L'ultima singolarità che potresti incontrare è la singolarità della spalla che si verifica quando il centro del polso del robot si trova sulla linea passante per gli assi dei giunti 1 e 2. Questa singolarità è la più complessa tra le altre dato che non dipende da un'unica posizione congiunta. Con la singolarità della spalla la limitazione è posta al movimento nella direzione dell'asse dell'articolazione 2.
Nell'applicazione, affinché il robot segua una linea attraverso la singolarità della spalla, i giunti 1 e 4 devono ruotare simultaneamente con un angolo di 90 gradi. Questa rotazione, come nella singolarità del polso, viene eseguita in direzioni opposte mentre il effettore finale rimane costante. Come nella singolarità del polso, il movimento attraverso la singolarità della spalla è possibile, tuttavia l'effettore finale dovrà fermarsi per renderlo possibile. Questa singolarità presenta anche alcune soluzioni che possono essere implementate per far sì che il braccio robotico torni a funzionare al meglio.
Tipi di singolarità in un robot collaborativo a sei assi (Cobot)
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Quando si tratta di robot collaborativi, troverai gli assi dei giunti 2, 3 e 4 che sono paralleli, l'asse del giunto 1 si interseca ed è normale agli assi del giunto 2. Inoltre, presenta anche l'asse del giunto 5 che si interseca ed è normale agli assi dei giunti 4 e 6. Come le singolarità nei robot articolati, anche questi robot presentano soluzioni diverse relative alle diverse tipologie di configurazione. I tipi di singolarità inclusi nei Cobot includono:
Singolarità del polso
La singolarità del polso in questi robot si verifica quando gli assi dei giunti 4 e 6 diventano paralleli. In questa situazione, potresti scoprire che gli assi dei giunti 2, 3, 4 e 5 possono muoversi mentre l'effettore finale rimane costante.
Singolarità del gomito
In questi robot, la singolarità del gomito si verifica quando gli assi dei giunti 2, 3 e 4 si trovano sullo stesso piano. Ciò limita notevolmente il movimento dell'effettore finale e, a sua volta, influisce sulle prestazioni del braccio robotico.
Singolarità della spalla
La singolarità della spalla si verifica quando il punto di intersezione degli assi dei giunti 5 e 6 giace nel piano passante per gli assi dei giunti 1 e 2. Ecco alcune soluzioni che possono essere implementate per rimediare alla singolarità e avere un robot industriale funzionante.
Come evitare la singolarità nella robotica
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Considerati i diversi effetti che la singolarità dei robot ha sui processi di produzione, è essenziale disporre di soluzioni per evitarli. Dato che diversi tipi di robot, le singolarità variano a seconda del tipo di robot con cui stai lavorando, avere una conoscenza di base di come evitarli garantirà che i tuoi processi vengano eseguiti con facilità. In generale, le singolarità possono essere evitate solo assicurandosi che your celle robotizzate sono adeguatamente progettati. Ciò si riduce anche al design presente sulla piastra adattatrice che scegli di utilizzare per il tuo effettore finale.
Ad esempio, se ti capita di configurare il tuo braccio robotico e assegni in modo errato una posizione di prelievo che corrisponda a una singolarità del polso, non c'è molto che puoi fare per risolvere il problema. Con questo, l'unica cosa da fare è verificare se la posa può essere utilizzata in un'applicazione non singolare. Inoltre, le singolarità possono essere evitate aggiungendo piccoli angoli all'attrezzatura. Ciò contribuisce notevolmente a ridurre le possibilità che il robot si sposti in una singolarità. Questa è una tecnica utilizzata principalmente da tecnici che comprendono la meccanica e possono modificare le soluzioni a proprio vantaggio.
Infine, le singolarità possono anche essere evitate adottando un approccio di programmazione e lasciando che la matematica ti aiuti a occuparti delle cose. In questo caso, scoprirai che il numero di assi è notevolmente ridotto per consentire di evitare la singolarità. Ciò principalmente perché un numero maggiore di assi aumenta le possibilità che si verifichino singolarità. Ricorda, le singolarità si verificano quando gli assi si allineano tra loro bloccando il movimento dei bracci robotici in determinate direzioni. Ridurre il numero di assi diminuisce anche le possibilità che si allineino e causino blocchi.
Conclusione
La singolarità dei robot è un grosso problema riscontrato in diverse applicazioni industriali di bracci robotici e altre apparecchiature di automazione. Affrontare questi problemi da solo può rivelarsi un ostacolo, motivo per cui dovresti cercare di evitare la singolarità del robot. Tuttavia, se riscontri questo problema, puoi trovare una soluzione o assumere un tecnico esperto che risolverà il problema.
In alternativa, costruisci uno stretto rapporto di lavoro con una persona rispettabile produttore di apparecchiature per l'automazione che ti aiuterà quando incontri qualche singolarità. Prenditi il tuo tempo per assicurarti che la tua attrezzatura robotica funzioni bene per aiutarti a personalizzare completamente e sfruttare al massimo il suo utilizzo per la tua azienda.