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製造業におけるロボットアームの使用は増加傾向にあり、より多くの企業がロボットアームの利用に取り組んでいます。 ロボットアームを使用するメリット。ロボット アームをビジネス プロセスに組み込む予定がある場合は、十分な情報を得る必要があります。品質を探そう ロボットアームメーカー 高品質の結果を得るために使用できます。
ロボット アームには、本体、手首、エンド エフェクターが備わっています。エンドエフェクターは、さまざまな製品を保持したり、さまざまな作業を実行したりするために使用されます。ほとんどの場合、エンド エフェクターをさまざまな方向に正確に移動させる必要があります。ここで、ロボットの特異点と、それがロボット アームのパフォーマンスにどのような影響を与えるかを確実に認識する必要があります。この記事では、ロボットの特異点と、それを念頭に置くことが重要である理由について詳しく説明します。
目次
ロボット特異点とは
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ロボットの特異点とは、 ロボットのエンドエフェクター 特定の方向への動きがブロックされます。この構成では、使用するロボット アームの効率と精度に制限が生じます。一般的に、次のような場合、 6軸ロボットアーム、3D またはデカルト平面内の X、Y、Z 軸を基準にして動くことで動作します。これは、動作中にロボット アームが体験する 6 つの自由度に貢献する 6 つのジョイントで構成されています。
この自由度により、ロボット アームはさまざまな方向に移動し、設計されたタスクを容易に達成できるようになります。万が一、ロボットのエンドエフェクターが製品に到達できなかったり、間違った方向に動いたりした場合、ここで特異点の問題が発生します。特異点によっては、非常に簡単に特定して解決できるため、元の状態に戻ることができます。タスク。しかしその一方で、一部のロボットでは、複雑で長い式を使用しない限り、特定するのが難しい特異点が発生します。
ロボットの特異点に影響を与えるものは何ですか?
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ロボットの特異点にはさまざまな影響があり、特に特定の問題を特定する際の課題も特徴となります。これらの課題は、作業するロボット アームに備わっているいくつかの要因によって異なります。ロボットが経験する特異点の複雑さと重大度は、関節の数、ロボットのタイプ (直線または回転)、および幾何学的配置によって異なります。
An 産業用ロボットアーム 簡単にコントロールできる2つのスペースを備えています。これは通常、ジョイント空間とデカルト空間です。ロボット アームが動作するさまざまな空間では、2 セットの位置モードの動作コマンドが特徴であることがわかります。
関節空間コマンドに関しては、ロボットは必要な関節空間のセットを含む特定の指示を受け取ります。次に、線形同時移動で各ジョイントを推奨ジョイント位置に移動します。デカルト空間コマンドを使用すると、ロボットへの提案は、特定のデカルト パスを使用したエンド エフェクターの望ましいポーズを特徴とします。デカルト パスは、直線または円形になるように設計されています。
ロボットがデカルト ジョイントおよびコマンドと正確に位置合わせできるように、ロボット コントローラーはロボットの逆位置および逆速度運動学を計算します。これにより、設計されたタスクを実行するためのエンドエフェクターの正しい位置が得られます。ただし、計算が間違っている場合は、エンド エフェクターが正確に配置されていないことがわかる特異点が発生します。これにより、特異点の問題によって自動化プロセスが妨げられるのを防ぐために避けたい構成が表示されます。
ロボット特異点の機能
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産業用ロボット アームが目的のタスクで最高のパフォーマンスを発揮できるようにするために、ロボットの特異点は絶対に回避する必要があります。ロボットの特異点の機能について詳しく学ぶと、なぜそれを回避する必要があるのかをよりよく理解できるようになります。ロボットの特異点は主に 2 つの異なる機能に関連付けられています。
速度マッピングの衰退
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エンドエフェクターを異なる方向に向けるために使用される 2 つのデカルト ロボットを考えてみましょう。 2 台のロボットは、3 つの直交リニアガイドと 3 つの回転ステージを積み重ねた 6 軸位置決めを備えています。使用するロボットが軸と関節を所定の位置に保つことができれば、エンドエフェクターの方向を決めるのは簡単です。
精度と精度を維持しながら、ワークスペース内の 6D パスに沿ってエンドエフェクターを継続的に使用できます。しかし、軸と関節が一致すると特異点が発生し、ロボットは 6 自由度で自由に動くことができなくなります。
このロボットでは、回転ジョイントと一致する軸を中心にエンド エフェクタを回転できないことがわかります。この種の特異点は、ジンバル ロックと呼ばれることがよくあります。ほとんどの特異点が方程式の助けを借りて解決されることを考えると、特定の特異点の速度を決定することがより困難になることがわかります。 デカルトベクトル。特異点が発生すると、注目されている速度に関連付けられた数値の強度を把握する能力が妨げられます。
安全性を確保するには、ロボット アームの速度を測定できることが不可欠です。特異点の問題に直面すると、まだその段階に達していないにもかかわらず、それがロボット工学に大きなリスクをもたらしていることがわかります。その結果、関節速度が速くなり、特に大型で高速な産業用ロボットを使用している場合は危険となる可能性があります。これが、作業中の速度をマッピングすることが非常に重要である理由です。
限られた内部ワークスペースの境界
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ロボットの特異点に関しては、逆速度運動学に影響を与えるだけでなく、逆位置運動学方程式にも影響します。産業用ロボットを操作すると、さまざまな関節位置に対応する方程式と解決策が用意されていることがわかります。紹介されているさまざまなソリューションは、さまざまな構成タイプと密接に関連しています。
たとえば、ロボットがジョイントの位置からエンドエフェクターの位置まで 8 つの独自のソリューションを備えている場合、ロボットには 8 つの異なる構成タイプも備えていることになります。構成タイプを変更するには、特異点を通過する必要があります。特異点は、典型的な 6 軸ロボットのデカルト ワークスペースにある 6D エンティティ間に見られる境界です。これにより、実現できるさまざまな構成と利用可能なワークスペースの境界が制限されます。 産業用ロボット.
垂直多関節ロボットにおけるロボット特異点の種類
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ロボットの特異点は、使用している産業用ロボット アームに発生する可能性があるという事実を考慮すると、さまざまなタイプがあることを認識することが重要です。ロボット アームがさまざまな部品で構成されているのと同じように、特異点もこれらのさまざまな部品に影響を及ぼし、さまざまな問題が発生します。
ここで、産業用ロボット アームのジョイントのさまざまな軸に留意することが重要です。平行な 2 と 3、1 と 4 に垂直な 2 と 3、ジョイント 5 と 4 の軸に垂直なジョイント 6 の軸を操作します。これで、さまざまな軸とジョイントを使用すると、特異点のタイプを調査するのに適した場所になります。最も明らかな特異点のタイプ 垂直多関節ロボットアーム 考慮すべき内容は次のとおりです。
手首の特異点
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垂直多関節ロボットアームといえば、 インライン手首、彼らは手首の特異点を最も一般的な問題として抱えている傾向があります。このタイプの特異点は、ジョイント 4 と 6 の軸が一致する場合に発生します。これが起こると、手首はエンドエフェクタを関節 5 の軸方向に動かすことができなくなります。アプリケーションでは、正確に動作する産業用ロボット アームを考えてみましょう。
特異点を通る線をたどるためには、ジョイント 4 と 6 が同時に 90 度回転する必要があります。プロセスが正確であることを保証するために、これは反対方向に行われます。これは、手首の特異点を越えることが可能であることを示しています。ただし、特異点に到達すると、XNUMX つのジョイントが回転する間、エンド エフェクターは動かないままになります。エンドエフェクターが特異点を通過するには、まず停止する必要があります。適用されている場合、作業中の産業用アームの精度が妨げられる可能性があります。手首の特異性については、問題を解決するために簡単に実装できる解決策がたくさんあります。
エルボ特異点
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垂直方向の作業中に遭遇する可能性のある 2 番目のタイプの特異点 多関節ロボットアーム 手首がインラインの場合は肘が特異点になります。これは主に、手首の中心が関節 2 と 3 の軸を通る平面上にある場合に発生します。手首の中心とは、関節 4、5、および 6 の軸が交差する点を指すために使用されます。肘の特異点では、腕が完全に伸びていることがわかりますが、完全に折りたためない場合もあります。この種の特異点は、主にジョイント 3 の軸と位置によって決まります。肘の特異点には、ロボット アームで発生する可能性のあるパフォーマンス上の問題を解決するのに役立つソリューションもいくつかあります。このタイプの特異点は頻繁に発生するため、簡単に予測でき、回避することもできます。
肩の特異点
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最後に遭遇する可能性のある特異点は、ロボットの手首の中心がジョイント 1 と 2 の軸を通る線上にあるときに発生する肩の特異点です。この特異点は、次の点に依存しないことを考えると、残りの特異点の中で最も複雑です。単一の関節位置。肩の特異点により、関節 2 の軸方向の動きに制限がかかります。
アプリケーションでは、ロボットが肩の特異点を通る線をたどるには、ジョイント 1 と 4 が同時に 90 度の角度で回転する必要があります。手首の特異点のようなこの回転は反対方向に行われますが、 エンドエフェクター 一定のまま。手首の特異点と同様に、肩の特異点を通過する動作は可能ですが、それを可能にするためにはエンドエフェクタを停止する必要があります。この特異点には、ロボット アームが確実に最高の状態で動作するように実装できるソリューションがいくつかあります。
6 軸協働ロボット (コボット) における特異点の種類
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になると 協働ロボットでは、ジョイント 2、3、4 の軸が平行で、ジョイント 1 の軸が交差し、ジョイント 2 の軸に垂直であることがわかります。さらに、ジョイント 5 の軸も交差し、垂直であることがわかります。多関節ロボットの特異点と同様に、これらのロボットも、さまざまな構成タイプに応じてさまざまなソリューションを備えています。コボットに含まれる特異点の種類は次のとおりです。
手首の特異点
これらのロボットの手首の特異点は、関節 4 と 6 の軸が平行になったときに発生します。この状況では、エンド エフェクタは一定のままで、ジョイント 2、3、4、および 5 の軸が移動できることがわかります。
エルボ特異点
これらのロボットでは、関節 2、3、4 の軸が同一平面内にあるときに肘の特異点が発生します。これにより、エンドエフェクターの動きが大幅に制限され、ロボット アームのパフォーマンスに影響を及ぼします。
肩の特異点
肩の特異点は、ジョイント 5 と 6 の軸の交点がジョイント 1 と 2 の軸を通過する平面内にあるときに発生します。ここでは、特異点を修正して産業用ロボットを動作させるために実装できるソリューションがいくつかあります。
ロボット工学における特異点を回避する方法
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ロボットの特異性は製造プロセスにさまざまな影響を与えるため、それらを回避する方法を確立することが不可欠です。ロボットの種類が異なると、特異点は使用するロボットの種類によって異なります。特異点を回避する方法について基本的に理解しておくと、プロセスが簡単に実行されます。一般に、特異点は、次のことを確実にすることによってのみ回避できます。 ロボット細胞 適切に設計されています。これは、エンド エフェクターに使用するアダプター プレートのデザインにも影響します。
たとえば、たまたま設定を行った場合、 ロボットアーム 手首の特異点に対応するピック位置の割り当てが不十分な場合、問題を解決するためにできることはあまりありません。これで、行うべきことは、そのポーズが非特異アプリケーションで使用できるかどうかを確認することだけです。さらに、工具に小さな角度を追加することによって特異点を回避することもできます。これは、ロボットが特異点に入る可能性を減らすのに大いに役立ちます。これは、メカニズムを理解し、ソリューションを有利に調整できる技術者が主に使用するテクニックです。
最後に、プログラミングのアプローチを採用し、数学に対処してもらうことで特異点を回避することもできます。この例では、特異点を回避するために軸の数が大幅に削減されていることがわかります。これは主に、軸の数が増えると特異点が発生する可能性が高くなるためです。特異点は、軸が互いに一致し、特定の方向へのロボット アームの動きを妨げる場合に発生することに注意してください。軸の数を減らすと、軸の位置が揃って詰まりが発生する可能性も減ります。
まとめ
ロボットの特異性は、ロボット アームやその他の自動化機器のさまざまな産業用途で経験される大きな問題です。これらの問題に自分で対処するのは大変なことになる可能性があるため、ロボットの特異点を回避するように努める必要があります。ただし、この問題が発生した場合は、解決策を見つけるか、問題に対応する精通した技術者を雇うことができます。
あるいは、評判の良い企業と緊密な協力関係を築きます。 自動化機器メーカー 特異点に遭遇したときに誰が助けてくれるのか。時間をかけてロボット機器が適切に動作することを確認し、完全にカスタマイズしてビジネスでの使用を最大限に活用できるようにします。