Jaki robot będzie najlepszy?

JAKI ROBOT BĘDZIE NAJLEPSZY?

Najważniejszym urządzeniem stanowiska zrobotyzowanego jest oczywiście... robot. Analizując jego specyfikację, sprawdzić trzeba m.in. maksymalne dopuszczalne obciążenie. Należy je porównać ze spodziewaną masą obiektów, które będzie podnosił powiększoną o masę chwytaka, czujników, okablowania i innego wyposażenia zamontowanego na ramieniu robota.

Warto tu zauważyć, że lepiej nie sugerować się informacją o maksymalnym udźwigu zapisaną często w nazwie katalogowej. Znamionowe obciążenie, przy którym robot może pracować z pełną prędkością, stanowi zwykle od 1/3 do 1/2 tej górnej granicy.

Z nieufnością powinno się również odnosić do podanego w specyfikacji czasu cyklu (cycle time), w którym ramię maszyny wykonuje ruch tam i z powrotem. Jest on określany w idealnych warunkach, dlatego zawsze lepiej przed zakupem sprawdzić szybkość robota w praktyce. Kolejny istotny parametr to powtarzalność. Jest to odchylenie rzeczywistej pozycji ramienia w przestrzeni roboczej od tej zadanej wyrażane zwykle w ułamku mm. Inne ważne cechy to m.in.: liczba stopni swobody, przestrzeń robocza oraz płaszczyzny pracy.

Analizę właściwości konkretnego modelu powinno poprzedzić zestawienie z wymogami aplikacji cech różnych rodzajów robotów. To, na co warto zwrócić uwagę, wyjaśniamy na przykładzie robotów SCARA (Selectively Compliant Assembly Robot Arm), kartezjańskich oraz delta, które są często używane na stanowiskach pick and place.

SCARA należą do grupy robotów z członami łączonymi szeregowo tworzącymi otwarty łańcuch kinetyczny. Mają typowo trzy osie: dwie o ruchu obrotowym równoległe do siebie oraz jedną o ruchu postępowym. Oprócz zadań wymagających szybkich, powtarzalnych ruchów przegubowych punkt-punkt (jak w paletyzacji i depaletyzacji), sprawdzają się także, gdy trzeba zapewnić stałe przyspieszenie w ruchu wzdłuż zadanej ścieżki - na przykład w czasie rozprowadzania kleju (albo uszczelnienia). Ponieważ wszystkie złącza znajdują się na końcu ramienia, są one wraz z chwytakiem i ładunkiem niepodpartym obciążeniem.

Roboty kartezjańskie, również zaliczane do tych, których człony są łączone szeregowo, mają dużą, prostopadłościenną przestrzeń roboczą. Wszystkie ich osie są wsparte na obu końcach, dlatego ich udźwig jest spory. Inne zalety tych maszyn to: zazwyczaj większa powtarzalność niż robotów SCARA oraz łatwość programowania. Zajmują jednak sporo miejsca (w poziomie najwięcej ze wszystkich typów tych maszyn), którego w pełni nie wykorzystują. Ich prowadnice, jak i przeguby robotów SCARA, wymagają zabezpieczenia przed pyłem i innymi czynnikami, które mogą wniknąć do środka.

Zaletą robotów typu delta ("pająków") jest montaż na suficie stanowiska, który zapewnia obszerną oraz drożną przestrzeń roboczą. Ponadto są one szybkie, a wydajność ich wszystkich osi jest jednakowa (w przeciwieństwie do wielu innych konfiguracji robotów przemysłowych). Mają niestety mały udźwig nieprzekraczający kilku kilogramów - dla porównania roboty SCARA podnoszą ciężary o masie nawet do kilkudziesięciu kilogramów. Ich przestrzeń robocza jest ograniczona w płaszczyźnie pionowej zasięgiem ramion, nie są również przystosowane do manipulowania obiektami w tym kierunku.

Sterowanie wizyjne robotami pakującymi źródło: Schneider Packaging Equipment Położenie płaskiego detalu (lub o odpowiednio małej wysokości) na płaskiej powierzchni - na przykład przenośniku taśmowym - można opisać w przestrzeni dwuwymiarowej. Do sterowania robotem (o co najmniej od dwóch do czterech stopni swobody - na przykład kartezjańskim lub SCARA), który będzie manipulował takim obiektem, wykorzystać można system wizyjny 2D. W tym celu trzeba powiązać układ współrzędnych tego ostatniego z układem odniesienia stanowiska zrobotyzowanego. Ponieważ elementy układu optycznego, oświetlenie i inne czynniki zewnętrzne zniekształcają obraz rejestrowany przez kamerę zamontowaną nad obszarem roboczym manipulatora, należy przeprowadzić kalibrację na obiekcie testowym o znanych wymiarach. Obrazy rejestrowane przez kamerę (lub kilka rozmieszczonych w różnych punktach w zależności od rozmiarów obszaru roboczego) są analizowane przez specjalistyczne oprogramowanie wizyjne. Z wykorzystaniem metody na przykład dopasowania wzorca (pattern matching) są na nich wykrywane elementy charakterystyczne - na przykład brzeg lub róg detalu. Następnie wyznaczane jest ich położenie względem punktu odniesienia o znanych współrzędnych na przenośniku. Dane te są dalej wykorzystywane do zaprogramowania ścieżki ruchu robota. źródło: Festo Jeżeli robot ma podnosić obiekty o określonej wysokości - na przykład z pojemnika, w którym są one rozmieszczone w sposób nieuporządkowany - trzeba go nakierować za pośrednictwem systemu wizyjnego 3D. Współrzędne detalu w przestrzeni trójwymiarowej można wyznaczyć na kilka sposobów. Na przykład fotografuje się go z różnych stron. Elementy charakterystyczne obiektu ukazane z kilku perspektyw różnią się kształtem, rozmiarem oraz położeniem. Różnice te są analizowane w oprogramowaniu wizyjnym, w tym zestawiane z danymi wyznaczonymi w czasie kalibracji. Na tej podstawie wyznaczana jest ścieżka ruchu robota. Im więcej obrazów, tym jest ona dokładniejsza, chociaż kosztem większego obciążenia systemu. Innym rozwiązaniem jest wyświetlenie na obiekcie linii świetlnych. Analiza zmiany ich kształtu pozwala na wygenerowanie trójwymiarowej mapy struktury detalu. Jest ona tym dokładniejsza, im większa jest rozdzielczość przestrzenna kamery oraz gęstość wzoru świetlnego. Metoda ta ze względu na konieczność użycia specjalistycznego oświetlenia jest droższa. W wypadku obiektów o gładkiej i odblaskowej powierzchni (m.in. metalowych), dla których analiza obrazu innymi metodami jest utrudniona, bywa ona jednak najlepszym wyjściem.