Az erővezérlés használata robotmegmunkálással

Mi az erővezérlés és miért jobb a robot megmunkáláshoz? Így javíthatja megmunkálási minőségét a RoboDK-ban.

A robotok rendkívül rugalmas módszert jelentenek a minőségi megmunkálás elérésére. A CNC gépekhez képest viszonylag alacsony merevségük ellenére a robotok több mint képesek a megmunkálási feladatok széles skálájának elvégzésére. Egy csomó extra előnnyel is rendelkeznek, amint azt korábban kifejtettük a cikkben, hogy egy robot felülmúlja a CNC gépet a robotmegmunkálásban?

Van azonban egy probléma. A kemény anyagok kihívást jelentenek egy alacsony merevségű robot számára. Amikor a szerszám egy kemény anyag felületéhez ér, a robot elhajolhat, és a fúrt lyuk pontatlanná válik. Ha nagyobb erőt alkalmazunk a felületre, a probléma csak súlyosbodik – a robot jobban elhajlik, vagy szélsőséges esetekben instabillá válik és ellenőrizhetetlenül rezeg.

A kényszervezérlés jó módja ennek a probléma megoldásának, ha már megértette az alapokat.

Mi az a Force Control?

A robotok alapvetően csak egy fejlett típusú vezérlőrendszer. A többi vezérlőrendszerhez hasonlóan ezeket is visszacsatoló hurkok vezérlik. A robotkarok legáltalánosabb elrendezése az, hogy minden egyes csuklóhoz külön PID vezérlő van, amely biztosítja, hogy a csukló ténylegesen elérje a kívánt pozíciót, amikor utasítást kap arra, hogy elmozduljon.

A robotikában általában kétféle vezérlést használnak: a mozgásvezérlést és az erővezérlést.

Mozgásvezérlés

A robotikában alkalmazott alapvető vezérlési módszer a helyzetszabályozás. Ebben az esetben a robotprogram utasítja a robot minden ízületét, hogy mozogjanak egy pozícióba. A PID-szabályozó az egyes csatlakozásoknál ezután egy helyzetérzékelő jelét használja visszacsatolásként annak érzékelésére, hogy mikor éri el a kívánt pozíciót.

Amikor a robot kap egy Joint Move parancsot, minden ízület a lehető leggyorsabban elmozdul a kívánt pozícióba. Lineáris mozgás vagy körmozgás esetén a robotvezérlő pozícióparancsok sorozatát küldi el a szabályozott útvonal eléréséhez.

A pozíciószabályozás egyike a számos mozgásvezérlési módszernek – a többi a sebességszabályozás és a gyorsulásvezérlés. Ezek mind összefüggenek, mivel a sebesség a pozíció deriváltja, a gyorsulás pedig a sebesség deriváltja.

Erővezérlés

Az erővezérlés végrehajtása bonyolultabb, mint a mozgásvezérlés, mivel a robotszerszámon alkalmazzák, nem csuklónkénti alapon. A robot csuklójához erő-nyomaték érzékelő van rögzítve, amely visszacsatolásként érzékeli a szerszámra kifejtett erőket.

Ahelyett, hogy megpróbálna elérni egy adott pozíciót, az erővezérlő egy adott erőt próbál elérni a szerszámon. A robot egyre nagyobb erőt fog kifejteni a környezetre, amíg el nem éri a kívánt erőt.

Számos erőszabályozási módszer létezik, de a megmunkálási műveleteknél a leggyakoribb a hibrid pozíció/impedancia szabályozás. Amikor a robot szabad térben mozog, ez pontosan ugyanúgy működik, mint a helyzetszabályozás. Ha azonban valaminek ütközik, a robot virtuális rugóként működik – minél távolabbra kerül a robot az utasításban szereplő pozícióból, annál nagyobb erővel próbálja visszaállítani a megfelelő pozícióba. A virtuális rugó merevségének beállításával korlátozza a robot által kifejthető maximális erőt.

Az erővezérlés előnyei a robotmegmunkálásban

Az erőszabályozás gyakran jobb megmunkálási műveleteknél, mert pontosan szabályozható a munkadarab anyagára kifejtett erő. Ez javítja a fúrási művelet minőségét, amint azt a következő példa mutatja.

Képzelje el, hogy kézi fúrógéppel lyukat fúr egy acéllemezbe. A fúrót oda kell igazítani, ahová a furatot el szeretné helyezni.

A két módszer közül melyiket alkalmazná erő alkalmazására?

  1. Kezdje enyhe nyomással, amíg a lyuk nem kezd kialakulni, majd fokozatosan növelje az erőt.
  2. Azonnal nyomja be a fúrót a fémbe, amennyire csak tudja.

Remélhetőleg az első lehetőséget választotta.

Miért nem életképes a második lehetőség? Ha már csinált ilyet fúróval, akkor tudni fogja, hogy a fúrófej vagy ellenőrizhetetlenül megcsúszik az anyagon, vagy azonnal eltörik. Az erők több irányban túl nagyok. Vagy a megfelelő kar nem tud ellenállni ezeknek az erőknek, vagy a fúrószár nem.

Ha egy robotot arra utasítanak, hogy csak helyzetszabályozással fúrjon bele egy anyagba, az egyenértékű a második módszer használatával. A robot nem tudja érzékelni az erőket, ezért olyan erősen nyom, amennyire a motorjai képesek.

Az erőszabályozás biztosítja, hogy az alkalmazott erő soha ne érjen el ilyen nagy erőket.

A Force Control használata a RoboDK-ban

Kétféleképpen adhat hozzá erővezérlőt a robotjához a RoboDK-ban. Mivel az erővezérlés egy fejlett vezérlési módszer, megkövetelik a programozás használatát.

1. lehetőség: Hozzon létre egy egyéni utófeldolgozót

Valószínűleg a legegyszerűbb megoldás egy egyedi utófeldolgozó létrehozása a robot számára, és belefoglalni a kényszervezérlési parancsokat.

Az utófeldolgozó az, ami a RoboDK-szimulációt a robot számára érthető kóddá alakítja. Tekintse meg korábbi cikkünket az egyéni utófeldolgozók létrehozásával kapcsolatos információkért.

Ez a lehetőség sokkal egyszerűbb lesz, ha a gyártótól elérhető az erővezérlés a robotod számára. Például a KUKA IIWA rendelkezik egy impedancia vezérlési móddal, amely néhány sornyi kóddal aktiválható.

Ha nincs ilyen lehetőség, akkor vagy meg kell írnia saját erővezérlőjét a robot programozási nyelvén, vagy másik megoldást kell beszereznie a robotgyártó partnerétől.

2. lehetőség: Használja a RoboDK API-t

A második lehetőség az, hogy számítógépét használja a robot közvetlen vezérlésére a RoboDK API-n keresztül. Ez lehetővé teszi, hogy a RoboDK-t mesterként, a robotvezérlőt pedig szolgaként használja a számítógépen.

Ennek az opciónak az az előnye, hogy akkor is használhatja az erővezérlést, ha azt nem a robot gyártója biztosítja. A RoboDK által támogatott nyelvek (Python, C#, C++ és Matlab) használatával számos programkönyvtár és API közül választhat, amelyek megkönnyíthetik a választott vezérlő megvalósítását.

Ez természetesen nem egy „elérhető megoldás”, mivel szinte biztos, hogy elég sok programozást kell elvégeznie ahhoz, hogy a vezérlő megbízhatóan működjön. Ez azonban egy rugalmas lehetőség, és a legtöbb robottal használható.

Szerencsére egyre több robotgyártó biztosít kényszervezérlést robotjai számára, akár saját maguk, akár külső partnereken keresztül. Egy kis kutatással és nem sok programozással a RoboDK segítségével erővezérléssel javíthatja robotja megmunkálásának minőségét.