METODYKA BADAŃ DOKŁADNOŚCI I POWTARZALNOŚCI ODWZOROWANIA TRAJEKTORII ROBOTA PRZEMYSŁOWEGO FANUC M-16iB

Transkrypt

1 METODYKA BADAŃ DOKŁADNOŚCI I POWTARZALNOŚCI ODWZOROWANIA TRAJEKTORII ROBOTA PRZEMYSŁOWEGO FANUC M-16iB Marcin WIŚNIEWSKI Jan ŻUREK Olaf CISZAK Streszczenie W pracy omówiono szczegółowo metodykę pomiaru charakterystyk funkcjonalnych dokładności i powtarzalności odwzorowania trajektorii robota przemysłowego Fanuc M-16iB. Przeanalizowano przykładowe trajektorie ruchu końcówki interfejsu robota przemysłowego (liniowa kołowa prostokątna) zdefiniowano przestrzenie w których powinny być dokonywane pomiary oraz przytoczono zależności matematyczne dokładności i powtarzalności odwzorowania trajektorii. Słowa kluczowe badanie robotów przemysłowych dokładność i powtarzalność odwzorowania trajektorii robota przemysłowego metodyka badań i charakterystyki funkcjonalne robota przemysłowego 1. Wprowadzenie W złożonych zautomatyzowanych procesach technologicznych ruch efektora końcowego (narzędzia zamocowanego na ostatniej osi) robota przemysłowego odbywa się po torze krzywo-kreślnym podczas którego pracować mogą wszystkie sterowane osie zapewniając prawidłową realizację położenia punktu TCP. Ważna jest dokładność i powtarzalność odwzorowania trajektorii gdyż zapewnia prawidłowy przebieg procesu technologicznego. Według PN-ISO 9283 dokładność odwzorowania toru (AT) charakteryzuje zdolność robota do dokładnego przemieszczenia jego interfejsu mechanicznego wzdłuż zadanego toru n-razy w tym samym kierunku i n-razy w kierunku przeciwnym [2]. stosować 100% obciążenia nominalnego 10 kg i określić położenie badanego punktu względem interfejsu mechanicznego w odległościach dla: osi Z w odległości max. 12 cm osi Y max. 113 cm (rys. 1) 2. Metodyka badań W celu prawidłowego przeprowadzenia pomiaru dokładności odwzorowania toru efektora końcowego robota przemysłowego Fanuc M-16iB należy go zgodnie z instrukcją obsługi ustalić i zamocować spełniając warunki opisane w [3] w tym: stabilnie zamocować podstawę do podłoża za pomocą kotew chemicznych i śrub M16 zachować odpowiednią powierzchnię serwisową 155 m 2 i kontrolną 054 m 2 utrzymywać temperaturę otoczenia w zakresie od 0 do 45 C nastawione parametry robota umieścić w protokole badań zachować stałe warunki podczas każdego pomiaru zapewnić równoległość układu w którym dokonywany będzie pomiar do układu podstawowego robota Rys. 1. Położenie punktów pomiaru i zamocowania max. obciążenia [5] Fig. 1. Positions of the measurement points and maximum load [5] stosować jeśli to możliwe bezdotykowe metody pomiaru i wzorcowane przyrządy pomiarowe zapewniające reprezentatywność mierzonych wartości całkowita niepewność pomiaru nie powinna przekraczać 25% wartości bezwzględnej mierzonego parametru przejścia między poszczególnymi badanymi położeniami wykonywać z maksymalnymi wartościami prędkości i przyspieszeń 20

2 Technologia i Automatyzacja Montażu 4/2014 płaszczyznę pomiaru umieścić w najczęściej stosowanej przestrzeni roboczej sześcianie określić największą jego objętość krawędzie sześcianu ustawić równoległe do głównego (podstawowego) układu współrzędnych robota przemysłowego kolejne położenie punktu badanego zaznaczyć w protokole badań pomiarów dokonywać w jednej z czterech płaszczyzn wewnętrznych sześcianu z których każda musi przechodzić przez środek sześcianu (rys. 2). w punkcie P 1 (środku sześcianu). Średnica większego okręgu powinna być równa co najmniej 80% długości krawędzi sześcianu a średnica mniejszego 10% średnicy większego. Rys. 3. Przykład toru liniowego Fig. 3. An example of a linear trajectory Rys. 2. Płaszczyzny lokalizacji toru pomiarowego Fig. 2. Planes for the measurement trajectory location W przemieszczeniach efektora końcowego robota przemysłowego po określonej trajektorii: 1) powinny brać udział wszystkie zespoły układu jego ruchu 2) minimalna liczba cykli pomiaru powinna wynosić 10 (przedział ufności jest większy przy większej liczbie cykli pomiarowych) 3) przemieszczenie należy realizować dwukierunkowo. Zadany tor po którym przemieszczać się będzie końcówka efektora końcowego należy zaprogramować za pomocą minimalnej liczby punktów położonych wyłącznie na nim. Liczby punktów i ich lokalizacje powinny być zamieszczone w protokole badań. Ustalenie dokładności i powtarzalności odwzorowania toru są niezależne od jego kształtu [2]. Trzy przykłady toru pomiarowego przedstawiono poniżej. 1. Dokładność i powtarzalność odwzorowania toru pomiarowego przy zadanym jego kształcie liniowym (rys. 3). Jego długość powinna być równa 80% odległości między przeciwległymi wierzchołkami wybranej płaszczyzny [2]. 2. Dokładność i powtarzalność odwzorowania toru pomiarowego przy zadanym jego kształcie kołowym (rys. 4). Badania należy przeprowadzać na dwóch różnych okręgach których środki znajdują się Rys. 4. Przykład toru kołowego Fig. 4. An example of a circular trajectory 3. Dokładność i powtarzalność odwzorowania toru pomiarowego przy zadanym jego kształcie prostokątnym. Wierzchołki toru prostokątnego oznaczone od E 1 do E 4 należy umieścić w odległości wynoszącej 10%±2% długości przekątnej od odpowiednich wierzchołków płaszczyzny (rys. 5). Jeśli stosowane są inne kształty torów [6] ruchu efektora końcowego robota przemysłowego to powinny być określone przez producenta i ich opis powinien być zamieszczony w protokole badań. Tor efektora końcowego robota przemysłowego powinien być zaprogramowany 21

3 przy użyciu minimalnej liczby zadanych punktów położonych wyłącznie na zadanym torze. Liczba tych punktów i ich lokalizacje powinny być zamieszczone w protokole badań [2]. Fig. 6. Accuracy and reproducibility of drawing the industrial robot s end effector trajectory at a given linear shape Rys. 5. Przykład toru prostokątnego Fig. 5. An example of an orthogonal trajectory Obliczanie dokładności AT i powtarzalności odwzorowania toru efektora końcowego robota przemysłowego RT Dokładność odwzorowania toru efektora końcowego robota przemysłowego jest określona dwoma parametrami: różnicą między torem zadanym (wirtualnym) i wyznaczonym przez środki zbioru punktów torów rzeczywistych (tj. dokładność pozycjonowania przy odwzorowywaniu toru AT) różnicą między orientacją kątową zadaną (wirtualną) i średnią orientacją kątową torów rzeczywistych (tj. dokładność orientowania przy odwzorowywaniu toru). Dokładność odwzorowania toru efektora końcowego robota przemysłowego jest maksymalną odchyłką wyznaczoną podczas pozycjonowania (wynika z odległości między torem zadanym a torem wyznaczonym ze środków zbioru punktów G i dla n pomiarów każdego punktu pomiarowego m wzdłuż toru) [2]. Rys. 6. Dokładność i powtarzalność odwzorowania toru efektora końcowego robota przemysłowego przy zadanym jego kształcie linowym Rys. 7. Dokładność i powtarzalność odwzorowania toru efektora końcowego robota przemysłowego przy zadanym jego kształcie kołowym Fig. 7. Accuracy and reproducibility of drawing the industrial robot s end effector trajectory at a given circular shape Dokładność odwzorowania zadanego toru efektora końcowego robota przemysłowego umieszczonego w przestrzeni sześcianu pomiarowego oblicza się następująco: (1) x ci y ci z ci współrzędne punktu na torze zadanym odpowiadające punktom pomiarowym x i x ij j z ij współrzędne punktu na torze rzeczywistym odpowiadające punktom pomiarowym x i przy j-tym powtórzeniu Kształt toru prędkość pomiaru liczba punktów pomiarowych i płaszczyzny normalne względem których oblicza się dokładność odwzorowania toru powinny być zaznaczone w protokole badań. Dokładność orientowania osi efektora końcowego robota przemysłowego podczas pomiaru dokładności odwzorowaniu toru AT α AT b i AT c określa się jako maksymalne odchyłki wartości kątów rzeczywiście uzyskiwanych wzdłuż toru od ich wartości zadanych: (2) 22

4 Technologia i Automatyzacja Montażu 4/2014 (3) x ci y ci z ci wspólrzędne punktu toru zadanego odpowiadające punktowi pomiarowemu x i x ij j z ij współrzędne punktu na torze rzeczywistym odpowiadającego punktowi pomiarowemu x i przy j-tym powtórzeniu. Dla orientacji kątowych: (8) (4) a ci b ci c ci kąty zadane w punkcie pomiarowym x i a ij b ij c ij kąty rzeczywiste w punkcie pomiarowym x i przy j-tym powtórzeniu [2]. Powtarzalność odwzorowania toru zadanego RT jest miarą rozrzutu torów rzeczywistych przy n-krotnym jego odwzorowaniu wyrażoną przez: maksymalną wartość RT będącą promieniem największego spośród okręgów umieszczonych współosiowo środek okręgów znajduje się na linii środków zbiorów punktów odtwarzanych torów w punkcie x i (rys. 6) maksymalny rozrzut rzeczywistych orientacji kątowych względem ich wartości średniej przy różnych pozycjach orientowania (x i ). Powtarzalność odwzorowania zadanego toru efektora końcowego robota przemysłowego jako trajektorii umieszczonej w przestrzeni sześcianu pomiarowego oblicza się następująco: (5) (6) (7) (10) a ci b ci c ci kąty zadane w punkcie pomiarowym x i a ij b ij c ij kąty rzeczywiste w punkcie pomiarowym x i przy j-tym powtórzeniu [2]. 4. Podsumowanie Do ustalania dokładności i powtarzalności odwzorowania trajektorii stosuje się urządzenia pomiarowe mogące śledzić ruch efektora końcowego robota przemysłowego po zadanym torze. Może nim przykładowo być Laser Tracker firmy Faro potrafiący śledzić ruchy końcówki interfejsu mechanicznego robota przemysłowego z zamocowanym retroreflektorem odbijającym wysłaną wiązkę laserową. By prawidłowo przygotować i wykonać pomiary dokładności oraz powtarzalności odwzorowania trajektorii ruchu końcówki interfejsu mechanicznego robota przemysłowego należy również uwzględnić wytyczne zawarte w normie PN-ISO Kontrola trajektorii ruchów efektora końcowego robota przemysłowego jest niezbędna we wszystkich obszarach jego zastosowań. Muszą się one bowiem poruszać nie (9) 23

5 tylko z określoną dokładnością po zadanym torze ale także gwarantować powtarzalność jego odwzorowania. Potwierdziły to badania autorów mające na celu ustalenie dokładności robota przemysłowego Fanuc M-16iB stosowanego do prac montażowych. LITERATURA 1. ISO ITR PN-ISO Żurek j. Wiśniewski M.: Dokładność i powtarzalność pozycjonowania robota przemysłowego Fanuc M-16iB. Technologia i Automatyzacja Montażu nr s ( ). 5. Dokumentacja robota przemysłowego Fanuc M-16iB. AM-120iB20&10L_Maintenance_Manual_[B EN_02].pdf. 6. Trojnacki M. Różycki Ł.: Roboty mobilne o specyficznych układach jezdnych i hybrydowych synteza ruchu mobilnego robota hybrydowego. Przegląd Mechaniczny nr s. 20. Prof. dr hab. inż. Jan Żurek Zakład Projektowania Technologii Instytut Technologii Mechanicznej Politechnika Poznańska ul. Piotrowo Poznań Jan. Zurek@put.poznan.pl. Dr hab. inż. Olaf Ciszak Zakład Projektowania Technologii Instytut Technologii Mechanicznej Politechnika Poznańska ul. Piotrowo Poznań olaf. ciszak@put.poznan.pl Mgr inż. Marcin Wiśniewski Zakład Projektowania Technologii Instytut Technologii Mechanicznej Politechnika Poznańska ul. Piotrowo Poznań Jan.marcin.wisniewski@put.poznan.pl. TESTING METHODS OF ACCURACY AND REPRODUCIBILITY OF THE FANUC M-16iB INDUSTRIAL ROBOT TRAJECTORY DRAWING Abstract The paper describes a method for measuring functional characteristics an accuracy and reproducibility of drawing trajectory performed by the Fanuc M-16iB industrial robot. A sample trajectory movement of robot s interface end (linear circular orthogonal) is analysed. The article presents issues of defining particular spaces where measurements should be performed and mathematical dependencies related to accuracy and reproducibility. Keywords testing industrial robots accuracy and reproducibility of drawing the trajectory of an industrial robot testing method and functional characteristics of an industrial robot 24