Избегайте сбоев производства: скрытые риски сцепления осей робота

У примерно 10–20% роботов есть эта малоизвестная особенность. Она может нарушить вашу программировку, если вы не готовы.

Я узнал о новой робототехнической концепции пару дней назад… сцепление осей робота (robot axis coupling).

CEO RoboDK Альберт Нубиола сказал мне: «Сцепление осей важно для программирования робота, но мало пользователей об этом знают и часто путаются».

Он был прав! О сцеплении осей написано очень мало. Более того, хотя я эксперт в робототехнике почти десять лет, мне никогда не сообщали об этой немного необычной особенности.

Если вы никогда не слышали о сцеплении осей робота, не волнуйтесь. Вы не одни.

Сцепление осей — не плохая особенность. Наоборот, у нее есть преимущества. Но она может влиять на программирование, если вы не подготовлены. Альберт оценивает, что 10–20% промышленных роботов подвержены сцеплению осей.

Что такое сцепление осей?

Сцепление осей — это когда два или более сустава робота соединены вместе. Они могут быть физически связаны параллельным механизмом или связаны в управляющем ПО.

Вот описание сцепления осей на практике…

Без сцепления осей: большинство 6-осевых роботов

Сначала посмотрим на классический 6-осевой промышленный робот, например Comau Smart NJ 16-3.1.

Для большинства современных 6-осевых роботов верно:

• Каждый сустав физически независим.
• Каждый сустав можно управлять независимо, не влияя на другие.
• Двигатель каждого сустава расположен на самом суставе.

Для большинства 6-осевых роботов нет сцепления осей. Это делает управление очень простым — если вы двигаете сустав (например, Сустав 3) на определенную величину, двигается только этот сустав.

Сцепление осей: некоторые роботы

Посмотрим на робота со сцеплением осей: Comau Smart5 NJ-165-3.0.

Comau производит несколько роботов со сцеплением осей. Это одна из 6-осевых моделей со сцеплением. Все паллетизирующие роботы Comau также имеют эту особенность.

Для этого робота верно:

• Двигатели для Суставов 2 и 3 оба расположены у основания робота.
• Сустав 3 приводится в движение параллельным механизмом, физически связывающим два сустава.
• Когда двигается Сустав 2, движется и Сустав 3, и наоборот.

Это немного усложняет управление и программирование таких роботов. Обычно 6-осевой робот программируется отправкой 6 значений, каждому соответствующему желаемой позиции 6 суставов. Со сцеплением осей это становится сложнее, потому что два сустава зависимы.

Главное преимущество сцепления осей: высокая грузоподъемность

Если сцепление осей так проблематично, зачем его использовать?

Есть одно большое преимущество сцепленных роботов перед традиционными 6-осевыми в некоторых ситуациях: высокая грузоподъемность.

Сравним Comau NJ-165 (со сцеплением) и NJ-16 (традиционный 6-осевой):

	Smart NJ-1-3.1	Smart 5 NJ-165-3.0
Тип	Традиционный 6 DoF	Сцепленный 6 DoF
Дальность	3,11 м	3,00 м
Повторяемость	0,1 мм	0,1 мм
Грузоподъемность	16 кг	165 кг
Вес	680 кг	1240 кг

Как видите, эти роботы очень похожи по дальности и повторяемости. Но по грузоподъемности — колоссальная разница.

Робот со сцеплением осей имеет более чем в 10 раз большую грузоподъемность!

Это логично. Большая часть грузоподъемности робота приходит от двигателей в Суставах 2 и 3. Обычно двигатель Сустава 2 также должен поддерживать вес мощного двигателя Сустава 3. Перенос этого двигателя в базу позволяет Comau сделать конструкцию крупнее и крепче, не требуя чрезмерно мощного двигателя в Суставе 2.

Какие типы роботов используют сцепление осей?

Есть три основных типа роботов со сцеплением осей:

• Паллетизирующие роботы — многие имеют сцепление осей для более высокой грузоподъемности.
• 6-осевые роботы с высокой грузоподъемностью — самые грузоподъемные роботы Comau, Fanuc, ABB используют сцепление осей для подъема больших нагрузок. Некоторые (например, KUKA IRB 8700-800/3.50 с грузоподъемностью 800 кг) даже имеют контрувес на параллельном механизме для балансировки тяжелых грузов.
• Тонкие роботы — несколько тонких роботов используют сцепление осей для компенсации своей тонкой конструкции.

Как определить, есть ли у вашего робота сцепление осей

Узнать, использует ли ваш робот сцепление осей, не всегда просто… если только вы не используете RoboDK.

На наш взгляд, RoboDK — единственный бренд-агностичный софт, который точно учитывает сцепление осей.

В RoboDK можно проверить сцепление осей двумя способами:

1. Двигайте Сустав 2 или 3 в панели робота и смотрите, двигается ли другой сустав.
2. Дважды кликните по значению лимита сустава 2 или 3, чтобы открыть окно маппинга сцепления осей (взаимодействие Оси 2 против Оси 3).

В некоторых роботах легко увидеть сцепление осей: виден параллельный механизм от основания до Сустава 3. Также на Суставе 3 нет двигателя — он тоже в базе.

Некоторые роботы имеют сцепление редукторов между Суставами 5 и 6.

Указатели по конкретным брендам

Из нашего опыта работы с роботами, несколько заметок по 3 брендам:

• FANUC использует сцепление осей на всех моделях, даже без физического механизма, где сцепление применяется в ПО.
• ABB также предоставляет детальный маппинг для некоторых роботов со сцеплением осей.
• Comau предоставляет детальный маппинг сцепления осей во всех даташитах роботов. Например, см. карту пределов суставов (оси 2 и 3) для различных позиций робота в этом датасите. У некоторых их роботов есть «мертвая зона», где один сустав становится ограниченным из-за сцепления. Описанная рабочая зона позволяет точно моделировать и отображать взаимодействия как график Сустав 2 vs Сустав 3.

Откройте модель вашего робота в RoboDK и проверьте, есть ли у него сцепление осей.

Если да, знайте: RoboDK справится со всем за вас, и сцепление осей не испортит вашу программировку!