Su aukščiausios kokybės įranga ir ilgamete patirtimi Fraunhofer IPA sprendžia pagrindines netikslaus roboto veikimo priežastis. Šaltinis: Rainer Bez, Fraunhofer IPA
Robotai beveik visada yra labai pakartojami. Kita vertus, absoliutus tikslumas dažnai palieka norimų rezultatų. Fraunhoferio gamybos inžinerijos ir automatizavimo instituto IPA komanda atskleidžia to priežastis ir padeda įmonėms sukurti efektyvesnes robotų sistemas.
Pakartojamumas ir absoliutus tikslumas yra nustatyti parametrai, leidžiantys įvertinti kokybę ir tikslumą, kuriuo robotas atlieka konkrečią užduotį. Jei robotas daug kartų atlieka konkrečią užduotį su beveik vienodais rezultatais, tai rodo labai gerą pakartojamumą. Daugelis pramoninių robotų pasiekia 0,1 mm ar geresnes vertes.
Priešingai, absoliutus tikslumas apibūdina, kaip tiksliai pasiekiamos roboto erdvinės koordinatės, palyginti su pagrindine sistema, nepaisant ankstesnių judesių. Ir čia dažnai dar yra kur tobulėti. Paprastai pasiekiamos vertės nuo 0,5 iki 1,5 mm. Ši tendencija į netikslumą nekelia problemų kai kurioms programoms, bet kitoms.
Netikslių robotų trūkumai
Sunku naudoti žemo absoliutaus tikslumo robotus procesuose, kurie nesikartoja identiškai, pavyzdžiui, gaminant mažų partijų dydžius. Pavyzdžiui, suvirinant agregatą, ypač svarbu, kad vielos antgalis būtų tiksliai suvirinimo siūlės centre. Dėl tikslios padėties gaunamos aukštos kokybės suvirinimo siūlės, atitinkančios pramonės reikalavimus.
Tačiau vos kelių dešimtųjų milimetro nukrypimai gali gerokai pabloginti kokybę ar net sukelti atmetimus. Absoliutus tikslumas yra svarbus ne tik suvirinant robotu, bet ir naudojant tokias programas kaip paėmimas ir vieta, dažymas be purškimo arba gręžimas ir šlifavimas robotu.
Kitas netikslių robotų trūkumas išryškėja programuojant neprisijungus (OLP), kuris taip pat dažnai naudojamas aukščiau paminėtuose procesuose. Čia roboto programa sukuriama modeliuojant, o vėliau perkeliama į tikrą robotą. Privalumas slypi galimybėje, kad robotas veiktų programavimo metu. Todėl, kol robotas apdoroja vieną komponentą, kitas komponentas gali būti programuojamas lygiagrečiai.
Bet jei absoliutus tikslumas yra nepakankamas, sukurta programa negali būti naudojama tiesiogiai. Vietoj to, būtinos daug laiko reikalaujančios pataisos, dėl kurių atsiranda nepageidaujamų mašinos prastovų, o tai savo ruožtu mažina efektyvumą ir našumą.
Todėl dažnai pasiekiamas absoliutus 0,5–1,5 mm tikslumas yra nepakankamas sudėtingoms programoms ir gali apriboti arba net neleisti naudoti robotų tam tikrose srityse. Tai taip pat dažnai lemia papildomus darbo etapus, pvz., pakartotinį mokymą, o tai sumažina visos gamybos grandinės efektyvumą. Daugelyje pramoninių scenarijų pageidautinas arba netgi būtinas absoliutus tikslumas, panašus į pakartojamumą.
Priežastys, dėl kurių trūksta absoliutaus tikslumo
Be siūlomų tikslumo matavimų pagal ISO 9283, įmonės ne kartą kreipiasi į Fraunhofer IPA su klausimu, kaip jos galėtų pagerinti savo robotų našumą tikslumo požiūriu. Netikslumų priežastys yra įvairios ir jas galima suskirstyti į su technine įranga, programine įranga ir išoriškai susijusias priežastis.
Priežastys, susijusios su aparatūra, gali apimti roboto dizainą, pvz., prastesnius kodavimo įrenginius ar pavaras, arba nepakankamą standumą, nesvarbu, ar tai šarnyrinė ranka, SCARA robotas ar portalo sistema. Prastas roboto kalibravimas yra viena iš pagrindinių programinės įrangos netikslumo priežasčių, kartu su nepakankamu valdiklio veikimu.
Be to, vis daugiau robotų sistemų papildomai aprūpintos „pažinimo“ funkcijomis, ypač susijusiomis su suvokimu. Šios vadinamosios uždarojo ciklo sistemos veikia su jutikliais, aptinkančiais roboto aplinką, o jų programinė įranga apdoroja išmatuotus duomenis, kad atitinkamai pakoreguotų roboto kelią. Tokioje sistemoje problemų dažniausiai sukelia prasti jutiklio duomenys, žemo našumo valdiklis arba neoptimali sąveika tarp roboto elemento komponentų.
Galiausiai, išoriniai veiksniai, tokie kaip temperatūra ir oro slėgis, taip pat proceso jėgos, gali turėti neigiamos įtakos absoliučiam tikslumui.
Šių prietaisų matavimų tikslumas yra +- 40 µm bet kurioje darbo erdvės vietoje. Šaltinis: Fraunhofer IPA
Išsami analizė su nauju etalonu
Jei robotus naudojančios įmonės, taip pat ir patys robotų gamintojai yra nepatenkinti absoliučiu savo sistemų tikslumu, reikėtų išnagrinėti ir išanalizuoti visą taikymą. Kaip aprašyta aukščiau, būtinas individualus priežasčių tyrimas.
Fraunhofer IPA automatizavimo komanda yra neutralus projekto partneris, galintis atlikti šią pagrindinės priežasties analizę metodiškai, remdamasis didelėmis ekspertų žiniomis ir patirtimi.
Įprasto projekto metu komanda pirmiausia įrašo esamą situaciją naudodama jutiklių technologiją, tokią kaip Leica Absolute Tracker AT960, kad sukurtų tvirtą duomenų bazę. Lazerinis sekiklis submilimetro tikslumu fiksuoja roboto padėtis. Iš įrašytų duomenų skaičiuojami specialūs veiklos rodikliai, pagal kuriuos galima nustatyti roboto sistemos našumą.
Be to, nagrinėjamos roboto judesių charakteristikos, kurios taip pat suteikia vertingų įžvalgų. Tolesniame etape ekspertai ištiria nepageidaujamo elgesio priežastį. Norėdami tai padaryti, jie ištiria roboto sistemos techninę ir programinę įrangą.
Be to, komanda sukūrė uždarojo ciklo etaloną, skirtą aukščiau paminėtoms uždarojo ciklo robotų sistemoms. Etalonas tinka daugelio gamintojų robotams. Etaloniniame standarte naudojamas nuorodas suteikiantis įrenginys, „metronomas“, kuris provokuoja robotą tam tikram elgesiui, o tai leidžia daryti išvadas apie jo veikimą.
Nors ISO 9283 didžiausias dėmesys skiriamas pačiam robotui, kad būtų galima išmatuoti absoliutų tikslumą, sukurtas etalonas gali ištirti viską, kas sudaro uždaro ciklo kontroliuojamą procesą ar procedūrą. Pavyzdžiui, tai apima visos roboto ląstelės veikimą, įskaitant jutiklių technologiją ir numatytą procesą.
Etaloninė procedūra buvo pristatyta 56-ajame tarptautiniame robotikos simpoziume (ISR 2023) ir 21-ojoje tarptautinėje automatikos technologijų ir mechaninės inžinerijos konferencijoje (CASE 2025).
Naudojant tikslų robotą, suplanuotas kelias gali būti atliktas be rankinio sąveikos su tikruoju robotu. Šaltinis: Fraunhofer IPA
Aukšto absoliutaus tikslumo pridėtinė vertė
Pakankamo absoliutaus tikslumo robotas gali ne tik pakeisti brangesnę įrangą, bet ir padidinti lankstumą bei sumažinti perdirbimą. Todėl daugelyje programų prasminga tirti anomalijas ir pagerinti absoliutų tikslumą.
Tiksliai ir patikimai dirbantis robotas suteikia ekonominių pranašumų, taip pat didina įmonės konkurencingumą. Todėl investicijos į šią sritį yra strateginis sprendimas, kuris atsiperka ilgalaikėje perspektyvoje.
Apie autorę
Martinas Finkbeineris yra Fraunhoferio gamybos inžinerijos ir automatikos IPA instituto projektų vadovas. Jį galima pasiekti adresu (apsaugotas el. paštu) ir +49 711 9701046.
