5 осевой робот манипулятор

Когда слышишь про 5 осевой робот манипулятор, первое что приходит в голову — универсальность. Но на практике часто оказывается, что пятая ось становится скорее проблемой, чем преимуществом. Особенно если речь идет о интеграции с мобильными платформами, где мы в ООО Гуанчжоу Колесо Мудрости Технолоджи постоянно сталкиваемся с компромиссами между мобильностью и точностью.

Конструкционные ловушки

Помню наш первый проект с AGV-платформой, где решили установить 5 осевой робот манипулятор KUKA KR 10 R1100. Казалось бы — идеальное решение для автоматизации перемещения деталей между конвейерами. Но когда начались тесты, выяснилось что пятая ось при постоянных перемещениях платформы создает недопустимые колебания в крайних положениях.

Пришлось пересматривать всю кинематическую модель. Оказалось, что производитель заложил параметры жесткости для стационарного использования, а при установке на мобильное шасси с мотор-колесами возникли резонансные частоты. Это тот случай, когда теория расходится с практикой — в паспорте указаны все степени свободы, но не учтена динамическая нагрузка при движении.

Мы тогда с командой потратили три недели на перенастройку контроллера и изменение алгоритмов компенсации. Добавили датчики обратной связи по крутящему моменту на каждую ось, что в стандартной комплектации не предусмотрено. Это помогло, но пришлось пожертвовать частью полезной нагрузки — с 10 кг до 7.5 кг.

Программные особенности

Сложнее всего оказалось не с железом, а с софтом. Стандартные системы программирования траекторий, например от FANUC, рассчитаны на работу в фиксированном пространстве. Когда же 5 осевой робот манипулятор установлен на движущейся платформе AGV, приходится постоянно пересчитывать системы координат.

Мы разработали гибридную систему на базе ROS, которая учитывает не только положение манипулятора относительно основания, но и движение самого основания в цехе. Это дало интересный побочный эффект — пришлось учить операторов думать в четырех системах координат одновременно, что вызывало первоначально много ошибок.

Особенно проблемными оказались сценарии, где нужно было совместить точное позиционирование манипулятора с движением платформы. Например, захват детали с конвейера который продолжает движение. Стандартные решения предлагали останавливать конвейер, но это убивало всю эффективность автоматизации.

Кейсы интеграции

На сайте https://www.zhlun.ru мы описываем только успешные проекты, но за кадром остаются неудачные эксперименты. Как с тем же KUKA — для тяжелых AGV пришлось отказаться от стандартных решений и перейти на кастомные сборки с редукторами собственной разработки.

Интересный опыт получили при работе с автономными мобильными роботами для склада. Там 5 осевой робот манипулятор должен был работать в условиях ограниченного пространства между стеллажами. Выяснилось, что большинство промышленных манипуляторов имеют слишком большой радиус размаха даже в сложенном положении.

Пришлось сотрудничать с инженерами из Китая для разработки специализированного манипулятора с измененной кинематикой — укороченными звеньями и смещенными центрами масс. Это решение потом легло в основу нескольких наших патентов.

Проблемы калибровки

Самое неочевидное — калибровка системы 'манипулятор-платформа'. Казалось бы, выставил ноль и работай. Но на практике температурные расширения, износ мотор-колес и даже разная нагрузка на шасси приводят к смещениям которые накапливаются в течение смены.

Мы внедрили систему автоматической коррекции по лазерным маркерам в цехе. Но это потребовало установки дополнительного оборудования и увеличило стоимость решения примерно на 15%. Для некоторых заказчиков это оказалось критично.

Сейчас экспериментируем с системой коррекции по визуальным маркерам через камеры на манипуляторе. Пока результаты нестабильные — освещение в цехах меняется в течение дня, появляются тени которые сбивают алгоритмы распознавания.

Перспективы развития

Если говорить о будущем 5 осевой робот манипулятор в мобильных применениях, то главный тренд — уменьшение массы при сохранении жесткости. Сейчас мы тестируем углепластиковые компоненты в конструкции, но пока не добились нужной долговечности.

Еще одно направление — разработка специализированных мотор-колес с улучшенными динамическими характеристиками именно для роботизированных платформ. Стандартные решения, которые компания ООО Гуанчжоу Колесо Мудрости Технолоджи предлагает для обычных AGV, не всегда подходят для точных манипуляций.

По моим наблюдениям, следующий прорыв будет связан с адаптивными системами управления, которые смогут в реальном времени компенсировать все возникающие погрешности. Но для этого нужны более совершенные датчики и вычислительные мощности, что пока удорожает решения до неприемлемого уровня для большинства предприятий.