От виртуалност към реалност

Как да пренесем виртуалната точност към реалната действителност

„Каква е точността на програмата, когато я стартираме на реален робот?“ Това е често задаван въпрос от клиентите, когато стане въпрос за Офлайн програмиране. Той е и един от най-важните за тях. Лесно е да се покаже как робот се програмира за няколко минути в контролирана виртуална среда. Но тези програми трябва да се превърнат в нещо полезно за реалната роботизирана система. Точките, по които роботът ще се движи, трябва да по точно определени координати на детайла.

Във виртуалната среда всичко е перфектно. В реална среда няма нищо перфектно. С Офлайн програмиране могат да се създадат програми, които са много точни и когато се прехвърлят към реални роботи, множество фактори могат да повлияят на точността. Детайлите и приспособленията се изкривяват, заваръчните горелки се деформират, роботите постепенно променят координатите си и т.н. Никога не е възможно да елиминираме тези фактори, за това търсим начини да ги компенсираме. В тази публикация ще засегна някои от най-честите фактори, които влияят върху точността на Офлайн програмите, както и някои съвети и трикове за справяне с тях.

Разкоординиран робот

Някои биха сметнали това за кошмарен сценарий. За онези читатели, които не са запознати с термина „разкоординиран“ по отношение на роботите, това е, когато ръката на промишлен робот е проектирана и програмирана да знае точно къде се намира в пространството въз основа на това къде са програмирани нулевите точки на различните серво-мотори. С други думи, роботът ще знае във всеки един момент градусните стойности на всяко движещо се рамо на манипулатора. С течение на времето роботът изпада в състояние, в което по сметки в неговата памет подвижните му части са на една стойност, докато в действителност те ще бъдат на различна от зададената. Например, разкоординиран робот може да „мисли“, че последната му ос е на 60ᵒ градуса, когато в действителност тя може да е на 65ᵒ градуса.

Всички роботи с течение на времето се разкоординират поради естественото износване. Важно е да бъдат поддържани, обслужвани и рутинно координирани, за да се избегнат проблеми с повторяемостта и точността при онлайн програмиране, както и при моделиране на разположението.

Въпреки че има множество проблеми, които могат да причинят престой на роботите в разкоординирано състояние, дори и при онлайн програмиране, те са лесни за диагностициране. Един разкоординиран робот няма да може да се обучи на каквато и да е точна инструментална рамка или базова/потребителска рамка. Точките от по-стари програми, също ще започнат да се отклоняват от първоначалното си местоположение. Методите за калибриране на софтуера до голяма степен разчитат на точки, взети от физическия робот. Калибрирането на разкоординиран робот, който има неточни координати на базовата точка и не разбира напълно къде се намира в пространството, няма да даде точни резултати.

Единственото истинско решение на този проблем е ремастерирането на робота. Причината някои да смятат това за кошмар е, че всички програми, които са работили на робота, докато той не е бил в кондиция, ще бъдат засегнати, тъй като променяме разбирането на робота за неговите програмирани съвместни ценности. Въпреки това, всички програми, които са работили, докато роботът все още е бил в оригинално положение, и които са станали неточни с течение на времето поради разместването, всъщност ще увеличат неточността си.

Неточно калибриране на инструмента

Лесен проблем за отстраняване. Методите за подравняване на виртуални клетки и екипировка разчитат на точки, взети от физическия робот. Ако калибрирането на инструмента не е точно, взетите точки ще бъдат неточни при прехвърляне във виртуалната среда и ще се получат грешки. Лесното решение тук е да направите процедура по калибриране на инструмента и да потвърдите, че е на правилното място, като го завъртите около TCP в пространството.

Лошо настроени системи

Софтуерът за офлайн програмиране предполага, че компонентите във физическите роботизирани клетки са правилно изградени и сглобени. Например: да кажем, че имаме робот, който е прикрепен към линейна релсова ос и се предполага, че роботът е монтиран на нивото на релсата. Ако това не е направено правилно във физическата среда на робота и той е монтиран с леко изместване, тогава могат да възникнат големи неточности. Физическият робот ще предостави грешни координати на определени точки в зоната около робота, които ще бъдат използвани за калибриране. Роботът може да „мисли“, че зоната, която се калибрира, се намира на X=500, Y=100, Z=1000. Обаче поради факта, че роботът не е монтиран правилно към релсата и примерно е леко наклонен, действителните координати на зоната могат да бъдат на X=505, Y=101, Z=1010.

Диагностицирането на този проблем обикновено не е трудно. Методът за това зависи от въпросната система. Корекцията в софтуера също може да се извърши лесно: коригираме виртуалната среда, като отчитаме изместването при монтажа или други проблеми с настройката. Трудното тук може да е при измерване – колко неравномерни или колко криви са някои физически настройки на робота. Има много опции за постигане на това, най-вече с конфигурацията на роботизираната клетка. Но най-прецизният начин за измерване на това отклонение е с лазерна измервателна система. Трудностите при количественото определяне на отклоненията могат да направят този проблем труден за напълно преодоляване в някои от случаите.

Изкривени детайли, инструменти, фиксатори и приспособления

Независимо дали е умишлено или не, отклонението между CAD моделите и действителните детайли, инструменти, фиксатори и приспособления, ще причини неточности в калибрирането на виртуалната система. Ако използваните CAD модели са неправилни, това се отстранява лесно – с  корекция на вашите CAD модели. По-сложно е, ако изкривяванията и деформациите са навсякъде около нас. Нещата се деформират под собственото си тегло, когато са изложени на екстремна топлина (като при заваряване), при промени в температурата и налягането в околната среда и т.н. Това, което го прави още по-сложно е, че деформацията може да бъде много трудно нещо за измерване и количествено определяне и още по-трудно за пренасянето и в CAD моделите.

Когато деформацията е умишлена (например детайл, който умишлено е в изкривено състояние преди да бъде заварен, така че да се деформира в желаната форма по време на процеса на заваряване), най-добрият начин да се отчете това е детайла да се CAD проектира в същото състояние, което включва тази деформация. В този примерен случай: CAD на частта преди да бъде заварена, а не на крайния продукт.

В по-често срещаните сценарии, когато изкривяването е неволно, има различни налични инструменти за получаване на точни пътища на вашия робот:

Ръчни корекции. Просто стартирайте в режим на обучение програмата направена на софтуера и коригирайте ръчно всички неточни точки от teach pendant на робота. Това решение не е идеално, тъй като изисква време през което робота не произвежда. Броят на корекциите, които трябва да се извършат, като се приеме, че клетката е добре калибрирана, зависи от това колко изкривени са детайлите и приспособленията и колко точки има да се коригират. Така че може да има доста вариации в това, колко усилия и време ще са необходими за това решение. Това обаче е най-евтиното и най-лесното решение за отчитане на деформацията.

Използване на Touch-Sensing: Роботът се програмира да търси точното място, където трябва да заварява, което дава повече сигурност, че ще мине по правилната траектория. Тъч сензорът също може да бъде полезен инструмент за намиране на приспособления, които не са напълно точни и местоположението на детайлите, които фиксират, се отклонява от предварително зададените програмни точки. Това решение обаче има и недостатъци. Тъч сензорът ще изисква допълнителни хардуерни и софтуерни пакети, които рядко са стандартни за индустриалните роботи. Операциите с тъч сензор също ще увеличат значително времето на цикъла и се използват само за заваръчни операции. Поради тези причини, докато сензорът за допир е най-точното решение, то е и най-скъпото.

Vision Systems е точното решение за приложения без заваряване. Ако вашият робот прави нещо различно от заваряване, като машинна обработка или 3D печат, тъч сензора не е достъпен. Съществува обаче широк набор от решения за визуална система, които могат да запълнят тази празнота. Всички тези системи ще следват един и същ принцип на използване на някаква форма на камера и алгоритъм за търсене в частта за определени ориентири, които ще показват предвидените местоположения на програмни точки. Тези системи обаче имат същите недостатъци като тъч сензорите, тъй като те често са по-скъпи и в много от случаите могат да увеличат времето на цикъла.

Проследяване на шевове  (Arc Sensor) е средно решение. За тези читатели, които не са запознати с технологията за проследяване на шевове, това е решение, което е достъпно за индустриални роботи, извършващи заваръчни операции (в повечето случаи с параметри на заваряване, които съдържат осцилация или колебателни движения). При този вариант, сензора непрекъснато измерва местоположението на върха на телта на заваръчната горелка спрямо съединението, което се заварява. Корекциите за проследяване на шева основно отчитат отклонението в пътя, за да задържат горелката в траекторията по време на заваряване.

В тази статия няма да навлизаме в технически подробности за това как работят тези системи. Въпреки това, тъй като тези системи активно коригират местоположенията на заваръчните точки в програмите за роботите, те могат също така да подобрят точността на програмите направени офлайн, които се прехвърлят към физически роботи. Подобно на сензорните и визуалните системи, Арк сензора също рядко идва със стандартното оборудване на промишлените роботи и изисква допълнителна инвестиция в системата. Освен това, той е ограничен само до заваръчни операции и в способността му да подобрява точността – тоест ще може да коригира точките на заваряване, които се отклоняват от предварително зададеното местоположение с няколко милиметра. Няма да е ефективен при коригиране на точки, които се отклоняват с няколко сантиметра. Тези корекции разчитат на точна начална точка на заваръчния шев, която може да бъде намерена само с помощта на един от горните методи.

Вариация на детайли

В зависимост от допустимите отклонения на предходните операции в производствения процес, може да има значителни разлики между детайлите, които се зареждат в клетката на робота. Това може да се види в характеристиките на самите детайли, както и в това как те се вписват в инструментите и приспособленията, които ги държат. Всички сензори и инструменти, споменати по-горе, могат да бъдат приложени без проблеми към тази неточност. Съществува обаче допълнително решение за намаляване на допустимите отклонения в други етапи на процеса. По-дългите серии водят до по-голяма точност в изпълнението на програмите на роботите. Увеличаването на периода за смяна на приспособления и фиксатори ще има същия ефект.

Когато се калибрират клетки на виртуален робот към реални клетки на робот, винаги ще има някаква грешка. Ние не живеем в перфектен свят, така че трябва да предприемем стъпки, за да отчетем несъвършенствата около нас. Тази статия ви дава по-добра представа за това кои са някои от най-честите източници на несъвършенства и неточности, когато става въпрос за виртуално проектиране и програмиране и как да се справим ефективно с тях. Офлайн програмирането на роботи е бъдещето в сферата на роботизираните технологии и употребата му е от съществено значение за повечето производствени компании.