Вопрос 7 Показатели оценки погрешностей позиционирования и отработки траектории.
В общем случае промышленные роботы имеют от 2 до 9 степеней подвижности. Среди этих степеней подвижности следует различать переносные, ориентирующие и операционные.
Для перемещения объекта манипулирования в заданное место рабочей зоны необходимы три переносные степени подвижности с вращательными и поступательными кинематическими парами, которые должны быть определенным образом ориентированы в пространстве с целью получения конкретной системы координат.
Для полной ориентации объекта манипулирования необходимы три ориентирующие степени подвижности, которые обычно реализуются тремя вращательными парами, осуществляющими повороты рабочего органа в горизонтальной, профильной и фронтальной плоскостях. При выполнении различных технологических операций с объектами используются операционные степени подвижности. К ним относятся степени подвижности, обеспечивающие, взятие я освобождение объектов, перемещение объектов в некоторой локальной зоне (рабочая подача инструмента, поперечный сдвиг захватного устройства), подачу сварочной проволоки, смену захватов удержание горячей заготовки при ковке во время осадки и другое.
Погрешность позиционирование робота необходимо оценивать для каждого вида степеней подвижности.
Переносные степени подвижности определяют систему координат, которой работает робот. В различных системах координат погрешности, возникающие за счет перемещения рабочего органа, будут отличаться.
Для роботов, работающих в прямоугольной системе координат (рис 1.1 а), погрешности позиционирования следует оценивать по трем степеням подвижности с поступательными перемещениями величинами δх, δу, δz.
Для роботов, работающих в цилиндрической системе координат (рис. 1.1 б), по аналогии с предыдущим погрешности можно оценивать по одной степени подвижности с вращательным движением величиной δφ, по двум другим с поступательным движением величинами δу, δz.
Если робот работает в сферической системе координат (рис. 1.1 в), то погрешности позиционирования определяются углами δφ, δψ
и смешением δу.
|
Рисунок 1.1 – Погрешность позиционирования промышленных роботов |
Погрешности позиционирования роботов, работающих в комбинированной (угловой) системе координат (рис. 1.1 г), в этом случае определяются δφ, δψ, δξ.
Ориентирующие степени подвижности обеспечивает вращательные движения рабочего органа. Погрешность позиционирования по ним может определяться значениями до трех углов поворота.
Операционные степени подвижности расширяют технологические возможности роботов. Они могут быть поступательными и вращательными. Следовательно, эти степени подвижности создают дополнительные Погрешности позиционирования, которые определяются как величинами углов так и перемещений.
Для оценки погрешности позиционирования промышленных роботов в зависимости от их назначения и принципа действия используют несколько показателей (2, 9).
1.1. Систематическая погрешность позиционирования - среднее арифметическое отклонение рабочего органа при позиционировании от его запрограммированного значения при движении в заданном направлении.
1.2 Стабильность позиционирований - средняя ширина зоны рассеяния отклеивали рабочего органа при позиционировании от его запрограммированного значения при движении в заданном направлении.
1.3. Зона нечувствительности – средняя разность отклонений рабочего органа при позиционировании в заданной точке при подходе к ней с разных сторон.
1.4. Смещение размерной настройки систематическое изменение положения рабочего органа в заданной точке в течение определенного периода.
Графическая иллюстрация систематической погрешности позиционирования и стабильности позиционирований δх по одной степени подвижности робота показана на (рис 1.2.). Значения зоны нечувствительности и смещения размерной настройки определяются расчетом после серии испытаний.
Для роботов с контурным управлением обеспечивающих перемещение рабочего органа по непрерывной траектории погрешность отработки траектории оценивается, кроме того, еще двумя показателями;
1.5. Ошибка отслеживания - среднее арифметическое отклонение между заданной и средней фактической траекториями.
1.6. Стабильность отслеживания - средняя ширина зоны рассеяния отклонений траектории движения рабочего органа.
Показатели погрешности позиционирования промышленных роботов в наибольшей степени определяют способность робота выполнять основную задачу – вывод рабочего органа в заданные точки рабочей зоны и его перемещение вдоль заданной траектории.
Они находятся в зависимости от массы, скорости и ускорения рабочего органа сил инерции, трения и дешифрования, диапазона и периода перемещений, наличия люфтов и вибраций, тепловых; и упругих деформаций, износа, перераспределения внутренних напряжений в деталях, изменения информации в устройствах управления.
Для роботов с позиционным управлением по каждой степени подвижности необходимо исследовать систематическую погрешность позиционирования, стабильность позиционирования, зону нечувствительности и смешение размерной настройки. При использовании в роботах циклового управления, когда исполнительные устройства работают от упора до упора, исследование зоны нечувствительности не производится.
Для получения реальных значений погрешностей позиционирования робота целесообразно исследовать параметры позиционирований при перемещении рабочего органа одновременно по всем степеням подвижности на определенные интервалы на основе методики, которая должна быть универсальной для всех роботов.
Погрешностями универсальных промышленных роботов (УПР) называются погрешности, вызванные отклонениями фактических значений кинематических характеристик от их номинальных (программных) значений. Второй вид погрешности – погрешность позиционирования. Она определяется как величина отклонения координат фактического положения характеристической точки рабочего органа робота от идеального запрограммированного положения, возникающая вследствие отклонения параметров реального манипулятора УПР от параметров его модели. Наибольшее влияние величина этой погрешности имеет при использовании систем автономного (off – line) программирования УПР. Низкую величину погрешности позиционирования наиболее трудно обеспечить. Математические модели погрешности позиционирования и погрешности повторяемости следуют из математических моделей УПР полученных при решении прямой и обратной кинематических задач.
Погрешность позиционирования - отклонение положения рабочего органа от заданного управляющей программой. Большинство современных ПР имеет погрешность ± 0,1 ...2,5 мм (для грубых работ от ±1 до ±5 мм, для точных работ от ±0,1 до ±1 мм, для высокоточных работ до ±0,1 мм).
Погрешностями универсальных промышленных роботов (УПР) называются погрешности, вызванные отклонениями фактических значений кинематических характеристик от их номинальных (программных) значений. Основным свойством и задачей УПР, наряду с тем, что он является универсальным средством автоматизации, является воспроизведение им рабочих операций с заданной точностью в каждом цикле воспроизведения. То есть, УПР должен осуществлять свою работу одинаково цикл за циклом, что определяет качество выполняемой им работы и, соответственно, качество выпускаемой продукции. Погрешность повторяемости является одним из основных технических параметров, которую по требованиям ISO 9283 указывают производители УПР в своей документации. Как правило, большие роботы имеют бОльшие величины погрешности повторяемости. Величина погрешности повторяемости характеризует отклонения положений характеристической точки рабочего органа робота в процессе совершения многократных повторяющихся движений в одну и ту же точку пространства при одной и той же конфигурации звеньев. Минимизация погрешности повторяемости позволяет роботу стабильно повторять рабочие движения, что является одним из самых больших достоинств роботов. Второй вид погрешности – погрешность позиционирования. Она определяется как величина отклонения координат фактического положения ха-рактеристической точки рабочего органа робота от идеального запрограммированного положения, возникающая вследствие отклонения параметров ре-ального манипулятора УПР от параметров его модели. Наибольшее влияние величина этой погрешности имеет при использовании систем автономного (off – line) программирования УПР. Низкую величину погрешности позиционирования наиболее трудно обеспечить. Математические модели погрешности позиционирования и погрешности повторяемости следуют из математических моделей УПР полученных при решении прямой и обратной кинематических задач.