마이크로 자동화 6축 로봇

마이크로 자동화 6축 로봇에 얼마나 많은 공간이 필요합니까?

이 튜토리얼에서 예로 사용된 Mecademic의 Meca500과 같은 마이크로 자동화 6축 로봇 팔을 사용하려는 경우 로봇 도구(엔드 이펙터 ) 안에 다양한 위치. 따라서 특정 6축 로봇 팔에 장착된 특정 엔드 이펙터로 도달할 수 있는 일련의 위치를 ​​확실히 알고 싶을 것입니다. 로봇의 "작업 영역", "작업 볼륨", "작업 범위" 또는 "작업 범위"를 보여주는 일종의 다이어그램을 요청할 것입니다. 그리고 불행하게도 여기에 표시된 것과 같은 단순한 다이어그램이 자주 표시되거나 더 나쁜 것은 소위 도달범위 로봇.
로보틱스에서 찾고 있는 것에 대한 적절한 용어는 작업 공간입니다. . 도달 범위는 로봇의 손목 중심 사이의 최대 거리에 불과합니다. (로봇의 마지막 세 관절 축의 교차점)과 관절 1의 축. 위 그림의 회색 영역은 관절 1의 주어진 회전에 대해 손목 중심으로 도달할 수 있는 영역입니다. 이 영역은, 또는 조인트 1의 축을 중심으로 이 영역을 회전하여 스윕한 볼륨도 로봇의 작업 공간이 아닙니다. 어떤 방향으로든 해당 위치에 도달하는 것은 고사하고 특정 엔드 이펙터의 툴팁으로 이 볼륨의 위치에 도달할 수 있다는 보장은 전혀 없습니다. 실제로 상대적으로 긴 엔드 이펙터를 장착하면 도구 끝이 이 볼륨에서 어떤 위치에도 도달할 수 없습니다.
마이크로 자동화 6축 로봇의 작업 공간은 세트입니다. 해당 로봇에 장착된 특정 엔드 이펙터가 달성할 수 있는 모든 포즈(위치 및 방향). 따라서 (1) 사용하려는 엔드 이펙터가 무엇인지 지정하지 않는 한 아무도 특정 6축 로봇 팔의 작업 공간이 무엇인지 알 수 없으며 (2) 해당 작업 공간은 6차원 엔터티입니다. 일반적으로 그래픽으로 표현하는 것은 불가능합니다.

물론 그래픽 표현과 관련하여 로봇 공학 분야에는 몇 가지 예외가 있습니다. 아래에 표시된 것과 같은 6축 데카르트 로봇의 작업 공간은 설명하기 쉽지만 특정 툴팁 선택에 대해서만 설명할 수 있습니다. 실제로 로봇 엔드 이펙터의 툴팁이 3개의 회전 조인트 축의 교차점과 일치하면 이 마이크로 자동화 6축 로봇은 도구 방향에 상관없이 노란색 직육면체 내부 어디에나 툴팁을 배치할 수 있습니다.

아아, 6축 산업용 로봇의 대다수는 여러 가지 실용적인 이유로 직교 좌표가 아닙니다. 예를 들어 위의 데카르트 로봇은 포지셔닝 측면에서 작업 공간이 매우 작습니다. 흔히 수직 관절 로봇이라고 이상하게도 불리는 일반적인 6축 로봇 팔 , 6개의 작동 회전 조인트를 통해 직렬로 연결된 7개의 링크(몸체)로 구성됩니다. 이 본체 중 첫 번째는 로봇의 베이스이고 마지막은 로봇의 플랜지입니다. (기계적 인터페이스라고도 함) ). 또한 첫 번째 관절의 축은 수직이고 관절 2와 3의 축은 수평이며 관절 4의 축은 관절 3의 축에 수직이며 마지막 세 관절의 축은 일반적으로 한 지점에서 교차합니다.
산업용 로봇 암은 일반적으로 툴링 없이 판매되지만 엔드 이펙터(예:그리퍼 또는 터치 프로브)는 결국 로봇의 플랜지에 부착됩니다. 그런 다음 사용자는 도구 참조 프레임을 연결해야 합니다. , 이 엔드 이펙터에 고정됩니다. 이 도구 참조 프레임은 플랜지 참조 프레임과 관련하여 정의됩니다. . 도구 참조 프레임의 원점을 TCP라고 합니다. (도구 중심점 ). 따라서 궁극적으로 로봇의 기본 참조 프레임과 관련된 일련의 포즈에 관심을 가져야 합니다. , 여기서 로봇은 특정 도구 참조 프레임을 가져올 수 있습니다. 따라서 로봇의 작업 공간은 로봇의 도구 기준 좌표계에서 얻을 수 있는 일련의 포즈입니다.
엔드 이펙터가 무엇이든 Meca500과 같은 일반적인 마이크로 자동화 6축 로봇 팔에서 실현 가능한 각 위치에 대해 TCP의 경우 달성 가능한 도구 방향의 범위는 기계적 간섭, 조인트 제한 및 링크 길이 제한으로 인해 완전히 다릅니다. 일반적인 6축 로봇 팔의 위치 지정과 방향 지정 기능 사이의 높은 결합 외에도 이러한 로봇에는 소위 특이점이 있습니다. . 특이점에서 로봇은 특정 방향으로 이동할 수 없습니다. 이것은 일종의 수학적 문제가 아니라 물리적 막힘이며, 절대적으로 모든 마이크로 자동화 6축 로봇 팔(위에 표시된 데카르트 로봇 팔 포함)에는 특이점이 있습니다. 예를 들어, 아래 왼쪽 그림과 같이 Meca500의 모든 관절이 0도에 있을 때 로봇의 엔드 이펙터는 베이스 y에 평행한 선을 따라 이동할 수 없습니다. -축(녹색 축). 이 선을 따라 이동하려면 관절 4와 6이 먼저 ±90° 회전해야 합니다(반대 방향으로).

특이점은 로봇 공학에서 매우 중요한 현상(또는 골칫거리)이며 별도의 튜토리얼에서 다룰 것입니다. 여기서는 위의 예에서와 같이 경로가 로봇의 작업 공간 내부에 있더라도 로봇의 도구 기준 좌표계가 계속해서(즉, TCP 동작에서 일시 중지 없이) 따라갈 수 없을 수 있다고 말하는 것으로 충분합니다. , 특이점 때문입니다.
따라서 로봇 특이점은 로봇 작업 공간의 사용 가능한 부분을 더욱 제한합니다. 실제로 일반적인 마이크로 자동화 6축 로봇 팔의 작업 공간은 특이점으로 구분된 여러 개의 특이점 없는 작업 공간 하위 집합의 조합입니다. 로봇은 관절 모드에서 전체 작업 공간 내 어디에서나 이동할 수 있지만 데카르트 모드(즉, TCP가 특정 경로를 계속 따라가는 경우)일 때 특이점이 없는 작업 공간 하위 집합 중 하나에서만 이동할 수 있습니다.

이러한 특이점 없는 작업 공간 하위 집합 각각은 특정 로봇 구성에 해당합니다. 이 주제는 로봇 특이점에 대한 다음 튜토리얼에서 다룰 것입니다. 지금은 주어진 포즈가 현재 로봇 구성으로 접근할 수 없는 것처럼 보이면 다른 구성으로 접근할 수 있다는 점에 유의하십시오. 예를 들어, 아래 그림의 도구 기준 좌표계 포즈는 8개의 로봇 구성 중 하나에서만 얻을 수 있습니다. 그러나 일반적인 실수는 전체 작업 공간 대신 ​​특이점이 없는 작업 공간 하위 집합 중 하나만 고려하는 것입니다(즉, 8개의 구성 모드 중 하나만에서 작업). x를 사용하여 포즈를 지정하면 , y , z 좌표와 오일러 각도 다음에 MovePose 명령을 사용하면 로봇이 자동으로 최상의 구성을 찾습니다. 그러나 불행히도 사용자는 일반적으로 포즈를 지정하기보다는 조깅을 통해 로봇 위치를 가르칩니다.

종종 사용자는 주어진 응용 프로그램에 대해 달성할 엔드 이펙터 포즈 세트를 이미 가지고 있습니다. 예를 들어, 공작물을 컨베이어에서 가져와 다양한 방향으로 카메라 앞에 제시하고 최종적으로 다른 컨베이어에 적재해야 합니다. 카메라의 최적 배치, 그리퍼의 최적 설치 및 손가락의 최적 디자인을 찾는 것은 결코 쉬운 일이 아닙니다. 불행하게도 현재로서는 최적의 셀 디자인을 찾기 위한 상업적으로 이용 가능한 자동 절차가 없습니다. 유일한 방법은 시행착오를 거치는 것입니다.
다행히도 이를 위한 실제 설정이 필요하지 않습니다. RoboDK와 같은 시뮬레이션 소프트웨어를 사용할 수 있습니다. 즉, 여전히 약간의 로봇 기술이 필요하거나 시행 착오에 많은 노력을 기울일 수 있습니다. 따라서 다음에서는 로봇의 작업 공간을 최대한 활용하기 위한 10가지 지침을 제공합니다. Meca500을 예로 사용하지만 이러한 지침은 일반적인 마이크로 자동화 6축 로봇 팔에 적용됩니다.
가이드라인 1: 가능한 한 TCP를 로봇의 플랜지에 가깝게 배치하십시오
검사에서 다양한 방향으로 카메라 앞에 부품을 제시해야 하는 것은 매우 일반적입니다. 이러한 적용에서 첫 번째 경험 법칙은 도구 기준 좌표계를 플랜지 기준 좌표계에 최대한 가깝게 배치하는 것입니다. 즉, 로봇의 플랜지에 최대한 가깝게 검사할 부품을 잡을 수 있는 그리핑 시스템을 설계해야 합니다.
선택 사항인 전기 그리퍼에는 어댑터 플레이트를 부착하여 위와 같이 그리퍼. 그러나 일부 응용 프로그램의 경우 핑거와 조인트 6의 축이 한 평면에 있도록 그리퍼를 부착하거나 조인트 6의 축을 따라 그리퍼를 부착하도록 자체 어댑터 플레이트를 설계하는 것이 더 나을 수 있습니다( 이 비디오에서와 같이). 또 다른 대안은 L자형 손가락을 사용하는 것입니다.
가이드라인 2: 경로를 따르지 않는 한 데카르트 모드에서 이동하지 마십시오
검사에서 부품을 다른 방향으로 회전해야 하는 경우가 많습니다. 물론 이러한 경우 MoveLinRelTRF 명령을 사용하거나 데카르트 모드에서 로봇을 조깅하는 것이 훨씬 쉽습니다. 그러나 아래 그림에 설명된 예와 같이 회전을 따라 특이점이 있는 경우 두 가지 접근 방식 모두 실패합니다. 이 예에서는 y에 대해 엔드 이펙터를 회전할 수 없습니다. -축(녹색 축)은 특이점 때문에(관절 4와 6의 축이 정렬됨) 90°입니다.
따라서 오일러 각도를 사용하는 방법을 배우고 대신 MovePose 명령을 사용해야 합니다. 또는 RoboDK를 사용할 수 있습니다. RoboDK는 시뮬레이터이므로 데카르트 조깅 모드에서 특이점을 통과할 수 있습니다. 특이점에 관계없이 TCP가 특정 경로를 따르기를 원하지 않는 한 항상 MovePose 또는 MoveJoints 명령을 사용하십시오. 이러한 명령을 사용하면 일반적으로 주기 시간이 가장 빨라집니다.

가이드라인 3: 케이블링이 관절 6을 너무 많이 구속한다면 관절 1, 4, 6의 축을 정렬하십시오. 약 ±180° 이하로 제한됩니다. 더 많은 범위가 필요한 경우 관절 4와 6 또는 관절 1, 4, 6의 축을 정렬할 수 있습니다. 물론 이러한 구성은 단일이므로 MoveJoints 명령을 사용하여 이러한 축을 중심으로 회전해야 합니다. 일치하는 축
가이드라인 4: 엔드 이펙터를 케이블과 함께 사용하는 경우 관절 6을 가능한 한 0도에 가깝게 유지하십시오.
가능하면 원하는 포즈에서 관절 6을 가능한 한 0도에 가깝게 유지하십시오. 예를 들어 관절 6이 170°인 로봇 위치에서 공작물을 잡은 다음 MovePose 명령을 실행하면 관절 6이 많이 회전할 가능성이 높습니다. 예를 들어 원하는 새 포즈에서 관절 6이 190°일 수 있는 경우 로봇은 자동으로 마지막 관절을 음의 방향(양의 방향으로 20°가 아닌)으로 340° 회전합니다.
지침 5: 많은 방향을 지정해야 하는 경우 TCP를 관절 1의 축에 배치합니다.
광범위한 방향을 포괄해야 하는 경우 TCP를 관절 1의 축에 배치해야 합니다. 이러한 구성은 다음을 허용합니다. 관절 1의 축에 대해 ±175° 회전하고 관절 6의 축에 대해 ±180° 회전합니다. 관절 1에서 로봇 손목의 중심이 멀어질수록 로봇의 방향 기능이 작아집니다.

가이드라인 6: 모든 로봇 구성 시도
때때로 로봇은 달성하려는 하나 이상의 엔드 이펙터 포즈에서 특이점에 너무 가깝습니다. 검사 응용 프로그램에서는 문제가 되지 않을 수 있지만 개체를 ​​선택하거나 배치해야 하는 경우 선형 모드에서 최종 포즈에 도달하고 최종 포즈에서 출발해야 ​​할 가능성이 높습니다. 이 경우 가능한 모든 로봇 구성을 테스트하고 특이점에서 가장 먼 구성을 선택하십시오. 예를 들어 아래 그림에서 왼쪽 구성은 특이점에 너무 가깝지만(축 4와 6은 거의 정렬됨) 오른쪽 구성은 특이점에서 충분히 떨어져 있습니다.

가이드라인 7: 달성 가능성 이상의 것을 고려하십시오
이미 언급했듯이 마이크로 자동화 6축 로봇 팔의 작업 공간은 특이점으로 구분된 여러 작업 공간 하위 집합의 집합입니다. 게다가 얻을 수 있는 모든 포즈가 똑같이 "좋은" 것은 아닙니다. 실제로 6축 로봇 암의 작업 공간은 속도 및 정밀도와 같은 성능 기준 측면에서 매우 이질적입니다. 데카르트 모드에서 이동할 때 특이점에서 가능한 한 멀리 떨어져 있어야 한다고 이미 언급했습니다. 또한 로봇 팔이 늘어날수록 정밀도가 떨어지고(유연할수록) 툴팁에서 진동을 억제하는 데 더 많은 시간이 걸립니다.
가이드라인 8: 6자유도가 필요하지 않은 경우 로봇의 중복성을 활용하십시오.
대부분의 경우 5자유도만 필요합니다. 예를 들어 엔드 이펙터가 접착 디스펜서 또는 스핀들인 경우 각각 바늘 축 또는 샤프트 축을 기준으로 방향을 지정하는 데 신경 쓰지 않을 것입니다. 또한 카메라와 같은 축대칭 센서를 사용하여 공작물을 검사하는 경우 대부분의 경우 센서 축을 중심으로 한 회전으로 공작물을 제시할 수 있습니다. 이러한 경우 관절 6의 축을 도구 또는 센서의 대칭축과 정렬하지 말고 달성할 각 포즈에 대해 무한히 많은 로봇 위치 중에서 가장 좋은 위치를 선택하십시오. 최고는 특이점과는 거리가 멀지만 도달할 이전 및 후속 포즈에 가장 가깝다는 것을 의미합니다.
가이드라인 9: 절대적으로 필요한 경우가 아니면 로봇을 수직 위치에 고정하십시오.
대부분의 산업용 로봇과 마찬가지로 Meca500은 모든 방향(예:거꾸로 또는 벽)에 부착할 수 있습니다. 수직이 아닌 부착물의 유일한 문제는 셀을 더 번거롭고 비쌀 수 있는 매우 견고한 고정 장치가 필요하다는 것입니다. 따라서 로봇을 똑바로 고정한 후에만 수직이 아닌 부착물을 선택하십시오.
가이드라인 10: 7회 측정하고 1회 절단
영어에는 “두 번 측정하고 한 번 절단”이라는 말이 있지만 로봇 셀 설계에 관해서는 러시아어 버전인 “7회 측정하고 한 번 절단”을 선택하십시오. 셀이 상대적으로 복잡하거나 로봇의 작업 공간이 제한적인 경우 로봇 시뮬레이션 패키지를 사용하고 만족스러운 솔루션을 찾을 때까지 많은 설계 반복을 거쳐야 합니다. 그러나 시뮬레이션에 전적으로 의존하지 마십시오. RoboDK와 같은 일반 시뮬레이션 패키지는 로봇의 정확한 동작을 시뮬레이션하지 않습니다. 예를 들어 특정 선형 모션은 RoboDK에서 수행할 수 있지만 특이점으로 인해 실제 로봇에서는 불가능합니다. 따라서 실제 로봇에서도 프로그램을 시도해야 합니다.
결론적으로 응용 프로그램이 몇 가지 반복 동작만 포함하는 경우가 아니면 로봇의 작업 공간을 완전히 이해하고 로봇 셀을 설계하는 데 상당한 시간을 할애해야 합니다. 로봇 셀 설계는 모든 로봇 동작을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 주기 시간 및 기타 성능 기준(정밀도, 에너지 소비)을 최적화하는 것과도 관련이 있습니다.

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