Robotica Singulariteit: Complete Gids voor Robotarmen

Het gebruik van robotarmen in de productie neemt toe, met meer bedrijven die de voordelen inzien. Als u robotarme wilt integreren, is het essentieel goed geïnformeerd te zijn. Kies een kwalitatieve fabrikant voor optimale resultaten.

De robotarm bestaat uit lichaam, pols en eindhandgreper (end effector). De eindhandgreper voert taken uit en moet nauwkeurig in verschillende richtingen kunnen bewegen. Hier speelt robot singulariteit een cruciale rol. In deze artikelen duiken we diep in wat robot singulariteit is en waarom het de prestaties van uw robotarm beïnvloedt.

Wat is Robot Singulariteit?

Robot singulariteit verwijst naar een configuratie waarin de beweging van de eindhandgreper in bepaalde richtingen geblokkeerd is. Dit beperkt de efficiëntie en nauwkeurigheid van de robotarm. Bij 6-as robotarmen vindt beweging plaats relatief aan X, Y en Z-asssen in een 3D/Cartesiaans vlak, met 6 gewichten die 6 vrijheidsgraden geven.

Deze vrijheidsgraden stellen de arm in staat om taken te bereiken. Als de eindhandgreper een product niet kan bereiken of in de verkeerde richting beweegt, ontstaat singulariteit. Sommige zijn eenvoudig te identificeren en op te lossen, anderen vereisen complexe formules.

Wat Beïnvloedt Robot Singulariteit?

De complexiteit en ernst van singulariteit hangt af van: aantal gewichten, type robot (lineair of rotatie), en geometrische rangschikking.

Een industriële robotarm heeft twee besturingsruimtes: gewenchteruimte (joint space) en Cartesiaanse ruimte. Elk heeft eigen positie-commando's:

• Gewenchteruimte-commando's: Specifieke gewenstewaarden voor elk gewicht; de robot beweegt lineair en simultaan naar de doelpositie.
• Cartesiaanse ruimte-commando's: Gewenste houding (pose) van de eindhandgreper met een specifiek Cartesiaans pad (lineair of circulair).

De controller berekent inverse positie- en snelheidskinematica voor nauwkeurige positionering. Foute berekeningen leiden tot singulariteiten waar de eindhandgreper niet correct gepositioneerd is. Deze configuraties moet men vermijden.

Functies van Robot Singulariteit

Singulariteiten moeten tegengegaan worden voor optimale werking. Er zijn twee hoofdfuncties geassocieerd:

Afname in Snelheidsmapping (Velocity Mapping)

Bij twee Cartesiaanse robots met 6-as positionering: als assen en gewichten samenvallen, ontstaat singulariteit (gimbal lock). De robot kan de eindhandgreper niet meer roteren om de samenvallende as. Dit bemoeilijkt het bepalen van snelheden van Cartesiaanse vectoren, wat veiligheidsrisico's met zich meebrengt door hoge gewichtssnelheden bij grote, snelle robots.

Beperkte Interne Werkruimtegrenzen

Singulariteiten beïnvloeden niet alleen inverse snelheidskinematica, maar ook inverse positiekinematica. Industriële robots hebben meerdere oplossingen voor gewichtsposities, elk gekoppeld aan een configuratietype. Om van configuratie te wisselen, moet men door een singulariteit. Singulariteiten vormen grenzen tussen 6D-entiteiten in de Cartesiaanse werkruimte, wat configureerbaarheid en werkruimte beperkt.

Typen Singulariteit in Verticaal-Gescharnierde Robots

Verschillende typen singulariteiten treden op in verschillende delen van de arm. Rekening houdend met de as-oriëntatie (gewichten 2&3 parallel, 1&4 normaal op 2&3, gewicht 5 normaal op 4&6), zijn de hoofdtypen:

Polssingulariteit (Wrist Singularity)

Meest voorkomend bij inline polsen. Treedt op wanneer assen van gewicht 4 en 6 samenvallen. De pols kan de eindhandgreper niet in de richting van as 5 bewegen. Om de singulariteit te doorbreken, moeten gewichten 4 en 6 tegelijkertijd 90° in tegenovergestelde richting draaien, terwijl de eindhandgreper stilstaat. Dit belemmert nauwkeurigheid. Er bestaan echter oplossingen.

Elleboogsingulariteit (Elbow Singularity)

Treedt op wanneer het polscentrum in het vlak ligt door de assen van gewicht 2 en 3. De arm is volledig uitgerekt of kan niet volledig vouwen. Bepaald door as en positie van gewicht 3. Voorkomt vaak, voorspelbaar en vermijdbaar.

Schoudersingulariteit (Shoulder Singularity)

Treedt op wanneer het polscentrum op de lijn ligt door de assen van gewicht 1 en 2. Meest complex, afhankelijk van meerdere gewichten. Beperkt beweging in richting van as 2. Voor doorkruising moeten gewicht 1 en 4 tegelijkertijd 90° in tegenovergestelde richting draaien, eindhandgreper stil. Oplossingen beschikbaar.

Typen Singulariteit in 6-As Cobots

Collaboratieve robots hebben andere as-configuraties: gewichten 2,3,4 parallel; gewicht 1 snijdt en is normaal op 2; gewicht 5 snijdt en is normaal op 4&6. Typen:

• Polssingulariteit: Assen van gewicht 4 en 6 worden parallel. Gewichten 2,3,4,5 kunnen bewegen, eindhandgreper blijft constant.
• Elleboogsingulariteit: Assen van gewichten 2,3,4 in hetzelfde vlak. Beweging eindhandgreper sterk beperkt.
• Schoudersingulariteit: Snijpunt van assen 5 en 6 ligt in vlak door assen 1 en 2. Oplossingen beschikbaar.

Hoe Singulariteit in Robotica Te Vermijden

Gegeven de impact op productie, is vermijding essentieel. Aangezien typen variëren per robot, is basiskennis cruciaal:

1. Goed ontworpen robotcellen: Inclusief adaptorplaat voor eindhandgreper. Slecht toegewezen pick-locaties die overeenkomen met singulariteiten zijn later moeilijk op te lossen. Controleer of de pose in een niet-singuliere toepassing werkt.
2. Kleine hoeken toevoegen aan tooling: Techniek die technici gebruiken om kans op singulariteit te verminderen.
3. Programmeerbenadering met wiskunde: Verminder het aantal assen. Meer assen verhogen de kans op uitlijning en blokkade. Minder assen = minder singulariteitsrisico.

Conclusie

Robot singulariteit is een groot probleem in industriële toepassingen. Het zelf oplossen kan lastig zijn; vermijding is beter. Bij problemen: zoek een oplossing, huur een ervaren technicus, of bouw een relatie met een betrouwbare automatiseringsfabrikant. Zorg dat uw robotische apparatuur optimaal functioneert voor uw bedrijf.