Polso Per Robot Industriale

[Tomessiela]

Ciao a tutti!

Qualcuno di voi sa dirmi come potrebbe essere strutturato il polso di un robot industriale?

La necessità è di mantenere il carico sempre verticale ma anche di smorzare eventuali vibrazioni dovute alle accelerazioni durante lo spostamento dei carichi.

Da qui mi sono posto la domanda: come potrebbe essere fatto il polso in figura? (In particolare dove ho cerchiato in rosso )

Grazie a tutti,

THomas

[fulvioromano]

Ciao,

quello nella tua foto è un polso sferico. Ha un cuscinetto da un lato ed un motore dall'altro. Nel polso sferico gli assi dei tre giunti si incontrano in un punto (almeno è quello che si cerca di fare), questo disaccoppia lo jacobiano del manipolatore in due zone autonome della matrice, e questo semplifica gli algoritmi del controllo.

Se devi utilizzare tale polso per "tenere sempre verticale il carico", immagino che stai trattando un problema di pallettizzazione. In tal caso non conviene in generale utilizzare un manipolatore a sei assi (tre di struttura e tre di polso), ma uno a quattro assi, privo di polso, ma con quadrilateri di bilanciamento. Questi ti consentono di tenere sempre il carico verticale (per la pallettizzazione bastano quattro gradi di libertà), avere meno motori e tutti verso la base del manipolatore. Quindi la struttura viene più snella e meno costosa.

Immagino di essere stato veramente poco chiaro se non conosci un po' di letteratura in materia...allora una foto vale più di mille parole!

Questo è un IRB260 della ABB, ma ne esistono di equivalenti un po' di tutte le marche

Modificato: 25 marzo 2009 da fulvioromano

[Tomessiela]

Ciao,

in realtà sei stato davvero molto chiaro! Il problema è che noi siamo già vincolati ad un robot con 3 gradi di libertà. La parte di cui ci dobbiamo occupare va dall'interfaccia robot-endeffector alle pinze per afferrare le casse (esatto, avevi capito benissimo il nostro è un problema di pallettizzazione ).

La nostra parte ha in tutto 3 gradi di libertà e il polso ci deve garantire solo la rotazione intorno all'asse x (vedi figura iniziale) in modo da mantenere il carico verticale. La cosa che nello specifico mi interessava sapere è se il polso giallo in figura aveva per la'ppunto un motore e mi pare che sia proprio cosi!!!

Mi sapresti dire che tipi di motori vengono usati per questo scopo? Alla fine il loro compito è quello di smorzare le oscillazioni e le accelerazioni vero? C'è una alternativa al motore se lo scopo è solo mantenere il carico verticale?

Ciao e Grazie!

Thomas

[fulvioromano]

Mi sapresti dire che tipi di motori vengono usati per questo scopo?

Dipende, dei comuni servomotori trifase con controllo scalare sono di solito una buona soluzione. A volte si utilizza controllo vettoriale. In alcune (rare) occasioni vengono usati dei Torque Motors che non hanno bisogno di riduttori perché entrano in coppia ad un basso numero di giri. Quest'ultima scelta è da escludere perché questi motori servono per grosse precisioni (si elimina il gioco del riduttore), ma sono più difficili da controllare perché...leggi di seguito.

Alla fine il loro compito è quello di smorzare le oscillazioni e le accelerazioni vero?

No, il loro compito è muovere il polso. Forse non sono stato esplicito, ma quel polsone giallo ha tre gradi di mobilità, quindi tre giunti e tre motori. Per inciso, credo sia il polso di un Fanuc.

Le caratteristiche dinamiche della struttura sono per così dire "filtrate" dal riduttore, quindi le oscillazioni arrivano al controllo in modo molto mitigato. Questo non è vero quando si usano i Torque Motors, infatti qui è un casino da un punto di vista controllistico.

C'è una alternativa al motore se lo scopo è solo mantenere il carico verticale?

Scusa, ma non ho ben capito se il problema è poco chiaro a me, oppure a te! :-)

La struttura base del robot ha 3 gdm, quindi posizionerà il centro polso (ammesso che esista, ma ammettiamo per un momento che esista) in termini di X, Y e Z.

Per un compito di manipolazione mancano gli altri tre gradi di libertà, chiamamoli per ora R, P e Y. In realtà a te interessa solo Y (la rotazione intorno all'asse dell'ultimo giunto). Ora, se hai una struttura studiata in modo da garantire meccanicamente che l'asse dell'ultimo giunto sia sempre verticale, allora ti basta un polso con un grado di mobilità, vedi IRB260. Se invece (come credo che sia il tuo caso) la struttura definisce un'orientazione del centro polso dipendente dalla configurazione, devi prima trasformare questa configurazione in quella che vuoi tu, quindi con l'asse verticale. Per fare questo devi:

1) Mettere ALMENO un altro giunto nel polso per poter variare il 'P'

2) Inserire nel controllo del manipolatore qualcosa che calcoli quale angolo dare al quarto giunto (quello del 'P') in funzione dei primi tre, per far si che il quinto giunto sia sempre ad asse verticale.

Fatto questo, compri un polso ad 1, 2 o 3 assi e lo monti, oppure lo copi [leggi: "lo migliori, perché sul mercato non esiste"] , se il tuo scopo è progettarlo.

Spero di esserti stato d'aiuto.

[fulvioromano]

Magari per farti un'idea, qui:

http://www.schunk.com/schunk_files/attachments/PW_090_EN.pdf

Trovi lo spaccato di un polso (un po' piccino credo) a due gradi di mobilità. Il terzo ove necessario (forse a te no) lo vedi montato nell'immagine del robottino con la manona. Il "polso" con tutti è tre i giunti è tutta e sola la parte blu.

[fulvioromano]

Mi sapresti dire che tipi di motori vengono usati per questo scopo?

Naturalmente...i brushless sono la miglior soluzione, solo un po' più complessi da controllare...come mai mi erano sfuggiti?

[Bender83]

Salve a tutti, per un operazione di paletizzazione la configurazione cinematica di un robot ideale è quella che ha mostrato fulvioromano con l'ABB, ossia un manipolatore rotoidale a catena cinematica chiusa (a parallelogramma), almeno che nel tuo EE hai bisogno di maggiore destrosità!

Il discorso che fai sulle oscillazioni non si risolvono aggiungendo maggiori GdiL del necessario bensì puoi ottenere maggiori prestazioni rafforzando l'azione di controllo sulla traiettoria nel workspace del robot. A prima vista direi di rivedere le accelerazioni dei giunti del robot, infatti se sono molto impulsive sul EE avrai molti moti oscillatori, dovuti alla natura a catena aperta del robot, oppure prova a rafforzare l'azione derivativa del controllore però anche in questo caso avrai delle accelerazioni improvvise (aumentando l'azione derivativa), il tutto sta nel trovare un buon compromesso tra prestazioni ottenute e desiderate.

PS fulvio, mi pare che i motori di coppia in virtù del loro peso tendano ad essere impiegati alla base del robot e non sui polsi, giusto?

[Tomessiela]

Grazie a tutti voi! Stò imparando molte cose.... a quanto pare il mio approccio al problema era completamente sbagliato...

Riassumendo mi pare diaver capito che per questo utilizzo (pallettizzazione) la migliore soluzione sia la configurazione chiusa a parallelogramma. Anche su youtube qusi tutti i video ocn robot pallettizzatori in azione adottano questa configurazione...

Supponiamo per un attimo che io non possa aggiungere un giunto per creare tale configurazione e che debba quindi risolvere il problema in altro modo.Supponiamo poi di desiderare solo un grado di mobilità al polso (intorno asse x) o al massimo due gradi di mobilità (intorno x,z) posso adottare un polso motorizzato con motori brushless? (Tenete conto che ho anche il problema della posizione del motore... deve per forza stare vicino al polso... non posso metterlo alla base!)

Certo se ci fosse anche una possibile soluzione pneumatica sarebbe la benvenuta però non so....

Spero di avervi confuso le idee...

[Tomessiela]

Volevo dire... Spero di NON avervi confuso lei dee...

[Bender83]

Ciao, pare che non ti fidi dei brushless...??? In robotica sono i motori che vanno per la maggiore, anzi in questo settore tutte le altre tipologie si stanno estinguendo! Sono motori molto precisi che riescono a raggiungere coppie elevate e risultano essere pure molto compatti!

Tu credi che per la tua applicazione la tecnologia pneumatica sia la più adatta, che devi spostare un bancale di cemento? Per quello ci sono i muletti!? IHIH

Se credi che un sistema pneumatico faccia al caso tuo prova a guardare qui e qua (questi ultimi sono prodotti pick&place)

Ciao

[Bender83]

Ciao, pare che non ti fidi dei brushless...??? In robotica sono i motori che vanno per la maggiore, anzi in questo settore tutte le altre tipologie si stanno estinguendo! Sono motori molto precisi che riescono a raggiungere coppie elevate e risultano essere pure molto compatti!

Tu credi che per la tua applicazione la tecnologia pneumatica sia la più adatta, che devi spostare un bancale di cemento? Per quello ci sono i muletti!? IHIH

Se credi che un sistema pneumatico faccia al caso tuo prova a guardare qui e qua (questi ultimi sono prodotti pick&place)

Ciao

[FattoreDiPotenza]

Ciao a tutti , la foto del primo post mi ricorda il gruppo polso di un Fanuc ( se non altro per l'inconfondibile colore giallo canarino).

Confermo i dubbi di Bender , in quella tipologia di polsi , i motori preposti al funzionamento del 5° e 6° asse sono posizionati nella parte posteriore del braccio unitamente al 4°.

Svolgono una doppia funzione, la prima già detta è di eliminare carichi nel polso l seconda bilanciano il peso dell'avanbraccio.

La trasmissione del moto fin laggiù avviene meccanicamente tramite alberi concentrici e cinghie.

Se sei curioso di sapere cosa c'è la dentro , ecco:

Polso

Non è esattamente il polso di un fanuc , ma di un altro "giapponesone" che gli somiglia moltissimo.

Ivan

Modificato: 1 aprile 2009 da FattoreDiPotenza

[fulvioromano]

Manco da un po' dal forum...impegni vari, scusate. Volevo quotare un po' di cose dette.

Ciao, pare che non ti fidi dei brushless...??? In robotica sono i motori che vanno per la maggiore

Nella robotica industriale non è che vadano proprio per la maggiore. Come dicevo all'inizio, sono i più precisi, ma spesso nelle soluzioni industriali si usano ancora gli asincroni trifase, con schemi di controllo collaudati, e che comunque fanno egregiamente il loro mestiere.

Tu credi che per la tua applicazione la tecnologia pneumatica sia la più adatta, che devi spostare un bancale di cemento?

Quoto. Le applicazioni pneumatiche sono poco precise, e servono per grossi carichi. Inoltre hanno il problema che non basta togliere tensione per mettere la macchina in sicurezza, bisogna anche sfiatare tutte le camere, e garantire che non resti pressione da nessuna parte. Per le applicazioni industriali, gli unici pro dell'idraulica e della pneumatica (parliamo solo di robobotica in questo contesto) sono i grossi carichi, ed il fatto che possono rimanere sotto sforzo senza surriscaldarsi.

Riassumendo mi pare diaver capito che per questo utilizzo (pallettizzazione) la migliore soluzione sia la configurazione chiusa a parallelogramma. Anche su youtube qusi tutti i video ocn robot pallettizzatori in azione adottano questa configurazione...

Supponiamo per un attimo che io non possa aggiungere un giunto per creare tale configurazione e che debba quindi risolvere il problema in altro modo.Supponiamo poi di desiderare solo un grado di mobilità al polso (intorno asse x) o al massimo due gradi di mobilità (intorno x,z) posso adottare un polso motorizzato con motori brushless? (Tenete conto che ho anche il problema della posizione del motore... deve per forza stare vicino al polso... non posso metterlo alla base!)

L'ideale è l'antropomorfo a quattro assi. Il parallelogramma è un'affinazione successiva che serve a ridurre i carichi ai motori.

Ma tu che devi fare? Una struttura di polso con due assi ti dovrebbe essere sufficiente. Ma perché vuoi usare motori? Sei in grado di sviluppare il controllo a parte? Non è meglio utilizzare dei servomotori, quindi con riduttore ed elettronica di controllo integrata?

[Tomessiela]

L'ideale è l'antropomorfo a quattro assi. Il parallelogramma è un'affinazione successiva che serve a ridurre i carichi ai motori.

Ma tu che devi fare? Una struttura di polso con due assi ti dovrebbe essere sufficiente. Ma perché vuoi usare motori? Sei in grado di sviluppare il controllo a parte? Non è meglio utilizzare dei servomotori, quindi con riduttore ed elettronica di controllo integrata?

Io devo fare un polso per robot pallettizzatore e sono sufficienti due assi (x,z). Come hai suggerito tu la scelta migliore è buttarsi sui servomotori e cosi ho fatto.

Dovendo utilizzare il servomotore per ruotare il carico intorno all'asse z e mantenerlo verticale può bastarmi un servomotore o devo impiegarne un altro che mi permetta di mantenere verticale il carico?

Grazie

[fulvioromano]

Forse non ho capito la domanda, comunque se vuoi avere due movimenti indipendenti ti servono due motori indipendenti.

I primi tre assi ti pongono con un certo assetto in base al punto scelto per il posizionamento. Tu devi "trasformare" questo assetto in uno verticale, ti serve un motore per fare questo. Poi vuoi ruotare il carico intorno all'asse verticale; ti serve un altro motore per fare quest'altra cosa.

Se i giunti due e tre (intendo della struttura di base e non del polso) hanno gli assi paralleli, questa è la questione, altrimenti ti servirà un terzo motore per compensare anche l'ultimo asse, che secondo la tua nomenclatura chiamerei y