PODSTAWY ROBOTYKI

Nazwa ćwiczenia:

Badanie wybranych parametrów funkcjonalnych robotów przemysłowych.

Prowadzący:

Dr in

ż

. Marta Góra

LABORATORIUM Z PODSTAW ROBOTYKI

Temat: Badanie wybranych parametrów funkcjonalnych robotów przemysłowych

Zespół

Oceny

Grupa

12A4

1)Mateusz Sito

2)Tomasz Siwek

Data

3)Mateusz Żołądkiewicz

Kraków, 2012/2013

Wydział Mechaniczny

Kierunek: Automatyka i Robotyka

1. Wstęp teoretyczny.

Na zajęciach laboratoryjnych dokonywaliśmy pomiarów powtarzalności pozycjonowania i
sztywności manipulatora przemysłowego Fanuc S420F. Do dokonania pomiarów używaliśmy
specjalnie skonstruowanego stanowiska składającego się z trzech czujników linkowych
połączonych z roboczą częścią manipulatora. Wskazania czujnika (Volt) należało przeliczyć w
stosunku 10:1 na jednostkę położenia (metr).

2. Przedstawienie obiektu badań.

a) Manipulator o strukturze szeregowej

Obiektem badań jest wcześniej wspomniany manipulator szeregowy posiadających 6 par
obrotowych. Robot może byś stosowany do np. obsługi wtryskarek czy pras. Jego udźwig
maksymalny to 120 kg, dokładność teoretyczna wynosi +/- 0,5 mm.

b) Analiza strukturalna

Rodzaje par kinematycznych

Obrotowe

Liczba więzów

5

Liczba stopni swobody

1

Klasa par kinematycznych

5

Oznaczenie

Ruchliwość manipulatora możemy obliczyć z zależności:

W = 6n

r

- 5p

5

- 4p

4

- 3p

3

- 2p

2

- p

1

Gdzie:

n

r

- liczba ogniw ( ruchomych )

p

5

-p

1

- liczba par klasy określonej indeksem

W naszym wypadku ruchliwość wynosi :

W = 6*6 – 5*6 = 6

c) Pozycja i orientacja członu roboczego względem układu podstawy manipulatora.

Wektor pozycji:

,

=

, ,

Macierz orientacji członu roboczego względem podstawy manipulatora:

B

a,m

=

cos( ,

) cos( ,

) cos( ,

)

cos( ,

) cos( ,

) cos( ,

)

cos( , ) cos( , ) cos( , )

3. Wyznaczenie powtarzalności pozycjonowania manipulatora

a) Stanowisko pomiarowe.

b) Wyznaczenie pozycji członu roboczego względem układu ( xyz ) na podstawie długości l

inek.

Długość linek:

|AP|=l

1

|BP|=l

2

|CP|=l

3

Na podstawie zależności z rysunku wynika :

= (

0)

!"

(

0)

= (

0)

0"

(

0)

#

= (

$)

0"

(

0)

= %(

0)

0"

(

0)

= %(

0)

0"

(

0)

#

= %(

$)

0"

(

0)

Z powyższego układu równań wynika:

=

2!

!

=

=

2$

$

Odejmujemy stronami równania pierwsze i drugie:

= 2!

!

2! = − − !

=

− + !

2!

Następnie odejmujemy drugie równanie od trzeciego otrzymamy :

#

− = −2$ + $

2$ = −

#

+ $

=

−

#

+ $

2$

Z drugiego równania otrzymujemy:

= ±% −

−

Jednak ze względu na nasz przypadek ( niemożliwość osiągnięcia pozycji od dołu stanowiska
pomiarowego.

= % −

−

c) powtarzalność pozycjonowania manipulatora

( = )

*

+,

-

(

+

− )

.

Gdzie:

( − /01ℎ 3.43 56!0!70/83

. − 4 /ść !7!;367ó8

+

− 8!76/ś14 /5 1 3=ó . 1ℎ !7!;367ó8

− ś730.4! 85 56>41ℎ /;4!7ó8

4. Wyznaczenie sztywności statycznej manipulatora szeregowego 6R z wykorzystaniem
czujników linkowych

a) Stanowisko pomiarowe

b) Macierz sztywności

Macierz sztywności manipulatora o strukturze szeregowej przedstawia się jako:

Ze względu na obciążenie siłą pionową Fz, rozważano tylko liniowe zależności

przemieszczenia członu roboczego od siły, czyli następujące elementy macierzy K: k13, k23 i

k33

d) Wykonanie pomiaru i analiza wyników

Współrz

ę

dne kartezja

ń

skie

X [mm]

Y [mm]

Z [mm]

w [

o

]

p [

o

]

r [

o

]

-118,535

-2157,439

396,439

-94,042

77,792

175,113

Współrz

ę

dne konfiguracyjne

θ

i

[

o

], i = 1, …, 6

1

2

3

4

5

6

-93,445

24,364

-30,156

185,120

-23,396

187,752

Współrz

ę

dne kartezja

ń

skie

X [mm]

Y [mm]

Z [mm]

w [

o

]

p [

o

]

r [

o

]

-118,535

-2157,439

396,439

-94,042

77,792

175,113

Współrz

ę

dne konfiguracyjne

θ

i

[

o

], i = 1, …, 6

1

2

3

4

5

6

-94,250

7,044

-35,229

185,864

-34,501

187,389

Współrz

ę

dne kartezja

ń

skie

X [mm]

Y [mm]

Z [mm]

w [

o

]

p [

o

]

r [

o

]

-118,535

-2157,439

396,439

-94,042

77,792

175,113

Współrz

ę

dne konfiguracyjne

θ

i

[

o

], i = 1, …, 6

1

2

3

4

5

6

-93,291

33,998

-24,810

185,780

-24,053

186,930

Nr
pomiaru

L1[V]

L2[V]

L3[V]

L1[mm]

L2[mm]

L3[mm]

najazd

1

4,659

5,623

4,232

465,9

562,3

423,2 x+

2

4,66

5,623

4,233

466

562,3

423,3 x+

3

4,659

5,623

4,232

465,9

562,3

423,2 x+

4

4,66

5,623

4,233

466

562,3

423,3 x+

5

4,66

5,623

4,233

466

562,3

423,3 x+

6

4,661

5,624

4,233

466,1

562,4

423,3 x+

7

4,66

5,624

4,233

466

562,4

423,3 x+

8

4,66

5,623

4,232

466

562,3

423,2 x+

9

4,66

5,624

4,232

466

562,4

423,2 x+

10

4,661

5,624

4,232

466,1

562,4

423,2 x+

11

4,653

5,62

4,238

465,3

562

423,8 x-

12

4,653

5,62

4,239

465,3

562

423,9 x-

13

4,653

5,62

4,238

465,3

562

423,8 x-

14

4,653

5,62

4,239

465,3

562

423,9 x-

15

4,653

5,62

4,238

465,3

562

423,8 x-

16

4,653

5,62

4,238

465,3

562

423,8 x-

17

4,653

5,62

4,239

465,3

562

423,9 x-

18

4,652

5,62

4,239

465,2

562

423,9 x-

19

4,653

5,62

4,239

465,3

562

423,9 x-

20

4,653

5,62

4,239

465,3

562

423,9 x-

21

4,657

5,623

4,239

465,7

562,3

423,9 y+

22

4,657

5,624

4,239

465,7

562,4

423,9 y+

23

4,658

5,623

4,238

465,8

562,3

423,8 y+

24

4,657

5,624

4,239

465,7

562,4

423,9 y+

25

4,657

5,624

4,239

465,7

562,4

423,9 y+

26

4,657

5,624

4,238

465,7

562,4

423,8 y+

27

4,657

5,623

4,238

465,7

562,3

423,8 y+

28

4,658

5,624

4,238

465,8

562,4

423,8 y+

29

4,658

5,623

4,238

465,8

562,3

423,8 y+

30

4,657

5,623

4,239

465,7

562,3

423,9 y+

31

4,66

5,624

4,237

466

562,4

423,7 y-

32

4,661

5,625

4,237

466,1

562,5

423,7 y-

33

4,661

5,623

4,237

466,1

562,3

423,7 y-

34

4,661

5,624

4,237

466,1

562,4

423,7 y-

35

4,661

5,624

4,237

466,1

562,4

423,7 y-

36

4,661

5,625

4,237

466,1

562,4

423,7 y-

37

4,661

5,624

4,237

466,1

562,4

423,7 y-

38

4,66

5,624

4,237

466

562,4

423,7 y-

39

4,661

5,624

4,237

466,1

562,4

423,7 y-

40

4,661

5,624

4,236

466,1

562,4

423,6 y-

41

4,661

5,623

4,237

466,1

562,3

423,7 z+

42

4,661

5,623

4,237

466,1

562,3

423,7 z+

43

4,661

5,624

4,237

466,1

562,4

423,7 z+

44

4,661

5,624

4,237

466,1

562,4

423,7 z+

45

4,661

5,623

4,237

466,1

562,3

423,7 z+

46

4,661

5,622

4,237

466,1

562,2

423,7 z+

47

4,661

5,624

4,237

466,1

562,4

423,7 z+

48

4,661

5,623

4,237

466,1

562,3

423,7 z+

49

4,661

5,623

4,237

466,1

562,3

423,7 z+

50

4,661

5,624

4,236

466,1

562,4

423,6 z+

51

4,656

5,617

4,233

465,6

561,7

423,3 z-

52

4,656

5,616

4,233

465,6

561,6

423,3 z-

53

4,656

5,615

4,233

465,6

561,5

423,3 z-

54

4,657

5,616

4,232

465,7

561,6

423,2 z-

55

4,656

5,615

4,232

465,6

561,5

423,2 z-

56

4,656

5,615

4,233

465,6

561,5

423,3 z-

57

4,656

5,615

4,233

465,6

561,5

423,3 z-

58

4,656

5,615

4,232

465,6

561,5

423,2 z-

59

4,657

5,615

4,232

465,7

561,5

423,2 z-

60

4,657

5,616

4,232

465,7

561,6

423,2 z-

i

Xp

Yp

Zp

1

370,748

322,075

273,853

2

370,639

321,956

274,140

3

370,748

322,075

273,853

4

370,639

321,956

274,140

5

370,639

321,956

274,140

6

370,783

321,980

274,121

7

370,783

322,100

273,981

8

370,748

321,956

273,993

9

370,892

322,100

273,834

10

370,892

321,980

273,974

11

369,664

322,359

274,368

12

369,555

322,359

274,514

13

369,664

322,359

274,368

14

369,555

322,359

274,514

15

369,664

322,359

274,368

16

369,664

322,359

274,368

17

369,555

322,359

274,514

18

369,555

322,478

274,374

19

369,555

322,359

274,514

20

369,555

322,359

274,514

21

369,987

322,314

274,599

22

370,131

322,458

274,440

23

370,096

322,194

274,592

24

370,131

322,458

274,440

25

370,131

322,458

274,440

26

370,240

322,458

274,293

27

370,096

322,314

274,452

28

370,240

322,339

274,434

29

370,096

322,194

274,592

30

369,987

322,314

274,599

31

370,349

322,100

274,567

32

370,493

322,124

274,549

33

370,205

321,836

274,866

34

370,349

321,980

274,708

35

370,349

321,980

274,708

36

370,349

321,980

274,708

37

370,349

321,980

274,708

38

370,349

322,100

274,567

39

370,349

321,980

274,708

40

370,457

321,980

274,561

41

370,205

321,836

274,866

42

370,205

321,836

274,866

43

370,349

321,980

274,708

44

370,349

321,980

274,708

45

370,205

321,836

274,866

46

370,060

321,692

275,024

47

370,349

321,980

274,708

48

370,205

321,836

274,866

49

370,205

321,836

274,866

50

370,457

321,980

274,561

51

369,774

321,569

274,531

52

369,630

321,425

274,689

53

369,486

321,281

274,847

54

369,739

321,305

274,683

55

369,595

321,281

274,701

56

369,486

321,281

274,847

57

369,486

321,281

274,847

58

369,595

321,281

274,701

59

369,595

321,161

274,841

60

369,739

321,305

274,683

ś

rednia

370,12

321,99

274,52

σ

0,41

0,36

0,28

2

σ

0,83

0,72

0,57

3

σ

1,24

1,07

0,85

4. Wyznaczenie sztywności statycznej manipulatora szeregowego 6R z wykorzystaniem czujników
linkowych

g) Wykonanie pomiaru

pomiar pierwszy:

Pomiar drugi:

Pomiar trzeci:

5. Wnioski

a) Pomiar powtarzalności pozycjonowania manipulatora.

Według producenta powtarzalność manipulatora powinna nie być mniejsza niż 50 %

w naszym wypadku odpowiednio dla osi x, y, z otrzymaliśmy 83%, 72% , 57%. Wynika z tego, że nasz

manipulator jest ma wyskoki współczynnik powtarzalności pozycjonowania. Dlatego może być na

przykład stosowany w przemyśle motoryzacyjnym jako robot spawający czy nakładający różnego

rodzaju uszczelniacze na części karoserii samochodowej.

b) Pomiar sztywności manipulatora.

Sztywność manipulatora wpływa również na dokładność jego pracy. Podczas

badania sztywności przyjmowaliśmy pozycję nieobciążonego manipulatora za poziom zerowy. Po

dokonaniu tego badania możemy dojść do wniosków, że precyzja manipulatora jest wprost

proporcjonalna do jego sztywności. Współczynnik sztywności możemy wykorzystywać podczas

programowania robota. Po to aby określić dokładnie jego pozycję roboczą.