LABORATORIUM ROBOTY I MANIPULATORY
Temat: Badanie wybranych parametrów funkcjonalnych robotów przemysłowych
1
2
3

1. Wprowadzenie

Zadanie laboratoryjne polegało na wyznaczeniu powtarzalności pozycjonowania i sztywności manipulatora przemysłowego Fanuc S420F o strukturze szeregowej oraz sprawdzeniu czy dokładność na poziomie 0,5 mm podawana przez producenta jest zachowana. Do pomiarów przemieszczeń członu roboczego zostały użyte czujniki linkowe umieszczone na platformie - linki połączone z chwytakiem przenoszą obciążenia wynikające ze zmian ich długości, które bezpośrednio wpływają na wskazania z podłączonych do nich czujników. Uzyskane pomiary służyą do wyznaczenia powtarzalności pozycjonowania manipulatora i wyznaczenia współczynników macierzy sztywności: k₁₃,k₂₃,k₃₃.

1. Przedstawienie obiektu badań

1. manipulator o strukturze szeregowej Fanuc S420F

Rys.1 Schemat strukturalny

• Producent FANUC ROBOTICS.

• Masa robota: ok. 1600 [kg].

• Liczba stopni swobody: 6,

• Sześć osi obrotowych CNC.

• Powtarzalność: +/- 0.5 [mm].

• Udźwig: 120 [kg].

• Zasięg ramienia robota: 2410 [mm].

• Zasięg ramienia w pionie: 2731 [mm].

• Prędkość końcówki roboczej: 0-1500 [mm/s]

• Wyłączniki krańcowe na każdej osi.

• Wyposażony w szafę sterowniczą dla 6 osi.

b)Analiza strukturalna:

Pary kinematyczne	Oznaczenie	Liczba stopnie swobody	Więzy	Klasa
Obrotowy		1	5	5

Tab.1 Analiza strukturalna

Ruchliwość manipulatora wg kryterium Kutzbaha-Grublera przedstawia się jako:

W=6(n-1)-∑⁵₁ ip_i

Gdzie:

w-ruchliwość mechanizmu

n-liczba ogniw ruchomych i nieruchomych

p_i-liczba par kinematycznych i klasy

w=6*(7-1)-6*5=6

c) pozycja i orientacja członu roboczego względem układu podstawy manipulatora

Wektor pozycji

Macierz orientacji chwytaka względem podstawy.

3)Wyznaczenie powtarzalności pozycjonowania manipulatora

a)Stanowisko pomiarowe:

Rys. 2 stanowisko pomiarowe

Miernik TYPE 6.550.012.005

Czujnik TYPE 3501.A221.000015-28 VDC

b)wyznaczenie wektora pozycji członu roboczego względem układu{xyz} na podstawie długości linek pomiarowych

a=400mm

b=400mm

Wyznaczono pozycję członu roboczego na podstawie zależności określających długość każdej z linek

(l_i-długość i linki, gdzie i=1,2,3) jako:

||AP||=l₁

||BP||=l₂

||CP||=l₃

Wykorzystując oznaczenia przedstawione na rysunku powyżej otrzymujemy:

Rozwiązując równanie otrzymano pozycję członu roboczego względem układu {xyz} jako:

Ograniczono się tylko do jednej konfiguracji ze względu na sposób zamocowania czujników umożliwiających pomiar tylko dla z_p>0

c)powtarzalność pozycjonowania manipulatora

d) Wykonanie pomiaru i analiza wyników:

Dokonano pomiaru pozycjonowania, do tego celu użyto czujników linkowych jak na schemacie powyżej (Rys.2). Ustalono punkt początkowy chwytaka i wykonano najazdy po osiach x,y,z w tym samym kierunku, ale o różnych zwrotach za każdym razem wracając do punktu początkowego.

Powyższe dane zamieszczone w tabelach pozwalają na sporządzenie następujących charakterystyk:

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

e)stanowisko pomiarowe

f)Macierz sztywności

Macierz sztywności manipulatora o strukturze szeregowej przedstawia się jako:

K_i,j=$\frac{\mathbf{Fj}}{\mathbf{pi}}$ k₁₃=$\frac{\mathbf{Fz}}{\mathbf{x}}$ k₂₃=$\frac{\mathbf{Fz}}{\mathbf{y}}$ k₃₃=$\frac{\mathbf{Fz}}{\mathbf{z}}$

g)Wykonanie pomiaru:

Obrano punkty początkowe (3). Do chwytaka dokładano kolejno 5-cio kilowe ciężarki (od zera do 50kg) i odczytywano wartości z czujników. Następnie zdejmowano kolejno ciężarki i również odczytywano wartości z czujników (obciążanie i odciążanie).

Współrzędne kartezjańskie i konfiguracyjne chwytaka określone względem układu podstawy manipulatora dla punktu P1, P2 i P3.

Wyniki pomiarów otrzymane w położeniu P1

Nr pomiaru	Masa	Fz [N]	xpi [mm]	ypi [mm]	zpi [mm]	Δx [mm]	Δy [mm]	Δz [mm]
1	0,00	0,00	368,80	328,03	269,99	0,00	0,00	0,00
2	5,00	49,05	369,23	328,03	269,41	0,43	0,00	-0,58
3	10,00	98,10	368,99	328,05	268,89	0,18	0,02	-1,10
4	15,00	147,15	369,02	328,12	268,34	0,22	0,08	-1,65
5	20,00	196,20	368,99	327,98	268,35	0,19	-0,06	-1,64
6	25,00	245,25	369,06	327,95	268,07	0,26	-0,08	-1,92
7	30,00	294,30	369,03	327,93	267,94	0,22	-0,11	-2,05
8	35,00	343,35	368,96	327,88	267,67	0,16	-0,16	-2,32
9	40,00	392,40	368,82	327,85	267,69	0,01	-0,18	-2,30
10	45,00	441,45	369,03	327,97	267,26	0,23	-0,07	-2,74
11	50,00	490,50	368,86	327,92	267,14	0,05	-0,12	-2,86
12	50,00	490,50	368,86	327,92	267,14	0,05	-0,12	-2,86
13	45,00	441,45	368,89	328,06	267,13	0,09	0,02	-2,87
14	40,00	392,40	368,89	327,94	267,27	0,09	-0,09	-2,72
15	35,00	343,35	368,64	327,92	267,43	-0,16	-0,12	-2,56
16	30,00	294,30	368,71	327,97	267,69	-0,09	-0,07	-2,30
17	25,00	245,25	368,61	327,85	267,98	-0,20	-0,18	-2,01
18	20,00	196,20	368,53	327,88	268,26	-0,27	-0,16	-1,73
19	15,00	147,15	368,53	327,88	268,26	-0,27	-0,16	-1,73
20	10,00	98,10	368,74	328,07	268,37	-0,06	0,03	-1,63
21	5,00	49,05	368,78	328,09	268,50	-0,03	0,06	-1,49
22	0,00	0,00	368,49	328,08	269,75	-0,32	0,04	-0,24

Dla punktu P2:

Dla P3:

Nr pomiaru	Masa	Fz [N]	xpi [mm]	ypi [mm]	zpi [mm]	Δx [mm]	Δy [mm]	Δz [mm]
45	0,00	0,00	545,70	470,00	192,56	0,00	0,00	0,00
46	5,00	49,05	545,70	470,00	192,56	538,25	464,73	-389,44
47	10,00	98,10	545,86	470,06	191,18	538,41	464,79	-390,82
48	15,00	147,15	545,86	470,06	191,18	538,41	464,79	-390,82
49	20,00	196,20	546,07	470,31	189,57	538,62	465,04	-392,43
50	25,00	245,25	546,07	470,31	189,57	538,62	465,04	-392,43
51	30,00	294,30	546,52	470,50	188,20	539,07	465,23	-393,80
52	35,00	343,35	546,47	470,46	188,06	539,01	465,19	-393,94
53	40,00	392,40	546,41	470,42	187,93	538,96	465,15	-394,07
54	45,00	441,45	546,41	470,56	187,56	538,96	465,29	-394,44
55	50,00	490,50	546,54	470,56	187,18	539,09	465,29	-394,82
56	50,00	490,50	546,54	470,56	187,18	539,09	465,29	-394,82
57	45,00	441,45	546,54	470,56	187,18	539,09	465,29	-394,82
58	40,00	392,40	546,54	470,56	187,18	539,09	465,29	-394,82
59	35,00	343,35	546,54	470,56	187,18	539,09	465,29	-394,82
60	30,00	294,30	546,41	470,42	187,93	538,96	465,15	-394,07
61	25,00	245,25	546,41	470,56	187,56	538,96	465,29	-394,44
62	20,00	196,20	546,28	470,56	187,95	538,83	465,29	-394,05
63	15,00	147,15	546,28	470,27	188,67	538,83	465,00	-393,33
64	10,00	98,10	546,20	470,31	189,19	538,75	465,04	-392,81
65	5,00	49,05	545,94	470,17	190,31	538,49	464,89	-391,69
66	0,00	0,00	545,86	470,21	190,82	538,41	464,94	-391,18