Poradnik: Ile osi potrzebuje mój robot?

Każdy zainteresowany robotyką lub zamierzający wdrożyć roboty w swoim zakładzie pracy, zastanawiał się pewnie nie raz nad tym, ile osi takowe rozwiązanie posiadać powinno. Wszak wraz ze wzrostem liczby osi rośnie skomplikowanie układu, a razem z nim i cena samego robota. Większość robotów posiada w granicach od trzech do siedmiu osi i dlatego też w poniższym artykule zaprezentujemy możliwości właśnie takich rozwiązań.

 

Czym jest oś robota?

Gdy mówimy o liczbie osi robota odnosimy się do jego stopni swobody, czyli płaszczyzn, w której dany robot może wykonać ruch manipulatorem. W przypadku robota o trzech stopniach swobody, może on operować w płaszczyznach X-Y-Z. Jednakże nie może on pochylać się ani obracać wokół osi pionowej. Wraz ze wzrostem liczby stopni swobody robot zyskuje możliwość docierania do większej ilości punktów w przestrzeni wokół siebie.

Aby rozpoznać ilość osi danego robota powinniśmy policzyć jego silniki. Zazwyczaj są one zabudowane i zgrabnie zintegrowane z ramą, przez co dostrzeżenie ich może być niemożliwe. Co do zasady producenci zasłaniają je pokrywami z widocznymi śrubami, dzięki czemu serwisant może mieć nieskrępowany dostęp do silnika, więc w razie niewidocznych silników, należy sugerować się liczbą pokryw. Będzie to dokładniej wyjaśnione na przykładzie poniżej.

Należy pamiętać, że jest niemal niemożliwe rozbudowanie robota o kolejne osie, a sprzedawane produkty są wysoce przystosowane wyłącznie do wykonywania pracy zgodnej z liczbą ich zasadniczych stopni swobody. Także pamiętajcie o tym, że w obliczu skomplikowanego zadania przewidzianego dla robota, należy z góry zakładać wybór układu o większej ilości osi.

Poniżej znajduje się zestawienie najbardziej popularnych rodzajów robotów, sklasyfikowanych po liczbie stopni swobody. Zaznaczamy, że jest to lista orientacyjna, a przyjmowane rozwiązania mogą się wyraźnie różnić pomiędzy robotami oferowanymi przez różnych producentów.

 

Trzy osie (3-axis)

Roboty trzyosiowe, zwane również kartezjańskimi lub scara, mogą zostać porównane do frezarki CNC lub drukarki 3D. To roboty które umożliwiają poruszanie się manipulatora w trzech osiach, przy wykorzystaniu trzech odrębnych silników. Ten typ robota znajdzie zastosowanie przy prostych działaniach typu pick-and-place, gdzie detale nie będą obracane a różnica między pozycją początkową i końcową zajdzie wyłącznie w płaszczyźnie X-Y. Dobrym przykładem robota trzyosiowego w kontekście możliwości przemieszczania przedmiotów, są żurawie stosowane w stoczniach.

 

 

Cztery osie (4-axis)

Czteroosiowy robot pozwoli wykonywać te same operacje, co robot o trzech osiach, dodając możliwość obrotu manipulatora. Do tej grupy robotów możemy zaliczyć rozwiązania typu scara oraz delta. Posługując się czterema silnikami, robot może nie tylko przemieszczać detale, ale także nadawać im właściwą orientację. Jest to niezbędne, jeżeli np. robot przekłada detale między dwoma taśmociągami, gdzie odpowiednie ułożenie i zorientowanie przedmiotu jest kluczowe.

 

 

Pięć osi (5-axis)

Roboty pięcioosiowe są zbliżone konstrukcją do tego, co powszechnie jest postrzegane w uproszczeniu jako “robot przemysłowy”. Po robotach sześcioosiowych jest to najczęściej wykorzystywany typ robota w przemyśle. Nie dość że robot o pięciu stopniach swobody może poruszać się w osiach X-Y-Z, to sam manipulator może być obracany w osi Z-Y. Dzięki temu robot ten staje się niezwykle uniwersalnym narzędziem, skrojonym na miarę wielu rozwiązań. Jednak brak możliwości obrotu manipulatora w osi X powoduje, że ma on swoje ograniczenia.

 

 

Sześć osi (6-axis)

To typ robota obecnie najczęściej spotykany w przemyśle. Dzięki sześciu stopniom swobody sam robot może bez ograniczeń poruszać się w trzech osiach, mogąc przy tym dowolnie obracać manipulatorem. Zapewnia do efektywny dostęp do dowolnego punktu w przestrzeni wokół robota, ograniczonej jedynie zasięgiem jego ramion. Dobrym przykładem są rozwiązania proponowane przez Universal Robots – na zdjęciu widać wyraźnie pokrywy w niebieskim odcieniu, zakrywające silniki, które pozwalają ocenić liczbę stopni swobody.

 

 

Siedem osi (7-axis)

Ze względu na szerokie możliwości zastosowania robotów sześcioosiowych, posiadanie siódmego stopnia swobody staje się fakultatywne. Dodanie kolejnej osi nie zwiększa promienia, w którym dany robot może pracować, jednak efektywnie zwiększa ilość ustawień osi, przy pomocy których robot może umieścić manipulator w danym punkcie w przestrzeni. Pozwala to uniknąć punktów osobliwych, które dzięki zastosowaniu siódmej osi można z powodzeniem omijać. Dobrym przykładem są tu roboty marki Yaskawa z serii SDA.

 

 

Większa ilość osi

Zazwyczaj mowa jest o 12 lub 13 punktach swobody. Oznacza to tyle, że dwa roboty mogą zostać połączone celem otrzymania robota o dwóch “rękach”. Jeżeli platforma, na której zostały umieszczone owe ręce posiada możliwość obrotu, możemy mówić o robocie trzynastoosiowym. Ten rodzaj robotów jest coraz częściej spotykany, lecz nadal znacznie ustępuje popularnością robotom sześcioosiowym. Dobrym przykładem robota dwunastoosiowego jest ABB YuMi.

 

 

Źródło: robohub.org