چگونه می‌توان برنامه‌ریزی مسیر یک ربات مشارکتی شش محوره را بهینه کرد؟

اگر در حال خواندن این مطلب هستید، به احتمال زیاد زمان زیادی را صرف عیب‌یابی برنامه‌ریزی مسیر ربات مشارکتی شش محوره کرده‌اید - به تماشای اتلاف انرژی ربات‌تان، از دست دادن زمان چرخه یا گیر کردن وسط کار، زیرا مسیر آن از نقطه A تا نقطه B بیشتر یک جاده پر پیچ و خم است تا یک مسیر مستقیم و هوشمند. به‌عنوان تامین‌کننده این اسب‌های کار کوچک، من به‌طور مستقیم دیده‌ام که چگونه برنامه‌ریزی مسیر بد می‌تواند یک پروژه را نابود کند. ما تماس‌هایی را از تولیدکنندگانی دریافت کردیم که فکر می‌کردند CR920 عملکرد ضعیفی دارد، اما متوجه شدیم که مسیر آن به‌جای سرعت و کارایی برای «ایمنی» بهینه شده است. اگر در آن قایق هستید، بیایید نحوه بهینه‌سازی برنامه‌ریزی مسیر کوبات شش محوره را بدون ایجاد پیچیدگی بیش از حد توضیح دهیم.

اول، بیایید چیزی را مستقیم بیان کنیم: برنامه ریزی مسیر برای کوبات های شش محوره فقط رسیدن از نقطه X به نقطه Y نیست. این در مورد محاسبه هر مفصل، بار و متغیر محیطی است که کوبات شما را منحصر به فرد می کند. برخلاف روبات‌های صنعتی که در قفس زندگی می‌کنند، ربات‌های مشارکتی باید در اطراف انسان‌ها، قطعات و گاهی اوقات تجهیزات موجود شما کار کنند، بنابراین بهینه‌سازی باید سرعت، ایمنی و مصرف انرژی را متعادل کند. من می گویم بزرگترین اشتباهی که می بینم مشتریان مرتکب می شوند این است که به جای اینکه آن را برای وظایف خاص خود تغییر دهند، مسیر داخلی کوبات را پیش فرض می گیرند. برای مثال، یک کار انتخاب و جابجایی که روی یک شبیه‌ساز عالی عمل می‌کند، ممکن است به یک آشفتگی کند و پر انرژی در طبقه مغازه تبدیل شود، زیرا شما برای بار 5 کیلوگرمی قطعاتی که در حال جابجایی هستید، تنظیم نشده‌اید.

بیایید با اصول اولیه شروع کنیم: تنظیم پارامترهای سینماتیک. کوبات های شش محوره دارای شش مفصل هستند که هر کدام برد، محدودیت سرعت و شتاب خاص خود را دارند. اگر فقط از محدودیت های مشترک پیش فرض استفاده کنید، عملکرد را روی میز باقی می گذارید. اکثر کنترل‌کننده‌های کوبات به شما امکان می‌دهند «مقیاس‌گذاری سرعت مشترک» و «هموارسازی شتاب» را تنظیم کنید، اما بیشتر افراد آن را تنظیم می‌کنند و فراموش می‌کنند. نکته اینجاست: شتاب بالاتر همیشه بهتر نیست. اگر مسیر شما دارای پیچ های تنگ است، شتاب بیش از حد میل لنگ می تواند باعث تکان خوردن ربات شود که نه تنها انرژی را هدر می دهد، بلکه به مرور زمان مفاصل را نیز تحت فشار قرار می دهد. ما مشتریانی داشته‌ایم که زمان چرخه خود را تنها با شماره‌گیری شتاب در هر مفصل به جای استفاده از تنظیمات جهانی ۱۵ درصد کاهش داده‌اند. برای کوبات های سری CR (مانندربات مشارکتی CR1400)، این یک تغییر دهنده بازی است زیرا طراحی سینماتیک آنها به مفاصل جداگانه اجازه می دهد بدون به خطر انداختن ثبات کلی حرکت کنند. قاب سبک وزن CR1400 برای این نوع تنظیم دقیق ساخته شده است، بنابراین برای داشتن جریان بهتر مسیر، نیازی به کاهش قدرت ندارید.

مرحله بعدی: اجتناب از موانع که در واقع کار می کند (نه، نه تنظیمات اولیه). بسیاری از بدترین لحظات برنامه‌ریزی مسیر cobot از «ایست تصادفی» ناشی می‌شوند، زمانی که ربات فکر می‌کند نزدیک یک انسان است یا به قسمتی از دستگاه شما برخورد می‌کند. الگوریتم‌های عمومی اجتناب از موانع برای همه یکسان هستند، اما اگر فضای کاری خود را به درستی ترسیم کنید، می‌توانید مسیرها را برای اجتناب از موانع به‌جای واکنش به آن‌ها، بهینه کنید. به این صورت است: از آویز آموزشی کوبات خود برای ضبط تمام موانع ثابت (نقاله‌ها، ایستگاه‌های کاری، حتی کابل‌های برق) در فضای کاری استفاده کنید. اکثر کنترل‌کننده‌های کوبات شش محوره مدرن به شما امکان می‌دهند این نقشه را وارد کنید، بنابراین برنامه‌ریز مسیر می‌تواند مسیری را محاسبه کند که قبل از شروع حرکت ربات از آن موانع عبور می‌کند. برای موانع پویا (مثل انسانی که در نزدیکی کار می کند)، یک منطقه ایمنی سفارشی تنظیم کنید - به جای حباب 1 متری در اطراف کل ربات، یک منطقه کوچکتر در نزدیکی نقطه ابزار که در آن تماس واقعی اتفاق می افتد ایجاد کنید. به این ترتیب، ربات برای انسانی که در فاصله 2 متری ایستاده است، کاهش نمی‌یابد، که کارایی مسیر را بدون به خطر انداختن ایمنی حفظ می‌کند. ما این کار را به‌ویژه با مدل‌های صرفه‌جویی در مصرف انرژی، مانندربات مشارکتی صرفه جویی در انرژی CR920زیرا پرهیز از توقف های غیر ضروری مصرف انرژی را کاهش می دهد. طراحی موتور CR920 برای کاهش انرژی در حالت بیکاری ساخته شده است، بنابراین هنگامی که مسیر شما از توقف ناگهانی جلوگیری می کند، پس انداز بیشتری نیز دریافت می کنید.

سپس برنامه ریزی حرکتی برای بار و ابزار وجود دارد. این یک نقطه کور فوق العاده رایج است. مسیر کوبات شما کاملاً بسته به ابزاری که در دست دارد و بار سنگین آن تغییر می کند. به عنوان مثال، یک گیره 2 کیلوگرمی، مرکز ثقل (CoG) اثر انتهایی را تغییر می‌دهد، به این معنی که مفاصل برای حرکت باید سخت‌تر کار کنند. اگر برنامه‌ریز مسیر را با CoG جدید به‌روزرسانی نکنید، حرکت ناهموار، مصرف انرژی بالاتر و حتی دقت کمتری خواهید داشت. راه حل ساده است: وقتی ابزارها یا محموله‌ها را تغییر می‌دهید، کالیبراسیون سریع CoG را روی cobot اجرا کنید. اکثر مدل های شش محوره مانندربات مشارکتی صرفه جویی در انرژی CR620، یک عملکرد کالیبراسیون با یک ضربه برای این کار داشته باشید. ما یک مشتری داشتیم که بین یک گیره خلاء 3 کیلوگرمی و یک گیره مکانیکی 5 کیلوگرمی جابجا شد و تا زمانی که کالیبراسیون CoG را انجام داد، زمان مسیر خود را 20٪ افزایش داد. ناگهان، مسیر آنها هموار شد، مصرف انرژی کاهش یافت و آنها مجبور نبودند هر نقطه بین راه را دوباره آموزش دهند. ظرفیت بار قابل انعطاف CR620 آن را برای این نوع تغییرات سریع عالی می کند، بنابراین بهینه سازی مسیرها برای ابزارهای مختلف کار سختی به نظر نمی رسد.

صبر کنید، بیایید در مورد صاف بودن صحبت کنیم. نه، منظورم رانندگی در جاده صاف نیست، منظورم مسیر مسیر است. کوبات های شش محوره در مسیرهای خطی یا مبتنی بر مفصل حرکت می کنند، اما مسیرهای خطی (که مستقیماً از یک نقطه به نقطه دیگر حرکت می کنند) تنها در صورتی کارآمدتر هستند که به پیچ های مفصلی تیز نیاز نداشته باشند. مسیرهای مبتنی بر مفصل ممکن است تصادفی به نظر برسند، اما اغلب منجر به حرکت نرم‌تر می‌شوند زیرا محدوده طبیعی هر مفصل را در اولویت قرار می‌دهند. بدترین مسیرها، مسیرهایی هستند که بین حرکت خطی و مشترک در اواسط کار جابجا می شوند و باعث می شوند ربات به هدر رود. اکثر کنترل‌کننده‌ها دارای تنظیمات «هموارسازی مسیر» هستند که به شما امکان می‌دهد تا میزان تبعیت ربات از نقاط بین راه را تنظیم کنید. اگر این میل را خیلی بالا بکشید، مسیرهای ناهمواری خواهید داشت. خیلی کم است و فاصله غیر ضروری را به مسیر اضافه خواهید کرد. توصیه می کنیم برای اکثر کارها مقدار آن را بین 5 تا 15 درصد تنظیم کنید، اما آن را با کوبات خاص خود آزمایش کنید. برای دسترسی طولانی تر، مانندربات مشارکتی CR1600هموارسازی مسیر بسیار مهم است زیرا در صورت ناهمواری مسیرها، بازوی بلندتر مستعد تاب خوردن است. دسترسی گسترده CR1600 برای حفظ پایداری حتی با مسیرهای هموار و بهینه طراحی شده است، بنابراین لازم نیست در هنگام دستکاری آن تنظیمات به دقت توجه کنید.

یکی دیگر از ترفندهای دست کم گرفته شده: استفاده از شبیه سازی قبل از استقرار. می دانم، می دانم - "شبیه سازی زمان می برد!" اما چقدر زمان صرف تعمیر مسیری می کنید که روی زمین کار نمی کند؟ اکثر تامین کنندگان کوبات شش محوره ابزارهای شبیه سازی را ارائه می دهند که به شما امکان می دهد فضای کاری، بار و وظایف خود را وارد کنید، سپس برنامه های مسیرهای مختلف را بدون جابجایی یک قسمت آزمایش کنید. این به شما امکان می دهد قبل از اینکه ربات را جعبه گشایی کنید، برخوردها، ناکارآمدی ها یا مفاصل اضافه بار را تشخیص دهید. به عنوان مثال، اگر در حال تنظیم یک کار جوشکاری هستید، شبیه‌سازی می‌تواند به شما نشان دهد که یک مسیر خاص فشار زیادی به مفصل 3 وارد می‌کند، بنابراین می‌توانید به جای عیب‌یابی در روز اول، نقاط بین راه را از قبل تنظیم کنید. ما دیده‌ایم که مشتریان فقط با استفاده از شبیه‌سازی زمان استقرار خود را تا 30 درصد کاهش داده‌اند و برای کارهای با حجم بالا که به پول واقعی اضافه می‌شود. راربات مشارکتی CR1300یکپارچه با اکثر نرم‌افزارهای شبیه‌سازی رایج ادغام می‌شود، بنابراین می‌توانید مسیرها را دقیقاً قبل از رسیدن ربات از رایانه خود تغییر دهید.

اکنون، بیایید به طور خاص به بهینه سازی انرژی بپردازیم - زیرا این یک نقطه فروش بزرگ برای کوبات های ما است و برنامه ریزی مسیر ساده ترین راه برای کاهش مصرف انرژی است. ما اندازه‌گیری کرده‌ایم که برنامه‌ریزی بد مسیر می‌تواند باعث شود که یک کوبات شش محوره ۳۰ درصد بیشتر از نیاز انرژی مصرف کند. چگونه؟ با توقف های غیر ضروری، چرخش های تند یا حرکت ناکارآمد مفصل. اصلاحاتی که قبلاً در مورد آنها صحبت کردیم - مسیرهای هموارتر، اجتناب از موانع، کالیبراسیون CoG - همه به طور مستقیم مصرف انرژی را کاهش می دهند. برای مثال، مدل‌های کم مصرف ما (CR920 و CR620) دارای موتورهایی هستند که با بار تطبیق می‌یابند، بنابراین وقتی مسیر شما بهینه می‌شود، موتورها سخت‌تر از آنچه نیاز است کار نمی‌کنند. به همین دلیل است که این مدل‌ها برای تولیدکنندگان کوچک و متوسط ​​که می‌خواهند در هزینه‌های نیروی کار و انرژی صرفه‌جویی کنند بسیار مناسب هستند. اگر به دنبال کاهش هزینه‌های عملیاتی هستید، بهینه‌سازی برنامه‌ریزی مسیر اولین قدم است و خطوط صرفه‌جویی انرژی ما این کار را آسان‌تر می‌کند.

صبر کنید، بیایید واقعی شویم - درباره اشتباهات رایج مردم چه می شود؟ من دیده ام که مشتریان سعی می کنند مسیرها را به صورت دستی با جابجایی هر نقطه بین 1 سانتی متری بهینه کنند، و این برای کارهای ساده کار می کند، اما برای کارهای پیچیده (مانند بسته بندی یا مونتاژ)، این اتلاف وقت است. اشتباه دیگر: نادیده گرفتن الگوریتم های برنامه ریزی مسیر داخلی کوبات. نه، لازم نیست یک مسیر سفارشی را از ابتدا کدنویسی کنید. اکثر کوبات‌های شش محوره مدرن دارای برنامه‌ریزهای مسیر پیشرفته هستند که می‌توانند سازگار شوند، اما شما باید داده‌های مناسب را به آنها بدهید. به عنوان مثال، اگر وزن بار واقعی خود را وارد نکنید، برنامه ریز مسیر به طور پیش فرض وزن کمتری را تنظیم می کند که منجر به حرکت ناکارآمد می شود. همچنین، هر بار که گردش کار خود را تغییر می دهید، برنامه ریزی مسیر خود را فراموش نکنید. اگر ایستگاه های کاری خود را مجدداً مرتب کنید یا قسمت هایی را که در حال جابجایی هستید تغییر دهید، مسیر قدیمی دیگر کار نخواهد کرد. توصیه می کنیم هر 3 ماه یکبار یا پس از هر تغییر عمده در فضای کاری یا وظایف خود، یک بررسی مسیر انجام دهید.

بنابراین، با کنار هم قرار دادن همه اینها: پارامترهای سینماتیکی را بهینه کنید، موانع را به طور پیشگیرانه ترسیم کنید، CoG را برای بار/ابزار کالیبره کنید، از مسیرهای صاف استفاده کنید، در شبیه سازی آزمایش کنید، و برای استفاده از انرژی بهینه سازی کنید. این علم موشک نیست، اما باید به جزئیات کوچک کوبات و کار خاص خود توجه کنید. اگر هنوز با مشکل مواجه هستید، یا به دنبال یک ربات جدید شش محوره مشترک هستید که برای بهینه سازی آسان ساخته شده است، ما طیف وسیعی از مدل ها را برای نیازهای مختلف داریم. چه به یک گزینه جمع و جور و کم مصرف برای فضاهای کاری کوچک نیاز داشته باشید، چه به یک مدل دوربرد برای کارهای بزرگتر، خط کوبات های شش محوره ما به گونه ای طراحی شده است که برنامه ریزی مسیر را ساده تر و کارآمدتر کند. ما سال‌ها صرف اصلاح این مدل‌ها کرده‌ایم تا سرعت، ایمنی و سهولت استفاده را متعادل کنیم، بنابراین برای به دست آوردن یک کوبات که برای کسب‌وکارتان کار می‌کند، نیازی به کاهش عملکرد ندارید.

اگر آماده هستید که با مسیرهای سست و هدر دهنده انرژی دست بردارید و از ربات شش محوره خود نهایت استفاده را ببرید، ما می توانیم کمک کنیم. تیم ما با صدها تولید کننده کار کرده است تا برنامه ریزی مسیر را برای انواع کارها، از انتخاب و جابجایی گرفته تا مونتاژ گرفته تا بسته بندی، بهینه کند. ما می‌توانیم به سؤالات شما پاسخ دهیم، بهترین تنظیمات را برای مدل خاص خود به شما ارائه دهیم، یا حتی به شما در انتخاب کوبات مناسب برای نیازهایتان کمک کنیم. امروز برای شروع گفتگو با ما تماس بگیرید - بیایید کاری کنیم که کوبات شما هوشمندتر کار کند، نه سخت تر.

مراجع

1. بیلارد، ا.، کراگیک، دی (2019). روندها و چالش ها در دستکاری ربات علم رباتیک، 4 (34)، eaau8414.
2. انجمن رباتیک مشارکتی (2022). بهترین روش های برنامه ریزی مسیر برای کوبات های شش محوره. گزارش فنی صنعت
3. لیو، اچ، و همکاران. (2021). برنامه ریزی مسیر کارآمد انرژی برای ربات های صنعتی: یک بررسی سیستماتیک مجله تولید هوشمند، 32(5)، 1345-1362.
4. رباتیک ABB. (2023). بهینه سازی حرکتی ربات مشترک شش محوره. راهنمای فنی محصول