Stopnie swobody robota: jego funkcje i zastosowania

Na rynku robotów kolaboracyjnych warto zwrócić uwagę na podział ze względu na stopnie swobody (DoF). Najczęściej stosowanymi robotami przemysłowymi, są te o sześciu stopniach swobody. Zanim przejdziemy do wyjaśnienia, dlaczego, odpowiedzmy na pytania: co to są stopnie swobody robota i jakie mają znacznie w kontekście zwiększenia efektywności prac badawczych i naukowych na uniwersytecie?

 

Spis treści:

 

Stopnie swobody robota

Stopnie swobody robota to niezależne zmienne, która są konieczne do jednoznacznego opisania stanu układu fizycznego. Mają umożliwić określenie położenia urządzenia w przestrzeni. W mechanice zależą od dwóch czynników: charakteru nałożonych więzów i liczby ruchomych osi, z których stworzony jest układ. 

W sytuacji, gdy mechanizm składa się z kilku przegubów stopnie swobody robota, to możliwość wykonania niezależnych ruchów względnych między poszczególnymi elementami urządzenia. Dotyczy to między innymi sposobu poruszania się ramion robotów. Warto pamiętać, że wyznaczanie zmiennych to niezwykle ważny etap analizy stanu nie tylko robotów, ale również innych urządzeń w inżynierii mechanicznej, strukturalnej i lotniczej. 

 

Budowa ramion robotów a stopnie swobody

By poprawnie zdefiniować położenie obiektów w przestrzeni, należy ustalić wszystkie niezależne zmienne. Przykładowo w przypadku robotów 6-osiowych będą to współrzędne kartezjańskie lub położenie X, Y, Z oraz orientację – przechylenie, pochylenie i odchylenie, czyli R, P, Y (ang. roll, pitch, yaw).

Analizując stopnie swobody robota (DoF) pod kątem ramion robotów, definiują one niezależny staw, który odpowiada za możliwość bezkolizyjnych ruchów liniowych i rotacyjnych. Każda oś geometryczna, wokół której przeguby mogą się obracać lub rozciągać, jest liczona jako pojedynczy stopień swobody. 

W ofercie Edu4Industry znajdziesz ramiona robotów Universal Robots z sześcioma przegubami, Quanser QArm z czterema oraz roboty Kinova, które składają się z sześciu lub siedmiu przegubów. Każdy z przegubów odpowiada za jeden stopień swobody. Jeżeli manipulator posiada sześć stopni swobody, może bez ograniczeń manipulować przedmiotem w każdej płaszczyźnie/osi. Zapewnia to efektywny dostęp do dowolnego punktu w przestrzeni wokół robota, ograniczonej jedynie zasięgiem jego ramienia.

Wyposażenie laboratorium w ramiona robotów z różnymi stopniami swobody umożliwia między innymi naukę modelowania systemu robotycznego czy zaawansowaną implementację algorytmów sztucznej inteligencji (AI) służących do autonomicznego sterowania ramieniem manipulatora. 

 

Jakie możliwości zapewniają różne stopnie swobody robota?

Oto szybkie posumowanie możliwości, jakie zapewniają różne stopnie swobody robota: 

  1. Trzy osie umożliwiają poruszanie się manipulatora przy wykorzystaniu trzech odrębnych silników. Sprawdzi się w przypadku prostych ruchów typu podnieś i przenieś w płaszczyźnie X-Y. 
  2. Cztery osie pozwalają na wykonywanie takich samych operacji jak w przypadku robotów trzyosiowych. Różnicą jest możliwość obrotu manipulatora. Dzięki czterem odrębnym silnikom może nie tylko się przemieszczać, ale również nadawać im właściwą orientację.
  3. Roboty pięcioosiowe są wykorzystywane często w przemyśle. Poruszają się one w osiach X-Y-Z oraz obracają w osi Z-Y. 
  4. Roboty sześcioosiowe są najczęściej wprowadzane w przemyśle ze względu na możliwość obracania oraz poruszania się w trzech osiach bez ograniczeń. Dzięki temu manipulator zyskuje dostęp do dowolnego punktu w swojej przestrzeni.
  5. Z kolei siódma oś jest fakultatywna i sprawia, że robot może osiągnąć tę samą pozycję i orientację końcówki efektora na praktycznie nieskończoną ilość sposobów. Dzięki temu umożliwia sprawniejsze manipulowanie wokół przeszkód oraz eliminuje problem osobliwości. 

 

Bezpieczeństwo a siedem osi robota kolaboracyjnego

Zwiększenie bezpieczeństwa w przypadku stopni swobody robota można rozpatrywać w trzech ujęciach, gdzie każde jest ściśle powiązane z wymienionymi w poprzednim akapicie możliwościami 7-osiowego kobota. 

Po pierwsze ruch robota można zaprogramować, aby podczas doświadczeń naukowych przedmiot pozostawał w odległości bezpiecznej dla ludzi. Przykładem może być odwrócenie ostrych krawędzi urządzenia tak, by nie opuszczało bezpieczniejszej strefy, którą jest wysokość od pasa w górę do wysokości ramion (specyfikacja techniczna ISO/TS 15066). Po drugie kobot wyposażony w siedem osi może sam osłaniać przed ludźmi przenoszony przedmiot. 

Po trzecie pozostaje kwestia umieszczenia 7-osiowego kobota w towarzystwie innych maszyn. Takie rozwiązanie zwiększa dostępną przestrzeń, a także zmniejsza ilość miejsc potencjalnej kolizji.

 

Edu4Industry: ramiona robotów Kinova i Universal Robots

Siedmioosiowe ultralekkie ramiona robotów Kinova mają ogromny potencjał badawczy. Co więcej, współpraca z nimi przygotowuje studenta do prac badawczych oraz na przyszłe wyzwania związane z robotyzacją. Maksymalny udźwig wynosi 4kg, a zasięg wynosi 902 mm. 

 

Sprawdź ofertę: Ultralekkie Ramię Robota Kinova o 7 Stopniach Swobody

 

Model Kinova Gen3 Lite sprawdzi się doskonale do dydaktyki oraz prostych projektów badawczych. Zapewnia udźwig do 0.5kg, a jego zasięg wynosi 760 mm.

 

Sprawdź ofertę: Kinova Gen3 Lite

 

Ramię robota Kinova o 6 stopniach swobody maksymalny udźwig wynoszący 4kg oraz zasięg 902 mm. 

 

Sprawdź ofertę: Ultralekkie Ramię Robota Kinova o 6 Stopniach Swobody

 

Dodatkowo w naszej ofercie znajdziesz także modele Universal Robots. Jednym z nich jest UR3/3e, czyli najmniejsze z dostępnych ramion w ofercie Universal Robots. Sprawdza się w przypadku prostych eksperymentów bez konieczności dużego zasięgu (do 500 mm) i udźwigu (do 3 kg). Ma 6 stopni swobody.

 

Sprawdź ofertę: UR3/3e

 

UR5/5e to średnie ramę w ofercie Universal Robots, które pozwala na podnoszenie przedmiotów do 5kg i przenoszenie ich na większe odległości (do 850 mm). Ma 6 stopni swobody. 

 

Sprawdź ofertę: UR5/5e 

 

Ramię UR10/10e to duże ramię, które ma zastosowanie w przypadku większych zasięgów (do 1300 mm) oraz udźwigu (do 10kg). Sprawdza się w przypadku projektów badawczych na uniwersytetach. Ma 6 stopni swobody.

 

Sprawdź ofertę: UR10/10e

 

Największym z dostępnych ramion robotów jest UR16e, który pozwala na udźwig do 16kg, ale na mniejszym dystansie niż UR10/10e, czyli 900 mm. Ma 6 stopni swobody.

 

Sprawdź ofertę: UR16e
 

Jeżeli jesteś zainteresowany jednym z tych produktów, zapraszamy do kontaktu!

Skontaktuj się z nami

 

 

 

„>