Cinemática do TCP na soldadura (Part1)

Este Post se concentra no controlo cinemático dum sistema robótica redundante tendo em conta as particularidades da tecnologia de soldadura por arco. O sistema proposto pode ser composto por um robô industrial de seis eixos sendo a ferramenta de soldadura o manipulador e um posicionador de soldadura de dois eixo para manipulação da peça que se destina a optimizar uma orientação junta de soldadura durante o processo tecnológico. As contribuições particulares de algumas coisas encontram-se na área dos posicionadores de cinemática do posicionador que é uma questão relevante para programação de tal sistema off-line e do controlo. Tem sido proposta uma nova formulação e uma solução de forma fechada do problema cinemática inversa que lida com a definição expressa da orientação conjunta da soldadura em relação à gravidade. Resultados semelhantes também foram obtidos para a definição do problema conhecido que se baseia numa unidade de transformação vectorial. Para ambos os casos uma investigação detalhada das singularidades e tópicos singularidade e existência tenham sido realizadas. Os resultados apresentados podem ser implementados num pacote de software comercial e verificadas em aplicações da vida real na indústria metalomecânica.
1. Introdução
A tecnologia de soldadura é uma área de aplicação tradicional dos robôs industriais por isso, incentiva a investigação e o desenvolvimento intensivo de ferramentas de controlo e de programação baseadas em modelos sofisticados. Tais sistemas de aplicações para a optimização permitir que alguns parâmetros de processo o que influencia directamente a qualidade do produto e o ciclo de trabalho do sistema. Além disso a programação baseada num modelo permite concluir a maior parte das acções de preparação processos sem acesso à célula de trabalho e portanto para fazer os sistemas robóticos competitivos para a fabricação de pequenos lotes. No entanto ainda há uma série de problemas teóricos que no actual estágio são superados na indústria através da combinação de simulação com a experiência do desenhador. Este post concentra-se num desses problemas, o controle cinemático num sistema dum robô-posicionador redundante.
Essa ênfase na cinemática é originada a partir da dupla natureza do controlo do sistema de robótica e da programação o que requer a definição tanto numa estrutura lógica da tarefa de produção e especificando as relações espaciais que são apresentados como parâmetros de movimento. A obtenção destas relações espaciais é um processo muito tedioso e demorado o que é tipicamente é mais demorado em dez a cem vezes do tempo dum cordão de soldadura. 
E ainda a aplicação dos sistemas da programação off-line não reduz drasticamente este tempo enquanto o tempo de inactividade do robô quando o robô não pode ser utilizado para a produção devido à programação obviamente.
Na soldadura por arco as capacidades cinemáticas de um robô de 6 eixos geralmente não são suficientes para garantir o envelope de trabalho necessária e/ou as orientações desejadas da ferramenta tecnológica a tocha de soldadura. O robô deve mover a ferramenta ao longo da junta de soldadura com a velocidade prescrita e orientação em relação ao conjunto enquanto a soldadura deve também ser orientada correctamente em relação ao vector de gravidade. Por esta razão uma estação de soldadura típica como se observa na IMAGEM01 inclui várias máquinas controladas por computador: um 6-eixo robô industrial com a ferramenta no manipulador; um posicionador de um ou dois eixos seja o objecto manipulador e opcionais uns posicionadores de dois a três eixos para o robot manipulador.
IMAGEM01
IMAGEM01
Tal disposição forma um sistema cinemático redundante o que geralmente não possui uma solução em forma fechada para a cinemática inversa de toda a máquina.
Devido à complexidade do problema, geralmente é decomposto em várias tarefas separadas que são resolvidos sequencialmente: - Optimizar a orientação junta de soldadura em relação ao vector de gravidade que está sujeito às restrições cinemáticas do posicionador; - Optimização da orientação da ferramenta de soldadura em relação à junta soldada que está sujeita às restrições tecnológicas e geométricas comuns; - Optimizar a base do robô pois está sujeito ao robô e às restrições cinemáticas do posicionador.
Cada uma destas etapas requer várias transformações de coordenadas para as correspondentes máquinas tanto os diretos e inversos. No entanto na literatura robótica a actividade principal de investigação centra-se nos robots de 6 eixos e os robôs redundantes que são investigados em detalhe por alguns investigadores e ainda nemos casos foram investigados para a cinemática posicionador para as aplicações de soldadura, mesmo através de aplicações sofisticadas em que o processo de otimização seja a redundância cinética do oscilar em cadeia ainda é um processo semiautomático e emprega a cinemática inversa ou directa nos robôs mas apenas cinemática directa para posicionadores.
Este post estende alguns resultados anteriores, propondo de alguma forma única para a junta de soldadura e os problemas de orientação conjunta e inclui uma cuidadosa investigação das singularidades e questões da solução de existência.
Também existem propostas expressões para os índices de configuração do posicionador que garantem uma solução única para o problema de uma única entrada e soluções contínuas para uma sequência de entradas que definem o caminho de soldadura. Este último é extremamente importante para o controlo coordenado do posicionador e o robô no espaço Cartesiano, quando a mudança da configuração durante a soldadura não é permitido.
O restante deste post está organizado da seguinte forma. A segunda seção descreve a arquitetura de controlo cinemático e introduz a descrição cinemática das soldaduras. A terceira seção é dedicada a uma declaração formal dos problemas de orientação conjunta das soldaduras. Na quarta seção o modelo cinemático direto de um posicionador genérico de soldadura é derivado. A quinta seção fornece a solução cinemática inversa assim como uma investigação detalhada das singularidades e questões da existência de singularidades. Na secção seis uma implementação industrial é apresentada e aplicações industriais reais são descritas. E finalmente a seção sete sumariza o contributo deste post.
2. Arquitetura de controlo cinemática
2.1. Hierarquia de controlo
Continuação – http://rishivadher.blogspot.pt/2016/03/cinematica-do-tcp-na-soldadura-part2.html
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