Robot a 6 assi

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Vista generale

Questo articolo riguarda il portare un robot industriale standard a 6 assi in FreeCAD per la simulazione nel Ambiente Robot

La descrizione è conforme alla Convenzione di Denavit-Hartenberg per i parametri, come descritto anche nel libro Introduction to Robotics di John J. Craigs.

Esempio Kuka

**Il Kuka KR-16**

Cinematica

**Applicazioni 3D**
Segmento	Parametro	Descrizione
		Configurazione di base
	$\theta _{1}=q_{1}$ $d_{1}=675mm$ $a_{1}=260mm$ $\alpha _{1}=-90$ °	Segmento 1
	$\theta _{2}=q_{2}-90$ ° $d_{2}=0mm$ $a_{2}=680mm$ $\alpha _{2}=0$ °	Segmento 2
	$\theta _{3}=q_{3}$ $d_{3}=0mm$ $a_{3}=0mm$ $\alpha _{3}=90$ °	Segmento 3
	$\theta _{4}=q_{4}$ $d_{4}=-670mm$ $a_{4}=0mm$ $\alpha _{4}=-90$ °	Segmento 4
	$\theta _{5}=q_{5}$ $d_{5}=0mm$ $a_{5}=0mm$ $\alpha _{5}=90$ °	Segmento 5
	$\theta _{6}=q_{6}$ $d_{6}=0mm$ $a_{6}=-158mm$ $\alpha _{6}=180$ °	Segmento 6

Questo porta alla seguente tabella:

**Tabella cinematica**
$i$	$\theta$	$d$	$a$	$\alpha$
1	q1	675 mm	260 mm	-90°
2	q2 - 90°	0 mm	680 mm	0°
3	q3	0 mm	0 mm	90°
4	q4	-670 mm	0 mm	-90°
5	q5	0 mm	0 mm	90°
6	q6	-158 mm	0 mm	180°

Dato che i robot Kuka non hanno tutti gli assi a 0 nella posizione a L disegnata, si devono modificare gli assi 2 e 3 di 90 °.

**Tabella cinematica**
$i$	$\theta$	$d$	$a$	$\alpha$
1	q1	675 mm	260 mm	-90°
2	q2	0 mm	680 mm	0°
3	q3 - 90°	0 mm	0 mm	90°
4	q4	-670 mm	0 mm	-90°
5	q5	0 mm	0 mm	90°
6	q6	-158 mm	0 mm	180°

Nella scheda tecnica si trovano ulteriori informazioni sugli assi:

Questo permette di compilare la tabella completa:

**Tabella cinematica**
$i$	$\theta$	$d$	$a$	$\alpha$	$\theta _{min}$	$\theta _{max}$	Axis Speed
1	0	675	260	-90	-185	185	156
2	0	0	680	0	-155	35	156
3	- 90	0	0	90	-130	154	156
4	0	-670	0	-90	-350	350	330
5	0	0	0	90	-130	130	330
6	0	-158	0	180	-350	350	615

Rappresentazione visiva

FreeCAD può generare una soddisfacente rappresentazione visiva della tabella cinematica. Se si desidera una visione più vicina alla realtà è possibile utilizzare per la simulazione un file VRML con la forma del robot. Ad esempio, Kuka offre dei file VRML per i suoi modelli. In FreeCAD il file VRML viene caricato durante la creazione di un robot specifico. Per consentire a FreeCAD di muovere gli assi, si deve editare il file VRML e inserire degli speciali nodi di trasformazione che FreeCAD possa trovare e manipolare.

Anche questo esempio si riferisce a un Kuka KR 16. Cominciando dalla riga 1:

#VRML V2.0 utf8
#
# This VRML97 file was exported using eM-Workplace
# (c) Tecnomatix Technologies GmbH & Co. KG
#     Heisenberg-Bogen 1
#     D-85609 Aschheim-Dornach
#     GERMANY
#
#Background
#{
#   skyColor   [0.752941 0.752941 0.752941]
#}
Transform
{
   #rotation 1 0 0 -1.5707963
   #scale .001 .001 .001
   children
   [
           DEF AOBJ_0001_000_TRAFO Transform
           {
              children
              [
...

Si vede che questo file è stato esportato con un software di simulazione di robot chiamato Tecnomatix. Rimuovere questa nota e inserire l'URL da cui si è ottenuto il file, perché Tecnomatix non ha nessun copyright sul contenuto del file. E' solo un convertitore! Iniziare con il rimuovere il nodo Background. Quindi rimuovere i nodi rotation e scale per ottenere il modello in mm e l'asse Z verticale.

Poi, proprio alla fine:

  ] }
  ] }
  ] }
  ]
}
#ROUTE SENS_04_OBJ.rotation_changed TO AXIS_04_OBJ.rotation
#ROUTE SENS_27_OBJ.rotation_changed TO AXIS_27_OBJ.rotation
#ROUTE SENS_32_OBJ.rotation_changed TO AXIS_32_OBJ.rotation
#ROUTE SENS_44_OBJ.rotation_changed TO AXIS_44_OBJ.rotation
#ROUTE SENS_46_OBJ.rotation_changed TO AXIS_46_OBJ.rotation
#ROUTE SENS_49_OBJ.rotation_changed TO AXIS_49_OBJ.rotation
#DEF AnySIMTimer TimeSensor
#{
#   cycleInterval 1.000000
#   loop          TRUE
#}

Togliere il segno di commento a TimeSensor e alle 6 rotte. Questo 6 righe indicano dove si trova l'asse effettivo del robot! Ricercare AXIS_04_OBJ e arrivare a questa parte del file:

...
    Transform { rotation 1 0 0 1.570796 children [
        DEF SENS_04_OBJ-0001 CylinderSensor
        {
           diskAngle 1.570796
           minAngle  -3.228859
           maxAngle  3.228859
           offset    0.000000
        }
      DEF FREECAD_AXIS1 Transform { rotation 0 1 0 0 children [
      DEF AXIS_04_OBJ-0001 Transform
     {
        children
        [
        Transform { rotation 1 0 0 -1.570796 children [
           DEF AOBJ_0001_003_TRAFO Transform
           {
              rotation 1.000000 0.000000 0.000000 3.141593
              translation -600.000000 500.000000 300.000000
              children
              [
...

Dove si deve inserire immediatamente sopra la definizione di questo nodo la riga "DEF FREECAD_AXIS1 Transform { rotation 0 1 0 0 children [" che è l'ancora che FreeCAD utilizza per spostare questo asse.

Poi fare la stessa cosa per FREECAD_AXIS2,FREECAD_AXIS3,FREECAD_AXIS4,FREECAD_AXIS5 e FREECAD_AXIS6. Non dimenticare le parentesi di chiusura alla fine del file e il gioco è fatto!

Ora è possibile caricare il file VRML per installare il robot con:

App.activeDocument().addObject("Robot::RobotObject","Robot")
App.activeDocument().Robot.RobotVrmlFile = "C:/_Projekte/FreeCAD0.9_build/mod/Robot/Lib/Kuka/kr16.wrl"

Che dovrebbe dare questo risultato:

KR 210

Data sheet

**Tabella cinematica**
$i$	$\theta$	$d$	$a$	$\alpha$	$\theta _{min}$	$\theta _{max}$	Axis Speed
1	0	750	350	-90	-185	185	156
2	0	0	1250	0	-155	35	156
3	- 90	0	0	90	-130	154	156
4	0	-1100	0	-90	-350	350	330
5	0	0	0	90	-130	130	330
6	0	-230	0	180	-350	350	615

KR 500

Data sheet

**Tabella cinematica**
$i$	$\theta$	$d$	$a$	$\alpha$	$\theta _{min}$	$\theta _{max}$	Axis Speed
1	0	1045	500	-90	-185	185	156
2	0	0	1300	0	-155	35	156
3	- 90	0	0	90	-130	154	156
4	0	-1025	0	-90	-350	350	330
5	0	0	0	90	-130	130	330
6	0	-250	0	180	-350	350	615

Collegamenti

Springer Handbook of Robotics, section Kinematics, p 9-33.
Denavit-Hartenberg Parameter 3D Video Tutorial Denavit-Hartenberg Parameter 3D Video Tutorial for a KUKA industry robot on YouTube (german).
Denavit-Hartenberg Reference Frame Layout Denavit-Hartenberg Reference Frame Layout on YouTube.
RoboAnalyzer RoboAnalyzer is a 3D model based software that can be used to teach and learn the Robotics concepts.

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