Почему робот KUKA теряет мастеринг и как вернуть нули осей по меткам

Робот KUKA после замены двигателя или редуктора включается, выходит на связь, показывает углы осей — и при первом же движении в автоматическом режиме уезжает совсем не туда, куда его учили. Программа при этом целая, кабель RDC подключён, ошибок по приводам нет. Причина в одном: ось потеряла мастеринг. Механическое положение робота и его электронное положение в этот момент расходятся, а система управления продолжает считать углы от старой точки отсчёта.

Мастеринг — не калибровка точности и не «настройка на глаз». Это операция, которая привязывает реальное механическое положение оси к показаниям датчика: робот выводится в определённое положение, и текущее значение энкодера сохраняется как ноль оси. Пока этого не сделано, робот не может двигаться в декартовых координатах и не знает, где находится его фланец.

Что мастеринг на самом деле выравнивает

В каждой оси стоит резольвер, который считает обороты вала двигателя. Сам по себе он абсолютно честен: сколько провернулся, столько и показал. Но он не знает, где находится механический ноль сочленения, — эта связь существует только в памяти системы управления. Мастеринг и есть запись этой связи: ось приводится в положение мастеринга, и импульсы энкодера для данной оси фиксируются как нулевые.

Положение мастеринга похоже у всех роботов одного типа, но не идентично: точные значения могут отличаться даже между машинами одной модели. Поэтому переносить данные мастеринга с робота на робот нельзя, а таблицы «углов мастеринга» из интернета годятся только как ориентир при поиске метки.

Где живут нули осей: RDC, EDS и батареи

В KR C4 данные резольверов собирает модуль RDC (Resolver Digital Converter). К нему подключается до восьми резольверов, он же измеряет температуры двигателей и следит за целостностью кабелей. Нужные для работы данные хранятся не в оперативной памяти, а на карте EDS, которая стоит в боксе RDC: это и есть энергонезависимое хранилище позиционной информации.

Отсюда два практических следствия, которые постоянно всплывают при ремонте. Первое: замена RDC или EDS — это всегда мастеринг заново, даже если механика не тронута. Второе: RDC питается от цепи с батарейным буфером, и при разряде батарей позиционные данные теряются. Батареи меняют парой, а при хранении робота их подзаряжают: при температуре в шкафу от 30 до 40 градусов — раз в три месяца.

Поэтому типовой сценарий «робот полгода стоял в цеху, включили — требует мастеринга» обычно не про механику, а про батареи и EDS. И наоборот: если после замены двигателя робот едет криво, а мастеринг формально проходит, стоит проверить, не остался ли в боксе старый EDS с чужими данными.

Когда мастеринг обязателен

Список случаев короткий, и в нём нет ничего лишнего:

ввод робота в эксплуатацию;
работы, после которых робот потерял мастеринг, в первую очередь замена двигателя;
перемещение робота без системы управления, например с помощью устройства расторможения;
замена редуктора;
удар в механический упор на скорости выше 250 мм/с;
столкновение с препятствием.

К этому добавляются случаи, которых в списке нет, но которые встречаются чаще остальных: замена RDC или EDS, разряд батарей, а также ошибки, после которых система сообщает о потере мастеринга по конкретной оси. При столкновении и ударе в упор мастеринг — не единственное, что нужно проверить: сначала осматривают редуктор и сочленение, иначе свежий ноль будет записан на погнутую механику.

Есть и диагностический признак, который полезно знать: пока хотя бы одна ось не отмастерена, система управления отключает контроль пространства и выставляет соответствующий бит ошибки мастеринга в интерфейсе безопасности. Для наладчика это означает, что часть функций безопасности в таком состоянии не работает — робот нельзя оставлять в этом виде в рабочей ячейке.

Подготовка: предмастеринг-положение и метки

Перед самой операцией каждую ось нужно поставить в предмастеринг-положение. На корпусе и на подвижной части есть метки — «мушка» и ответные риски; их совмещают, и только после этого ось считается готовой к измерению. Метка расположена чуть раньше механического нуля, поэтому попасть в неё проще, чем сразу в ноль.

Если метки не читаются из-за грязи, ось всё равно мастерят по щупу, а не по рискам. Поэтому тряпка и растворитель входят в набор не меньше, чем сам прибор.

Дальше с гильзы снимается защитная крышка, и в неё ставится измерительный наконечник — индикатор часового типа либо электронный прибор. С этого момента ось двигают вручную на самой малой скорости, наблюдая за показаниями.

Индикатор или SEMD: чем меряют ноль

Оба способа ищут одно и то же — самую глубокую точку канавки, которая и соответствует механическому нулю. Разница в том, кто замечает момент:

Параметр	Индикатор часового типа	SEMD / MEMD
Что видит наладчик	стрелку и её резкий разворот в нижней точке	сигнал в системе управления
Кто фиксирует ноль	человек, вручную подтверждает результат	контроллер останавливает движение сам
Точность	зависит от внимательности и освещения	выше и повторяемее, человеческий фактор убран
Подключение	не требуется	кабель в разъём X32 на боксе RDC

Набор для электронного мастеринга состоит из согласующего бокса, отвёртки для MEMD, собственно приборов SEMD и MEMD и двух кабелей. Тонкий кабель — сигнальный, он соединяет прибор с боксом; толстый — EtherCAT, он идёт от бокса к роботу, в разъём X32. SEMD — стандартный прибор, MEMD — его миниатюрная версия для осей, куда стандартный корпус просто не влезает.

Порядок мастеринга на KSS

Дальше работа идёт из меню системы: вызывается функция установки мастеринга, выбирается режим — обычный или с коррекцией груза, — и открывается окно состояния, где перечислены оси, ожидающие мастеринга.

Снять с гильзы защитную крышку и установить измерительный прибор на первую ось.
Подключить прибор к системе управления кабелем из набора.
Выбрать в меню установки мастеринга нужный режим и открыть окно состояния осей.
Удерживая подтверждающую кнопку на пульте и кнопку пуска, запустить мастеринг оси. Ось пойдёт автоматически в направлении от плюса к минусу.
Дождаться остановки в самой глубокой точке: система находит механический ноль и останавливает движение сама.
Повторить для каждой оси. Показатель успеха — в окне не осталось ни одной оси.

Режим «с коррекцией груза» нужен, когда инструмент с робота не снимают: вес инструмента учитывается арифметически, и ось мастерится так, как будто его нет. Обычный режим применяют, если робота всегда мастерят с одним и тем же инструментом или всегда без него. Выбранный режим должен соответствовать тому, как робот будет работать дальше, иначе нули будут записаны с другой нагрузкой на сочленение.

Формально процедура на все шесть осей занимает меньше часа. Реально время уходит на подготовку: добраться до гильз, отмыть метки, поставить робота в удобное положение, чтобы подвести прибор к каждой оси без риска задеть кабельный пакет.

Чем мастеринг отличается от калибровки

Эти две операции постоянно путают, а разница принципиальная. Мастеринг восстанавливает соответствие «механика — датчик» и делается по меткам и щупу. Калибровка меняет модель кинематики робота, чтобы он точнее попадал в заданную точку, и требует измерения фактических положений.

Калибровка делится на параметрическую (кинематическую) и непараметрическую (статическую). В обоих случаях проходит одна и та же цепочка: модель робота, измерение, идентификация параметров, компенсация или коррекция. Параметрическая калибровка правит математическую модель и не требует специального оборудования, кроме измерительного; статическая опирается на внешние устройства — лазерный трекер или камеры — и обходится дороже.

Что даёт калибровка на практике: робота можно заменить без переписывания программы, точность проверяется через равные интервалы, сокращается время ввода в работу после смены оснастки. Но калибровка не спасает от потерянного мастеринга: если ось стоит не на своём нуле, любая модель кинематики будет считать правильно относительно неправильной точки.

Что чаще всего делают неправильно

Мастерят с установленным инструментом в обычном режиме, а не с коррекцией груза, — и получают систематический сдвиг на осях, которые держат вес.
Меняют RDC или EDS, не перенося данные, и удивляются, что робот «забыл» нули.
Мастерят ось после удара в упор, не проверив редуктор: люфт никуда не девается, а программа начинает «плавать» на разворотах.
Не проверяют программные концевые выключатели после мастеринга, хотя их значения привязаны к новым нулям.
Мастерят по грязным меткам и получают ноль, смещённый на десятые доли градуса, — этого достаточно, чтобы точка на вылете метра ушла на миллиметры.
Оставляют робота с неотмастеренной осью в ячейке, не учитывая, что контроль пространства в этом состоянии отключён.

Как проверить результат, а не поверить экрану

Того, что окно состояния опустело, недостаточно. Первая проверка — тест мастеринга по эталонному выключателю: он показывает, что ось действительно вернулась в свой ноль, а не просто получила новое значение. Вторая — практический тест по инструменту: TCP калибруется методом четырёх точек, затем инструмент выводится на произвольную точку и переориентируется не менее чем на 45 градусов по каждой из осей A, B и C. Если фланец уходит с точки — мастеринг или данные инструмента не в порядке, и искать надо именно там, а не в программе.

Третья проверка — повторяемость: несколько подводов в одну и ту же точку с разных направлений. Здесь важно не спутать две разные беды. Постоянное смещение, одинаковое при любом подходе, — это потерянный ноль, и лечится он мастерингом. Ошибка, которая меняется в зависимости от направления подвода, — это люфт редуктора, и мастеринг её не убирает, сколько его ни повторяй.

После мастеринга также проверяют программные концевые выключатели и, если менялся инструмент, заново вводят данные нагрузки. Порядок ввода в эксплуатацию у KUKA как раз это и предусматривает: сначала мастеринг без нагрузки, затем монтаж инструмента и мастеринг с нагрузкой, потом концевые выключатели, калибровка инструмента, данные нагрузки и калибровка базы.

Вопросы, которые задают перед выездом на объект

Можно ли отмастерить только одну ось?: Да, если потеряна одна ось. Но если менялся RDC или EDS, данные теряются по всем осям, и мастерят робота целиком.
Нужен ли SEMD или хватит индикатора?: Индикатор годится и даёт приемлемый результат при аккуратной работе. SEMD убирает человеческий фактор и экономит время на шести осях.
Робот стоит без питания полгода — что проверять первым?: Состояние батарей и наличие данных мастеринга. Потеря позиционных данных при разряде батарей — самая частая причина «внезапно потребовался мастеринг».
Заменят ли нули в программе потерянный мастеринг?: Нет. Сдвиг нуля сдвигает все точки сразу, и правка программы превращается в бесконечную подгонку чисел.
Как часто повторять мастеринг на исправном роботе?: Планово — при работах, после которых он теряется. На исправной машине мастеринг не «уходит» сам, но проверять его стоит после каждого столкновения.

Где купить

Для восстановления нулей и ремонта электроники KUKA в каталоге servostar.ru есть узлы, которые меняют чаще всего: плата RDC 2 (RDW2) 00-119-966, конвертер KRC4 RDC 00-246-872, сервоприводы KSD1-48 00-117-344 и KSP 600-3X40 00-198-268, пульт smartPAD 00-291-556, двигатель 1FK7083-5AF81-1YY3-Z и редуктор RV-500N 00-192-325.

Весь раздел — KUKA на servostar.ru. Что ещё входит в шкаф и на манипулятор, разобрано в статье компоненты и номера заказов для роботов KUKA.