DOF (Degrees of Freedom) – co to?

Stopnie swobody (DOF – Degrees of Freedom) opisują liczbę niezależnych ruchów, które robot potrafi wykonywać w trójwymiarowej przestrzeni. Każdy DOF odpowiada jednemu kierunkowi przesuwu (oś X, Y, Z) lub jednej osi obrotu (roll, pitch, yaw). Najczęstsza konfiguracja przemysłowa to 6 DOF: trzy ruchy translacyjne pozwalają ustawić punkt TCP w dowolnym miejscu sfery roboczej, a trzy obroty umożliwiają dowolną orientację narzędzia. Jeśli robot ma więcej niż sześć osi – np. 7 DOF z nadmiarowym łokciem – może omijać przeszkody lub minimalizować osobliwości, zachowując tę samą pozycję TCP.

Jak liczba stopni swobody wpływa na możliwości robota?

Im więcej DOF, tym większa elastyczność i zdolność do pracy w ograniczonej przestrzeni. Sześcioosiowy manipulator bez problemu wykonuje spawanie konturowe, lakierowanie karoserii czy montaż elementów w trudno dostępnych miejscach. Natomiast robot o 3-4 DOF (SCARA, Delta) świetnie radzi sobie w płaskim pick-and-place, paletyzacji lub szybkiej pakowalni, gdzie złożona orientacja narzędzia nie jest wymagana. W projektach o dużej precyzji lub kolaboracyjnych często stosuje się 7 DOF: nadmiarowa oś pozwala trzymać łokieć „schowany”, minimalizując kolizje z operatorem bądź otoczeniem.

Gdzie wykorzystuje się różne konfiguracje DOF?

• 2-4 DOF – kartesiany i Delta pick-and-place w sortowaniu żywności, druk 3D czy proste operacje załadunku CNC.
• 6 DOF – dominują w spawaniu łukowym, klejeniu uszczelek 3D, cięciu laserowym oraz w większości aplikacji cobotowych.
• 7 DOF i więcej – montaż wewnętrzny (dashboardy, siedzenia), obsługa magazynów z wąskimi korytarzami, zdalna chirurgia robotyczna, gdzie nadmiarowe DOF kompensują ograniczenia przestrzenne lub wymagania bezpieczeństwa.

Jak dobrać liczbę DOF do aplikacji przemysłowej?

Analizę zaczyna się od wymagań procesu: czy potrzebna jest pełna orientacja narzędzia, czy tylko przeniesienie detalu? Jeśli krytyczne są koszty i prostota, 3-4 DOF mogą być wystarczające. Przy zmiennych trajektoriach, złożonych kształtach spoin lub konieczności uników kolizyjnych lepiej sięgnąć po 6 DOF. Gdy stanowisko jest ciasne albo trzeba realizować ruchy „z łokcia”, warto rozważyć 7 DOF – choć droższe, przynosi oszczędności dzięki mniejszym przestojom i łatwiejszemu programowaniu trajektorii bez kolizji.