2 irb 120 badanie funkcjonalne robota przemysłowego

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

WYDZIAŁ MECHATRONIKI I LOTNICTWA

KATEDRA MECHATRONIKI

INSTRUKCJA

DO PRZEPROWADZENIA ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO

NA TEMAT:

BADANIE FUNKCJONALNE ROBOTA PRZEMYSŁOWEGO

Ppłk dr inż. Wojciech KACZMAREK

WARSZAWA 2014


3

1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z budową robota przemysłowego. Studenci

podczas ćwiczenia zapoznają się elementami szafy sterowniczej, funkcjonalności panelu nauczania

oraz budowy manipulatora. Ponadto, studenci poznają podstawy programowania robota

przemysłowego metodą nauczania z wykorzystaniem panelu nauczania.

2. WPROWADZENIE Słowo robot oznacza w języku czeskim robotnika. W 1920 roku, pisarz czeski Karel Ćapek

nazwał robotami sztuczne, inteligentne istoty pozbawione ludzkich uczuć. Pisząc „R.U.R. – Roboty

Uniwersalne Rossuma” stworzył wizję świata, w którym jedyną drogą jest dążenie do rozwoju

technicznego, a wszystko to, co postępowi nie służy jest nieważne.

Ćapek pisał: „…produkować sztucznych robotników, to przecież to samo co wyrabiać silniki

spalinowe. Produkcja musi być jak najprostsza, a produkt jak najlepszy, najpraktyczniejszy(…). Jaki

robotnik jest dla fabryki najlepszy? (...) Taki, który jest najtańszy. Który ma jak najmniej potrzeb. Młody

Rossum skonstruował robotnika mającego minimum potrzeb. Musiał go uprościć. Odrzucił wszystko, co

bezpośrednio nie wiąże się z wykonaniem pracy. W ten właśnie sposób zlikwidował człowieka

i stworzył Robota…”

Określenie przyjęło się na całym świecie i dziś robotem nazywane jest urządzenie techniczne

przeznaczone do realizacji niektórych funkcji manipulacyjnych i lokomocyjnych człowieka, mające

pewien poziom inteligencji maszynowej. Dążeniem człowieka od zawsze było stworzenie maszyny na

swój obraz (humanoida). Wraz z rozwojem technologii roboty wyposażano w coraz lepsze,

nowocześniejsze źródła energii, czujniki, urządzenia wykonawcze i sterujące. Na początku XX wieku,

wraz z wykorzystaniem elektryczności roboty wyposażono w mikrofony, fotokomórki i głośniki, a do

sterowania zaczęto używać aparatury bezprzewodowej. W latach pięćdziesiątych wyprodukowano

pierwsze modele maszyn manipulacyjnych z programowym sterowaniem.

Do pionierów robotyki można z całą pewnością zaliczyć konstruktora Joe Engelbergera, który

wraz ze swoim przyjacielem o nazwisku Devol skonstruował w 1958r. kanciastą i przysadzistą maszynę

UNIMATE. UNIMATE (rys.2.1) w roku 1961 został włączony do procesu technologicznego w fabryce

General Motors w Ternstedt w stanie New Jersy. Zadaniem, wyposażonego w teleskopowe ramię

hydrauliczne z przegubem robota było przenoszenie, dziewięciokilogramowych odlewów ze stali. Robot

przepracował przez blisko 50 lat około 100 tys. godzin wytyczając nowy kierunek w przemyśle.

Rys.2.1. Robot UNIMATE podczas pracy


4

Prawa robotyki

Pierwsze prawo: Robot nie może ingerować w działanie człowieka, oprócz tych działań,

które szkodzą człowiekowi.

Drugie prawo: Robot musi być posłuszny rozkazom wydawanym przez człowieka, oprócz

tych rozkazów, które są sprzeczne z pierwszym prawem.

Trzecie prawo: Robot musi chronić swoją egzystencję, oprócz tych przypadków, które są

sprzeczne z pierwszym lub drugim prawem.

Czwarte prawo: Robot musi ujawnić swoją naturę robota. W szczególności robot nie może

udawać człowieka.

Piąte prawo: Im bogatsze jest wyposażenie robota w układy czujnikowe, zapewniające

percepcję warunków otoczenia, a w szczególności możliwości

autonomicznego określania działań przez jego układ sterowania, tym (do

pewnego dopuszczalnego stopnia) może być uboższe jego konstrukcja.

Ten dopuszczalny stopień jest zależny od celu, który został przed robotem

postawiony oraz od możliwości zrealizowania tego celu przez robota.


5

Klasyfikacja robotów

R

ob

ot

mo

blil

ny

sta

cjo

na

rny

z o

twa

rtym

łań

cu

ch

em

kin

em

aty

czn

ym

z z

am

kn

ięty

m

łań

cu

ch

em

kin

em

aty

czn

ym

po

rusza

jący

się

po

sta

łym

torz

e

mo

no

lityczn

e

mo

du

łow

e

pse

ud

om

od

uło

we

se

kw

en

cyjn

y

za

da

nio

wy

ad

ap

tacyjn

y

pn

eu

ma

tyczn

e

siło

wn

ik lin

ow

y

siln

ik o

bro

tow

y

str

uktu

rę

kin

em

aty

czn

ą

bu

do

wę

je

dn

ostk

i

kin

em

aty

czn

ej

ste

row

an

iaro

dza

j n

ap

ęd

ów

Kry

teria

po

dzia

łu

ze

wzg

lęd

u n

a

ka

rte

zja

ński

cylin

dry

czn

y

SC

AR

A

PU

MA

sfe

ryczn

y

po

larn

y

zło

żo

ny

trip

od

he

xa

po

d

au

ton

om

iczn

y

tele

op

era

tor

hyd

rau

liczn

e

siln

ik o

bro

tow

y

siło

wn

ik lin

ow

y

siło

wn

ik w

ah

ad

łow

y

ele

ktr

yczn

e

prą

du

sta

łeg

o

prą

du

prz

em

ien

ne

go

siln

ik s

ko

ko

wy

mie

sza

ne

Rys.2

.2. K

lasyfika

cja

ro

bo

tów


6

x

y

z

z

P

z

Układ

współrzęnych

Polarny

z

x

y

C

0

a1

a2

a3

Cylindryczny

z

x

y

C

P0

x

Kartezjński

z

y

C

0

SCARA

z

x

y

C

0

a1

a2 a

3

Robot i jego

przestrzeń roboczaDiagram

Sferyczny

z

x

y

C

0P

C

Typ RRT

C

Typ RRR

C

Typ RRT

C

Typ RTT

C

Typ TTT

P

Rys.2.3. Zestawienie podstawowych parametrów robotów stacjonarnych z otwartym łańcuchem kinematycznym


7

Dokładność i powtarzalność manipulatorów

Z punktu widzenia przebiegu procesu technologicznego po odpowiednim dobraniu

typu robota do wykonywania danej czynności (ze względu na jego budowę m.in. gabaryty,

stopnie swobody i ruchliwość) konieczne jest zweryfikowanie jego dokładności

i powtarzalności.

Dokładność definiuje się, jako miarę określającą, jak blisko manipulator może

przemieścić się do danego, wybranego punktu swojej przestrzeni roboczej.

Powtarzalność określa natomiast jak blisko, powtarzając ruch manipulator może

przemieścić się do tego samego punktu ponownie.

Przodujące, w produkcji robotów, na rynku światowym firmy oferują roboty

charakteryzujące się bardzo wysokimi wskaźnikami dokładności i powtarzalności (rzędu:

0,02-0,05mm) jednak należy pamiętać, iż uzyskanie takich powtarzalności jest obarczone

wysokimi kosztami. Podzielnie robotów na kategorie związane z ich zastosowaniem

pozwoliło na określenie wielu parametrów jakimi powinny się one charakteryzować w

różnych zastosowaniach. I tak dla przykładu, w procesie spawania łukowego wymagane są

duże dokładności i powtarzalności, natomiast w procesie malowania, gdzie średnica plamki

lakieru wynosi ok. 200mm nie jest konieczne konstruowanie manipulatora o dokładności

0,002mm.

Przestrzenie robota

GŁÓWNA PRZESTRZEŃ ROBOCZA – w jej obrębie przemieszcza się konstrukcyjne

zakończenie ramienia robota (najczęściej uchwyt do efektora).

POMOCNICZA PRZESTRZEŃ ROBOCZA – w jej obrębie przemieszcza się efektor,

ewentualnie dodatkowe zamienne elementy manipulatora.

PRZESTRZEŃ KOLIZYJNA – w jej obrębie przemieszczają się wszystkie elementy

robota.

STREFA ZAGOŻENIA – to przestrzeń zabroniona przepisami i normami (związana z

bezpieczeństwem pracy).


8

3. OPIS STANOWISKA LABORATORYJNEGO

Zasady bezpieczeństwa przy pracy z robotem

Każdy robot przemysłowy jest urządzeniem niebezpiecznym ze względu na

możliwość wykonywania nagłych ruchów z dużą prędkością, które są obarczone dużymi

siłami, w trakcie normalnej pracy robota zależnie od sygnałów zewnętrznych. Możliwe jest

również wykonanie niekontrolowanego ruchu spowodowanego np. zakłóceniem w zasilaniu

robota. Dlatego też przy wchodzeniu w przestrzeń roboczą robota należy zachować

maksymalną ostrożność. Podstawowym środkiem zabezpieczającym jest fizyczne

odseparowanie robota od otoczenia np. ogrodzeniem. Oprócz tego każde wejście w

przestrzeń roboczą manipulatora powinno być poprzedzone wyłączeniem jego silników. W

razie konieczności programowania robota z zakresu jego zasięgu, druga osoba powinna

znajdować się przy szafie sterowniczej robota, gotowa do użycia przycisku stopu

awaryjnego. W trakcie trwania zajęć laboratoryjnych ze względów bezpieczeństwa nie należy

przebywać w przestrzeni roboczej robota, która oddzielona jest od pozostałej części

laboratorium czarną taśmą. W przypadku konieczności natychmiastowego zatrzymania

robota należy wcisnąć przycisk ”STOP awaryjny” znajdujący się na panelu programowania

lub na panelu operatora.


9

Wstęp

Przemysłowy robot IRB120 składa się z dwóch zasadniczych części: sterownika oraz

manipulatora. Manipulator posiada 6 stopni swobody. Poszczególne osie wykonujące ruch

obrotowy napędzane są silnikami prądu zmiennego, i posiadają elektromechaniczne

hamulce. Manipulator ma możliwość zainstalowania różnych narzędzi na kołnierzu 6 osi,

maksymalna masa narzędzia lub ładunku zainstalowanego na 6 osi wynosi 3kg. Sterownik

robota posiada wydajną jednostkę centralną obsługują układy sterowania silników, posiada

również wejścia i wyjścia analogowe i dwustanowe, oraz dodatkowe układy wykonawcze

umożliwiające dołączenie dodatkowych, zewnętrznych silników (opcjonalnie). Robot może

być programowany zarówno w trybie on-line jak i off-line w języku programowania RAPID.

Program napisany przy użyciu zewnętrznego komputera może być wczytany do kontrolera

poprzez sieć Ethrrnet. Istnieje możliwość sterowania zarówno we współrzędnych

wewnętrznych jak i zewnętrznych. Dzięki dużej sztywności konstrukcji oraz dobrej

dokładności odtwarzania zadanej trajektorii robot ma szeroki zakres zastosowań. Po

wyposażeniu w odpowiednie urządzenia wykonawcze może służyć do wykonywania operacji

montażu, malowania, spawania, klejenia itp.

Kontroler robota

Kontroler IRC5 Compact zawiera wszystkie komponenty w jednej szafie.

Warunki przechowywania kontrolera: temp. min. -25oC

temp. Max. +55oC

wilgotność max. 95% w stałej temperaturze

Po przechowywaniu kontroler powinien znajdować się 4 godziny w warunkach operacyjnych

zanim zostanie uruchomiony.

Warunki operacyjne: temp. min. +5oC

temp. Max. +45oC

wilgotność max. 95% w stałej temperaturze

Waga kontrolera IRC5 Compact wynosi maksymalnie 27,5 kg.

Klasa bezpieczeństwa: kontroler IRC5 Compact IP20

FlexPendant IP54


10

Rys.3.1. Widok płyty czołowej kontrolera IRC 5 Compact

A - Przycisk zwalniania hamulców (pod plastikową pokrywką) manipulatora IRB 120.

Kontroler IRC5 Compact używany dla innych manipulatorów nie posiada przycisku zwalniania hamulców a jedynie zaślepkę (manipulator posiada przycisk zwalniania hamulców na sobie). Wciśnięcie przycisku powoduje zwolnienie hamulców wszystkich osi.

B - Przycisk załączenia napędów C - Przycisk bezpieczeństwa (Emergency Stop) D - Przełącznik głównego zasilania E - Przełącznik trybów pracy

Rys.3.2. Widok płyty czołowej kontrolera IRC 5 Compact

A - XS6 Option, złącze wewnętrznie podłączone do interfejsu karty DeviceNet, karty

zasilającej 24V (maksymalne obciążenie (podłączonych klientów) nie może przekroczyć 6A), karty bezpieczeństwa, komputera osi oraz jednostki napędowej (dostęne sygnały: DeviceNet, zwolnienie hamulców, komunikacja ethernetowa dla dodatkowych osi).

B - XS8 Additional axis C - XS7 I/O, złącze wewnętrznie podłączone do jednostki I/O (DSQC 652) (dostępne

sygnały: 16 wejść i 16 wyjść cyfrowych) i karty zasilającej 24V (maksymalne obciążenie (podłączonych klientów) nie może przekroczyć 6A).

D - XS9 Safety, złącze podłączone wewnętrznie do karty bezpieczeństwa, złącze zawiera sygnały: Auto stop, General stop, External emergency stop PB, External supply

E - XS4 FlexPendant (gniazdo podłączenia FlexPendanta) F - XS1 Power cable (podłączenie manipulatora – zasilanie) G - XS0 Power input (zasilanie kontrolera), w zależności od typu może być 1 lub 3

fazowe dla robotów IRB120, IRB140, IRB1450 1 x 220/230V H - XS41 Signal cable I - XS2 Signal cable (podłączenie manipulatora – sygnały)


11

Panel operatora

Na panelu operatora umieszczony został przycisk ”STOP awaryjny”, włącznik

załączenia napędów, przełącznik wyboru trybu pracy i zwolnienie hamulców.

Wybór trybu pracy

Włącznik główny

Załączenie napędów

Zwolnienie hamulców

STOP Awaryjny

Rys.3.3. Panel operatora

Wybór trybu pracy:

o AUTO – praca automatyczna (podczas produkcji),

o TEACH – tryb programowania/nauczania (sterowanie ręczne) – w trybie tym

możemy poruszać robotem za pomocą joystick’a, prędkość robota jest

zredukowana do 250mm/s.

Załączenie napędów:

o przycisk załączenia napędów (z sygnalizacją świetlną):

żarówka świeci ciągle – napędy robota są zasilone,

żarówka mruga – napędy robota nie są zasilone.

Zwolnienie hamulców:

o przycisk zwalniania hamulców – po wciśnięciu hamulce we wszystkich osiach

zostają zwolnione.

STOP Awaryjny:

o przycisk zatrzymania awaryjnego - natychmiastowe odłączenie zasilania

silników manipulatora.

Panel sterowania

Panel FlexPendant (nazywany czasem TPU lub panelem dotykowym) jest ręcznym

urządzeniem sterującym, służącym do wykonywania wielu zadań związanych z obsługą

systemu robota:

uruchamiania programów,

wykonywania ruchów impulsowych manipulatorem,

modyfikowania programów itp.


12

Panel FlexPendant może pracować w trybie ciągłym, w trudnych warunkach przemysłowych.

Jego ekran dotykowy jest łatwy w czyszczeniu i odporny na:

wodę,

olej,

przypadkowe odpryski spawalnicze.

Panel FlexPendant - kompletnym komputerem. Stanowi integralną część sterownika IRC5,

podłączoną do niego za pomocą zintegrowanego kabla i złącza. Przycisk hot plug umożliwia

odłączenie panelu FlexPendant w trybie automatycznym i kontynuowanie pracy bez niego.

Rys.3.4. Panel sterowania

Manipulator

Robot IRB 120 posiada 6 stopni swobody.

Rys.3.5. Przestrzeń robocza robota IRB 120


13

Rys.3.5. Udźwig robota IRB 120

Uruchomienie i przygotowanie robota do pracy

Za pomocą wyłącznika głównego (patrz rys.3.1) należy załączyć zasilanie kontrolera.

Przez pewien czas trwa automatyczne testowanie układów elektronicznych. Po pełnym

uruchomieniu urządzenia na FlexPendancie powinien pojawić się obraz zgodny z rysunkiem

3.6.

Rys.3.6. Ogólny widok FlexPendanta robota IRB 120


14

4. WYKONANIE ĆWICZENIA

Przebieg ćwiczenia

a. Każdy ze studentów powinien uchwycić przedmiot manipulacji (np.: puszka, karton,

itp.) i przenieść go we wskazane przez prowadzącego miejsce,

b. Grupa tworzy program ruchu robota

a. Testuje go w trybie ręcznym

b. Uruchamia w trybie automatycznym

Sterownie ruchem robota za pomocą joisticka

1. Przełącz robota na tryb ręczny.

2. Wybierz parametry zgodnie ze wskazówkami prowadzącego ćwiczenie i sprawdź

znaczenie poszczególnych ikon podczas przemieszczania manipulatora.

3. Włącz przycisk załączenia napędów na FlexPendancie

4. Przemieść robota we wskazane miejsce korzystając ze sterowania poszczególnymi

osiami oraz w układach: bazowym i narzędzia.

5. Korzystając z okna Inputs and Outputs sprawdź możliwość sterowania sygnałami

cyfrowymi wejść/wyjść.

6. Zgodnie z poleceniem prowadzącego uchwyć i przemieść obiekt manipulacji we

wskazane miejsce.


15

Programowanie

Programowanie robota powinno rozpocząć się od ustalenia sposobu działania robota

w danej instalacji. Bardzo pomocny jest tu algorytm rysunkowy, przedstawiający przebieg

programu. Należy również ustalić podział całego cyklu pracy robota na program główny i

podprogramy, ustalić numery wejść i wyjść cyfrowych robota.

Każdy program składa się z kolejnych instrukcji, wykonywanych przez robot krok po

kroku. Bardziej złożony program może być podzielony na program główny i podprogramy, w

których wykonywane są czynności robota powiązane w pewien sposób ze sobą. Ten sposób

pozwala na bardziej czytelne przedstawienie całości procesu. Tworzenie nowego programu

odbywa się w trybie TEACH.

1. Korzystając z zakładki Program Editor napisz program zgodnie ze

wskazówkami prowadzącego.

5. WYKONANIE SPRAWOZDANIA W sprawozdaniu należy zamieścić:

cel ćwiczenia,

szkic manipulatora,


16

przykłady zastosowań analizowanego typu robota.

6. PYTANIA KONTROLNE (PRZYKŁADOWE) Skąd wzięło się słowo robot ?

Wymień prawa robotyki ?

Sklasyfikuj roboty względem wybranego kryterium ?

Wymień komponenty robota ?

Opisz panel sterowania ?

Opisz panel operatora ?

Opisz manipulator ?

Opisz cechy poruszania się robota we współrzędnych bazowych, osiowych,

narzędzia

7. LITERATURA Kaczmarek W.: „Podstawy robotyki” – opracowanie własne 2013.

Podręcznik użytkownika robot IRB120

2 irb 120 badanie funkcjonalne robota przemysłowego

Documents