Transcript 8_Aut_Rob_05

Automaták, robotok
1
A) Automatizálás
1.
2.
3.
Szerelő automaták
Automaták csoportosítása
Az automatizálás előfeltételei
2
Szerelő automaták
Az automatizált szerelés eszköz oldaláról tekintve, annak meghatározó eleme
a végrehajtásban az automata szerelőgép.
Automata: az a szerszámgép, amely egy munkadarab elkészítésének teljes
folyamata alatt a fő-, mellék- és segédmozgásokat önműködően végzi el.
Félautomata: önműködő folyamattal dolgozik ugyan, de az egyes
munkaciklusok megismétléséhez emberi beavatkozásra van szükség (pl.
munkadarabcserére).Segédmozgások: (sebesség- és irányváltás,
szerszámcsere, anyagadagolás) gyorsítottak
Szerelőgép:
•
gyakorlatban nem a teljes feladatot megoldó, (nem az egészre kiterjedő)
csak a jellegzetes műveletek, műveletsorozatok automatizálását végzi és a
folyamatos szerelősorba illesztik.
•
egyedi eljárással előállított célgépnek tekinthető
(az esetek döntő többségében)
•
költsége nagyon magas (csökkenthető, ha rugalmassá tesszük)
3
Az automatizált szerelőgépek csoportosítása
Az automatizált szerelőgépeket különböző szempontok szerint
csoportosíthatjuk.
a) A munkadarabtartó továbbításának módja szerint:
- egyenes-,
- körasztalos-,
- több körpályás-,
- konvejoros továbbítási rendszerek.
b) A szerelendő egységek és a szerelő szerszámok relatív
mozgása szerint:
- álló- és
- mozgó szerszámhelyes szerelőgépek.
c) A vezérlő berendezések jellege szerint:
- mechanikus,
- pneumatikus,
- elektropneumatikus,
- elektrohidraulikus,
- elektronikus,
- kombinált vezérlések.
4
Az automatizált szerelőgépek csoportosítása
d) A vezérlési rendszerek szerint:
- merev programú
- teljesen mechanikus, zavar esetén program megszakítása, az ember
feltárja a hibát, elhárítja és újraindítja a gépet
(pillanatkapcsolós rendszerű)
- kétutas, műveleti egységek párhuzamos építése, átváltók segítségével
a hibás oldal javítható
- hibrid rendszerű, mechanikus végrehajtószervek egy részének
helyettesítése elektromos illetve pneumatikus elemekkel
- rugalmas programú
- off-line üzemmódú, számítógép és szerelőautomata között nincs
közvetlen kapcsolat
- on-line üzemmódú, számítógép és szerelőautomata közötti közvetlen
kapcsolat eredményeként a programot a számítógép
menetközbe is módosíthatja
Az automatákat az orsó száma és helyzete, vagy a
megmunkáló mozgások jellege szerint is rendszerezhetjük:
- egyorsós,
- vízszintes,
5
- többorsós,
- függőleges.
A szerelés automatizálásának előfeltételei I.
a) Gazdaságos alkalmazási lehetőség:
- a megfelelően nagy darabszám,
- munkaerőhiány,
- a szerelendő gyártmány konstrukciójának stabilitása
hosszú termékváltási idő
- a beépítésre kerülő alkatrészek, egységek megfelelő ill. gazdaságosan
biztosítható minősége (felületminőség, méret- és
alakhűség).
b) Automatizálásra alkalmas szerkezeti kialakítás:
- szerelési egységek bonthatósága,
- alkatrészek automatikus rendezésének, tájolásának lehetősége,
szerelendő alkatrészek alakja (méret, súly, szimmetria, központosítási
lehetőség, stb).
c) Gyártási tapasztalatok:
- adatgyűjtés,
- műveletek bonthatósága egyszerű mozdulatokra,
- szerelhetőség szempontjából alkalmas műveleti sorrend,
- ellenőrzés beiktatása a selejtképződési lehetőségekhez.
6
A szerelés automatizálásának előfeltételei II.
d) Szerelőgép tervezési és gyártási lehetősége:
- teljes részletességgel kidolgozott technológia,
- egyedi tervezés és gyártás,
- széles körű kooperáció a tervezésben és gyártásban,
- tervezés és gyártás átfutási idejének rövidnek kell lennie,
- a gép (automata) átállíthatóságának lehetősége és a gyors szerszámcsere
e) Üzemeltetési és karbantarthatósági lehetőség:
- jól képzett kezelő és karbantartó személyzet,
- zavartalan tartalékalkatrész ellátás,
- minimális kiesési idő.
f) Beruházási keret
g) Jól megszervezett alkatrészellátás:
- anyagszállítás,
- raktározás.
7
A szerelés automatizálásának előfeltételei III.
A szerelőberendezés gazdaságossága:
A gazdaságosság megítélésekor elemezni kell a berendezés teljes
gyártási és üzemeltetési időszakát. A költség-idő függvényét tekintve
három szakaszt különböztethetünk meg:
- befektetési szakasz,
- megtérülési szakasz,
- nyereséges szakasz.
A beruházási időtartam és a költségek csökkentésének eszköze a
szerelés rendszerének és a helyes alternatívának megválasztása,
valamint a típusmegoldások és modulegységek széles körű
alkalmazása.
8
B) ROBOTIZÁLÁS
1. Robotok csoportosítása
1.1. A robotok fogalma
1.2. Az ipari robotok osztályozása
1.3. Ipari robotok kiképzés (építési mód) szerinti
osztályozása
2. Ipari robotok alkalmazása a szerelésben
2.1. A szerelőrobotokra vonatkozó általános
követelmények
2.2. A szerelőrobotok legfontosabb tulajdonságai
2.3. robotprogramozás és vezérlés
3. Ipari robotok programozása
9
B) Robotizálás a szerelésben
Tartalom
1. Robotok csoportosítása
- robotok fogalma
- ipari robot fogalma
- osztályozásuk
- kiképzés szerinti osztályozása
2.Ipari robotok alkalmazása
- általános követelmények
- legfontosabb tulajdonságai
3. Robotprogramoz-ás és vezérlése
- egyszerű fizikai beállítás
- betanításos módszer
- magasszintű programozás
- off-line programozás
10
Robotizálás a szerelésben
1. Robotok csoportosítása
1.1. A robot fogalma
A robot
A Japán Ipari Szabvány (Japanise Industrial Standars) szerint a robot
egy olyan mechanikus rendszer, amely az élő szervezetek
mozgásfunkcióival analóg rugalmas mozgásfunkciókkal rendelkezik,
vagy az ilyen funkciókat intelligens funkciókkal kombinálja és amely az
emberi akaratnak megfelelően cselekszik. Az intelligens funkciók az
ítéletalkotás, a felismerés, az adaptáció vagy tanulás elvégzésének
képességét jelentik.
Az ipari robot
A Brit Robottechnikai Egyesület (British Robot Assotiation) szerint az
ipari robotok olyan átprogramozható készülékek, melyeket
alkatrészek, szerszámok manipulálására vagy szállítására, illetőleg
különféle beprogramozott mozgásokkal meghatározott gyártási
feladatok végrehajtására terveztek.
11
Robotizálás a szerelésben
1. Robotok csoportosítása
Ipari robot:
 az általánosan alkalmazott,
 több tengely mentén elmozdulást lehetővé tevő automaták
 amelyeknél
az egyes mozgások,
a helyzetbeállítási sorrend
az elmozdulási útszakaszok illetve szögelfordulások
szabadon programozhatók és valamilyen mérőrendszer
alkalmazásával szabályozottak.
Az ipari robotokra különféle
- megfogószerkezetek
- szerszámok
- vagy más gyártóeszközök is felszerelhetők.
12
Ipari robotok osztályozása I.
Az iparban alkalmazott robotok osztályozása a kialakítások
sokfélesége és az értelmezések különbözősége miatt nagyon sok szempont
szerint történhet. Például alkalmazási terület, vezérlés, működési mód és
szerkezeti felépítés szerinti csoportosítása.
A Japán Ipari Robottechnikai Egyesület (JIRA) az ipari robotok öt különböző
szintjét határozta meg:
1. emberek által közvetlenül vezérelhető manipulátorok
2. szekvenciális robotok (előre rögzített mozgássor végzése)
- fix műveleti sorrend szerint működő
- változó műveleti sorrend szerint működő
3. visszajátszó robotok (betanított utasítások végrehajtása)
4. NC robotok (numerikusan tárolt információk végrehajtása)
5. intelligens robotok, amelyek valós idejű műveletek végrehajtására
saját, érzékelőkre alapozott vezérlőrendszerrel rendelkeznek
13
Ipari robotok osztályozása II.
Általános a szoftver eszközökkel programozhatóság robotok fokozatos
fejlesztésüknek megfelelően generációkba sorolhatók.
1. első generációs robotok:
A memóriájukban tárolt programnak megfelelően a működési ciklushoz
tartozó mozgás egyszerű ismétlésére alkalmasak.
A környezettől érkező jelek csupán indítási, reteszelési illetve védelmi
célokat szolgálnak.
2. második generációs robotok:
Az érzékelők visszacsatolt jelei alapján az információk gyors
feldolgozására képes vezérlőegység a környezetükben lezajlott
változásoknak megfelelően, célra orientált utasításokat ad a végrehajtó
szerveknek.
3. harmadik generációs robotok:
Alak- és helyzetfelismerő képességük és mesterséges intelligenciájuk
képessé teszi őket a döntésre és problémamegoldásra.
14
Ipari robotok kiképzés szerinti osztályozása I.
A térben egy tetszés szerinti pont eléréséhez legalább
három egymástól független mozgásirány (szabadságfok)
szükséges.
További három szabadságfokot igényel a robot által tartott
munkadarab (szerszám) tájolása, azaz helyzetének térbeli
beállítása.
A tér pontjainak eléréséhez szükséges
(kar-) mozgásokat főmozgásoknak,
a tájoló (csukló-) mozgásokat pedig mellékmozgásoknak nevezik.
A főmozgások lehetnek egyenes vonalú (transzlációs), vagy
forgó (rotációs) mozgások,
míg a mellékmozgások minden esetben forgó mozgások.
15
Ipari robotok kiképzés szerinti osztályozása II.
A karrendszer jellegét és ezzel összefüggésben alkalmazási lehetőségét a
főmozgások lehetséges mozgásiránya (koordinátarendszere) alapvetően
meghatározza. Attól függően, hogy a főmozgások közül mennyi a
transzlációs és a rotációs mozgás, megkülönböztetnek:




derékszögű (Descartes) koordináta-rendszerű, (a)
henger koordináta-rendszerű, (b)
gömb koordináta-rendszerű, (c)
csuklókaros (Humanoid) koordináta-rendszerű robotokat. (d)
A jellegzetes kinematikai láncok néhány jellemzőjét tartalmazza a következő
ábra (mozgásirányok, munkatér, kinematikai lánc, példák).
16
Ipari robotok kiképzés szerinti osztályozása III.
derékszögű (Descartes)
koordináta-rendszerű, (a)
2T+1R+3R
(b)
(a)
henger koordináta-rendszerű, (b)
3T+3R
gömb koordináta-rendszerű, (c)
(c)
(d)
csuklókaros (Humanoid)
koordináta-rendszerű (d)
1T+2R+3R
3R+3R
17
Ipari robotok alkalmazása a szerelésben
Az ipari robotokat két nagy csoportba sorolhatjuk:
 technológiai műveleteket végző,
 anyagmozgató műveleteket végző.
A szerelőrendszerekben alkalmazott ipari robotokkal szemben támasztott
követelmények meghatározása szempontjából mértékadó elemi
műveletek:
 az alkatrész-hozzávezetés (tárolás) módja,
 az alkatrészmegfogás,
 a megközelítés,
 az összeillesztés,
 kötés megvalósítása.
18
A szerelőrobotokra vonatkozó általános követelmények
 legalább 5 szabadságfokú, nagy és kis sebességű folyamatos mozgásra
egyaránt alkalmas végrehajtó mechanizmus,
 útmérő-rendszerének felbontóképessége min. 0.1 mm legyen,
 kiképzése kellő merevséget biztosítson (néhányszor 10 N erőhatás a
beállási pontosságot ne befolyásolja),
 a csukló kialakítása:
- legyen kioldhatóan rugalmas-merev,
- tegye lehetővé a megfogók (szerszámok) cseréjét,
- rendelkezzék beépített erő, nyomaték ill. érintkezéses érzékelőkkel,
 programozás és vezérlés:
- legyen képes a betanított program egyszerű ismétlésére,
- érzékelők jelei alapján a mozgás pályáját képes legyen megváltoztatni,
- legyen lehetőség a mozgási program külső jelektől függő
logikai sorrendjének magas szintű betanítására.
19
A szerelőrobotok legfontosabb tulajdonságai I.
Az előző fejezetben ismertetett követelményeknek megfelelően,
elsősorban szerelésre kialakított ipari robotok jellemző
tulajdonságai a sikeres szerelést nagymértékben elősegítik:
 kis pozicionálási (=0.1 mm) és orientációs (=0.05 mm) hiba,
 viszonylag nagyszámú input/output jel kezelése,
mely
lehetőséget nyújt arra, hogy a robotprogramból különböző
programozható berendezéseket vezérelni lehessen,
 valós idejű visszacsatolt jelek feldolgozási képessége
- erőmérés a befogószerkezetben,
- optikai megfigyelés,
- csúszás- és nyomatékérzékelés,
- párhuzamos adatfeldolgozási lehetőség,
20
A szerelőrobotok legfontosabb tulajdonságai II.
 gyors, rezgésmentes mozgás,
 pályavezérlés (bár bizonyos egyszerű feladatok esetén pontvezérlésű
robotok is megfelelnek),
 nagyteljesítményű, magasszintű, moduláris programnyelv, ami
lehetővé teszi paraméterezett szubrutinok megírását és nem csak
vezérlőszekrényen végzett betanító jellegű programozást,
 csatolási lehetőségek más berendezések felé
(számítógépekhez, robotokhoz, programozható
alkatrészpozicionáló és tájoló-készülékekhez
adatátviteli vonalakon keresztül.
szabványos
21
Robotprogramozás és vezérlés I.
A robotprogramnak tartalmaznia kell azokat az utasításokat, amelyek
alapján a vezérlés meg tudja valósítani a manipulátor mozgatását, külső
egységek működtetését, szenzorok jeleinek szabályozását, stb. Az
elemek, modulok kapcsolatát mutatja be az alábbi ábra.
A robotvezérlés operációs rendszere hasonló feladatokat lát el, mint a
személyi számítógépeké (pl. DOS rendszerek az IBM PC gépeken).
Kiegészítve azzal, hogy alkalmas utasításokat tartalmaz a különböző
pontok felvételére is.
A robotprogram interpreter, vagy compiler alatt futhat (az előbbire a VAL
nyelv, az utóbbira az MCL a példa).
22
Robotprogramozás és vezérlés II.
Külső folyamatirányító
számítógép
pozíciók
OPERÁCIÓS
RENDSZER
ÉRZÉKELŐK
ADATAI
BETANÍTÓ
EGYSÉG
OPERÁCIÓS RENDSZER
PARANCS
ROBOT
VEZÉRLŐ
KÜLSŐ
PERIFÉRIÁK
PROGRAM
NYELV
PROGRAM
SZERKESZTÉS
PROGRAM
VÉGREHAJTÁS
tevékenység
szekvencia
logika
ROBOT
MANIPULÁTOR
23
Ipari robotok programozása I.
Az iparban alkalmazott robotok programozásának több módja van, attól
függően, milyen feladat megoldására fejlesztették ki az adott robottípust. A
megoldandó
feladat bonyolultsági
foka, bizonyos gazdasági
megfontolások és a tudományos fejlődés hozta létre az alábbi
robotprogramozási módszereket.
1. Egyszerű fizikai beállítás
A roboton, vagy környezetében elhelyezett ütközők, végállás kapcsolók,
stb. határozzák meg a végrehajtandó programot. A legtöbb esetben ezek a
robotok kizárólag egyszerű megfogási és darab mozgatási műveletekre
alkalmasak, bár rendkívül jó hatásfokkal működhetnek akkor, ha például
szerelőgépeken, szerszámgépeken szerszámok és alkatrészek cseréjére
alkalmazzák.
24
Ipari robotok programozása II.
2. Betanításos módszer
A gépkezelő a robotvezérléshez csatlakoztatott kézi kezelőről irányítva
végigviszi a robotot az összes kívánt helyzeten (programozott ponton).
Ebben az esetben a robotkart mint háromdimenziós digitalizáló eszközt
használják és fizikailag végigviszik az összes kívánt mozgáson. A
digitalizált pontokat tárolják, s a későbbiekben a vezérlés visszaemlékszik
mindazokra a pozíciókra és kézorientációs vektorra, amelyen keresztül a
robotkart végigmozgatták. E módszerrel matematikailag nehezen
definiálható bonyolult háromdimenziós mozgáspályát is végig tud járni a
robot. Tipikus alkalmazási területei a festékszórás, az ívhegesztés és a
munkadarab ellenőrzés.
25
Ipari robotok programozása III.
3. Magas szintű robotprogramozási nyelvek
Ebbe a csoportba tartoznak olyan robotprogramozási nyelvek
tartoznak, amelyek elősegítik, hogy
a gépkezelő nyelvezetéhez
idomuljon a programozás nyelvezete (az Unimation cég VAL, az IBM cég
(AML, a DEA cég HELP vagy a BOSCH cég BAPS programnyelvei). A
robotprogramok íly módon a robottól függetlenül egy külön számítógépen
is generálhatók, majd a vezérlés adatátviteli vonalán keresztül a robot
vezérlésébe betölthetők.
26
Ipari robotok programozása IV.
4. Az off-line programozás a "külvilág modellezésé"-vel
Az off-line programozás leíró programnyelv formájában, vagy modell
jellegű formában lehetséges. A leíró programozás mozgásokhoz kapcsolódó
utasításokat tartalmaz, míg a "külvilág modellezése" a programozó
számára olyan lehetőséget nyújt, hogy a szoftver környezet segítségével
leírhatja az anyagmozgatási feladatot a feladattal járó problémákkal együtt.
Ez utóbbi módszer kétségtelen előnye, hogy a mozgatni kívánt tárgyat az
adatbázisban csak egyszer kell leírni és tárolni. A "külvilág modell"
ugyanis változatlan marad még a termelési folyamat megváltozása
esetén is. Az ilyen rendszerek fejlesztése jelenleg is folyamatban van,
viszonylag kevés működik, de igen nagy jelentőséggel bír különösen a
szerelőiparban.
27