Transcript Prezentacja * 142 KB (do ściągnięcia)
Slide 1
Wstęp do Robotyki
opracowała
Mirosława Sas Bojarska
na podstawie „Mechatroniki”
Slide 2
Unit 1 – Robotyka- wstęp
Robotyka.
Karel Capek wprowadził
w 1920 r. pojęcie „robot”. Czeski
dramatopisarz opisał wizję
społeczeństwa przyszłości, w którym
człekokształtne maszyny miały
wykonywać najcięższe prace („robota”
to po czesku praca).
Slide 3
Unit 1 – Robotyka- wstęp
Podział maszyn manipulacyjnych.
Dzielą się na:
• Manipulatory
• Urządzenia Pick – and – Place
• Roboty przemyslowe
Slide 4
Unit 1 – Robotyka- wstęp
• Roboty są uniwersalnymi,
programowalnymi maszynami
manipulacyjnymi o wielu osiach.
• Roboty serwisowe są najczęściej
mobilnymi (samoprzemieszczającymi się)
maszynami manipulacyjnymi,
realizującymi zadania robocze lub
transportowe.
Slide 5
Unit 1 – Robotyka- wstęp
Roboty pasowały do „społeczeństwa
taśmy produkcyjnej”, którego cechą jest:
• Montonia czynności produkcyjnych,
• Stres, hałas, pył, wysoka temperatura,
• Obciążenie psychiczne.
Mogą przecież zwinnie wykonywać
monotonne ruchy powiązane z taktem
maszyny czy ruchem taśmy produkcyjnej.
Slide 6
Unit 1 – Robotyka- wstęp
Roboty są przeważnie budowane jako
przegubowe. Zawierają „przegub barkowy”,
„przegub ramienia” i „przegub dłoni”. Robot
średniej wielkości odpowiada stojącemu
pracownikowi. Prędkość jego ruchów jest
wyższa niż ta osiągana przy pracy ręcznej
(wynosi około 1 m/s). Ma też duży udźwig.
Szybkie mikroprocesory umożliwiają wykonanie
wielu milionów kroków obliczeniowych na
sekundę zapewniając zgodne przemieszczenia
poszczególnych osi ruchu (w celu np..
Liniowego prowadzenia narzędzia)
Slide 7
Unit 2 – Podział maszyn manipulacyjnych
Maszyny manipulacyjne dzielą się na:
• Manipulatory
• Urządzenia Pick and Place
• Roboty przemysłowe
i różnią się pod względem sposobu
sterowania, programowania i pól
zastosowań.
Slide 8
Unit 2 – Podział maszyn manipulacyjnych
Roboty są uniwersalnymi,
programowalnymi maszynami
manipulacyjnymi o wielu osiach.
W przypadku robotów kolejne ruchy i tor
przemieszczeń są swobodnie
programowalne. Nie jest potrzebna żadna
ingerencja mechaniczna. Tor
przemieszczeń i kolejność ruchów mogą
być sterowane przy pomocy sensorów.
Slide 9
Unit 2 – Podział maszyn manipulacyjnych
Roboty serwisowe są najczęściej
samoprzemieszczającymi się maszynami
manipulacyjnymi, realizującymi zadania
robocze lub transportowe.
Mogą być to np..:
• urządzenia transportowe w szpitalach
roznoszące posiłki,
• roboty wspinające się do czyszczenia i
sprawdzania elewacji wysokich budynków
Slide 10
Unit 2 – Podział maszyn manipulacyjnych
Stałoprogramowe maszyny manipulacyjne
stosuje się w przypadku realizacji ruchów o
stałej trajektorii, np.. W produkcji seryjnej przy
montażu lub obsłudze prasy.
Maszyny (urządzenia Pick – and – Place) takie są
często wyposażone w pneumatyczne siłowniki
liniowe lub obrotowe. Przeznaczone są do
pobierania i odkładania elementów znajdujących
się zawsze w tym samym miejscu.
Slide 11
Unit 2 – Podział maszyn manipulacyjnych
Manipulatory są maszynami realizującymi
zadawane ruchy, sterowane ręcznie przy –
przeważnie obserwacji wizualnej.
Są to urządzenia manipulacyjne
przeznaczone do transportowania ciężkich
odkuwek przy obsłudze pras kuźniczych
lub manipulowania dużymi przecinakami
nożycowymi przy pracach rozbiórkowych.
Slide 12
Unit 2 – Podział maszyn manipulacyjnych
Ruch elementu wykonawczego obsługiwanych
zdalnie manipulatorów, teleoperatorów,
nadzorowany jest poprzez obraz telewizyjny.
• Telemanipulatorów używa się np.:
w pomieszczeniach radioaktywnych
i eksperymentach kosmicznych.
• Mikromanipulatory mogą wykonywać zadania
z najmniejszymi elementami (mikroprocesory).
Ruch jest wtedy obserwowany przez mikroskop.
Slide 13
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Przydatność robota, jego kształt, przestrzeń
robocza i koszty jego sterowania określają
rodzaj, konfigurację
i liczbę ruchomych członów
(także osi i jednostek ruchu).
Człony ruchome są prostoliniowe
(translacyjne, osie T)
lub obrotowe (rotacyjne, osie R)
Slide 14
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Dowolny punkt przestrzeni możemy
osiągnąć gdy mamy trzy osie ruchu (osie
podstawowe, stosowana jest też nazwa
osie regionalne). Tworzą one ramię
robota. Ustawienie chwytaka lub
narzędzia w dowolnym kierunku w
przestrzeni niezbędne są dalsze trzy
osie ruchu nazywane osiami dłoni
(stosowana jest też nazwa osie lokalne –
najczęściej obrotowe).
Slide 15
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Wyróżnia się 3 stopnie swobody określające
położenie wybranego punktu ciała w
przestrzeni (współrzędne X,Y,Z), oraz 3
stopnie swobody dla jego zorientowania
przez obroty
wokół osi O (obracanie),
osi P (przechylanie poprzeczne)
i osi W (przechylanie wzdłużne).
W sumie mamy 6 stopni swobody.
Slide 16
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Kinematyka typu TTT wykorzystuje trzy
następujące po sobie ruchy liniowe wzdłuż
osi głównych. Roboty o tej kinematyce
stosuje się jako urządzenia portalowe do
montażu oraz do załadowania
lub rozładowania palet.
Przestrzeń robocza ma kształt
prostopadłościanu i jest bardzo duża.
Pojedyncze osie muszą się przemieszczać,
z różną, ale stałą prędkością.
Slide 17
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Kinematyka typu RTT wykorzystuje dwa ruchy
liniowe i jeden obrotowy. Obrotowa kolumna
(1 oś) dźwiga oś liniową (2 oś) ruchu pionowego,
a ta z kolei oś liniową (3 oś) ruchu poziomego
przemieszczeń w kierunku promieniowym.
Przestrzeń robocza jest cylindryczna. W trybie
sterowania ręcznego można zrealizować dwa
przemieszczenia liniowe (osie 2 i 3) oraz obrót
(1 oś) będący wycinkiem ruchu koła. Leży on
w płaszczyźnie poziomej X/Y. Do sterowania
ruchami narzędzia przeliczamy współrzędne
kartezjańskie na współrzędne walcowe
(współrzędne maszynowe).
Slide 18
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Roboty o kinematyce typu RRT
charakteryzują się dwoma osiami ruchu
obrotowego (1 i 2 oś) i jedną ruchu liniowego
(3 oś). Przestrzeń robocza jest wycinkiem
kuli. Ruch przy sterowaniu ręcznym jedną
z dwóch pierwszych osi odbywa się po wycinku
łuku koła. Podobnie jak w przypadku robota
o kinematyce RTT, w trakcie normalnej pracy
niezbędne są także przeliczenia
współrzędnych kartezjańskich na
współrzędne maszynowe
(tu współrzędne biegunowe).
Slide 19
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Kinematyka typu RRT z poziomo
ułożonym ramieniem jest często
spotykanym układem osi
(roboty montażowe).
Poziomo poruszające się ramię,
zbudowane z wykorzystaniem dwóch
obrotowych osi (R), przemieszcza oś
liniową (T) realizującą ruch pionowy.
Przestrzeń robocza ma kształt
cylindryczny.
Slide 20
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Taka budowa robota zapewnia duże siły
w kierunku pionowym, np. przy łączeniu
detali przez wciskanie w montażu.
Roboty takie (SCARA) charakteryzują się
mniejszą sztywnością w płaszczyźnie
poziomej. Najczęściej mają tylko jedną
oś ruchu lokalnego (obrotu dłoni) dla
orientacji manipulowanego przedmiotu.
Selective Compliance Assembly Robot
Arm = ramię robota montażowego ze
zróżnicowaną podatnością.
Slide 21
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Kinematyka typu RRR występuje gdy
wszystkie trzy ruchy są realizowane
przez obrotowe przeguby (roboty
przegubowe – najczęściej stosowane).
Roboty przegubowe potrzebują
najmniejszej powierzchni użytkowej
i w stosunku do innych h rozwiązań
pobierają najmniejszą energię w
stosunku do ich przestrzeni roboczej. Są
także bardziej sztywne i wytrzymałe od
robotów o innej kinematyce.
Slide 22
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Zwiększanie liczby osi ruchu.
Często roboty o sześciu osiach ruchu
zostają wyposażone w siódmą oś w celu
zwiększenia przestrzeni roboczej, np.
przez umieszczenie robota na szynach
(stosujemy w rozległych obiektach).
Siódmą i ósmą oś rozszerzającą kinematykę
robota uzyskujemy stosując stół obrotowopochylny (korzystne ustawienie
obrabianego przedmiotu w stosunku do
przemieszczanego przez robot narzędzia).
Slide 23
Unit 3 – PYTANIA
1. Na jakie trzy grupy dzieli się maszyny
manipulacyjne?
2. Iloma stopniami swobody opisuje się ruch?
3. Jaką typową przestrzeń roboczą ma robot
o kinematyce typu RTT?
4. Proszę opisać kinematykę RRT i jej typowe
przestrzenie robocze?
5. Czym wyróżnia się kinematyka typu RRR?
6. Dlaczego powiększa się liczbę osi robota
o siódmą oś lub siódmą i ósmą oś?
Slide 24
Unit 4 – Napędy robotów
Jako napędy stosuje się przeważnie
w robotach silniki elektryczne prądu
przemiennego. Napędy hydrauliczne
stosuje się tylko w przypadku robotów
przeznaczonych dla bardzo dużych
obciążeń lub w środowisku gdzie możliwa
jest eksplozja (np. roboty lakiernicze).
Napędy pneumatyczne stosowane są
w najprostszych urządzeniach
manipulacyjnych
(np. typu Pick –and- Place).
Slide 25
Unit 4 – Napędy robotów
Silniki napędowe umieszczane są
możliwie blisko środka przestrzeni
roboczej dla redukcji sił
bezwładnościowych powodowanych
ruchami robota. Obciążenia
przyspieszeniowe decydują
(przeważnie) o wielkości silnika.
Mniejszy wpływ mają obciążenia
masowe (udźwig) robota.
Slide 26
Unit 4 – Napędy robotów
Napędy elektryczne.
Układ napędowy składa się z silnika prądu
przemiennego ze sterowaną prędkością
obrotową połączonego
z hamulcem elektromagnetycznym
i sensorem położenia kątowego.
Silnik powinien charakteryzować się możliwie
małym momentem bezwładności. Maksymalna
liczba obrotów musi być redukowana, ze
względu na dużo mniejszą maksymalną
prędkość obrotową ramienia robota, za
pomocą przekładni: falowych (inaczej
elastycznych lub harmonicznych – Harmonic
drive) lub rzadziej przekładni planetarnych.
Slide 27
Unit 4 – Napędy robotów
Przekładnia falowa składa się z owalnej tarczy
(generator fali) połączonej z wałkiem
napędzającym, która – przez łożyskowanie
kulkowe – dociska elastyczną tuleję
z zewnętrznym uzębieniem do sztywnego,
nieruchomego pierścienia z uzębieniem
wewnętrznym. Dzięki owalnemu kształtowi
tarczy napędzającej zazębienia sztywnego
pierścienia
i elastycznej tulei stykają się tylko w dwóch
przeciwległych punktach. Liczba zębów
elastycznej tulei jest np. o dwa zęby mniejsza od
liczby zębów sztywnego pierścienia
Slide 28
Unit 4 – Napędy robotów
Jeżeli liczba zewnętrznych zębów elastycznej
tulei wynosi np. 200,
a wewnętrznego uzębienia pierścienia – 202,
to przy jednym obrocie tarczy, tuleja obraca
się o 2 zęby (1/100 obrotu). Współczynnik
przełożenia redukującego wynosi 1:100.
Przekładnie falowe mają prostą budowę,
są lekkie, charakteryzują się dobrą
sprawnością (>80%), nie mają luzów
i wymagają stosunkowo niewielkiej
przestrzeni do zabudowy.
Slide 29
Unit 4 – Napędy robotów
Napęd hydrauliczny.
Jako napęd hydrauliczny stosuje się
siłowniki liniowe połączone
z mechanizmem dźwigniowym, siłowniki
obrotowe zabudowane bezpośrednio na
ramieniu robota albo osiowe silniki
tłokowe i silniki łopatkowe.
Sterowanie napędami hydraulicznymi
realizowane jest za pomocą
serwozaworów.
Slide 30
Unit 4 – Napędy robotów
Zaletami napędu hydraulicznego są
małe masy, bardzo małe obciążenia
bezwładnościowe przy jednocześnie
bardzo dużym momencie obrotowym.
Łatwo tu także zrealizować
zabezpieczenia przeciwwybuchowe.
Wadami są ostre wymagania
eksploatacyjne i trudności
z doprowadzeniem i spływem oleju
przez przeguby robota.
Slide 31
Unit 5 – Chwytaki.
Roboty do zadań manipulacyjnych są
wyposażone w chwytaki.
Najczęściej są to chwytaki szczękowe
z napędem pneumatycznym, które przez
mechanizm dźwigniowy umożliwiają
uzyskiwanie dużej siły chwytu. Szczególnie
szeroko mogą otwierać się chwytaki
szczękowe z napędem jarzmowym.
Przedmioty cylindryczne przenoszone są
często chwytakami trójkońcówkowymi.
Do chwytania materiałów włókienniczych
stosuje się chwytaki z końcówkami
wyposażonymi w igły.
Slide 32
Unit 5 – Chwytaki.
Dla uniwersalnych zadań chwytania stosuje
się także chwytaki wielokońcówkowe
(wzorowane na ludzkiej dłoni). Do
chwytania gładkich i płaskich przedmiotów
jak np. płyt szklanych i detali z tworzywa
sztucznego stosuje się chwytaki
przyssawkowe. Niezbędną do tego próżnię
uzyskuje się z pompy próżniowej ze
zbiornikiem buforowym lub wytwarza przez
przepływ sprężonego powietrza przez
eżektor (od łac.eiaculare = wyrzucać,
używa się też nazwy „strumienica”).
Slide 33
Unit 5 – Chwytaki.
System wymiany chwytaków i narzędzi.
Ramię robota jest wyposażone w sprzęg
mocujący (interfejs) umożliwiający
wymianę narzędzi i chwytaków. Mamy
sprzęgi mechaniczne, z napędem
pneumatycznym lub elektrycznym.
Sprzęgi umożliwiają z reguły przepływ
energii oraz sygnałów elektrycznych
i pneumatycznych.
Slide 34
Unit 6 – Programowanie robotów
.
Programowanie robotów
jest znacznie
trudniejsze w porównaniu
z programowaniem maszyn sterowanych
numerycznie, gdyż oprócz trajektorii
ruchu należy także zaprogramować
położenie (orientację) narzędzia
lub chwytaka.
Przeważnie zadanie to nie może być
zrealizowane wyłącznie na podstawie
rysunków technicznych obrabianego
przedmiotu.
Slide 35
Unit 6 – Programowanie robotów
Stosowanymi metodami programowania
robotów są:
-metoda Play – back (także
programowanie przez obwiedzenie
toru ruchu),
-metoda teach – in i programowanie
współrzędnych punktów toru ruchu,
-programowanie Off – line,
-interaktywne programowanie graficzne.
Slide 36
Unit 6 – Programowanie robotów
Wspólnym terminem
programowanie uczeniem objęto
programowanie wykonywane
przez ręczne prowadzenie
narzędzia (Play-back)
i programowanie wykonywane przy
użyciu przenośnego
programatora współrzędnych
punktów toru (Teach-in).
Slide 37
Unit 6 – Programowanie robotów
Programowanie Play-back („odgrywać”)
jest zatem ręcznym, bezpośrednim
przemieszczeniem narzędzia
zamocowanego na robocie po
przewidzianym torze ruchu (obwiedzenie
toru ruchu). Układ sterowania zapamiętuje
współrzędne kolejnych punktów toru
wszystkich osi ruchu robota. Po przejściu
w tryb normalnej pracy robot odtworzy
zaprogramowany tor ruchu.
Slide 38
Unit 6 – Programowanie robotów
Wadą tego programowania jest
konieczność poruszania się operatora
razem z robotem w jego (robota)
przestrzeni roboczej. Stwarza to
zagrożenie dla operatora. Jest to też
metoda niedokładna ze względu na
inne obciążenie robota podczas
ręcznego prowadzenia narzędzia, niż
przy automatycznym odtwarzaniu.
Slide 39
Unit 6 – Programowanie robotów
Programowanie Teach-in („nauczać na
pamięć”) charakteryzuje się tym, że
operator za pomocą pulpitu lub drążka
sterującego („Joy-stick”) przenośnego
programatora przemieszcza osie ruchu do
żądanego punktu toru ruchu lub miejsca
obróbki.
Po osiągnięciu żądanego położenia i
orientacji narzędzia ich współrzędne są
zapisywane pod kolejnym numerem adresu
danej procedury programu ruchu. Pozwala
to na zaprogramowanie następnego
położenia
Slide 40
Unit 6 – Programowanie robotów
Podczas pracy automatycznej
wszystkie zapamiętane położenia
kinematyki robota będą odtworzone
według zapamiętanej kolejności.
Nauczanie położenia i orientacji
odbywa się przez ręczne sterowanie
punkt po punkcie. pozostałe rozkazy
zostają zaprogramowane z pulpitu
sterowania robota lub przy pomocy
komputera.
Slide 41
Unit 6 – Programowanie robotów
Programowanie w językach
wyższego rzędu ma charakter
strukturalny – tzn. podzielone jest na
program główny i podprogramy.
Prowadzone jest aż do wprowadzenia
konkretnych danych położenia
i orientacji narzędzia przy pomocy
komputera (rzadziej przez pulpit
operatorski robota).
Slide 42
Unit 6 – Programowanie robotów
Programowanie może się odbywać również
za pomocą specjalnych języków
z makrami. Poprzez odpowiednie nazwy
rozkazów, np.. SPAWANIE, wywołuje się
automatyczne generowanie
zaplanowanych dla danego rodzaju
spawania parametrów. Generowane są
zarówno instrukcje ruchu, jak i rozkazy
wejściowe i wyjściowe do urządzeń
peryferyjnych
(np. do źródła zasilania urządzenia).
Slide 43
Unit 6 – Programowanie robotów
Interaktywne programowanie graficzne
– na stanowisku programowania (typu
CAD) zostają wytworzone (oprócz
instrukcji przebiegu programu
i wszystkich instrukcji ruchu) dane
określające współrzędne położenia
i orientacji narzędzia. Całe zadanie robota
jest wirtualnie realizowane na ekranie
monitora, a następnie tworzony jest
program sterowania robotem.
Slide 44
Unit 6 – Programowanie robotów
Układy współrzędnych.
Do sterowania ruchem robota niezbędny jest
jego dokładny opis w przestrzeni roboczej
w powiązaniu z obrabianym lub
manipulowanym przedmiotem. Do opisu
używa się prawoskrętnego,
kartezjańskiego układu współrzędnych
(układu koordynacyjnego). Układ
współrzędnych wykorzystywany przy
sterowaniu ruchem
i programowaniu robota nazywa się układem
współrzędnych programowania lub
układem współrzędnych użytkownika.
Slide 45
Unit 6 – Programowanie robotów
Globalny układ współrzędnych jest
podstawowym bazowym układem
współrzędnych, który jest trwale
przyporządkowany otoczeniu robota.
Podstawowy układ współrzędnych
robota odnosi się do samego robota i jest
tak zdefiniowany, ze jego podstawa leży
w płaszczyźnie XY,
a oś Z ustawiona jest w jego środku.
Slide 46
Unit 6 – Programowanie robotów
Układ współrzędnych interfejsu
mechanicznego określany jest
przy pomocy danych technicznych
robota w trakcie jego uruchamiania.
Można przy tym uwzględnić
ewentualne przedłużenie ramienia
(trzeciej osi ruchu) robota.
Względem tego układu orientowane
są narzędzia i chwytaki.
Slide 47
Unit 6 – Programowanie robotów
Układ współrzędnych narzędzia i
TCP. Układ współrzędnych narzędzia
doczepiony jest do wybranego punktu
narzędzi TCP (Tool Center Point =
centralny punkt narzędzia). Przebieg
przemieszczenia punktu TCP tworzy
tor ruchu narzędzia robota,
a przestrzenne usytuowanie układu
współrzędnych narzędzia odpowiada
orientacji narzędzia.
Slide 48
Unit 6 – Programowanie robotów
Podstawowy układ współrzędnych
obiektu manipulacji lub obróbki
definiuje jego położenie. Jest ściśle
powiązany z globalnym układem
współrzędnych. W tym układzie
współrzędnych prowadzi się
programowanie off-line zadań
manipulacyjnych. Osie układu
odpowiadają najczęściej osiom położenia
stołu maszyny lub lub osiom miejsca
osadzenia palet magazynowych.
Slide 49
Unit 6 – Programowanie robotów
Układ współrzędnych obiektu
manipulacji. W tym układzie opisywana
jest geometria obiektu manipulacji.
Jest powiązany z podstawowym układem
współrzędnych obiektu manipulacji –
zwykle przesunięte są tylko równoległe
osie obu układów. Spotykana jest także
nazwa „układ obróbczy”.
Dane współrzędne w programie obróbki
realizowanej przez robot korzystnie jest
odnosić do układu współrzędnych obiektu.
Slide 50
Unit 6 – PYTANIA
1. Jakie metody programowania stosowane są
w przypadku robotów?
2. Jakie wady ma programowanie typu Teachin?
3. Proszę wyjaśnić programowanie makrami?
4. Jakiego kształtu jest przestrzeń robocza
robotów o kinematyce TTT i RTT?
5. Omów kinematykę typu RRT?
6. Czym różnią się układy współrzędnych:
globalny i podstawowy robota?
7. Do czego odnoszą się wartości
współrzędnych robota X,Y,Z?
8. Co oznacza termin TCT w technice
Slide 51
Unit7 – Sterowanie robotami
Sterowanie ruchem narzędzia robota
opiera się na interpolacji pomiędzy
początkowym i końcowym punktem
danego przemieszczenia. Interpolacja
liniowa łączy początkowy i końcowy
punkt linią prostą w przestrzeni.
Dla interpolacji kołowej niezbędny jest
punkt pomocniczy w środku
realizowanego przemieszczenia
kołowego.
Slide 52
Unit7 – Sterowanie robotami
Ze względu na obrotowe ruchy
niektórych osi robota niezbędne jest
dokonanie transformacji
współrzędnych toru ruchu narzędzia
określonego w prostokątnym układzie
współrzędnych
(współrzędne globalne)
na układ współrzędnych maszynowych,
odpowiadających ruchowi osi robota.
Slide 53
Unit7 – Sterowanie robotami
Koordynacja ruchu osi.
Dla danej pozycji robota istnieją zwykle 4 różne
ustawienia jego członów. W sytuacji „epsilon 0”
czwarta i szósta oś robota obracają się
w kierunkach przeciwnych. Przy realizacji zadań
obróbczych poszukuje się zatem takiego
ustawienia obrabianego detalu w przestrzeni
roboczej robota, dla którego nie występuje
sytuacja „epsilon 0”, gdyż czwarta i szósta oś
ruchu obracające się przeciwsobnie
uniemożliwiają osiągnięcie wysokiej dokładności
obróbki. Przy realizacji zadań obróbczych należy
unikać poziomego lub pionowego położenia
„ramienia” robota (sytuacja „epsilon 0”).
Slide 54
Unit7 – Sterowanie robotami
Interpolacja (Interpolation = obliczanie wartości pośrednich)
Point – To – Point (PTP =”od punktu do punktu”).
W trybie pracy PTP robot przemieszcza się do
punktu docelowego w ten sposób, ze wszystkie
osie ruchu równocześnie rozpoczynają ruch
kontynuowany aż do zatrzymania się osi.
W sterowaniu osiami robota stosuje się
interpolację liniową (linear = prostoliniowy). Dla
kinematyki typy TTT charakterystyczne są
prostoliniowe ruchy osi i równocześnie
skomplikowane ruchy narzędzi. Tryb pracy PTP
umożliwia
uzyskiwanie najkrótszego czasu przejścia
pomiędzy dwoma punktami.
Slide 55
Unit7 – Sterowanie robotami
Continuous-Path (CP)
(Continuous-Path =”ciągła droga”)
W trybie pracy CP punkty pośrednie
toru ruchu są tak obliczane, że punkt
TCP przemieszcza się po linii prostej
(interpolacja liniowa)
lub po okręgu (interpolacja kołowa
lub cyrkularna).
Slide 56
Unit7 – Sterowanie robotami
Uniwersalnym rodzajem interpolacji
dla bezzrywowego ruchu narzędzia
robota jest interpolacja typu
spline
(spline = listwa, szablon krzywkowy).
W tej metodzie łączone są
zaprogramowane punkty pośrednie
toru ruchu trajektorią
odpowiadającą „Linii ugięcia drutu
stalowego”.
Slide 57
Unit7 – Sterowanie robotami
W zadaniu interpolacyjnym mieścić się może nie
tylko obliczenie toru ruchu punktu TCP, ale
także orientacja narzędzia. Określa ona jego
przestrzenne ustawienie. Orientacja ta może być
stała wzdłuż toru ruchu lub może zmieniać się
płynnie, od orientacji początkowej do końcowej.
Wymagane są też takie ruchy narzędzia robota,
przy których jego pozycja względem TCP
pozostaje stała, ale zmieniają się poszczególne
kąty orientacji, np. tylko przechylanie wzdłużne
lub tylko poprzeczne ewentualnie tylko
obracanie. Taka realizacja ruchów narzędzia
robota nazywana jest wirującą.
Slide 58
Unit7 – Sterowanie robotami
Poślizg i oscylacje narzędzia
Realizowany po interpolacji tor ruchu
narzędzia robota składa się z odcinków linii
prostej, wycinków okręgu lub
- w przypadku metody Spline – z wycinków
giętkich krzywych – zależnie od wybranego
rodzaju interpolacji. Zwykle dąży się do
harmonijnego kontynuowania ruchu
narzędzia. Zaokrągla się zatem łączone
odcinki toru w zaprogramowanych punktach
podparcia (końcowe punkty
interpolowanych odcinków)
i mówi o „poślizgu”.
Slide 59
Unit7 – Sterowanie robotami
W układach regulacji położenia mała wartość
współczynnika wzmocnienia prędkościowego
powoduje zwiększenie zaokrągleń.
Obecnie poślizg określany jest przez obliczanie
przebiegu zaokrąglania narożników toru. Tor
ruchu jest zatem zawsze jednakowy i nie
zależy od prędkości ruchu.
Poślizg w narożnych punktach osiąga się przez
własne opóźnienia w układach regulacji
położenia osi ruchu lub przez interpolację
zaokrąglenia toru ruchu.
Slide 60
Unit7 – Sterowanie robotami
Funkcja oscylacji pozwala nałożyć ruch
oscylacyjny narzędzia na
zaprogramowany tor jego ruchu.
Zaprogramować możemy: płaszczyznę,
skok, częstotliwość i kształt oscylacji
(sinusoidalny, trójkątny lub prostokątny).
Jeżeli płaszczyzna oscylacji
w początkowym punkcie toru jest inaczej
zorientowana niż w punkcie końcowym,
to zostaje w sposób płynny obracana
w trakcie realizacji toru.
Slide 61
Unit7 – Sterowanie robotami
Sensoryczne sterowanie robotem
Roboty miały nie tylko odtwarzać
zaprogramowany ruch ale
i samoczynnie dopasowywać się do
zewnętrznych warunków
środowiskowych.
Urządzenia sensoryczne umożliwiają
określenie warunków zewnętrznych,
tak aby robot mógł być sterowany przy
pomocy generowanych
przez nie sygnałów.
Slide 62
Unit7 – Sterowanie robotami
Sensoryka robota może służyć do:
podwyższenia bezpieczeństwa,
zapewnienia wymaganej jakości,
zwiększenia wydajności,
kompensowania niedokładności
pozycjonowania,
zwiększenia elastyczności sterowania,
uproszczenia programowania,
zastępowania ręcznych korekcji programu,
częściowego zastępowania programowania.
Slide 63
Unit7 – Sterowanie robotami
Przykład zastosowania sensorów.
Za pomocą sensora poboru energii można
dopasować prędkość posuwu do
narzędzia, uzyskując minimalny czas
obróbki detalu.
Sensoryka służy w tym przypadku do
poprawy wydajności produkowania.
Mierzy się obciążenie energetyczne
powodowane przez narzędzie. Sensory
są odporne na zakłócenia i można je
instalować względnie daleko
od samego narzędzia.
Slide 64
Unit7 – Sterowanie robotami
Zaletą rozwiązania sensorycznego jest też
uproszczenie programowania
i możliwość przystosowania ruchu robota do
zmieniających się położeń detali na
palecie. Można też zastosować sensory
wizyjne. Konieczny jest wtedy dobry
kontrast między detalem a podłożem,
oświetlenie źródłem światła o stałym
natężeniu oraz unikanie tworzenia cieni
i odbić światła od detalu.
Slide 65
Unit8 – Bezpieczeństwo pracy z robotami
Miejsce pracy robota, ze względu na szybkie
ruchy ramienia, jest strefą niebezpieczną
i musi być oddzielone od dróg transportu
wewnętrznego i obszarów pracy
człowieka. Ogrodzenie z mocnej stalowej
siatki jest najpewniejsze ponieważ
zabezpiecza też przed zagrożeniami
powstającymi przy zakłóceniach pracy
chwytaka i wyrzuceniu z niego
transportowanych przedmiotów.
Detale możemy zatem dostarczać przy
pomocy stołu obrotowego.
Slide 66
Unit8 – Bezpieczeństwo pracy z robotami
-Przed rozpoczęciem i w czasie ruchu robota
urządzenia ochronne muszą być aktywne.
-Przy usuniętym lub uszkodzonym urządzeniu
ochronnym robot musi być unieruchomiony.
Operator musi wejść do przestrzeni roboczej
podczas programowania w trybie nauczania
(Teach-in).
Musi mieć wtedy zabezpieczoną drogę odwrotu.
Przenośny panel programowania musi być
wyposażony:
- w wyłącznik awaryjny,
- wyłącznik zezwolenia ruchu
Slide 67
Unit 8 – PYTANIA
1. W jakim układzie współrzędnych
pamiętane są pozycje robota?
2. W oparciu o jakie współrzędne
realizowana jest regulacja położenia?
3. Jak się to dzieje, że położenia osi
ruchu mogą być wieloznaczne?
4. Co rozumie się pod pojęciem sytuacji
„epsilon 0o”?
Slide 68
Unit 8 – PYTANIA
5. Który rodzaj interpolacji jest używany
w robotyce?
6. Co dzieje się podczas orientacji
narzędzia robota?
7. Do czego w robotach potrzebny jest
„poślizg”?
8. Po co stosuje się funkcję oscylacji?
Wstęp do Robotyki
opracowała
Mirosława Sas Bojarska
na podstawie „Mechatroniki”
Slide 2
Unit 1 – Robotyka- wstęp
Robotyka.
Karel Capek wprowadził
w 1920 r. pojęcie „robot”. Czeski
dramatopisarz opisał wizję
społeczeństwa przyszłości, w którym
człekokształtne maszyny miały
wykonywać najcięższe prace („robota”
to po czesku praca).
Slide 3
Unit 1 – Robotyka- wstęp
Podział maszyn manipulacyjnych.
Dzielą się na:
• Manipulatory
• Urządzenia Pick – and – Place
• Roboty przemyslowe
Slide 4
Unit 1 – Robotyka- wstęp
• Roboty są uniwersalnymi,
programowalnymi maszynami
manipulacyjnymi o wielu osiach.
• Roboty serwisowe są najczęściej
mobilnymi (samoprzemieszczającymi się)
maszynami manipulacyjnymi,
realizującymi zadania robocze lub
transportowe.
Slide 5
Unit 1 – Robotyka- wstęp
Roboty pasowały do „społeczeństwa
taśmy produkcyjnej”, którego cechą jest:
• Montonia czynności produkcyjnych,
• Stres, hałas, pył, wysoka temperatura,
• Obciążenie psychiczne.
Mogą przecież zwinnie wykonywać
monotonne ruchy powiązane z taktem
maszyny czy ruchem taśmy produkcyjnej.
Slide 6
Unit 1 – Robotyka- wstęp
Roboty są przeważnie budowane jako
przegubowe. Zawierają „przegub barkowy”,
„przegub ramienia” i „przegub dłoni”. Robot
średniej wielkości odpowiada stojącemu
pracownikowi. Prędkość jego ruchów jest
wyższa niż ta osiągana przy pracy ręcznej
(wynosi około 1 m/s). Ma też duży udźwig.
Szybkie mikroprocesory umożliwiają wykonanie
wielu milionów kroków obliczeniowych na
sekundę zapewniając zgodne przemieszczenia
poszczególnych osi ruchu (w celu np..
Liniowego prowadzenia narzędzia)
Slide 7
Unit 2 – Podział maszyn manipulacyjnych
Maszyny manipulacyjne dzielą się na:
• Manipulatory
• Urządzenia Pick and Place
• Roboty przemysłowe
i różnią się pod względem sposobu
sterowania, programowania i pól
zastosowań.
Slide 8
Unit 2 – Podział maszyn manipulacyjnych
Roboty są uniwersalnymi,
programowalnymi maszynami
manipulacyjnymi o wielu osiach.
W przypadku robotów kolejne ruchy i tor
przemieszczeń są swobodnie
programowalne. Nie jest potrzebna żadna
ingerencja mechaniczna. Tor
przemieszczeń i kolejność ruchów mogą
być sterowane przy pomocy sensorów.
Slide 9
Unit 2 – Podział maszyn manipulacyjnych
Roboty serwisowe są najczęściej
samoprzemieszczającymi się maszynami
manipulacyjnymi, realizującymi zadania
robocze lub transportowe.
Mogą być to np..:
• urządzenia transportowe w szpitalach
roznoszące posiłki,
• roboty wspinające się do czyszczenia i
sprawdzania elewacji wysokich budynków
Slide 10
Unit 2 – Podział maszyn manipulacyjnych
Stałoprogramowe maszyny manipulacyjne
stosuje się w przypadku realizacji ruchów o
stałej trajektorii, np.. W produkcji seryjnej przy
montażu lub obsłudze prasy.
Maszyny (urządzenia Pick – and – Place) takie są
często wyposażone w pneumatyczne siłowniki
liniowe lub obrotowe. Przeznaczone są do
pobierania i odkładania elementów znajdujących
się zawsze w tym samym miejscu.
Slide 11
Unit 2 – Podział maszyn manipulacyjnych
Manipulatory są maszynami realizującymi
zadawane ruchy, sterowane ręcznie przy –
przeważnie obserwacji wizualnej.
Są to urządzenia manipulacyjne
przeznaczone do transportowania ciężkich
odkuwek przy obsłudze pras kuźniczych
lub manipulowania dużymi przecinakami
nożycowymi przy pracach rozbiórkowych.
Slide 12
Unit 2 – Podział maszyn manipulacyjnych
Ruch elementu wykonawczego obsługiwanych
zdalnie manipulatorów, teleoperatorów,
nadzorowany jest poprzez obraz telewizyjny.
• Telemanipulatorów używa się np.:
w pomieszczeniach radioaktywnych
i eksperymentach kosmicznych.
• Mikromanipulatory mogą wykonywać zadania
z najmniejszymi elementami (mikroprocesory).
Ruch jest wtedy obserwowany przez mikroskop.
Slide 13
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Przydatność robota, jego kształt, przestrzeń
robocza i koszty jego sterowania określają
rodzaj, konfigurację
i liczbę ruchomych członów
(także osi i jednostek ruchu).
Człony ruchome są prostoliniowe
(translacyjne, osie T)
lub obrotowe (rotacyjne, osie R)
Slide 14
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Dowolny punkt przestrzeni możemy
osiągnąć gdy mamy trzy osie ruchu (osie
podstawowe, stosowana jest też nazwa
osie regionalne). Tworzą one ramię
robota. Ustawienie chwytaka lub
narzędzia w dowolnym kierunku w
przestrzeni niezbędne są dalsze trzy
osie ruchu nazywane osiami dłoni
(stosowana jest też nazwa osie lokalne –
najczęściej obrotowe).
Slide 15
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Wyróżnia się 3 stopnie swobody określające
położenie wybranego punktu ciała w
przestrzeni (współrzędne X,Y,Z), oraz 3
stopnie swobody dla jego zorientowania
przez obroty
wokół osi O (obracanie),
osi P (przechylanie poprzeczne)
i osi W (przechylanie wzdłużne).
W sumie mamy 6 stopni swobody.
Slide 16
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Kinematyka typu TTT wykorzystuje trzy
następujące po sobie ruchy liniowe wzdłuż
osi głównych. Roboty o tej kinematyce
stosuje się jako urządzenia portalowe do
montażu oraz do załadowania
lub rozładowania palet.
Przestrzeń robocza ma kształt
prostopadłościanu i jest bardzo duża.
Pojedyncze osie muszą się przemieszczać,
z różną, ale stałą prędkością.
Slide 17
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Kinematyka typu RTT wykorzystuje dwa ruchy
liniowe i jeden obrotowy. Obrotowa kolumna
(1 oś) dźwiga oś liniową (2 oś) ruchu pionowego,
a ta z kolei oś liniową (3 oś) ruchu poziomego
przemieszczeń w kierunku promieniowym.
Przestrzeń robocza jest cylindryczna. W trybie
sterowania ręcznego można zrealizować dwa
przemieszczenia liniowe (osie 2 i 3) oraz obrót
(1 oś) będący wycinkiem ruchu koła. Leży on
w płaszczyźnie poziomej X/Y. Do sterowania
ruchami narzędzia przeliczamy współrzędne
kartezjańskie na współrzędne walcowe
(współrzędne maszynowe).
Slide 18
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Roboty o kinematyce typu RRT
charakteryzują się dwoma osiami ruchu
obrotowego (1 i 2 oś) i jedną ruchu liniowego
(3 oś). Przestrzeń robocza jest wycinkiem
kuli. Ruch przy sterowaniu ręcznym jedną
z dwóch pierwszych osi odbywa się po wycinku
łuku koła. Podobnie jak w przypadku robota
o kinematyce RTT, w trakcie normalnej pracy
niezbędne są także przeliczenia
współrzędnych kartezjańskich na
współrzędne maszynowe
(tu współrzędne biegunowe).
Slide 19
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Kinematyka typu RRT z poziomo
ułożonym ramieniem jest często
spotykanym układem osi
(roboty montażowe).
Poziomo poruszające się ramię,
zbudowane z wykorzystaniem dwóch
obrotowych osi (R), przemieszcza oś
liniową (T) realizującą ruch pionowy.
Przestrzeń robocza ma kształt
cylindryczny.
Slide 20
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Taka budowa robota zapewnia duże siły
w kierunku pionowym, np. przy łączeniu
detali przez wciskanie w montażu.
Roboty takie (SCARA) charakteryzują się
mniejszą sztywnością w płaszczyźnie
poziomej. Najczęściej mają tylko jedną
oś ruchu lokalnego (obrotu dłoni) dla
orientacji manipulowanego przedmiotu.
Selective Compliance Assembly Robot
Arm = ramię robota montażowego ze
zróżnicowaną podatnością.
Slide 21
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Kinematyka typu RRR występuje gdy
wszystkie trzy ruchy są realizowane
przez obrotowe przeguby (roboty
przegubowe – najczęściej stosowane).
Roboty przegubowe potrzebują
najmniejszej powierzchni użytkowej
i w stosunku do innych h rozwiązań
pobierają najmniejszą energię w
stosunku do ich przestrzeni roboczej. Są
także bardziej sztywne i wytrzymałe od
robotów o innej kinematyce.
Slide 22
Unit 3 – Kinematyka Robotów
Zwiększanie liczby osi ruchu.
Często roboty o sześciu osiach ruchu
zostają wyposażone w siódmą oś w celu
zwiększenia przestrzeni roboczej, np.
przez umieszczenie robota na szynach
(stosujemy w rozległych obiektach).
Siódmą i ósmą oś rozszerzającą kinematykę
robota uzyskujemy stosując stół obrotowopochylny (korzystne ustawienie
obrabianego przedmiotu w stosunku do
przemieszczanego przez robot narzędzia).
Slide 23
Unit 3 – PYTANIA
1. Na jakie trzy grupy dzieli się maszyny
manipulacyjne?
2. Iloma stopniami swobody opisuje się ruch?
3. Jaką typową przestrzeń roboczą ma robot
o kinematyce typu RTT?
4. Proszę opisać kinematykę RRT i jej typowe
przestrzenie robocze?
5. Czym wyróżnia się kinematyka typu RRR?
6. Dlaczego powiększa się liczbę osi robota
o siódmą oś lub siódmą i ósmą oś?
Slide 24
Unit 4 – Napędy robotów
Jako napędy stosuje się przeważnie
w robotach silniki elektryczne prądu
przemiennego. Napędy hydrauliczne
stosuje się tylko w przypadku robotów
przeznaczonych dla bardzo dużych
obciążeń lub w środowisku gdzie możliwa
jest eksplozja (np. roboty lakiernicze).
Napędy pneumatyczne stosowane są
w najprostszych urządzeniach
manipulacyjnych
(np. typu Pick –and- Place).
Slide 25
Unit 4 – Napędy robotów
Silniki napędowe umieszczane są
możliwie blisko środka przestrzeni
roboczej dla redukcji sił
bezwładnościowych powodowanych
ruchami robota. Obciążenia
przyspieszeniowe decydują
(przeważnie) o wielkości silnika.
Mniejszy wpływ mają obciążenia
masowe (udźwig) robota.
Slide 26
Unit 4 – Napędy robotów
Napędy elektryczne.
Układ napędowy składa się z silnika prądu
przemiennego ze sterowaną prędkością
obrotową połączonego
z hamulcem elektromagnetycznym
i sensorem położenia kątowego.
Silnik powinien charakteryzować się możliwie
małym momentem bezwładności. Maksymalna
liczba obrotów musi być redukowana, ze
względu na dużo mniejszą maksymalną
prędkość obrotową ramienia robota, za
pomocą przekładni: falowych (inaczej
elastycznych lub harmonicznych – Harmonic
drive) lub rzadziej przekładni planetarnych.
Slide 27
Unit 4 – Napędy robotów
Przekładnia falowa składa się z owalnej tarczy
(generator fali) połączonej z wałkiem
napędzającym, która – przez łożyskowanie
kulkowe – dociska elastyczną tuleję
z zewnętrznym uzębieniem do sztywnego,
nieruchomego pierścienia z uzębieniem
wewnętrznym. Dzięki owalnemu kształtowi
tarczy napędzającej zazębienia sztywnego
pierścienia
i elastycznej tulei stykają się tylko w dwóch
przeciwległych punktach. Liczba zębów
elastycznej tulei jest np. o dwa zęby mniejsza od
liczby zębów sztywnego pierścienia
Slide 28
Unit 4 – Napędy robotów
Jeżeli liczba zewnętrznych zębów elastycznej
tulei wynosi np. 200,
a wewnętrznego uzębienia pierścienia – 202,
to przy jednym obrocie tarczy, tuleja obraca
się o 2 zęby (1/100 obrotu). Współczynnik
przełożenia redukującego wynosi 1:100.
Przekładnie falowe mają prostą budowę,
są lekkie, charakteryzują się dobrą
sprawnością (>80%), nie mają luzów
i wymagają stosunkowo niewielkiej
przestrzeni do zabudowy.
Slide 29
Unit 4 – Napędy robotów
Napęd hydrauliczny.
Jako napęd hydrauliczny stosuje się
siłowniki liniowe połączone
z mechanizmem dźwigniowym, siłowniki
obrotowe zabudowane bezpośrednio na
ramieniu robota albo osiowe silniki
tłokowe i silniki łopatkowe.
Sterowanie napędami hydraulicznymi
realizowane jest za pomocą
serwozaworów.
Slide 30
Unit 4 – Napędy robotów
Zaletami napędu hydraulicznego są
małe masy, bardzo małe obciążenia
bezwładnościowe przy jednocześnie
bardzo dużym momencie obrotowym.
Łatwo tu także zrealizować
zabezpieczenia przeciwwybuchowe.
Wadami są ostre wymagania
eksploatacyjne i trudności
z doprowadzeniem i spływem oleju
przez przeguby robota.
Slide 31
Unit 5 – Chwytaki.
Roboty do zadań manipulacyjnych są
wyposażone w chwytaki.
Najczęściej są to chwytaki szczękowe
z napędem pneumatycznym, które przez
mechanizm dźwigniowy umożliwiają
uzyskiwanie dużej siły chwytu. Szczególnie
szeroko mogą otwierać się chwytaki
szczękowe z napędem jarzmowym.
Przedmioty cylindryczne przenoszone są
często chwytakami trójkońcówkowymi.
Do chwytania materiałów włókienniczych
stosuje się chwytaki z końcówkami
wyposażonymi w igły.
Slide 32
Unit 5 – Chwytaki.
Dla uniwersalnych zadań chwytania stosuje
się także chwytaki wielokońcówkowe
(wzorowane na ludzkiej dłoni). Do
chwytania gładkich i płaskich przedmiotów
jak np. płyt szklanych i detali z tworzywa
sztucznego stosuje się chwytaki
przyssawkowe. Niezbędną do tego próżnię
uzyskuje się z pompy próżniowej ze
zbiornikiem buforowym lub wytwarza przez
przepływ sprężonego powietrza przez
eżektor (od łac.eiaculare = wyrzucać,
używa się też nazwy „strumienica”).
Slide 33
Unit 5 – Chwytaki.
System wymiany chwytaków i narzędzi.
Ramię robota jest wyposażone w sprzęg
mocujący (interfejs) umożliwiający
wymianę narzędzi i chwytaków. Mamy
sprzęgi mechaniczne, z napędem
pneumatycznym lub elektrycznym.
Sprzęgi umożliwiają z reguły przepływ
energii oraz sygnałów elektrycznych
i pneumatycznych.
Slide 34
Unit 6 – Programowanie robotów
.
Programowanie robotów
jest znacznie
trudniejsze w porównaniu
z programowaniem maszyn sterowanych
numerycznie, gdyż oprócz trajektorii
ruchu należy także zaprogramować
położenie (orientację) narzędzia
lub chwytaka.
Przeważnie zadanie to nie może być
zrealizowane wyłącznie na podstawie
rysunków technicznych obrabianego
przedmiotu.
Slide 35
Unit 6 – Programowanie robotów
Stosowanymi metodami programowania
robotów są:
-metoda Play – back (także
programowanie przez obwiedzenie
toru ruchu),
-metoda teach – in i programowanie
współrzędnych punktów toru ruchu,
-programowanie Off – line,
-interaktywne programowanie graficzne.
Slide 36
Unit 6 – Programowanie robotów
Wspólnym terminem
programowanie uczeniem objęto
programowanie wykonywane
przez ręczne prowadzenie
narzędzia (Play-back)
i programowanie wykonywane przy
użyciu przenośnego
programatora współrzędnych
punktów toru (Teach-in).
Slide 37
Unit 6 – Programowanie robotów
Programowanie Play-back („odgrywać”)
jest zatem ręcznym, bezpośrednim
przemieszczeniem narzędzia
zamocowanego na robocie po
przewidzianym torze ruchu (obwiedzenie
toru ruchu). Układ sterowania zapamiętuje
współrzędne kolejnych punktów toru
wszystkich osi ruchu robota. Po przejściu
w tryb normalnej pracy robot odtworzy
zaprogramowany tor ruchu.
Slide 38
Unit 6 – Programowanie robotów
Wadą tego programowania jest
konieczność poruszania się operatora
razem z robotem w jego (robota)
przestrzeni roboczej. Stwarza to
zagrożenie dla operatora. Jest to też
metoda niedokładna ze względu na
inne obciążenie robota podczas
ręcznego prowadzenia narzędzia, niż
przy automatycznym odtwarzaniu.
Slide 39
Unit 6 – Programowanie robotów
Programowanie Teach-in („nauczać na
pamięć”) charakteryzuje się tym, że
operator za pomocą pulpitu lub drążka
sterującego („Joy-stick”) przenośnego
programatora przemieszcza osie ruchu do
żądanego punktu toru ruchu lub miejsca
obróbki.
Po osiągnięciu żądanego położenia i
orientacji narzędzia ich współrzędne są
zapisywane pod kolejnym numerem adresu
danej procedury programu ruchu. Pozwala
to na zaprogramowanie następnego
położenia
Slide 40
Unit 6 – Programowanie robotów
Podczas pracy automatycznej
wszystkie zapamiętane położenia
kinematyki robota będą odtworzone
według zapamiętanej kolejności.
Nauczanie położenia i orientacji
odbywa się przez ręczne sterowanie
punkt po punkcie. pozostałe rozkazy
zostają zaprogramowane z pulpitu
sterowania robota lub przy pomocy
komputera.
Slide 41
Unit 6 – Programowanie robotów
Programowanie w językach
wyższego rzędu ma charakter
strukturalny – tzn. podzielone jest na
program główny i podprogramy.
Prowadzone jest aż do wprowadzenia
konkretnych danych położenia
i orientacji narzędzia przy pomocy
komputera (rzadziej przez pulpit
operatorski robota).
Slide 42
Unit 6 – Programowanie robotów
Programowanie może się odbywać również
za pomocą specjalnych języków
z makrami. Poprzez odpowiednie nazwy
rozkazów, np.. SPAWANIE, wywołuje się
automatyczne generowanie
zaplanowanych dla danego rodzaju
spawania parametrów. Generowane są
zarówno instrukcje ruchu, jak i rozkazy
wejściowe i wyjściowe do urządzeń
peryferyjnych
(np. do źródła zasilania urządzenia).
Slide 43
Unit 6 – Programowanie robotów
Interaktywne programowanie graficzne
– na stanowisku programowania (typu
CAD) zostają wytworzone (oprócz
instrukcji przebiegu programu
i wszystkich instrukcji ruchu) dane
określające współrzędne położenia
i orientacji narzędzia. Całe zadanie robota
jest wirtualnie realizowane na ekranie
monitora, a następnie tworzony jest
program sterowania robotem.
Slide 44
Unit 6 – Programowanie robotów
Układy współrzędnych.
Do sterowania ruchem robota niezbędny jest
jego dokładny opis w przestrzeni roboczej
w powiązaniu z obrabianym lub
manipulowanym przedmiotem. Do opisu
używa się prawoskrętnego,
kartezjańskiego układu współrzędnych
(układu koordynacyjnego). Układ
współrzędnych wykorzystywany przy
sterowaniu ruchem
i programowaniu robota nazywa się układem
współrzędnych programowania lub
układem współrzędnych użytkownika.
Slide 45
Unit 6 – Programowanie robotów
Globalny układ współrzędnych jest
podstawowym bazowym układem
współrzędnych, który jest trwale
przyporządkowany otoczeniu robota.
Podstawowy układ współrzędnych
robota odnosi się do samego robota i jest
tak zdefiniowany, ze jego podstawa leży
w płaszczyźnie XY,
a oś Z ustawiona jest w jego środku.
Slide 46
Unit 6 – Programowanie robotów
Układ współrzędnych interfejsu
mechanicznego określany jest
przy pomocy danych technicznych
robota w trakcie jego uruchamiania.
Można przy tym uwzględnić
ewentualne przedłużenie ramienia
(trzeciej osi ruchu) robota.
Względem tego układu orientowane
są narzędzia i chwytaki.
Slide 47
Unit 6 – Programowanie robotów
Układ współrzędnych narzędzia i
TCP. Układ współrzędnych narzędzia
doczepiony jest do wybranego punktu
narzędzi TCP (Tool Center Point =
centralny punkt narzędzia). Przebieg
przemieszczenia punktu TCP tworzy
tor ruchu narzędzia robota,
a przestrzenne usytuowanie układu
współrzędnych narzędzia odpowiada
orientacji narzędzia.
Slide 48
Unit 6 – Programowanie robotów
Podstawowy układ współrzędnych
obiektu manipulacji lub obróbki
definiuje jego położenie. Jest ściśle
powiązany z globalnym układem
współrzędnych. W tym układzie
współrzędnych prowadzi się
programowanie off-line zadań
manipulacyjnych. Osie układu
odpowiadają najczęściej osiom położenia
stołu maszyny lub lub osiom miejsca
osadzenia palet magazynowych.
Slide 49
Unit 6 – Programowanie robotów
Układ współrzędnych obiektu
manipulacji. W tym układzie opisywana
jest geometria obiektu manipulacji.
Jest powiązany z podstawowym układem
współrzędnych obiektu manipulacji –
zwykle przesunięte są tylko równoległe
osie obu układów. Spotykana jest także
nazwa „układ obróbczy”.
Dane współrzędne w programie obróbki
realizowanej przez robot korzystnie jest
odnosić do układu współrzędnych obiektu.
Slide 50
Unit 6 – PYTANIA
1. Jakie metody programowania stosowane są
w przypadku robotów?
2. Jakie wady ma programowanie typu Teachin?
3. Proszę wyjaśnić programowanie makrami?
4. Jakiego kształtu jest przestrzeń robocza
robotów o kinematyce TTT i RTT?
5. Omów kinematykę typu RRT?
6. Czym różnią się układy współrzędnych:
globalny i podstawowy robota?
7. Do czego odnoszą się wartości
współrzędnych robota X,Y,Z?
8. Co oznacza termin TCT w technice
Slide 51
Unit7 – Sterowanie robotami
Sterowanie ruchem narzędzia robota
opiera się na interpolacji pomiędzy
początkowym i końcowym punktem
danego przemieszczenia. Interpolacja
liniowa łączy początkowy i końcowy
punkt linią prostą w przestrzeni.
Dla interpolacji kołowej niezbędny jest
punkt pomocniczy w środku
realizowanego przemieszczenia
kołowego.
Slide 52
Unit7 – Sterowanie robotami
Ze względu na obrotowe ruchy
niektórych osi robota niezbędne jest
dokonanie transformacji
współrzędnych toru ruchu narzędzia
określonego w prostokątnym układzie
współrzędnych
(współrzędne globalne)
na układ współrzędnych maszynowych,
odpowiadających ruchowi osi robota.
Slide 53
Unit7 – Sterowanie robotami
Koordynacja ruchu osi.
Dla danej pozycji robota istnieją zwykle 4 różne
ustawienia jego członów. W sytuacji „epsilon 0”
czwarta i szósta oś robota obracają się
w kierunkach przeciwnych. Przy realizacji zadań
obróbczych poszukuje się zatem takiego
ustawienia obrabianego detalu w przestrzeni
roboczej robota, dla którego nie występuje
sytuacja „epsilon 0”, gdyż czwarta i szósta oś
ruchu obracające się przeciwsobnie
uniemożliwiają osiągnięcie wysokiej dokładności
obróbki. Przy realizacji zadań obróbczych należy
unikać poziomego lub pionowego położenia
„ramienia” robota (sytuacja „epsilon 0”).
Slide 54
Unit7 – Sterowanie robotami
Interpolacja (Interpolation = obliczanie wartości pośrednich)
Point – To – Point (PTP =”od punktu do punktu”).
W trybie pracy PTP robot przemieszcza się do
punktu docelowego w ten sposób, ze wszystkie
osie ruchu równocześnie rozpoczynają ruch
kontynuowany aż do zatrzymania się osi.
W sterowaniu osiami robota stosuje się
interpolację liniową (linear = prostoliniowy). Dla
kinematyki typy TTT charakterystyczne są
prostoliniowe ruchy osi i równocześnie
skomplikowane ruchy narzędzi. Tryb pracy PTP
umożliwia
uzyskiwanie najkrótszego czasu przejścia
pomiędzy dwoma punktami.
Slide 55
Unit7 – Sterowanie robotami
Continuous-Path (CP)
(Continuous-Path =”ciągła droga”)
W trybie pracy CP punkty pośrednie
toru ruchu są tak obliczane, że punkt
TCP przemieszcza się po linii prostej
(interpolacja liniowa)
lub po okręgu (interpolacja kołowa
lub cyrkularna).
Slide 56
Unit7 – Sterowanie robotami
Uniwersalnym rodzajem interpolacji
dla bezzrywowego ruchu narzędzia
robota jest interpolacja typu
spline
(spline = listwa, szablon krzywkowy).
W tej metodzie łączone są
zaprogramowane punkty pośrednie
toru ruchu trajektorią
odpowiadającą „Linii ugięcia drutu
stalowego”.
Slide 57
Unit7 – Sterowanie robotami
W zadaniu interpolacyjnym mieścić się może nie
tylko obliczenie toru ruchu punktu TCP, ale
także orientacja narzędzia. Określa ona jego
przestrzenne ustawienie. Orientacja ta może być
stała wzdłuż toru ruchu lub może zmieniać się
płynnie, od orientacji początkowej do końcowej.
Wymagane są też takie ruchy narzędzia robota,
przy których jego pozycja względem TCP
pozostaje stała, ale zmieniają się poszczególne
kąty orientacji, np. tylko przechylanie wzdłużne
lub tylko poprzeczne ewentualnie tylko
obracanie. Taka realizacja ruchów narzędzia
robota nazywana jest wirującą.
Slide 58
Unit7 – Sterowanie robotami
Poślizg i oscylacje narzędzia
Realizowany po interpolacji tor ruchu
narzędzia robota składa się z odcinków linii
prostej, wycinków okręgu lub
- w przypadku metody Spline – z wycinków
giętkich krzywych – zależnie od wybranego
rodzaju interpolacji. Zwykle dąży się do
harmonijnego kontynuowania ruchu
narzędzia. Zaokrągla się zatem łączone
odcinki toru w zaprogramowanych punktach
podparcia (końcowe punkty
interpolowanych odcinków)
i mówi o „poślizgu”.
Slide 59
Unit7 – Sterowanie robotami
W układach regulacji położenia mała wartość
współczynnika wzmocnienia prędkościowego
powoduje zwiększenie zaokrągleń.
Obecnie poślizg określany jest przez obliczanie
przebiegu zaokrąglania narożników toru. Tor
ruchu jest zatem zawsze jednakowy i nie
zależy od prędkości ruchu.
Poślizg w narożnych punktach osiąga się przez
własne opóźnienia w układach regulacji
położenia osi ruchu lub przez interpolację
zaokrąglenia toru ruchu.
Slide 60
Unit7 – Sterowanie robotami
Funkcja oscylacji pozwala nałożyć ruch
oscylacyjny narzędzia na
zaprogramowany tor jego ruchu.
Zaprogramować możemy: płaszczyznę,
skok, częstotliwość i kształt oscylacji
(sinusoidalny, trójkątny lub prostokątny).
Jeżeli płaszczyzna oscylacji
w początkowym punkcie toru jest inaczej
zorientowana niż w punkcie końcowym,
to zostaje w sposób płynny obracana
w trakcie realizacji toru.
Slide 61
Unit7 – Sterowanie robotami
Sensoryczne sterowanie robotem
Roboty miały nie tylko odtwarzać
zaprogramowany ruch ale
i samoczynnie dopasowywać się do
zewnętrznych warunków
środowiskowych.
Urządzenia sensoryczne umożliwiają
określenie warunków zewnętrznych,
tak aby robot mógł być sterowany przy
pomocy generowanych
przez nie sygnałów.
Slide 62
Unit7 – Sterowanie robotami
Sensoryka robota może służyć do:
podwyższenia bezpieczeństwa,
zapewnienia wymaganej jakości,
zwiększenia wydajności,
kompensowania niedokładności
pozycjonowania,
zwiększenia elastyczności sterowania,
uproszczenia programowania,
zastępowania ręcznych korekcji programu,
częściowego zastępowania programowania.
Slide 63
Unit7 – Sterowanie robotami
Przykład zastosowania sensorów.
Za pomocą sensora poboru energii można
dopasować prędkość posuwu do
narzędzia, uzyskując minimalny czas
obróbki detalu.
Sensoryka służy w tym przypadku do
poprawy wydajności produkowania.
Mierzy się obciążenie energetyczne
powodowane przez narzędzie. Sensory
są odporne na zakłócenia i można je
instalować względnie daleko
od samego narzędzia.
Slide 64
Unit7 – Sterowanie robotami
Zaletą rozwiązania sensorycznego jest też
uproszczenie programowania
i możliwość przystosowania ruchu robota do
zmieniających się położeń detali na
palecie. Można też zastosować sensory
wizyjne. Konieczny jest wtedy dobry
kontrast między detalem a podłożem,
oświetlenie źródłem światła o stałym
natężeniu oraz unikanie tworzenia cieni
i odbić światła od detalu.
Slide 65
Unit8 – Bezpieczeństwo pracy z robotami
Miejsce pracy robota, ze względu na szybkie
ruchy ramienia, jest strefą niebezpieczną
i musi być oddzielone od dróg transportu
wewnętrznego i obszarów pracy
człowieka. Ogrodzenie z mocnej stalowej
siatki jest najpewniejsze ponieważ
zabezpiecza też przed zagrożeniami
powstającymi przy zakłóceniach pracy
chwytaka i wyrzuceniu z niego
transportowanych przedmiotów.
Detale możemy zatem dostarczać przy
pomocy stołu obrotowego.
Slide 66
Unit8 – Bezpieczeństwo pracy z robotami
-Przed rozpoczęciem i w czasie ruchu robota
urządzenia ochronne muszą być aktywne.
-Przy usuniętym lub uszkodzonym urządzeniu
ochronnym robot musi być unieruchomiony.
Operator musi wejść do przestrzeni roboczej
podczas programowania w trybie nauczania
(Teach-in).
Musi mieć wtedy zabezpieczoną drogę odwrotu.
Przenośny panel programowania musi być
wyposażony:
- w wyłącznik awaryjny,
- wyłącznik zezwolenia ruchu
Slide 67
Unit 8 – PYTANIA
1. W jakim układzie współrzędnych
pamiętane są pozycje robota?
2. W oparciu o jakie współrzędne
realizowana jest regulacja położenia?
3. Jak się to dzieje, że położenia osi
ruchu mogą być wieloznaczne?
4. Co rozumie się pod pojęciem sytuacji
„epsilon 0o”?
Slide 68
Unit 8 – PYTANIA
5. Który rodzaj interpolacji jest używany
w robotyce?
6. Co dzieje się podczas orientacji
narzędzia robota?
7. Do czego w robotach potrzebny jest
„poślizg”?
8. Po co stosuje się funkcję oscylacji?