Mechatronika Modu 10: Robotyka wiczenia (pomys ) Petr Blecha Zden k Kolíbal Radek Knoflí ek Aleš Pochylý Tomáš Kubela Radim Blecha Tomáš B ezina Uniwersytet Technologiczny w Brnie Wydzia Mechaniczny Instytut Maszyn Produkcyjnych, Systemów i Robotyki Europejski Projekt transferu innowacji dla dodatkowej kwalifikacji Mechatronika dla specjalistów w zglobalizowanej produkcji przemys owej. UE-Projekt Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 "MINOS + +", okres od 2008 do 2010 r. Ten projekt zosta zrealizowany przy wsparciu finansowym Komisji Europejskiej. Projekt lub publikacja odzwierciedlaj jedynie stanowisko ich autora i Komisja Europejska nie ponosi odpowiedzialno ci za umieszczon w nich zawarto www.minos-mechatronic.eu
Partners for the creation, evaluation and dissemination of the MINOS and the MINOS** project. - Chemnitz University of Technology, Institute for Machine Tools and Production Processes, Germany - np neugebauer und partner OhG, Germany - Henschke Consulting, Germany - Corvinus University of Budapest, Hungary - Wroclaw University of Technology, Poland - IMH, Machine Tool Institute, Spain - Brno University of Technology, Czech Republic - CICmargune, Spain - University of Naples Federico II, Italy - Unis a.s. company, Czech Republic - Blumenbecker Prag s.r.o., Czech Republic - Tower Automotive Sud S.r.l., Italy - Bildungs-Werkstatt Chemnitz ggmbh, Germany - Verbundinitiative Maschinenbau Sachsen VEMAS, Germany - Euroregionala IHK, Poland - Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen - Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Poland - Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Hungary - Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Hungary - Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Hungary - Christian Stöhr Unternehmensberatung, Germany - Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Sweden Zawartość Szkolenia Minos: moduły 1 8 (podręczniki, ćwiczenia i rozwiązania do ćwiczeń dla): Podstawy/ Kompetencje międzykulturowe, zarządzenie projektem/ Fluidyka / Napędy Elektryczne i Sterowanie / Elementy Mechatroniki/ Systemy i Funkcje Mechatroniki/ Logistyka, Teleserwis, Bezpieczeństwo/ Zdalne Zarządzanie, Diagnostyka Minos **: moduły 9 12 (podręczniki, ćwiczenia i rozwiązania do ćwiczeń dla): Szybkie Prototypowanie / Robotyka/ Migracja/ Interfejsy Wszystkie moduły dostępne są w następujących językach: Polski, Angielski, Hiszpański, Włoski, Czeski, Węgierski i Niemiecki W celu uzyskania dodatkowych informacji proszę się skontaktować z Chemnitz University of Technology Dr.-Ing. Andreas Hirsch Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz phone: + 49(0)371 531-23500 fax: + 49(0)371 531-23509 e-mail: minos@mb.tu-chemnitz.de www.tu-chemnitz.de/mb/werkzmasch or www.minos-mechatronic.eu
1. Pytanie: Opisz metody programowania robotów Programowanie robota On-line Programowanie On-line ma miejsce bezpośrednio na linii produkcyjnej z wykorzystaniem stanowiska. Robot jest programowany przez programator. Programowanie on-line ma następujące wady i zalety w stosunku do programowani off-line: Zalety: - łatwo dostępne, - robot jest programowany zgodnie z aktualną pozycją osprzętu i części, Wady: - zajmuje kosztowne urządzenia produkcyjne, - powolne ruchy robota podczas programowania, - trudne zaprogramowanie logiki i obliczeń programu, - wstrzymanie produkcji na czas programowania, - koszt równoważny do wartości produkcji, - program niedokładnie udokumentowany. Programowanie robota off-line Programowanie off-line realizowane jest na komputerze korzystając z modelu stanowiska z robotem, częściami i wyposażeniem. Programy sterujące robotem w większości przypadków mogą powstać na podstawie istniejących danych CAD dzięki czemu programowanie jest szybkie i efektywne. Programy można weryfikować poprzez symulacje korygując wszelkie wykryte błędy. Zalety: - wyposażenie produkcyjne nie jest zajęte, - efektywne programowanie logiki i obliczeń zawartych w programie z wykorzystaniem narzędzi do debugowania, - bazy są podawane w odniesieniu do modelu a to może oznaczać, że programista będzie musiał dopracować program on-line lub skorzystać z czujników, - efektywne programowanie baz, - weryfikacja programu przez symulacje i wizualizacje, - dobrze udokumentowany, sprawdzony model z odpowiednimi programami, - wykorzystanie istniejących danych CAD, - koszt nie zależy od produkcji, która nie musi być przerywana na czas programowania, - narzędzia wspomagające programowani np. selekcję parametrów spawania, Wady: - Wymaga inwestycji w system programowania off-line. Hybrydowe (mieszane) programowanie robotów Programowaniem hybrydowym (mieszanym) nazywamy optymalizację programowania dzięki wykorzystaniu zalet technik on-line i off-line. Program robota składa się najczęściej z dwóch części: lokalizacji punktów (współrzędne) oraz logiki programu (algorytmu pracy, komunikacji, obliczeń). Logika programu i główna części instrukcji ruchu może być bardzo efektywnie opracowana off-line z wykorzystaniem danych CAD. Instrukcje ruchu
wymagające wskazania położenia części w obrębie stanowiska mogą być zaprogramowane on-line. W ten sposób zalety programowania każdej z metod mogą być wykorzystane. Programowanie robota przez uczenie w trybie uczenia końcówka robota jest prowadzona przez programistę wzdłuż docelowej ścieżki, która jest zapamiętywana przez układ sterowania. Po uruchomieniu nagranego programu, robot odtwarza w pętli wyuczoną trajektorię. Takie programowanie może być wykorzystane głównie do spawania wzdłuż zadanej ścieżki lub do nakładania farb lub powłok ochronnych. Pośrednie programowanie robotów programista korzysta z ręcznego panelu sterowani do prowadzenia końcówki robota do zadanych punktów, których współrzędne są następnie zapamiętywane w pamięci układu sterowania. Następnie robot wykonuje operacje na podstawie wcześniej określonych zadań, które mają być zrealizowane pomiędzy poszczególnymi punktami lub w tych punktach. Taki sposób programowania robota jest bardzo praktyczny w wykorzystaniu np. do zgrzewania karoserii samochodów. 2. Pytanie: Opisz klasyfikację chwytaków mechaniczne: - pasywne: - szczęki stałe i nastawne, - szczęki elastyczne i do podwieszania, - aktywne: - z napędem hydraulicznym, - z napędem pneumatycznym, - z napędem elektrycznym, - z elektromagnesem, magnetyczne: - pasywne: - z magnesami stałymi - aktywne: - z elektromagnesami podciśnieniowe: - pasywne: - odkształcalne przyssawki (alternatywnie z zaworem pomocniczym) specjalne - aktywne: - z pompom podciśnienia - z edżektorem 3. Pytanie: Na podstawie parametrów podanych na rysunku podaj wymaganą średnicę siłownika hydraulicznego chwytaka. Do obliczenia średnicy tłoka siłownika (pneumatycznego lub hydraulicznego) przeznaczonego do napędu chwytak mechanicznego (np. takiego jak na rysunku powyżej) można skorzystać ze wzoru określającego siłę napędu Fv:
2 D. F v.p. v 4 gdzie D jest średnicą tłoka, v jest efektywnością napędu. Przełożenie siły napędowej Fv i siły chwytu Fu wyrażone jest następującą formułą: Fv F u b2. a 2 cos Na podstawie powyższych wzorów można wyprowadzić formułę do obliczenia średnicy tłoka D, która ma postać: Fu b. D.4cos..a.p.. v i gdzie: - kąt przeniesienia napędu; i - efektywność przeniesienia napędu pomiędzy siłownikiem a szczękami chwytaka. 4. Pytanie: Opisz i narysuj schematy różnych par kinematycznych używanych w konstrukcji robotów przemysłowych i manipulatorów. Translacyjne pary kinematyczne (T) Przedstawienie pary kinematycznej tego typu jest stosunkowo proste i wymaga tylko oddania ruchu liniowego dwóch ciał wzdłuż siebie. Jednakże należy określić które ciało porusza się względem którego: a) krótkie ciało porusza się wzdłuż długiej prowadnicy (a), b) długie ciało porusza się względem krótkiej prowadnicy (b), c) konstrukcja wydłużająca się lub teleskopowa (c), a) b) c) Jeżeli nie naniesiono dodatkowych symboli przyjmuje się założenie, że ruchomy element w parze kinematycznej pokazany na powyższych diagramach nie może równocześnie zmienić swojej orientacji. Obrotowe pary kinematyczne (OPK) Rysując obrotową parę kinematyczną należy zwrócić uwagę na położenie członu ruchomego względem osi obrotu pary czy leży na tej osi czy też jest do niej prostopadły o długości r oraz kierunek, z którego patrzymy na parę (od frontu, z góry czy z boku). a) OPK ramię ruchome r prostopadłe do osi obrotu (a, c) b) OPK ramię ruchome w osi obrotu (b, d) c) OPK z nieograniczonym kątem obrotu (e) d) OPK z ograniczonym kątem obrotu (f)
5. Pytanie: Dlaczego roboty przemysłowe i manipulatory są wyposażane w urządzenia peryferyjne (UP)? UP są to najczęściej pomocnicze urządzenia transportowe lub inne urządzenia technologiczne, których zadaniem jest efektywny transport obiektów, na których robot realizuje swoje zadania (np. materiał obrabiany, odlew, elementy spawane, montowane, itp) do ustalonego miejsca w zasięgu ramienia robota lub manipulatora. 6. Pytanie: Jakie funkcje realizują urządzenia peryferyjne (UP)? Pośredniczą w przemieszczaniu przedmiotu pomiędzy poszczególnymi operacjami w ramach pracy stanowiska zrobotyzowanego, tak aby znalazły się w zasięgu robota lub manipulatora. Zapewniają również dostarczanie części na stanowisko lub zmieniają ich orientację w przestrzeni. To oznacza, że UP umożliwiają transport i sortowanie obiektów, prostą manipulację, itp. UP powodują, że tworzenie programów dla całego stanowiska zrobotyzowanego jest prostsze i dodatkowo umożliwiają wykorzystanie robotów lub manipulatorów o mniejszej liczbie stopni swobody lub z mniej skomplikowanymi parametrami technicznymi. 7. Pytanie: Jakie są zalety używania urządzeń peryferyjnych (UP) na stanowiskach zrobotyzowanych? Współpraca manipulatora lub robota przemysłowego z UP przyspiesza proces manipulacji dzięki skróceniu czasu potrzebnego na realizację ruchów. Osiągane są również większe dokładności pozycjonowania przedmiotów. 8. Pytanie: Jakie są rozwiązania konstrukcyjne urządzeń peryferyjnych (UP) w zależności od ich klasyfikacji? Rozwiązania konstrukcyjne UP są zawsze dopasowane do projektu stanowiska zrobotyzowanego i mogą być klasyfikowane ze względu na kilka kryteriów np.: realizowane funkcje, charakterystyczne cechy konstrukcyjne, położenie w obrębie stanowiska zrobotyzowanego. 9. Pytanie: Jakie wymagania są stawiane funkcjom realizowanym przez urządzenia peryferyjne (UP)? Funkcje urządzeń peryferyjnych mogą być podzielone na trzy główne grupy: a) urządzenia poruszające obiektem, zmieniające położenie jego środka ciężkości ale nie zmieniające jego orientacji w przestrzeni, b) urządzenia zmieniające orientację obiektu wokół osi jego środka ciężkości ale bez przemieszczenia obiektu, c) urządzenia zmieniające zarówno orientację jak i pozycję środka ciężkości obiektu
10. Pytanie: Podaj klasyfikację urządzeń peryferyjnych (UP) w zależności od ich charakterystycznych cech konstrukcji. W zależności od ich cech konstrukcyjnych UP można podzielić na: transportery, stoły obrotowe i złożone, urządzenia podnoszące i podające, podajniki z koszem lub lejem, palety, wózki transportowe. 11. Pytanie: Jak urządzenia peryferyjne (UP) można podzielić ze względu na sposób przemieszczenia obiektu, lub bardziej dokładnie, jego środka ciężkości? Obiekt jest przemieszczany przez zmianę pozycji jego środka ciężkości podczas gdy jego orientacja pozostaje stała. Można rozróżnić UP, w których położenie środka ciężkości zmienia się: wzdłuż linii, po okręgu, na płaszczyźnie, w przestrzeni. 12. Pytanie: Jak można podzielić urządzenia peryferyjne (UP) w zależności od ich charakterystycznego rozwiązania konstrukcyjnego? Rozwiązania stosowane w konstrukcji urządzeń peryferyjnych są zawsze dostosowane do określonej maszyny, manipulatora lub robota przemysłowego, ale głównie do zadań realizowanych na stanowisku. Istotny jest również sam przedmiot operacji (jego kształt, wielkość, waga, liczba części, itp.). W zależności od konstrukcji można je podzielić na przenośniki oraz pozycjonery i akcesoria spawalnicze. 13. Pytanie: Jakie znasz rodzaje przenośników? Przenośniki są podstawowym wyposażeniem stosowanym do transportowania elementów i części (obiektów manipulacji). Mogą być różnych typów i mieć konstrukcję dostosowaną do zastosowania. Przenoszą półwyroby, produkowane części, przyrządy, narzędzia produkcyjne, podzespoły a nawet śmieci. Często stosowane przenośniki to: taśmowe, łańcuchowe, podwieszane, wibracyjne, w automatycznych liniach produkcyjnych i montażowych oraz listwy rolkowe. 14. Pytanie: Do czego są używane pozycjonery i akcesoria spawalnicze? Pozycjonery i akcesoria spawalnicze są wykorzystywane do ustalania pozycji spawanych części. Pozycjonery ustalają spawany element oraz wykonują proste ruchy przed ramieniem robota z zainstalowanym narzędziem dyszą spawalniczą dla spawania łukowego lub szczękami zgrzewającymi dla zgrzewania oporowego, 15. Pytanie: Wymień podstawowe elementy stanowiska zrobotyzowanego i opisz najważniejsze z nich. - robot przemysłowy (1) - przewody łączące robota ze sterowaniem (zasilające i sygnałowe) (2) - układ sterowania obudowa zawierająca sterowanie robota, przetworniki częstotliwości napędów poszczególnych osi oraz inne urządzenia peryferyjne (karty komunikacyjne, I/O, itp.) (3) - Ręczny panel sterowania przy jego użyciu można ruszać ramieniem robota w przestrzeni i w ten sposób zapamiętywać punkty i tworzyć ścieżkę po której robot będzie miał się poruszać w automatycznym trybie pracy (4) - efektor znajduje się na końcówce robota i służy do realizacji określonych operacji, np. chwytania części, spawania, itp. - czujniki,
- elementy zapobiegające kolizji robota z człowiekiem/operatorem np. bariery stałe. 16. Pytanie: Opisz różne sposoby sterowania stanowiskiem zrobotyzowanym w zależności od połączenia z innymi urządzeniami peryferyjnymi. Sterowanie z wykorzystaniem tylko podstawowego układu sterowania robota Połączenie układu sterowania robota z nadrzędnym sterownikiem PLC za pomocą protokołu fieldbus (np. DeviceNet).
Odległe sterowanie bardziej skomplikowanym stanowiskiem z kilkoma robotami przemysłowymi z wykorzystaniem sieci Ethernet i serwera OPC. 17. Pytanie: Jakie są najważniejsze składniki stanowiska zrobotyzowanego przeznaczonego do spawania łukowego? Podstawowe elementy: - prądnica spawalnicza, - palnik spawalniczy, - podajniki drutu, Elementy dodatkowe: - czujniki kolizji, - urządzenie do czyszczenia palnika i do obcinania drutu spawalniczego,
- urządzenie do automatycznej kalibracji TCP, - pozycjoner spawanej części. 18. Pytanie: Jakie są niezbędne składniki stanowiska zrobotyzowanego przeznaczonego do zgrzewania? - agregat zgrzewalniczy, - elektrody zgrzewalnicze, - urządzenie zapewniające stały obieg cieczy chłodzącej, 19. Pytanie: Który typ robota przemysłowego jest często stosowany do prostych operacji manipulacji np. paletyzacji? Opisz jego konstrukcję Do realizacji zadań paletyzacji często wykorzystuje się roboty o mniejszej liczbie stopni swobody (4 zamiast sześciu stopni swobody). Robot nie ma osi 4 i 5 (typowego robota o 6 DOF) ponieważ w tego typu zadaniach nie ma konieczności zmiany orientacji przemieszczanych elementów wokół osi X i Y wystarczy jedynie zmiana orientacji wokół osi Z. Właściwa pozycja ramienia robota podczas ruchu jest zapewniona przez dwa pręty wodzące. Zaletą takiego rozwiązania jest większy udźwig robota. 20. Pytanie: Wymień główne zalety wykorzystania robota do nakładania powłok. Pozwala zaoszczędzić około 25 30 % nakładanego materiału w porównaniu do procesu realizowanego ręcznie. Jest idealny kiedy wdychanie nakładanych materiałów może być niebezpieczne dla zdrowia ludzi. 21. Pytanie: Opisz niezbędne wyposażenie robota przemysłowego przystosowanego do nakładania powłok.