Programowanie Hybrydowe Robotów

Programowanie Hybrydowe

• Polega na programowaniu punktów i ruchu w trybie on-line.
• Konfiguracja i parametryzacja programu odbywa się z wykorzystaniem komputera.

Zalety Programowania Hybrydowego:

• Umożliwia korzystanie z zaawansowanych funkcji tworzenia trajektorii (CAD to path).
• CAD to path generuje ścieżki na podstawie modelu obiektu importowanego do środowiska graficznego.
• Dostęp do oprogramowania firm dostarczających systemy wizyjne i rozwiązania sprzętowe posiadające niezależne oprogramowanie podlegające integracji.
• Łatwość tworzenia dokumentacji programu.
• Łatwa konfiguracja rozwiązań wymagających komunikacji między kontrolerem robota a innymi urządzeniami.

Dyrektywa Maszynowa i Integracja Robota

• Zgodnie z dyrektywą maszynową, robot jest traktowany jako maszyna nieukończona, niedopuszczalna do użytku przed odpowiednim wyposażeniem.
• Dopiero po zamontowaniu narzędzi (chwytaki, głowice) robot jest uznawany za maszynę ukończoną.
• Integrator systemu staje się "producentem" maszyny finalnej i odpowiada za oznakowanie CE, w tym za bezpieczeństwo aplikacji zrobotyzowanej.

Obowiązki Integratora Systemu Zrobotyzowanego

• Integrator systemu zrobotyzowanego musi przestrzegać norm EN ISO 10218 i EN ISO 12100 oraz dyrektywę maszynową.
• Wyposażenie elektryczne musi być zgodne z normą EN60204-1.

Bezpieczeństwo Stanowisk Zrobotyzowanych

• Na etapie projektowania, wytwarzania i eksploatacji stanowisk zrobotyzowanych należy uwzględnić szereg elementów związanych z bezpieczeństwem.
• Należy analizować ryzyko uszkodzeń, określać obiekty i cele ochrony.
• Należy oceniać prawdopodobieństwo i stopień szkód, opracowywać działania zmniejszające ryzyko i analizować tolerowane ryzyko.

Wymagania Projektowe Systemu Zrobotyzowanego

• System zrobotyzowany powinien być zaprojektowany tak, aby awaria pojedynczego elementu nie wpływała na bezpieczeństwo jego funkcjonowania.
• W przypadku uszkodzenia systemu, projekt musi zapewniać bezpieczeństwo, a każda awaria powinna być kontrolowana.
• Wygrodzenia i bariery muszą być zgodne z normą EN ISO 10218 i aneksem I Dyrektywy maszynowej.

Bezpieczeństwo i Lokalizacja Panelu Operatorskiego

• Panel operatorski musi być umieszczony w bezpiecznym miejscu, na zewnątrz ogrodzenia ochronnego, w miejscu niedostępnym z wnętrza ogrodzenia.
• Panel powinien być dobrze widoczny, łatwo dostępny i nie może generować niebezpiecznych sytuacji podczas obsługi.

Rozmieszczenie Elementów w Celi Roboczej

• Elementy w celi roboczej powinny być rozmieszczone tak, aby zapewnić wystarczającą przestrzeń między ruchomymi częściami robota a otoczeniem.
• Przestrzeń ta ma na celu uniknięcie zakłóceń, ale nie dotyczy dodatkowego wyposażenia.

Instalacja Systemu w Trybie T2

• W przypadku operowania robotem w trybie T2, system musi być zainstalowany tak, aby zapewnić minimalną przestrzeń 0,45 m do dostępnych obszarów budynku i urządzeń.

Bezpieczeństwo Obsługi Ręcznej Robota

• Jeśli operator ma wykonywać ręczne zadania związane z robotem (ładowanie/wyładowywanie), należy to uwzględnić w systemie zrobotyzowanym.
• Należy dostosować urządzenia ładujące i zapewnić odpowiednie zabezpieczenia, aby uniknąć zagrożenia dla operatora.
• Stanowisko pracy musi unikać zatrucia gazami spalinowymi i/lub braku świeżego powietrza.

Podstawowe Wymagania Dotyczące Wygrodzeń Ochronnych

• Wygrodzenia nie mogą mieć ostrych brzegów, występów i nie mogą same stanowić zagrożenia.
• Muszą wytrzymywać przewidywalne siły, być usytuowane daleko od przestrzeni roboczej robota.
• Ochronne wygrodzenie należy tak zaprojektować, aby nie można było go zostawić bez elementów mocujących i nie przeszkadzało w obserwowaniu procesu produkcji.
• Wygrodzenie ochronne nie może być niższe niż 1,4 metra.
• Musi być podłączone do uziemienia ochronnego (PE), aby zapobiec porażeniu prądem.

Wymagania Wejścia Bezpieczeństwa (Bramki)

• Bramka uniemożliwia automatyczne działanie robotyki, dopóki nie zostanie zamknięta.
• Zamknięcie bramki nie powinno powodować automatycznego wznowienia działania, które wymaga zamierzonego działania na stanowisku sterowania.
• Wejście posiada wtyczkę i gniazdko do połączenia z systemem blokowania, specjalnie przeznaczone do systemów ochrony.
• Bramka musi zapobiegać wejściu do strefy chronionej i być trwale zamocowana w jednym miejscu.
• Bramka musi być zamknięta podczas niebezpiecznych operacji(automatyczna blokada); próba otwarcia bramki podczas pracy robotycznej powoduje zatrzymanie awaryjne.

Wymagania Dotyczące Chwytaków Robota

• Awaria zasilania nie może skutkować zwolnieniem ładunku ani spowodować niebezpiecznych sytuacji.
• Siły wywołane ładunkiem i chwytakiem nie mogą przekraczać obciążalności robota.
• Jeśli chwytak ma narzędzia z różnymi trybami, wybór trybu musi być staranny.
• Komponenty, które mogą ulec uszkodzeniu, muszą być umieszczone tak, aby zapobiec rozpryśnięciu się w przypadku uszkodzenia.
• Jeśli używane jest urządzenie pneumatyczne, musi być zainstalowany zawór odcinający dopływ powietrza.
• Poziom wibracji i hałasu musi być minimalny.

Klasyfikacja Pracowników Obsługujących Roboty

• Operator włącza/wyłącza zasilanie kontrolera robota i uruchamia program sterujący.
• Programista/operator uczący obsługuje i programuje robota wewnątrz ogrodzenia ochronnego.
• Inżynier utrzymania ruchu obsługuje, programuje robota oraz wykonuje czynności serwisowe wewnątrz ogrodzenia.
• Operator nie może pracować we wnętrzu ogrodzenia ochronnego.
• Programista i inżynier utrzymania ruchu mogą pracować wewnątrz ogrodzenia ochronnego.

Prace wewnątrz Ogrodzenia Ochronnego

• Prace obejmują transport, instalowanie, programowanie, regulację i serwisowanie.
• Osoba wewnątrz ogrodzenia musi być przeszkolona.

Dokładność Robota

• Dokładność to zdolność robota do osiągnięcia zadanego punktu w przestrzeni roboczej, zależna od prędkości, pozycji manipulatora i masy ładunku.

Powtarzalność Robota

• Powtarzalność to zdolność manipulatora do powrotu do wcześniej osiągniętej pozycji.

Kontrola Ruchu Robota

• W operacjach typu "podnieś i przenieś" robot potrzebuje tylko kilku zaprogramowanych pozycji.
• W spawaniu lub obróbce końcowej trajektoria ruchu musi być kontrolowana.

Niezawodność Robota

• Niezawodność jest to zdolność obiektu do poprawnej pracy(spełnia wszystkie funkcje) przez określony czas i w określonych warunkach.

Układy Współrzędnych w Robotyce (wg ISO 9787:2013)

• Globalny układ współrzędnych (World Coordinate System) to układ kartezjański odniesiony do Ziemi, niezależny od ruchu robota umiejscowienie tego układu jest istotne wzgledem innych robotów/maszyn.
• Podstawowy układ współrzędnych (Base Coordinate System) odniesiony do bazowej powierzchni montażowej.
• Położenie narzędzia i innych układów w przestrzeni roboczej wyznaczone jest względem układu, który najczęściej jest kartezjański nieruchomy, chyba że robot umieszczony jest na osi jezdnej.
• Układ współrzędnych połączenia (Joint Coordinate System) - opisany za pomocą kątów poszczególnych osi robota lub przemieszczeń liniowych w przypadkach połączeń suwliwych(zależny od konstrukcji robota).
• Układ współrzędnych interfejsu mechanicznego (Mechanical Interface Coordinate System).
• Układ współrzędnych narzędzia (Tool Coordinate System)- układ kartezjański odniesiony do interfejsu mechanicznego.
• Układ kartezjański często oznaczany jako TOOL_0 w którym środek znajduje się na środku kołnierza (Flange).
• Układ współrzędnych TOOL jest przesuwany do punktu roboczego orientowany zgodnie z osią narzędzia przez użytkownika.
• Układ współrzędnych zadania (Task Coordinate System)- umiejscawiany przez użytkownika w przestrzeni roboczej w celu ułatwienia manipulacji robotem.
• Układ współrzędnych obiektu (Object Coordinate System).
• Układ współrzędnych kamery (Camera Coordinate System) powiązany z kamerą systemu wizyjnego robota.

Język Programowania

• To zbiór zasad określających, kiedy ciąg symboli tworzy program komputerowy oraz jakie obliczenia opisuje.
• To usystematyzowany sposób przekazywania poleceń komputerowi które mają ulec obróbce w określonych warunkach.
• Opisanie relacji pomiędzy rzeczywistością i językiem programowania jest możliwe dzięki: składni języka(synaktyce), semantyce oraz pragmatyce.

Metody Programowania

• ON-LINE- robot jest wymagany do procesu programowania(konwersacja lub nietekstowa).
• OFF-LINE- robot nie jest wymagany, programowanie realizowane komputerowo(z edytorami tekstowymi lub graficznymi).
• HYBRYDOWE- połączenie powyższych metod.

Metody ON-LINE

• Umożliwiają liniowe programowanie robotów, polegają na bezpośrednim wprowadzaniu programu poprzez panel sterowania robota.
• Obejmują programowanie ręczne (Manual) i przez Nauczanie/uczenie (Teach-in).
• Realizowane przez uczenie przy wykorzystaniu dwóch ruchów: od punktu do punktu(PTP) oraz ciągłego(CP 0 Contiunous Path).

Rodzaje Ruchu

• PTP (point to point)- programowanie polega na ustawieniu manipulatora robota w kolejnych pozycjach trajektorii i zapamiętaniu ich; realizacja trajektorii odbywa się przez przemieszczanie końcówki manipulatora pomiędzy zaprogramowanymi punktami.
• CP 0 (Contiunous Path)- programowanie polega na przemieszczaniu końcówki manipulatora wzdłuż pożądanej trajektorii; realizacja trajektorii odbywa się przez przemieszczanie końcówki manipulatora pomiędzy punktami przy założonej częstotliwości.
• Wyróżnia się ruch z interpolacją liniową (Linear CP Movement) oraz ruch z interpolacją kołową (Circular CP Movement).

Pozycjonowanie Dokładne(Fine)

• Robot zatrzymuje się w zaprogramowanym punkcie przed przemieszczeniem do następnego, a następnie rozpoczyna ruch.

Typy Ruchu Zgrubnego

• PTP(Point-to-Point)
• TCP(tool center point)
• TCP dla dokładnego najazdu na punkt docelowy(instrukcja LINEAR)
• Interpolacja kołowa-TCP opuszcza tor dokładnego najazdu na punkt docelowy.(instrukcja CIRCULAR)

Osobliwości Robota(Singularities)

• Wywołane współliniowym ustawieniem dwóch lub więcej osi manipulatora, co w konsekwencji powoduje nieprzewidywalne ruchy i prędkości robota.
• Pozycje, w których pojawia się problem przy przeliczaniu kartezjańskich pozycji końcówki roboczej na wartości obrotów na osiach.
• Osobliwości: nadgarstka, ramienia oraz pozycji wyprostowanej.

Programowanie Ręczne(Manual)

• Polega na ustawieniu statycznych punktów zatrzymania narzędzia.
• Wymaga bezpośredniej pracy ze wspolrzednymi robota.
• Wykorzystywane do sterowania bezpośrednio (manipulatory, teleoperatory)
• Związane z przenoszeniem na odległość funkcji motorycznych i sensorycznych operatora.

Zalety Programowania Ręcznego

• Krótki czas programowania.
• Brak konieczności używania komputera.
• Możliwość osiągnięcia szybkich ruchów nawet za pomocą prostego kontrolera.

Wady Programowania Ręcznego

• Wymaga mechanicznej pracy.
• Możliwość użycia niewielu punktów.
• Brak dodatkowej funkcjonalności.

Elementy Systemu Robotowego

• Robot,elementy robocze, wyposażenie urządzenia( sensory niezbędne robotowi do wykonania jego zadania) oraz interfejs komunikacyjny.
• Element roboczy to urządzenie zaprojektowane specjalnie do zamocowania na interfejsie mechanicznym (np. chwytak lub głowica spawalnicza).

Robotyzacja

• Działania automatyzujące pracę produkcyjną za pomocą manipulatorów i robotów.

Robotyka

• Nauka o budowie, zasadach działania, projektowaniu, programowaniu, sterowaniu i zastosowaniu robotów.

Robot Przemysłowy(RP)

• Automatyczny, wielofunkcyjny, programowalny manipulator, mający kilka stopni swobody.
• Wyposażony w serwonapędy, zdolny do przenoszenia materiałów, części, narzędzi i wykonuje programowalne operacje w celu realizacji różnych zadań.
• Maszyna sterowana za pomocą sygnałów generowanych w programowalnym układzie sterowania(wielozadaniowa).

Składowe Robota Przemysłowego

• Manipulator, podręczny programator(Teach Pendant), układ sterowania( zintegrowana szafa sterownicza lub controller).

Manipulator Robota

• Mechanizm, który realizuje funkcje kończyn górnych(funkcje manipulacyjne).

Układ Sterowania Robota

• Całość złożona z powiązanych elementów, układ rozumiany zbioru związków relacji oraz struktura systemu(ogół związków).
• System sterownia powiazany jest z techniką programowania oraz urządzeniami wspomagającymi ten proces.
• Wg PN-EN ISO: zestawu sterowania logicznego i mocy, które pozwalają monitorować i sterować strukturą mechaniczną robota.

Wyposażenie Stanowiska Zrobotyzowanego

• Ogrodzenia ochronne, klatki, bariery lub łańcuchy , kurtyny świetlne, zamki, oznaczenie na podłodze, światła ostrzegawcze, przyciski bezpieczeństwa.
• Elementy stanowiska integruje się z obwodami bezpieczeństwa.

Scena

• Otoczenie robota- środowisko fizyczne, w którym pracuje.

Jednostka Kinematyczna

• Mechanizm kinematyczny z dołączonymi napędami tworzący układ ruchu maszyny.

Para Kinematyczna

• Połączenie ruchowe dwóch członów mechanizmu(najczęściej połączenia o jedno stopniowej swobodzie).
• Pary kinematyczne: Obrotowa/przegub obrotowy(R), przesuwna/przegu przesuwny(T).

Wymagane Osie Robota

• 2 osie są wymagane aby robot dosięgnął punkt na płaszczyźnie, 3 osie są wymagane aby robot dosięgnął punkt w przestrzeni, dodatkowe 3 osie zapewniają pełną kontrolę orientacji ramienia(chwytak).
• Liczba osi = liczbie stopni swobody.

Przestrzeń Robocza

• Przestrzeń ruchów robota.

Nośność(Udźwig)

• Dopuszczalna masa przedmiotu jaką może podnieść robot.

Prędkość Robota

• Szybkość robota w przemieszczaniu końcówki ramienia-określana prędkością kątową, liniową oraz prędkością złożona.

Przyspieszenie Robota

• Prędkość przyśpieszenia osi.