Roboti Industriali Ppt (2) [309088]

S.C. mpl Automation S.R.L.

ROBOȚI

www.mpl-automation.com

INDUSTRIALI

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

Cuprins

1. Clasificarea roboților în funcție de domeniul de utilizare 2. Noțiuni privind roboții industriali

3. Principalele caracteristici tehnice ale roboților industriali

4. Clasificarea roboților industriali în funcție de structura mecanică 5. Cuple folosite în arhitectura roboților industriali

6. Clasificarea roboților seriali în funcție de structura mecanică 7. Robot serial articulat cu 6 grade de libertate

8. Robot serial articulat cu 4 grade de libertate 9. Robot serial articulat cu 7 grade de libertate 10. Robot serial articulat cu 15 grade de libertate

11. Sistemul robot

12. Structura mecanică al unui robot industrial 13. Controller

14. Teach-pendant 15. Efectoare finale 16. Senzori

17. Controllerul logic programabil (PLC) 18. Exemple de celule robotizate

19. Metode de programare a roboților industriali

20. Sisteme de coordonate utilizate în programarea roboților industriali 21. Mișcări utilizate în programarea roboților industriali

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

1. Clasificarea roboților în funcție de domeniul de utilizare

Sunt 4 domenii majore de aplicare a roboților: 1. roboți industriali

2. roboți de explorare

3. roboți de divertisment 4. roboți de servicii

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

1. Clasificarea roboților în funcție de domeniul de utilizare ….. Roboți industriali (1/4)

[anonimizat], reprogramabil, ce poate fi fixat pe o platformă sau poate fi mobil și se utilizează în aplicații industriale automatizate. (International Federation of Robotics)

[anonimizat], ambalare, vopsire, debavurare, [anonimizat], [anonimizat], inspecție etc.

În 1961 [anonimizat]. Acest robot lucra pe o linie de asamblarea la General Motors. Robotul era constituit din două

calculatoare conectate la un braț mecanic. A fost folosit Robotul Unimate pentru manipularea unor piese metalice foarte încinse.

Sarcina realizată de robot era periculos pentru muncitori.

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

1. Clasificarea roboților în funcție de domeniul de utilizare ….. Roboți industriali (2/4)

Firme producătoare de roboți industriali: ABB, ADEPT, CLOOS, COMAU, DENSO, EPSON, FANUC, KAWASAKI, KUKA, MITSUBISHI, MOTOMAN, STÄUBLI etc.

ABB – IRB1600 CLOOS – [anonimizat]5 NJ 156-220 FANUC – R1000iA

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

1. Clasificarea roboților în funcție de domeniul de utilizare ….. Roboți industriali (3/4)

Firme producătoare de roboți industriali: ABB, ADEPT, CLOOS, COMAU, DENSO, EPSON, FANUC, KAWASAKI, KUKA, MITSUBISHI, MOTOMAN, STÄUBLI etc.

STÄUBLI – TX200 KAWASAKI – RS10L KUKA – KR 1000 L950 MOTOMAN – HP20

TITAN PA

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

1. Clasificarea roboților în funcție de domeniul de utilizare ….. Roboți industriali (4/4)

Avantajele utilizării roboților industriali:

– [anonimizat] – [anonimizat] grele pentru muncitorul uman – se pot folosi pentru operații de tip multitasking

– este reprogramabil și flexibil

– se poate face interfațarea și cu alte sisteme automatizate

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

1. Clasificarea roboților în funcție de domeniul de utilizare ….. Roboți de explorare

Roboții de explorare sunt structuri mecanice speciale care lucrează în medii ostile sau necunoscute, ele pot fi autonome sau comandate de la distanță. Roboții de explorare sunt utilizați în medii subacvatice, cosmice, radioactive, cu temperaturi foarte ridicate, unde prezența omului este imposibil sau periculos. Un exemplu de robot de explorare este SCARAB realizat de NASA, care face foraje pe Lună. Acest robot este echipat cu roți speciale pentru a avea tracțiune și pe suprafața Lunii.

Robotul SCARAB

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

1. Clasificarea roboților în funcție de domeniul de utilizare ….. Roboți de divertisment

Roboții de divertisment sunt acele roboți care sunt definite de la început și sunt folosite doar pentru divertisment. Cererea pentru acest tip de robot este în creștere pentru toate tipurile, dimensiunile și formele. Aceștia sunt utilizați în principal în industria cinematografică și în parcuri de distracție. Un exemplu de acest tip de robot este AIBO, un câine robot creat de Sony. Prin cele 5 tipuri de senzori (senzor de temperatură, senzor infraroșu pentru distanță, senzor de accelerație, senzor de forță, senzor pentru vibrații) acesta poate să interacționeze cu stăpânul lui.

Robotul AIBO

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

1. Clasificarea roboților în funcție de domeniul de utilizare ….. Roboți de servicii

Este greu de a găsi o definiție adecvată pentru roboții de serviciu deoarece există mai multe tipuri de structuri și mai multe domenii de aplicare. IFR (International Federation of Robotics) a adoptat următoarea definiție pentru roboții de serviciu: Un robot de serviciu este un robot care funcționează semi- sau complet autonom pentru a presta servicii utile pentru bunăstarea oamenilor și echipamentelor, cu excepția operațiilor de fabricație. Pentru roboții de serviciu este foarte important algoritmul de control. Acești roboți sunt utilizați în nenumerate tipuri de aplicații: în spitale, pentru uz caznic, pentru proteze etc. Un exemplu de robot de serviciu este ENON realizat de Fujitsu. Acest robot poate oferi diferite servicii într-o clădire cu birouri: să întâmpina oaspeții, să-i salute, să-i escorteze la lifturi, să opereze liftul, să distribuie

colete, să patruleze pe timp de noapte. Robotul ENON

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

2. Noțiuni privind roboții industriali

2.1. Punct de singularitate

Punctul de singularitate este un punct din spațiul de lucru al robotului în care acesta își pierde una sau mai multe grade de libertate

2.2. Punctul caracteristic al robotului (TCP) Punctul caracteristic al robotului (în limba engleză, Tool Center Point / Tool Control Point sau pe scurt TCP) se referă la punctul comandat prin programul robot. TCP-ul predefinit din fabrică pentru un robot industrial se află pe flanșa acestuia. Se pot defini mai multe TCP-uri pentru același robot

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

3. Principalele caracteristici tehnice ale roboților industriali (1/3)

3.1. Gradul de libertate

– un corp rigid are 6 grade de libertate

– numărul gradelor de libertate al unui robot este egal cu numărul motoarelor (axelor active) al acestuia – exemplu: un robot serial cu șase motoare are șase grade de libertate

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

3. Principalele caracteristici tehnice ale roboților industriali (2/3)

3.2. Spațiul de lucru (anvergura)

– spațiul de lucru este definită prin punctele din spațiu unde poate ajunge TCP-ul robotului

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

3. Principalele caracteristici tehnice ale roboților industriali (3/3)

3.3. Capacitatea portantă

– reprezintă masa maximă pe care robotul este capabil să manipuleze, în condiții de siguranță totală, pentru poziția cea mai defavorabilă și pentru valoarea cea mai mare a accelerației ce poate să o dezvolte, în deplasare verticală ascendentă

– exemplu: masa pistolului de sudură, masa cleștelui de sudură, masa gripperului+masa piesei de manipulat

3.4. Viteza / accelerația

– este definită pe fiecare cuplă în parte

3.5. Repetabilitatea / acuratețea

– repetabilitatea (precizia) unui robot este capacitatea acestuia de a-și poziționa TCP-ul în același punct din spațiu ori de câte ori este îi este comandat un punct predefinit

– acuratețea unui robot este capacitatea acestuia de a-și poziționa TCP-ul cât mai aproapre de un punct predefinit

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

3. Principalele caracteristici tehnice ale roboților industriali ….. Exemplu

MOTOMAN – MH50

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

4. Clasificarea roboților industriali în funcție de structura mecanică

Din punctul de vedere al structurii mecanice roboții industriali se clasifică în două mari categorii:

1. roboți seriali 2. roboți paraleli

Roboții paraleli au viteză, precizie, capacitate portantă superioară față de roboții seriali, însă spațiul lor de lucru este mult mai limitat.

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

4. Clasificarea roboților industriali în funcție de structura mecanică ….. Roboți seriali

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

4. Clasificarea roboților industriali în funcție de structura mecanică ….. Roboți paraleli (1/2)

4.2.1. Robot paralel hexa

– se folosesc la simulatoarele de zbor

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

4. Clasificarea roboților industriali în funcție de structura mecanică ….. Roboți paraleli (2/2)

4.2.2. Robot paralel delta

– se folosesc în special la operațiile de pick-and-place

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

5. Cuple folosite în arhitectura roboților industriali

5.1. Cuple de rotație (R) 5.2. Cuple de translație (T)

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

6. Clasificarea roboților seriali în funcție de structura mecanică

În funcție de structura mecanică roboții seriali se clasifică astfel: 1. robot cartezian

2. robot cilindric

3. robot polar (sferic) 4. robot SCARA

5. robot articulat

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

6. Clasificarea roboților seriali în funcție de structura mecanică ….. Robot cartezian

Este un robot TTT, adică este alcătuit din trei cuple de translație.

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

6. Clasificarea roboților seriali în funcție de structura mecanică ….. Robot cilindric

Este un robot RTT, adică este alcătuit dintr-o cuplă de rotație și două de translație.

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

6. Clasificarea roboților seriali în funcție de structura mecanică ….. Robot polar

Este un robot RRT, adică este alcătuit din două cuple de rotație și una de translație.

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

6. Clasificarea roboților seriali în funcție de structura mecanică ….. Robot SCARA

SCARA– Selective Compliance Assembly Robot Arm Poate avea trei respectiv patru axe: RRT sau RRTR.

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

6. Clasificarea roboților seriali în funcție de structura mecanică ….. Robot articulat

Este un robot RRR, adică este alcătuit din trei cuple de rotație.

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

7. Robot serial articulat cu 6 grade de libertate

Este alcătuit din șase cuple de rotație. Primele trei cuple de rotație sunt pentru poziționarea TCP-ului, iar celelalte trei cuple sunt pentru orientarea TCP-ului în sistemul cartezian de coordonate (poziționare: X Y Z, orientare: U V W). Majoritatea roboților industriali au această structură mecanică.

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

8. Robot serial articulat cu 4 grade de libertate

Aceste tipuri de roboți se folosesc în special la operațiile de paletizare.

MOTOMAN – MPL160

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

9. Robot serial articulat cu 7 grade de libertate

Aceste tipuri de roboți se folosesc pentru operații unde este nevoie de o flexibilitate ridicată (ex. sudură cu arc electric, operații de montaj).

MOTOMAN – VA1400 MOTOMAN – SIA20D

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

10. Robot serial articulat cu 15 grade de libertate

Aceste tipuri de roboți se folosesc în special pentru operații de montaj sau manipularea unor piese, unde este nevoie de o flexibilitate ridicată.

MOTOMAN – SDA10D

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

11. Sistemul robot

Sistemul robot vine livrat din fabrică cu următoarele: 1. robot (manipulator)

2. cabluri

3. controller

4. teach pendant

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

12. Structura mecanică al unui robot industrial

Pentru exemplificare se folosește robotul Motoman HP20. Principalele elemente componente sunt: motor, reductor (reductor cyclo pentru axele S L U, reductor harmonic pentru axele R B T), encoder, frână, brațe/carcase, cablaje, șuruburi etc.

Axele unui robot Motoman se notează în felul următor: axa 1: S – Station

axa 2: L – Lower axa 3: U – Upper axa 4: R – Rotation axa 5: B – Bending axa 6: T – Tool

MOTOMAN – HP20

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

12. Structura mecanică al unui robot industrial ….. Elemente componente pentru axa S

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

12. Structura mecanică al unui robot industrial ….. Elemente componente pentru axa L

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

12. Structura mecanică al unui robot industrial ….. Elemente componente pentru axa U

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

12. Structura mecanică al unui robot industrial ….. Elemente componente pentru axa R

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

12. Structura mecanică al unui robot industrial ….. Elemente componente pentru axa B

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

12. Structura mecanică al unui robot industrial ….. Elemente componente pentru axa T

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

13. Controller

Este unitatea de comandă a robotului industrial.

Pentru exemplificare se folosește controller-ul DX100, ce se utilizează pentru roboții Motoman.

Câteva caracteristici tehnice ale controller-ului Motoman DX100: dimensiuni: 800mm x 1000mm x 650mm

poate să comande până la 8 roboți, respectiv 72 de axe masă: 150-250kg

40 de intrări/ieșiri digitale

poate memora pâna la 200000 de linii de cod interfață: Ethernet, RS-232C

MOTOMAN – DX100

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

13. Controller ….. Interiorul controller-ului DX100

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

13. Controller ….. Servopack

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

14. Teach-pendant (1/2)

Este aparatul portabil de programare a robotului, practic este o interfață prin care operatorul uman comunică cu robotul.

ABB

FANUC

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

14. Teach-pendant (2/2)

KUKA

MOTOMAN

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

15. Efectoare finale

Sunt acele dispozitive, scule de lucru ce se montează pe flanșa robotului și permit acestuia efectuarea diferitelor operații. Efectoarele finale se clasifică în două grupe majore:

1. mecanisme de prehensiune (gripper/graifer) 2. scule de lucru.

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

15. Efectoare finale ….. Mecanisme de prehensiune

Sunt folosite pentru manipularea unor piese. Pot fi cu acționare electrică, pneumatică, hidraulică. Marea majoritate a gripperelor sunt cu două degete, dar sunt grippere și cu trei, patru, cinci degete, sau pot fi grippere cu ventuze.

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

15. Efectoare finale ….. Scule de lucru (1/2)

Sunt acele dispozitive cu ajutorul cărora se pot executa diferite procese de lucru: sudură în puncte, sudură cu arc electric, găurire, debavurare, vopsire, inspecție, tăiere cu laser, lipire etc.

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

15. Efectoare finale ….. Scule de lucru (2/2)

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

16. Senzori (1/2)

Traductorul este elementul primar de conversie, care transformă o variabilă fizică neelectrică într-una care poate fi evaluată electric.

Senzorul reprezintă un sistem alcătuit din una sau mai multe traductoare care transformă o variabilă neelectrică de intrare într-un semnal electric de ieșire care poate fi măsurat, afișat sau înregistrat.

Senzorul conține în aceeași carcasă traductorul, elementul sensibil al senzorului, adaptorul de condiționare a informației și componentele microelectrice de procesare a informației.

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

16. Senzori (2/2)

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

16. Senzori ….. Semnale

Semnalele se clasifică în două grupe:

1. semnale digitale: au două stări bine definite – pornit (on) sau oprit (off)

2. semnale analogice: conțin informația în variația continuă în timp a unui parametru

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

17. Controller-ul logic programabil (PLC) (1/2)

Controllerul logic programabil (în limba engleză, programmable logic controller sau pe scurt PLC) este un tip specific de calculator utilizat pentru controlul unei varietăți de funcții din cadrul proceselor industriale.

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

17. Controller-ul logic programabil (PLC) (2/2)

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

18. Exemple de celule robotizate (1/5)

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

18. Exemple de celule robotizate (2/5)

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

18. Exemple de celule robotizate (3/5)

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

18. Exemple de celule robotizate (4/5)

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

18. Exemple de celule robotizate (5/5)

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

19. Metode de programarea roboților industriali

19.1. Programare on-line

– ciclul de lucru este învățat robotului prin mișcarea acestuia, cu ajutorul teach-pendantului, în punctele necesare realizării sarcinii; simultan se creează și se memorează programul robot

– avantaje: este mai ușor de învățat pentru operator, este o cale logică de a învăța robotul, nu necesită programare pe calculator, costuri la fel de mari ca și costurile de producție

– dezavantaje: sistemul în care este integrat robotul nu funcționează în timpul programării (timp mort)

19.2. Programare off-line (simulare)

– programarea off-line (OLP) și simularea sunt instrumente puternice pentru a reduce resurse de timp și bani necesare proiectării unei celule robotizate

– este posibil analiza comportamentului celulei înainte de orice investiție în echipamente, astfel tranziția de la concept la realitate se face mai lin

– programarea off-line și simularea permite integratorilor testarea celulei de lucru în scenarii multiple înainte de orice proces de fabricație (necesare realizării celulei), astfel se pot alege cei mai potriviți roboți, cele mai potrivite echipamente de lucru și se pot exclude multe erori chiar din timpul proiectări

– programul robot este realizat pe un calculator, într-un soft specializat (ex.: Delmia, RobCad, Process Simulate, RobotStudio, MotoSim), utilizând modelul 3D exact al celulei robotice

se face un download al programului cu un postprocesor adecvat, iar apoi programul este încărcat în controller-ul robotului

– avantaje: nu este nevoie de a opri producția pentru a crea programe noi, se pot face mai multe simulări și astfel se pot exclude erori, ajută la luarea celor mai optime decizii, se reduc investițiile de timp și bani

– dezavantaje: investiție în programarea off-line

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

20. Sisteme de coordonate utilizate în programarea roboților industriali (1/2)

WORLD:

– este un sistem cartezian de coordonate definită în permanență

– în mod implicit este definită la baza robotului

ROBOT:

– este un sistem cartezian de coordonate situată întotdeauna la baza robotului

– definește poziția robotului față de sistemul de coordonate WORLD

– în mod implicit sistemul de coordonate ROBOT este identic cu sistemul WORLD

– sistemul de coordonate ROBOT permite decalarea robotului față de sistemul WORLD se face de către operator

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

20. Sisteme de coordonate utilizate în programarea roboților industriali (2/2)

BASE:

– este un sistem cartezian de coordonate atașată piesei/stației de lucru

– în mod implicit sistemul de coordonate BASE este identic cu sistemul WORLD

– decalarea sistemului de coordonate BASE față de sistemul WORLD se face de către operator

TOOL:

– este un sistem cartezian de coordonate situată cu originea în TCP-ul robotului

– în mod implicit originea sistemului de coordonate TOOL este situată pe flanșa robotului

– decalarea sistemului de coordonate TOOL față de flanșa robotului se face de către operator

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

21. Mișcări utilizate în programarea roboților industriali (1/4)

MOV J (JOINT / PTP):

– robotul se mișcă între două puncte pe calea cea mai rapidă (nu de fiecare dată calea cea mai scurtă e și cea mai rapidă)

– traiectoria nu poate fi determinată cu exactitate

– controller-ul nu face nici un fel de calcul de interpolare – mișcările axelor începe și se sfârșește în acelați timp

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

21. Mișcări utilizate în programarea roboților industriali (2/4)

MOV L(LINEAR):

– mișcarea liniară între două puncte se face cu o viteză și accelerație determinată de-a lungul unei linii drepte

– controller-ul face calcule de interpolare

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

21. Mișcări utilizate în programarea roboților industriali (3/4)

MOV C (CIRCULAR):

– mișcarea circulară se face cu o viteză și accelerație determinată de-a lungul unei traiectorii circulare

– pentru o traiectorie circulară este nevoie un punct de start, un punct auxiliar și un punct final

S.C. mpl Automation S.R.L. www.mpl-automation.com

21. Mișcări utilizate în programarea roboților industriali (4/4)

MOV S (SPLINE):

– mișcarea spline este potrivită pentru traiectorii curbate complexe – traiectoria este definită cu ajutorul punctelor de pe traiectorie

– viteza programată rămâne la fel

– arcele de cerc sunt executate cu o precizie ridicată