Ćwiczenie PAR5

Budowa, sterowanie i programowanie robota

Spis treści

1. Wprowadzenie 2. Konstrukcja robota przemysłowego RV- M1

2.1. Opis konstrukcji

2.2. Opis jednostki sterującej

2.3. Opis panelu programowania 3. Sterowanie i programowanie robota RV-M1 z ręcznego panelu

4. Przykładowy przebieg ćwiczenia 5. Programowanie robota RV-M1 z wykorzystaniem programu Cosimir®

2

1. Wprowadzenie

Robot przemysłowy MOVEMASTER EX RV-M1 jest produkowany przez japońską

firmę Mitsubishi Electric. Cechą charakterystyczną tego robota jest jego zwarta budowa oraz

mała masa 19 kg. Manipulatory RV-M1 chętnie stosowane są przy robotyzacji zadań

transportowych, przy takich czynnościach jak np.: podawanie i odbieranie, pakowanie i

paletyzacja obiektów, obsługa maszyn i różnych urządzeń.

Robot MOVEMASTER EX RV-M1 składa się z:

manipulatora, sztywno mocowanego do podłoża,

jednostki sterującej, połączonej przewodami z robotem,

ręcznego panelu programowania manipulatora.

Rys. 1. Schemat stanowiska z robotem RV-M1:

manipulator, jednostka sterująca, ręczny panel programowania

2. Konstrukcja robota przemysłowego RV- M1

2.1. Opis konstrukcji

Rys. 2. Część manipulacyjna robota przemysłowego RV-M1: 1 – podstawa, 2 – korpus obrotowy,

3 – ramię dolne, 4 – ramię górne, 5 – przegub

1

2

3 4

5

3

Na podstawie 1, która może być mocowana na stałe do podłoża lub umieszczona na

torze jezdnym, jest obrotowy korpus 2, do którego przymocowane jest ramię dolne 3, do

niego dołączone jest ramię górne 4. Do końca ramienia górnego przymocowany jest przegub

5, do którego mogą być mocowane chwytaki lub narzędzia.

Poszczególne zespoły umożliwiają realizowanie następujących ruchów robota:

- obrót wokół osi pionowej, kąt α,

- pochylenie ramienia dolnego, kąt β,

- pochylenie ramienia górnego, kąt γ,

- pochylenie przegubu, kąt τ,

- obrót przegubu, kąt υ.

Napęd zespołu korpusu α umieszczony jest w podstawie manipulatora i składa się z

silnika prądu stałego wraz z przekładnią falową. Pochylenie ramienia dolnego β, realizowane

jest przy pomocy przekładni falowej napędzanej przez pasek zębaty, który współpracuje z

silnikiem prądu stałego umieszczonego w tylniej części ramienia dolnego. Na wałku

wejściowym przekładni falowej umieszczono hamulec elektromagnetyczny. Pochylenie

ramienia górnego γ odbywa się za pomocą silnika prądu stałego umieszczonego w tylniej

części ramienia dolnego, który napędza przekładnie falową za pomocą paska zębatego. Do

wałka wyjściowego przekładni dołączony jest wodzik, który wpływa na obrót ramienia

górnego, natomiast do wałka wejściowego dołączony jest hamulec elektromagnetyczny.

Pochylenie τ oraz obrót υ przegubu realizowane są podobnie jak poprzednie osie, z tym że

układy napędowe umieszczone są na ramieniu górnym. Zakres przemieszczeń

poszczególnych zespołów robota RV-M1 jest wyznaczony mechanicznymi ogranicznikami

końcowymi. Każda oś manipulatora zaopatrzona jest w optyczny enkoder, który przesyła

informację do jednostki sterującej o danym położeniu robota. Stanowisko z robotem RV-M1

wyposażone jest w chwytak z napędem elektrycznym, o sztywnych końcówkach chwytnych.

Tabl. 1 Dane techniczne części manipulacyjnej robota RV-M1

Liczba stopni swobody pięć

Zakres przemieszczeń:

obrót korpusu α

pochylenie ramienia dolnego ß

pochylenie ramienia górnego γ

pochylenie przegubu τ

obrót przegubu υ

300º

130º

110º

90º

180º

Prędkość maksymalna 1m/s

Dokładność pozycjonowania ± 0.3 mm

Masa robota 19 kg

Warunki otoczenia:

- temperatura

5 ... 40º C

Tabl. 2 Dane techniczne chwytaka elektrycznego

Typ HM-01

Napęd silnik prądu stałego

Zakres przemieszczeń końcówek chwytnych 0 – 60 mm

Siła chwytu 35 N

Udźwig 1.2 kg

Waga 600g

Żywotność 300000 operacji

Zasilanie 24 V DC

Moc 6.5 W

4

Rys. 3. Konstrukcja robota RV-M1: 1,4,9,14,18 – silnik DC, 2,6,16,19 – przekładnia falowa,

3,8,13,17,20 – wyłącznik krańcowy, 5,10,15 – pasek zębaty, 7,12 – hamulec elektromagnetyczny,

11 – wodzik

5

2.2. Opis jednostki sterującej

Jednostka sterująca robota przemysłowego RV-M1 zawiera: procesor, płytę główną,

pamięci RAM oraz EPROM.

Rys. 4. Jednostka sterująca robota RV-M1: a) przednia strona, b) tylna strona

Jednostka sterująca zawiera następujące bloki i przyciski funkcjonalne:

1 zasilanie (lampka),

2 STOP AWARYJNY (przycisk) – natychmiastowe zatrzymanie robota,

3 błąd (lampka) – sygnalizuje wykrycie przez system błędu,

4 praca (lampka) – sygnalizuje, że robot jest w trakcie wykonywania programu,

5 start (przycisk) – naciśnięcie powoduje wystartowanie programu,

6 stop (przycisk) – wciśniecie powoduje zatrzymanie wykonywanego programu,

7 reset (przycisk) – kasowanie wykonywanego programu, służy także do kasowania błędu.

8 złącze Centronics – złącze umożliwiające połączenie jednostki z komputerem PC,

9 złącze RS- 232C – złącze szeregowe umożliwiające połączenie jednostki sterującej z PC,

10 złącze I/O – złącze do podłączenia zewnętrznych urządzeń, np. wyłączniki, kontrolery,

11 złącze ręcznego panelu programowania, 12 złącze zasilania – do podłączenia kabla zasilania do robota,

13 złącze sygnałowe – do podłączenia jednostki sterującej z robotem,

14 złącze dodatkowego przycisku STOP AWARYJNY, 15 uziemienie,

16 przycisk wyboru chwytaka – AC (napęd pneumatyczny), DC (napęd elektryczny),

17 bezpieczniki – (10A),

18 przycisk zasilania,

19 złącze zasilania jednostki sterującej.

2.3. Opis panelu programowania

Ręczny panel programowania ułatwia programowanie robota RV-M1 i uwalnia

operatora od konieczności korzystania z komputera PC. Dzięki niemu możliwe jest uzyskanie

wszystkich potrzebnych funkcji umożliwiających napisanie programu a także jego

monitorowanie.

Ręczny panel programowania składa się z przycisków, które oznaczają:

1 przycisk zasilania – w momencie naciśnięcia klawisze panelu stają się dostępne; kiedy

korzystamy z komputera PC należy panel wyłączyć,

2 przycisk STOP AWARYJNY,

3 INC (+ENT ) – przesunięcie manipulatora do pozycji o jeden numer większej od obecnej,

4 DEC (+ENT ) –przesunięcie manipulatora do pozycji o jeden numer mniejszej od obecnej,

6

5 P.S (+NUMER+ENT) – definiowanie numeru pozycji, który przypisany będzie do

aktualnej pozycji robota; jeśli ten sam numer zostanie przypisany do np. dwóch różnych

pozycji manipulatora to pod tym numerem będzie aktywna ostatnia zapisana pozycja,

6 P.C (+NUMER+ENT) – kasowanie numeru pozycji wybranej przez operatora,

7 NST (+ ENT) – bazowanie robota,

8 ORG (+ENT) – przemieszczenie manipulatora do pozycji w układzie kartezjańskim,

9 TRN (+ENT) – zapisanie programu przechowywanego na EPROM-ie operatora do

pamięci RAM jednostki sterującej,

10 WRT (+ENT) – zapisanie programu przechowywanego w pamięci RAM jednostki

sterującej do EPROM-u operatora,

11 MOV (+NUMER+ENT) – przemieszczenie robota do zdefiniowanej pozycji ze stałą

prędkością SP4,

12 STEP (+NUMER+ENT) – wykonywanie programu krok po kroku poczynając od pozycji

zdefiniowanej przez operatora,

13 PTP – włączenie pracy robota w układzie biegunowym (układ odniesienia regionalny),

14 XYZ – włączenie pracy robota w układzie kartezjańskim (układ odniesienia globalny),

15 TOOL – układ odniesienia lokalny, dotyczący przemieszczania chwytaka robota,

16 ENT – przycisk zatwierdzający wszystkie komendy,

Rys. 5. Ręczny panel programowania

17 X+/B+ – przemieszczenie chwytaka robota w lewo patrząc od przodu dla układu

kartezjańskiego, lub obrót korpusu w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara dla

układu biegunowego,

7

18 X-/B- – przemieszczenie chwytaka robota w prawo patrząc od przodu dla układu

kartezjańskiego, lub obrót korpusu w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara

dla układu biegunowego,

19 Y+/S+ – przemieszczenie chwytaka robota do przodu patrząc od przodu robota dla układu

kartezjańskiego, lub pochylenie ramienia dolnego w górę dla układu biegunowego,

20 Y-/S- – przemieszczenie chwytaka robota do tyłu patrząc od przodu robota dla układu

kartezjańskiego, lub pochylenie ramienia dolnego w dół dla układu biegunowego,

21 Z+/E+4 – przemieszczenie chwytaka robota do góry patrząc od przodu robota dla układu

kartezjańskiego, lub pochylenie ramienia górnego w górę dla układu biegunowego;

klawisz służy także jako przycisk numeryczny „4”,

22 Z-/E-9 – przemieszczenie chwytaka robota do dołu patrząc od przodu robota dla układu

kartezjańskiego, lub pochylenie ramienia górnego w dół dla układu biegunowego; klawisz

służy także jako przycisk numeryczny „9”,

23 P+3 – przemieszczenie chwytaka robota do przodu patrząc od przodu robota dla układu

kartezjańskiego, lub pochylenie przegubu w górę dla układu biegunowego; klawisz służy

także jako przycisk numeryczny „3”,

24 P-8 – przemieszczenie chwytaka robota do tyłu patrząc od przodu robota dla układu

kartezjańskiego, lub pochylenie przegubu w dół dla układu biegunowego; klawisz służy

także jako przycisk numeryczny „8”,

25 R+2 – obrót przegubu w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara patrząc od

przodu robota; klawisz służy także jako przycisk numeryczny „2”,

26 R-7 – obrót przegubu w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara patrząc od

przodu robota; klawisz służy także jako przycisk numeryczny „7”,

27 OPTION+1 – przemieszczenie dodatkowej osi w kierunku dodatnim; klawisz służy także

jako przycisk numeryczny „1”,

28 OPTION-6 – przemieszczenie dodatkowej osi w kierunku ujemnym; klawisz służy także

jako przycisk numeryczny „6”,

29 ◄O► 0 – otwarcie chwytaka; klawisz służy także jako przycisk numeryczny „0”,

30 ►C◄ 5 – zamknięcie chwytaka; klawisz służy także jako przycisk numeryczny "5".

Wyświetlacz LED 4-cyfrowy informuje operatora o:

a) numerze linii programu aktualnie wykonywanego,

b) informuje o poprawnym wprowadzeniu komendy,

c) informuje o niepoprawnym wprowadzeniu komendy.

3. Sterowanie i programowanie robota RV-M1 z ręcznego panelu

Programowanie robota RV-M1 odbywa się przy pomocy ręcznego panelu sterowania

lub przy pomocy komputera klasy PC.

Po włączeniu zasilania jednostki sterującej oraz panelu programowania należy

przeprowadzić bazowanie robota (kombinacja klawiszy ręcznego panelu sterowania

NST+ENT). Robot RV-M1 programowany jest metodą uczenia, tj. w ten sposób, że za

pomocą przycisków 17 - 26 do naprowadzania robota w wymagane położenie, można

sterować serwonapędami każdej osi robota w przestrzeni roboczej, doprowadzając do

żądanego położenia i orientacji chwytaka. Przez przyciśniecie przycisku 5 wpisuje się do

pamięci układu sterowania informacje o pozycjach poszczególnych osi robota w danym

punkcie. Przyciskami ruchu doprowadzamy robota do zajęcia kolejnego położenia, ponownie

naciskamy przycisk 5 - położenie to ponownie zostaje zapamiętane. I tak postępując dalej

można zaprogramować wymagany tor ruchu robota, który następnie należy przesłać do

pamięci jednostki sterującej.

8

4. Przykładowy przebieg ćwiczenia

Rys. 6 Widok stanowiska z robotem RV-M1

Na stanowisku z robotem RV-M1 (rys. 6) realizować można różnorodne zadania

transportowe w przestrzeni będącej w zasięgu ramion robota (gdy robot ma nieruchomą

podstawę) oraz w przestrzeni robota poruszającego się po torze jezdnym. Na stanowisku

można zainstalować system wizyjny (kamera na wysięgniku nad stolikiem) i realizować

zadania związane z analizą obrazu.

Podstawowe zadania wykonywane podczas ćwiczenia laboratoryjnego realizowane są

w ustalonym położeniu robota, bez korzystania z toru jezdnego i systemu wizyjnego.

Przykładowe zadania do zrealizowania podczas ćwiczenia:

1. zaprogramować robota realizującego zadanie paletyzacji sześciu elementów

ustawionych w stosie,

2. zaprogramować robota realizującego zadanie depaletyzacji sześciu elementów

i ustawianie ich w stos,

3. korzystając z pisaka trzymanego przez chwytak robota zaprogramować robota

wykonującego proste napisy lub rysunki figur geometrycznych.

9

Przykładowe zdefiniowanie pozycji przy pomocy ręcznego panelu sterowania:

doprowadza się manipulator robota do żądanej pozycji, następnie zapisuje się jako pozycja

np. 10 za pomocą klawiszy panelu: P.S 10 ENT. Jeśli chce się zweryfikować pozycje naciska

się kombinację klawiszy MOV 10 ENT. Aby program wykonywał się w sposób automatyczny

należy przepisać zawartość pamięci RAM do EPROM-u zainstalowanego w jednostce

sterującej.

5. Programowanie robota RV-M1 z wykorzystaniem programu Cosimir®

Jednostka sterująca robota Mitsubishi RV-M1 może realizować około 60 rozkazów,

ale tylko z 13 można korzystać za pomocą ręcznego panelu sterowania. Resztę rozkazów

można wykorzystać tworząc projekty sterowania robotem za pomocą programu Cosimir® na

komputerze PC. Dzięki tym rozkazom możliwe jest tworzenie programów sekwencyjnych

oraz programów korzystających z wyspecjalizowanych funkcji. Instrukcja obsługi programu

Cosimir® w załączniku nr 1.

Wszystkie rozkazy można pogrupować w sześć podstawowych kategorii, które

przedstawione są poniżej w formie tabel z zamieszczonymi dodatkowymi komentarzami. Nie

wszystkie rozkazy są odpowiednie do użycia we wszystkich pisanych programach i nie

wszystkie są dostępne z ręcznego panelu sterowania.

Komentarze w tabelach 3 – 6 w rubryce funkcje rozkazów:

„Proste” – proste zadania wykonywane na robocie, redagując program lub podczas

uczenia robota,

„Złożone” – rozkazy z tą nominacją mogą być używane bez ograniczeń w robocie,

„Basic funkcje” – rozkazy w kategorii "podstawowe funkcje" ułatwiają projektowanie

prostych programów robota (nie jest możliwe programowanie złożonych programów);

te rozkazy są szczególnie odpowiednie dla szybkiego zaznajomienia się z robotem,

„Dodatkowe funkcje" – dodatkowe funkcje zawierają wszystkie rozkazy logiczne dla

zapewnienia wewnętrznej kontroli programu robota; z tymi funkcjami możliwe jest

rozdzielenie program robota oraz definiowanie pętli wykonywanych wielokrotnie,

"Specjalne funkcje"– rozkazy w kategorii "Specjalne funkcje" zwiększają osiągnięcia

kontrolera robota; te rozkazy upraszczają na przykład programowanie zadań

paletyzowania.

Tabela 3. Instrukcje kontroli portu wejścia/wyjścia

Rozkaz Funkcja Ręczny

panel ster. Funkcje rozkazów

ID Wczytuje dane z portu wejścia (nie

musi być spełniony żaden warunek). nie

Złożone

Dodatkowa funkcje

IN

Pobiera synchronicznie dane z portu

wejścia (używa linii kontrolnych

sygnału).

nie

Złożone

Specjalne funkcje

OB Ustawia w odpowiedni stan

określony bit w porcie wyjścia nie

Złożone

Basic funkcje

OD Wysyła dane do portu wyjścia nie Złożone

Specjalne funkcje

OT

Wysyła synchronicznie dane do

portu wyjścia (używa linii

kontrolnych sygnału).

nie

Złożone

Specjalne funkcje

TB

Powoduje skok warunkowy do

określonej linii, jeśli dany bit na

porcie wejścia jest taki sam jak wartość w rejestrze wewnętrznym

nie

Złożone

Specjalne funkcje

10

Tabela 4. Instrukcje ruchu (rozkazy te sterują ruchem ramienia robota)

Roz

kaz Funkcja

Ręcz

ny panel

ster.

Funkcje rozkazów

DP Ustawia robota w zdefiniowanej pozycji o

numerze mniejszym niż aktualny.

<DE

C>

Złożone

Basic funkcje

DW Przesuwa koniec chwytaka do pozycji odległej od

aktualnej o odległości w osiach X, Y, Z nie

Złożone

Basic funkcje

HE Definiuje współrzędne aktualnej pozycji poprzez

nadanie jej numeru

<P.S

>

Złożone

Basic funkcje

HO Ustala pozycję odniesienia w kartezjańskim

układzie współrzędnych nie

Proste

Dodatkowe funkcje

IP Ustawia robota w zdefiniowanej pozycji o

numerze większym niż aktualna

<IN

C>

Złożone

Basic funkcje

MA

Przesuwa koniec chwytaka z aktualnej pozycji do

innej pozycji odległej o wartość współrzędnych

drugiej pozycji od pierwszej

nie

Złożone

Specjalne funkcje

MC

Polecenie to przestawia robota w sposób ciągły

przez zdefiniowane pozycje pomiędzy dwoma

określonymi pozycjami

nie

Złożone

Basic funkcje

MJ Obraca każdy wybrane połączenie o określony kąt

z aktualnej pozycji nie

Złożone

Basic funkcje

MO Przesuwa koniec chwytaka do określonej pozycji <M

OV>

Złożone

Basic funkcje

MP Przesuwa koniec chwytaka do punktu, którego

współrzędne i kąt są określone w instrukcji nie

Złożone

Basic funkcje

MS

Ustawia robota w określonej pozycji poprzez

określoną liczbę punktów pośrednich; ruch między

punktami po liniach prostych

nie

Złożone

Basic funkcje

MT

Przesunąć koniec chwytaka z aktualnej pozycji o

określoną liczbę jednostek w kierunku

wyznaczonym przez oś narzędzia

nie

Złożone

Basic funkcje

NT Ustawia robota w pozycji bazowej <NS

T>

Złożone

Basic funkcje

OG Ustawia robota w pozycji odniesienia w

kartezjańskim układzie współrzędnych

<OR

G>

Proste

Dodatkowe funkcje

PA Definiuje liczbę punktów w siatce kolumn i

wierszy dla określonej palety nie

Złożone

Specjalne funkcje

PC Kasuje współrzędne wybranej pozycji lub

wybranych współrzędnych

<P.

C>

Proste

Basic funkcje

PD Definiuje współrzędne i kąt pozycji o danym

numerze nie

Proste

Specjalne funkcje

PL Przyporządkowuje współrzędne jednej pozycji

drugiej pozycji nie

Proste

Specjalne funkcje

PT

Oblicza współrzędne siatki punktów na określonej

palecie oraz przypisuje współrzędne odnoszącym

się do danej palety

nie

Złożone

Specjalne funkcje

PX Zamienia współrzędne dwóch określonych pozycji

nie Proste

Specjalne funkcje

SF Zmienia współrzędne określonej pozycji o wartość

współrzędnych drugiego punktu nie

Proste

Specjalne funkcje

SP Ustawia prędkość oraz czas przyspieszenia i de

akceleracji robota nie

Złożone

Basic funkcje

TI Zatrzymuje ruch robota na określony czas nie Złożone

11

Basic funkcje

Tabela 5. Instrukcje programowe

Rozkaz Funkcja Ręczny

panel ster.

Funkcje

rozkazów

CP Ładuje wartość określonego licznika do

wewnętrznego rejestru porównawczego nie

Złożone

Dodatkowe funkcje

DA Wyłącza przerwanie wywoływane bitem z

zewnętrznego urządzenia nie

Złożone

Dodatkowe funkcje

DC Odejmuje l od wartości określonego licznika nie Złożone

Dodatkowe funkcje

DL Kasuje zawartość określonej linii lub

określonych linii nie

Proste

Basic funkcje

EA

Włącza przerwanie wywoływane bitem z

zewnętrznego urządzenia i określa numer

linii, do której następuje skok, gdy zostanie

podany sygnał

nie

Proste

ED Kończy program nie Złożone

Basic funkcje

EQ

Powoduje skok w programie, gdy zawartość

wewnętrznego rejestru jest równa

porównywanej wartości

nie

Złożone

Dodatkowe funkcje

GS Pozwala na skok do podprogramu, który

zaczyna się linią o określonym numerze nie

Złożone

Dodatkowe funkcje

GT Pozwała na nie uwarunkowany skok do

dowolnej linii programu nie

Złożone

Dodatkowe funkcje

IC Dodaje l do wartości określonego licznika nie Złożone

Dodatkowe funkcje

LG

Powoduje skok w programie, gdy zawartość

wewnętrznego rejestru jest większa od

porównywanej wartości

nie

Proste

NE

Powoduje skok w programie, gdy zawartość

wewnętrznego rejestru nie jest równa

porównywanej wartości

nie

Złożone

Dodatkowe funkcje

NW Kasuje cały program i dane dotyczące

pozycji nie

Proste

Basic funkcje

NX Określa zasięg pętli w programie

wykonywanej po poleceniu RC nie

Proste

Dodatkowe funkcje

RC Powtarza pętlę określoną przez polecenie

NX określoną liczbę razy nie

Tnie

Basic funkcje

RN Wykonuje określoną część instrukcji

programu nie

Proste

Basic funkcje

RT Kończy podprogram i wraca do programu

głównego nie

Złożone

Dodatkowe funkcje

S.C. Ładuje określoną wartość do określonego

licznika nie

Złożone

Dodatkowe funkcje

SM

Powoduje skok w programie, gdy zawartość

wewnętrznego rejestru jest mniejsza od

porównywanej wartości

nie

Złożone

Dodatkowe funkcje

12

Tabela 6. Instrukcje obsługi chwytaka

Rozkaz Funkcja Ręczny

panel ster. Funkcje rozkazów

GC Zamyka chwytak <O> Złożone

Basic funkcje

GF

Definiuje stan chwytaka

(zamknięty/otwarty) - używany

łącznie z poleceniem PD.

nie

Złożone

Basic funkcje

GO Otwiera chwytak >C< Złożone

Basic funkcje

GP

Definiuje siłę chwytu, gdy robot

zaopatrzony jest w chwytak

napędzany silnikiem

nie

Złożone

Specjalne funkcje

13

Problemy i zadania do rozwiązania:

o Narysować schemat kinematyczny manipulatora RV-M1.

o Obliczyć ruchliwość i manewrowość manipulatora RV-M1.

o Narysować schemat napędu górnego ramienia manipulatora.

o Narysować dowolny schemat kinematyczny chwytaka o równoległym ruchu

końcówek chwytnych – wyznaczyć liczbę stopni swobody układu

przeniesienia napędu.

o Narysować przestrzeń roboczą robota RV-M1.

o Narysować schemat kinematyczny oraz wyznaczyć manewrowość robota

umieszczonego na torze jezdnym (rysunek)

o Narysować schemat kinematyczny chwytaka robota RV-M1 (na rysunku

widok od czoła)

14

Dodatek

Instrukcja użytkowania programu COSIROP 95

Programowanie robota RV-M1 firmy Mitsubishi

Warszawa 2009