dr inż. Wojciech Muszyński Zakład Podstaw Cybernetyki i...

Roboty przemysłowe -wybrane pojęcia, budowa, zastosowania, przykłady

dr inż. Wojciech Muszyński

Zakład Podstaw Cybernetyki i Robotyki

[email protected]

Mechanizacja, Automatyzacja, Robotyzacja

• Mechanizacja polega na zastępowaniu w procesie produkcyjnym

pracy fizycznej człowieka przez pracę maszyn.

• Automatyzacja polega na zastępowaniu człowieka w sterowaniu

ręcznym urządzeniami pracującymi bez bezpośredniego udziału

człowieka.

• Robotyzacja – polega na automatyzacji pracy produkcyjnej, lub

innych procesów za pomocą manipulatorów i robotów.

Robotyka

• Dziedzina nauki i techniki, zajmująca się problemami mechaniki,

sterowania, programowania, projektowania, zastosowań i eksplo-

atacji robotów i manipulatorów

Robotyka teoretyczna

Robotyka ogólna

Robotyka przemysłowa

Robotyka mobilna

Robotyka medyczna i rehabilitacyjna

Robotyka usługowa

…

Robot przemysłowy

Wg normy ISO ITR 8373

Manipulacyjny robot przemysłowy jest automatycznie sterowaną,

programowaną, wielozadaniową maszyną manipulacyjną o wielu

stopniach swobody, posiadającą zdolności manipulacyjne lub

lokomocyjne, stacjonarną lub mobilną, dla ważnych zastosowań

przemysłowych.

Robot przemysłowy

Wg A. Moreckiego

Robot to urządzenie techniczne przeznaczone do realizacji niektórych

czynności manipulacyjnych i lokomocyjnych człowieka, mające

określony poziom energetyczny, informacyjny i sztucznej

inteligencji (autonomii działania w pewnym otoczeniu)

Wg H.J.Warnecke

Robot to urządzenie przeznaczone do automatycznej manipulacji z

możliwością wykonywania programowalnych ruchów względem

kilku osi, zaopatrzone w chwytaki lub narzędzia i skonstruowane

specjalnie do zastosowań w przemyśle.

Istotne cechy robotów przemysłowych

• Automatyczność działania

• Programowalność

• Posiadanie kilku stopni swobody

Roboty przemysłowe to podklasa robotów.

Przykładowy robot IRB 1400

Manipulator

Szafa sterownicza

Panel sterowania i

panel operatora

Standardy, normy

• Na początku lat 80-tych rozwój standardów robotyki dla przemysłu

• Głównie bezpieczeństwo, tzw. Robot Safety Standard

• Norma ISO 8373 wprowadza definicje pojęć i odpowiadających im

terminów dotyczących robotów przemysłowych i manipulatorów

przemysłowych.:

manipulacja

manipulator

robot

…

Podstawowe określenia

• Manipulacja - tok czynności w przemysłowym procesie produkcyjnym, polegający na: uchwyceniu określonego obiektu manipulacji, transportowaniu, pozycjonowaniu lub orientowaniu tego obiektu względem przyjętej bazy, oraz przygotowujący ten obiekt do wykonywania na nim lub za jego pomocą operacji technologicznych.

• Manipulator (przemysłowy)— urządzenie przeznaczone do wspomagania lub całkowitego zastąpienia człowieka przy wykonywaniu czynności manipulacyjnych w przemysłowym procesie produkcyjnym, sterowane ręcznie lub automatycznie za po mocą własnego układu sterującego stałoprogramowanego lub zewnętrznego układu sterującego.

• Robot (przemysłowy)— urządzenie automatyczne przeznaczone do wykonywania czynności manipulacyjnych w przemysłowym procesie produkcyjnym, mające układ ruchu składający się, co najmniej z trzech zespołów ruchu i własny programowalny układ sterujący.

Różnice między manipulatorem a robotem

• manipulator

– wykonuje zamknięty cykl ruchów powtarzalnych

– na ogół ma sztywny program (z reguły zmiana programu pracy manipulatora wymaga fizycznych zmian w jego konstrukcji)

– sztywny program współpracy z ewentualnymi urządzeniami technologicznymi

• robot

– może realizować dużą liczbę różnorodnych czynności manipulacyjnych za pomocą sygnałów generowanych w programowalnym układzie sterowania

– najczęściej czynności powtarzalne, ale mogące ulec zmianie odpowiednio do zmiany programu, stanu środowiska lub podanej informacji

– cykl ruchów manipulacyjnych lub (i) lokomocyjnych

– wykorzystanie układów wejść/wyjść dla współpracy z urządzeniami technologicznymi, układami sensorów, systemami komunikacji

Manipulatory, pedipulatory…

• Manipulator automatyczny

– urządzenie o niezmiennym programie

wykonywanych ruchów.

• Manipulator zdalny (teleoperator)

– manipulator posiadający własny napęd

i zdalnie sterowany przez operatora człowieka.

• Manipulator ręczny

– manipulator wprawiany w ruch siłą

mięśni operatora.

• Pedipulator

– maszyna krocząca, dwu lub więcej nożna, o różnym stopniu autonomiczności

Sposoby instalowania

roboty przemysłowe

wolnostojące portalowe (bramowe) zintegrowane z urządzeniem

stacjonarne mobilne z obrabiarką z wózkiem

Para kinematyczna – dwa ogniwa połączone przegubem

(połączeniem ruchomym)

Łańcuch kinematyczny manipulatora – połączenie pewnej liczby

par kinematycznych

Łańcuch kinematyczny może w ogólności składać się z 3

odcinków:

•odcinek globalny – zapewnia lokomocję robota

•odcinek regionalny – zapewnia pozycjonowanie efektora

•odcinek lokalny – zapewnia orientację efektora

Łańcuch kinematyczny manipulatora

ogniwo 1

ogniwo 2

przegub

Przeguby V klasy

Para pryzmatyczna (przesuwna, translacyjna)

Para obrotowa (rotacyjna)

Robot kartezjański - PPP

3 przeguby pryzmatyczne kształt przestrzeni roboczej

Robot cylindryczny - OPP

1 przegub obrotowy

2 przeguby pryzmatyczne

kształt przestrzeni roboczej

2 przeguby obrotowe

1 przegub pryzmatycznykształt przestrzeni roboczej

Robot sferyczny - OOP

Robot antropomorficzny - OOO

3 przeguby obrotowe kształt przestrzeni roboczej

Robot SCARA - OOP

kształt przestrzeni roboczej

2 przeguby obrotowe

1 przegub pryzmatyczny

– odcinek lokalny (L)

– odcinek regionalny (R)

– odcinek globalny (G)


Z

X Y

A

B

COdcinek lokalny realizuje zadania

orientowania i chwytania obiektu manipulowanego

Odcinek regionalny realizuje podstawowe działania

manipulacyjne

Odcinek globalny realizuje działania

lokomocyjne robota


X Y

A

B

C

ZZespoły ruchu oznacza się X, Y, Z, A, B, C

odpowiednio do oznaczeń osi współrzędnych i rodzaju

ruchu, dodając indeks G, R, L w zależności od odcinka

łańcucha kinematycznego w którym występują.

Przykładowo dla robota obok syntetyczny zapis struktury

łańcucha kinematycznego będzie następujący:

{CR, BR1, BR2, AL1, BL1, AL2}

• Roboty proste – pozycjonowane zderzakowo

np. PR-02

• Roboty złożone (dymensyjne) – pozycjonowane do dowolnego

położenia w przestrzeni roboczej

np. IRb, IRp, IRB

Roboty proste i dymensyjne

Robot prosty o budowie modułowej

Moduły ruchu regionalnego:

Liniowe - MA, MB

Obrotowy - MD

Moduły ruchu lokalnego:

Liniowy – MC

Obrotowy – ME

Chwytak - MF

PR02

Przykładowe roboty złożone monolityczne

Robot IRb URP-6

Robot IRb URP-60

Robot IRb URP-6W

IRb

Zadania układu sterowania robotem

komunikacja

z

otoczeniem

sterowania

urządzeniami

zewnętrz.

sterowanie

napędami

reagowanie

na działania

operatora

Podstawowe

zadania

układu

sterowania

Podstawowe zadania układów sterowania

Komunikacja z operatorem

•możliwość sterowania ręcznego

napędami przez operatora

•możliwość wprowadzania programu

działania robota

•możliwość zapamiętania programu

Sterowanie zespołami napędowymi

•sterowanie zespołami ruchu

pozycjonowanymi w całym zakresie

przemieszczeń

•sterowanie zespołami pozycjonowanymi

zderzakowo

•sterowanie chwytakami

•sterowanie głowicami narzędziowymi

Sterowanie urządzeń zewnętrznych

•włączanie i wyłączanie urządzeń

zewnętrznych dwustanowych (sterowanie

binarne)

•sterowanie wejść i wyjść technologicznych

Komunikacja z układami

sensorycznymi

Zadania układu sterowania robotem

Zadanie podstawowe:• pozycjonowanie

Zadania pomocnicze:• oczekiwanie na spełnienie warunku

• ustalanie kolejności dalszego działania

• obliczanie parametrów, nastaw, współrzędnych

• sterowanie wejściami i wyjściami

• transmisja danych

Struktura układu sterowania

Uklad sterowania robota

Sterowniki napedówmanipulatora i oprzyrzadowania

technologicznego robota

System sterowania

Naped oprzyrzadowania

technologicznego robota

(chwytak, glowica narzedziowa...)

Napedy ogniw lancucha

kinematycznego robota

Sensory wewnetrzne Sensory wewnetrzne

Przedmiot manipulowany Sensory zewnetrzne

System napedowy

Otoczenie robota

Sposoby programowania pozycjonowania

• Sterowanie punktowe PTP (point-to-point)

• Sterowanie wielopunktowe MP (multi-point)

• Sterowanie ciągłe CP (continous path)

Programowanie pozycjonowania PTP

PTP

Point-to point

Trajektoria po której

robot jest

przestawiany z punktu

początkowego do

końcowego w trybie

sterowania ręcznego


robot wykona ruch z

punktu początkowego

do końcowego w

trybie odtwarzania

programu

Pp

Pk

Programowanie pozycjonowania CP

R

CP

Continious Path

Trajektoria pomiędzy punktem początkowym i

końcowym jest np. łukiem okręgu o promieniu R,

lub linią prostą w zależności od typu

aproksymacji.

Pp

Pk

Aproksymacja kołowa Aproksymacja liniowa


robot wykona ruch z


do końcowego w

trybie wykonywania

programu

Pp

Pk

Programowanie pozycjonowania MP

MP

Multi-point


robot jest

przestawiany z punktu

początkowego do

końcowego w ruchu

sterowania ręcznego

Pp

Pk, Pp


robot wykona ruch z


do końcowego w

trybie wykonywania

programu

Pk

Sposoby programowania

• Ręczny (sekwencyjny)

matryce programowe, krzywki, zderzaki, dźwignie,

zmiana nośnika programu

• Półautomatyczny (przez uczenie)

nauczanie, samouczenie

• Automatyczny

komputerowo off-/on-line, z wykorzystaniem systemu

komputerowego z językiem programowania wysokiego rzędu

Schemat funkcjonalny układu sterowania robota

• pozycjonowanie w układzie otwartym

Energia pomocnicza

Sygnały wej/wyj

z otoczenia

Układlogiczny

Pamięć programu

Sterownik

Zegar

Elementwykonawczy

Ośrobota

Przetwornikpołożenia

Schemat funkcjonalny układu sterowania robota

Energia pomocnicza

Sygnały wej/wyj

z otoczenia

Układlogiczny

Pamięć programu

Sterownik

Zegar

Elementwykonawczy

Ośrobota

Przetwornik położenia,

prędkości...

• pozycjonowanie w układzie zamkniętym

Układy sterowania i rodzaje zadań

++++Rozgałęzione,

procesowo

zależne

+++Liniowe,

procesowo

zależne

Sterowanie

wielopunktowe

MP

++++Rozgałęzione,

procesowo

zależne

Sterowanie

ciągłe CP

+++Rozgałęzione,

procesowo

zależne

++Liniowe,

procesowo

zależne

+Liniowe,

procesowo

niezależne

Sterowanie

punktowe PTP

Ustalenie

kolejności

dalszego

działania

Oczekiwanie

na spełnienie

warunków

Możliwość

kształtowania

drogi

Przełączanie

urządzeń

dwustanowych

Rodzaj zadaniaKlasa układu

(algorytm

pozycjonowania)

Klasyfikacja robotów przemysłowych

Roboty przemysłowe

Stopień złożoności

Liczba stopni swobody

Struktura kinematyczna

Napęd

Rodzaj programowania

Układ sterowania

uniwersalny

od 4 do 7

specjalny

od 3 do 8

kartezjański cylindryczny sferyczny

ręczne punkt po punkcie

P-T-P

ciągłe

CP

sekwencyjny numeryczny adaptacyjny

pneumatyczny hydrauliczny elektryczny

Klasyfikacja robotów przemysłowych

Roboty przemysłowe

Zdolności lokomocji

Udźwig

Budowa kinematyczna

Generacja

Dokładność pozycjonowania

stacjonarny

kilka kg

mobilny

kilkaset i więcej

modułowy pseudomodułowy monolityczny

I generacja II generacja III generacja

kilkadziesiąt kg

precyzyjne średnio

precyzyjne

mało

precyzyjne

Układy sterowania a programowanie

Obsługa

Programowanie

sterowanie teleoperatorów

przekaźnikowe PLC hardwarowe mikroprocesorowe

sterowanie numerycznesterowanie sekwencyjne

Układy sterowania robotów

Obsługa ręczna

Programowanie ręczne

Programowanie PTP

Programowanie CP

Układy sterowania a zadania sterowania

sterowanie teleoperatorów

przekaźnikowe PLC hardwarowe mikroprocesorowe

sterowanie numerycznesterowanie sekwencyjne

Układy sterowania robotów

Zadania sterowania

Sterowanie w osiach dyskretnych

Pozycjonowanie w osiach

serwonapędowych

Koordynacja pracy serwonapędów

Sprawdzanie stanu wejść

Sterowanie wyjściami

Możliwość rozgałęzień programu

pracy

LOGO

• dotyczy

• nie dotyczy

• zastosowania

LOWLOWLOWLOW 5 5 5 5 –––– 20 kg20 kg20 kg20 kg

MEDIUMMEDIUMMEDIUMMEDIUM 30 30 30 30 –––– 70 kg70 kg70 kg70 kg

HIGHHIGHHIGHHIGH 100 100 100 100 –––– 240 kg240 kg240 kg240 kg

HEAVYHEAVYHEAVYHEAVY ponad ponad ponad ponad 300 kg300 kg300 kg300 kg

Nazwa modelu i/lub serii

podział ze względu

na dopuszczalne

obciążenie

dziedziny zastosowań

PLAN PREZENTACJI

� parametr wartość

info

LOWLOWLOWLOWMEDIUMMEDIUMMEDIUMMEDIUMHIGHHIGHHIGHHIGHHEAVYHEAVYHEAVYHEAVY

IRB 140

� zasięg 810 mm; obciążalność 6 kg

� QuickMove: 250; 250; 260; 360; 360; 450 [°/s]

� dokładność ±0.03 mm

� mocowalny pod dowolnym kątem

� 6 stopni swobody• zgrzewanie

• spawanie, lutowanie

• montaż

• formowanie wtryskowe

• obsługa maszyn

• podawanie materiałów, manipulowanie

• sortowanie, wybieranie, pakowanie

• gratowanie

• skrawanie

• klejenie, uszczelnianie

• szlifowanie, polerowanie, obróbka powierzchmiowa

• malowanie

• ładowanie, rozładowywanie

• obsługa pras


IRB 1410

� zasięg 1.44 m; obciążalność 5 (+ 18) kg

� mocowalny pod dowolnym kątem

� 6 stopni swobody

• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras


IRB 1600

• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras


IRB 2400

� zasięg 1.5 - 1.8 m; obciążalność 7-20 kg

� szybkość: axis 1-3: 150; 4,5: 360; 5: 450 [°/s]



• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras


KR 5 arc

� Payload 5 kg

� Supplementary load 12 kg

� Max. reach 1412 mm

� Number of axes 6

� Repeatability ±0,1 mm

� Weight 127 kg

� Mounting positions Floor, ceiling• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras


KR 6 (arc)

� Payload 6 kg





� Weight 235 kg



• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras


KR 15 SL

� Payload 15 kg





� Weight 315 kg



• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras


KR 16 (KS, L6, L6 KS, L6 ARC)

� Payload 16 - 6 kg

� Supplementary load 30 - 10 kg

� Max. reach 1610 - 2101 mm



� Weight 235 - 245 kg

� Mounting positions Floor, ceiling, wall, variable• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras


M-16iB Series

• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras


M-6iB Series

• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras


ARC Mate

• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras

6

10

20

5

6

16

6

8

20

Szybkość/Powtarzalność/Zasięg

� duża szybkość

� 0.03 – 0.05 mm

� 0.9 – 2 m

� –

� ≤ 0.01 mm

� 1.4 – 2 m

� duża szybkość

� 0.08 mm

� 1 – 2 m

Uwagi

� modele wielozadaniowe

(IRB 140) w kilku wersjach

� modele

wyspecjalizowane (IRB1600)

� wiele

wyspecjalizowanych

wersji

� wiele wersji modeli

wyspecjalizowanych

(malowanie, spawanie) i

wielozadaniowych

Obciążalność [kg]

LOW LOW LOW LOW MEDIUMMEDIUMMEDIUMMEDIUMHIGHHIGHHIGHHIGHHEAVYHEAVYHEAVYHEAVY

IRB 4400

• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras

KR 30, KR 60

� Payload 30 - 60 kg




� Repeatability ±0,15 - 0,20 mm

� Weight 665 kg

� Mounting positions variable


• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras

KR 40 PA, KR 50 PA

� Payload 40, 50 kg


� Max. reach ~2 m

� Number of axes 4, 2


� Weight 700 kg

� Mounting positions floor


• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras

M-710iC/50 & M-710iC/70


• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras

M-420iA


• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras

Powtarzalność/Zasięg

� 0.07 – 0.1 mm

� 1.6 m

� 0.15 – 0.25 mm

� 2 m

� 0.05 – 0.07 mm

� 1.8 – 2 m

Uwagi

Każda z firm produkuje kilka modeli w różnych wersjach w

dwóch zasadniczych kategoriach:

� wielozadaniowe (6 stopni swobody)

� pakowanie/palety/linia produkcyjna (do 4 st. swobody)

0 - 100

30 - 60

50 - 70

30 - 60


MEDIUM


IRB 6620

� zasięg 2.2 m; obciążalność 150 kg

� szybkość: 100, 90, 90, 150, 120, 190 [°/s]



• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras


IRB 6640

• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras


IRB 6660

• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras

KR 100 comp, KR 100 HA

� Payload 100 kg


� Max. reach 2.4 - 3 m


� Repeatability ±0,15 – 0.10 mm

� Weight 1200 kg



• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras

KR 180-2, 180 L150-2, 180 L130-2

� Payload 180/150/130 kg


� Max. reach 2700/2900/3100 mm



� Weight 1200 kg



• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras

KR 240-2 (Series 2000)

� Payload 240/210/180 kg


� Max. reach 2700/2900/3100 mm



� Weight 1200 kg

� Mounting positions floor, ceiling


• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras

R-2000iA Series


• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras


� 0.07 – 0.1 mm

� 2.2 – 3.2 m

� 0.10 – 0.15 mm

� 2.4 – 3.10 m

� 0.18 – 0.3 mm

� 2.6 – 3.5 m

Uwagi

100 - 240

90 - 235

100 - 210

� bogata oferta modeli

wielozadaniowych

� bogata oferta modeli

wyspecjalizowanych

i wielozadaniowych

� modele ogólnego

przeznacznia


HIGH


IRB 7600

• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras

KR 360-2

� Payload 240/280/360 kg


� Max. reach 3326/3076/2826 mm



� Weight 2300 - 2400 kg

� Mounting positions floor, ceiling• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras


KR 500-2

� Payload 340/420/500 kg


� Max. reach 3326/3076/2826 mm



� Weight 2300 - 2400 kg

� Mounting positions floor, ceiling


• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras

KR 1000 titan

� Payload 1000 kg





� Weight 4700 kg



• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras

M-410iB Series


• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras

M-900iA Series


• zgrzewanie


• montaż


• obsługa maszyn



• gratowanie

• skrawanie



• malowanie


• obsługa pras



� –

� 2.5 – 3.5 m

� 0.15 – 0.20 mm

� 2.8 – 3.3 m

� 0.3 – 0.4 mm

� 2.6/2.8/3.1 m

160 - 700

150 - 500

100 - 1000

HEAVY

Porównanie robotów przemysłowych ABB, Fanuc, Kuka

opracował Tomasz Kurowski w ramach seminarium

Robotyzacja

grudzień 2007

dr inż. Wojciech Muszyński Zakład Podstaw Cybernetyki i...

Documents

Transcript of dr inż. Wojciech Muszyński Zakład Podstaw Cybernetyki i...