Mechatronika Modul 10: Robotika Řešení (koncept) Doc. Ing. Petr Blecha, Ph.D. Prof. Ing. Zdenêk Kolíbal, CSc. Doc. Dr. Ing. Radek Knoflícek Ing. Aleš Pochylý Ing. Tomaš Kubela Radim Blecha Doc. RNDr. Ing. Tomás Březina, CSc. Vysoké učení technické v Brně Česká republika Evropský koncept pro doplňkovou kvalifikaci mechatronik odborných procovníků v globalizované průmyslové výorbě. EU Projekt č. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 MINOS ++, platnost od 2008 do 2010 Tento projekt byl realizován za finanční podpory Evropské unie. Za obsah publikací (sdělení ) odpovídá výlučně autor. Publikace (sdělení) nereprezentují názory Evropské komise a Evropská komise neodpovídá za použití informací, jež jsou jejich obsahem. www.minos-mechatronic.eu
Partneři pro provádění, hodnocení a šíření výsledků projektů MINOS a MINOS**. - 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 Obsah studijních podkladů Minos: moduly 1 8 (učebnice, cvičebnice a klíč ke cvičením) zahrnující: základy / interkulturní kompetence, projektový management / fluidní techniku / elektrické pohony a řízení/ mechatronické komponenty / mechatronické systémy a funkce / uvedení do provozu, bezpečnost, vzdálený servis / dálková údržbu a diagnostiku. Minos **: moduly 9 12 (učebnice, cvičebnice a klíč ke cvičením) zahrnující: rychlé vytváření prototypů / robotiku / migraci / rozhraní. Všechny moduly jsou dostupné v následujících jazycích: němčina, angličtina, španělština, italština, polština, čeština a maďarština. Pro více informací prosím kontaktujte: Technical University Chemnitz Dr. Ing. Andreas Hirsch Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz Tel.: + 49(0)0371 531-23500 Fax.: + 49(0)0371 531-23509 Email: wzm@mb.tu-chemnitz.de Internet: www.tu-chemnitz.de/mb/werkzmasch www.minos-mechatronic.eu
1. Otázka: Popište způsoby programování robotů On-line programování On-line programování probíhá přímo na pracovišti. Robot je programován pomocí uživatelského rozhraní (tech-pendant). V porovnání s Off-line programováním má On-line programování následující výhody a nevýhody: Výhody: - Snadný přístup - Robot je programován v souladu s aktuální pozicí koncového efektoru Nevýhody: - Zaměstnává cenné výrobní zařízení - Pomalý pohyb robotu během programování - Obtížné programování struktury programu a výpočtů - Přerušení výroby během programování - Náklady odpovídají výrobní hodnotě - Nedostatečně dokumentované Off-line programování Off-line programování probíhá na počítači. Programy robotu mohou být ve většině případů vytvořeny opětovným použitím existujících CAD dat tak, aby bylo programování rychlé a efektivní. Programy robotu jsou ověřovány simulací a jakékoli chyby jsou opraveny. Výhody: Nevýhody: - Neblokuje výrobní zařízení - Efektivní programování struktury programu a výpočtů s vyvinutým vybavením pro odstraňování chyb - Lokace jsou postaveny podle modelů, což může znamenat, že programátoři budou muset odladit programy on-line nebo použít senzory. - Efektivní programování lokací - Ověřování programu pomocí simulace a vizualizace - Dobře dokumentované pomocí simulačního modelu s vhodnými programy - Opakované použití existujících CAD dat - Náklad nezávisí na výrobě. Během programování není výroba zastavena - Nástroje na podporu procesu, např.: volba svařovacích parametrů - Nutná investice do off-line programovacího systému 1
Hybridní programování Využitím výhod on-line a off-line programování lze dosáhnout optimálního výsledku. Tento přístup je obvykle označován jako hybridní programování. Program pro robot se většinou skládá ze dvou částí: lokace (pozice a uspořádání) a logiky programu (řídící struktury, komunikace, kalkulace). Logika programu a většina pohybových příkazů mohou být efektivně vytvořeny off-line pomocí opakovaného použití CAD dat a pomocí interakce s programátorem. Pohybové příkazy pro lokalizaci umístění obrobku v pracovní buňce robotu mohou být v případě potřeby programovány on-line. Tímto způsobem lze využít výhod obou metod. Programování robotu bezprostředním učením - programátor v režimu TEACH vede koncový efektor (technologickou hlavici) po požadované dráze, která se nahraje do řídícího systému. Po aktivování nahraného programu robot naučenou činnost v režimu REPEAT neúnavně opakuje. Uplatnění takového robotu je zejména při průběžném svařování po požadované dráze, nebo při nanášení nátěrových či ochranných hmot. Zprostředkované programování robotu programátor pomocí programovacího panelu navádí koncový efektor robotu do požadovaného bodu, který se uloží do paměti řídicího systému. Robot potom vykonává práci podle zadané činnosti mezi jednotlivými body nebo v těchto bodech. Takový robot je velmi vhodný například pro bodové svařování karoserií v automobilkách. 2. Otázka: Popište rozdělení úchopných prvků mechanické: - pasivní: - pevně a stavitelné opěry - pružné a odpružené čelisti - aktivní: - s hydromotorem - s pneumotorem - s elektromotorem - s elektromagnetem magnetické: - pasivní: - permanentní magnety - aktivní: - elektromagnety podtlakové: - pasivní: - deformační přísavky (alternativa: s pomocným ventilem) - aktivní: - s vývěvou - s ejektorem speciální 2
3. Otázka: Stanovte potřebný průměr tekutinového motoru pro chapadlo dle vyobrazení Pro výpočet průměru lineárního tekutinového (pneumatického nebo hydraulického) motoru, určeného například pro chapadlo s mechanikou podle obr.č.2.60 je možno použít postup, odvozený od určení hnací sily Fv, pro kterou platí 2 π.d F v = p.. ηv 4 kde D je průměr výkonného motoru, ηv je účinnost tekutinového motoru. Pro poměr hnací Fv a uchopovací síly Fu platí Fv 2b 2 =. cos γ F a u a pro výpočet potřebného průměru výkonného motoru (pohonu) platí D = 4.cos γ. Fu.b a. π.p. η. η v i kde γ je úhel přenosu, ηi je účinnost převodového mechanismu mezi výstupnou pístnicí motoru a čelistmi. 4. Otázka: Popište a schematicky znázorněte různé druhy kinematických dvojic, používaných ve stavbě průmyslových robotů a manipulátorů Kinematická dvojice translační (T) - Znázornění této kinematické dvojice je poměrně jednoduché, neboť stačí napodobit lineární posuv dvou těles po sobě. Je však nutno respektovat relativnost možného pohybu posouvajících se těles: - po delším vedení se posouvá kratší těleso - tzv. suportové, či saňové provedení (a) - v kratším vedení se posouvá delší těleso - tzv. smykadlové provedení (b) - výsuvné, případně teleskopické provedení (c) - a ) b ) c ) Ve výše uvedeném vyobrazení se bez dalšího vyznačování předpokládá, že pohyblivý člen v kinematické dvojici nemá možnost se současně též otáčet. Kinematická dvojice rotační (R) - Při znázornění rotační kinematické dvojice (RKD) je nutno respektovat jejich specifika, která představují buď rotaci kolem vlastní osy, nebo 3
rotaci ramene o délce r kolem mimostředné osy (kloub) a rovněž i směr pohledu (nárys, půdorys, příp. bokorys) na otočný kloub. - RKD s ramenem r (a, c) - RKD s rotací kolem vlastní osy (b, d) - RKD bez omezení úhlu rotace (e) - RKD s omezením úhlu natáčení (f) 5. Otázka: Za jakým účelem se používají periferní zařízení (PZ) k průmyslovým robotům a manipulátorům? PZ jsou pomocné manipulační prostředky nebo také mezioperační mechanismy, které slouží k vykonávání jednoduchých pohybů s objektem robotizace (například obrobek, odlitek, svařenec, část montážního celku apod.), tak aby byl objekt v dosahu ramene stacionárního průmyslového robotu (PR), nebo manipulátoru (M). 6. Otázka: Jakou funkci mají periferní zařízení (PZ)? Zprostředkovávají pohyb mezi jednotlivými pracovními operacemi v rámci robotizovaného pracoviště (RP), které neobsáhne ani robot ani manipulátor svým pracovním prostorem. Vytvářejí také potřebnou zásobu objektu, nebo také mění jeho orientaci v prostoru. PZ tedy umožňují dopravu a skladování objektů, jednoduchou manipulaci atd. PZ podstatně zjednodušují náročnost programování řídícího systému RP a dále umožňují použít M nebo PR s nižším počtem stupňů volnosti nebo méně náročnými technickými parametry. 7. Otázka: Jaké výhody přináší použití periferní zařízení (PZ) v robotizovaném technologickém pracovišti (RTP)? Spolupráce manipulátoru nebo průmyslového robotu s periferními zařízeními přináší zrychlení manipulačního procesu, zkracováním potřebných časů na manipulaci, ale často také vyšší přesnost polohování s objektem. 8. Otázka: Jaké jsou konstrukční řešení periferní zařízení (PZ) z hlediska jejich rozdělení?? Konstrukční řešení periferních zařízení je vždy přizpůsobené určitému konkrétnímu projektu RTP a lze je rozdělit podle několika hledisek a to podle: funkce kterou mají plnit, charakteristických znaků konstrukce, umístění v robotizovaném pracovišti. 4
9. Otázka: Jaké jsou kladeny požadavky na funkci periferní zařízení (PZ)? Funkce periferní zařízení lez rozdělit do třech základních skupin: a) periferie přemísťují objekty tak, že mění polohu svého těžiště, avšak orientace v prostou zůstává zachována b) periferie mění orientaci objektu, tzn. že se otáčí podle osy ve svém těžišti, ale objekt se nepřemisťuje c) periferie mění polohu těžiště i orientaci objektu. 10. Otázka: Jak dělíme periferní zařízení (PZ) podle jejich základní charakteristicky konstrukce? Podle charakteristické konstrukce dělíme periferní zařízení na dopravníky, otočné a křížové stoly, zvedací a podávací zařízení, podávací zařízení se zásobníkem a násypkou, palety, dopravní vozíky. 11. Otázka: Jak lze rozdělit periferní zařízení (PZ) podle funkce přemisťování objektu, resp. jeho těžiště? Přemisťování objektu se děje tak, že se mění poloha těžiště, avšak orientace objektu zůstává zachována. Rozlišujeme tyto PZ se změnou těžiště (dle jeho polohy): změna polohy těžiště po přímce, změna polohy těžiště po kružnici, změna polohy těžiště v rovině, změna polohy těžiště v prostoru. 12. Otázka: Jak lze rozdělit periferní zařízení (PZ) podle charakteristické konstrukce? Konstrukční řešení periferních zařízení je vždy přizpůsobené výrobnímu stroji, manipulátoru nebo průmyslovému robotu, ale zeména účelu pracoviště, ale také objektu robotizace (jeho tvarům, rozměrům, hmotnosti, počtu kusů atd.). Z hlediska konstrukce je lze rozdělit na: dopravníky, savřovaí polohovadla a přípravky. 13. Otázka: Jaké znáte druhy dopravníků? Dopravníky jsou základním činitelem dopravy součástek a dílců (objektů manipulace) a jsou různého provedení a typu. Dopravují polotovary, hotové součásti, nástroje, výrobní pomůcky, montážní celky i popřípadě odpad. Nejpoužívanějšími dopravníky jsou: pásové dopravníky, článkové dopravníky, podvěsné dopravníky, vibrační dopravníky, dopravníky v automatických výrobních a montážních linkách a válečkové tratě. 14. Otázka: K čemu slouží svařovací polohovadlo a přípravky? Svařovacího polohovadlo s přípravkem se využívá pro ustavení polohy svařence. Polohovadlo svarku fixuje svařenec (svařovanou součástku) a dále vykonává jednoduché pohyby vůči rameni PR s technologickou hlavicí svařovací hubicí pro svařování elektrickým obloukem nebo se svařovacími kleštěmi (svařování bodové odporové). 5
15. Otázka: Uveďte základní prvky robotizovaného pracoviště a ty nejdůležitější popište - průmyslový robot (1) - spojovací vedení (2) - řídící systém skříň jenž obsahuje řízení robotu, frekvenční měniče jednotlivých pohonů a další možné periferie (3) - ovládací panel (Teach pendant) pomocí něj lze s robotem pohybovat v prostoru a pomocí zaznamenaných bodů vytvořit tak dráhu kterou robot poté opakuje v automatickém režimu (4) - koncový efektor je umístěn na hlavici robotu a slouží k vykonávání určité operace, např. uchopování dílů, svařování apod. - senzorické vybavení - prvky zabraňující kolizi robotu s lidskou obsluhou např. mechanické zábrany 16. Otázka: Jakými způsoby je možné řídit robotizované pracoviště z hlediska propojení s dalšími periferiemi. Nakreslete schéma Řízení pouze s využitím základního řídícího systému robotu. Propojení řídícího systému robotu s nadřazeným PLC pomocí průmyslové sběrnice (fieldbus) (např. DeviceNet). 6