Mechatronika Modul 10: Robotika Oktatói segédlet Készítették: Petr Blecha Zdenk Kolíbal Radek Knoflíek Aleš Pochylý Tomáš Kubela Radim Blecha Tomáš Bezina Brno-i Mszaki Egyetem, Gépészmérnöki Kar Gyártási Gépek, Rendszerek és Robotika Intézet
Dr. Cser Adrienn
EU-Project Nr. 2005-146319 ,,MINOS“, EU-Project Nr. DE/08/LLP-LDV/TOI/147110 ,,MINOS**“ Európai elképzelés a globális ipari termelésben résztvev szakemberek mechatronika témakörben történ továbbképzésérl A projektet az Európai Unió a „Leonardo da Vinci“ szakmai továbbképzési akcióterv keretében támogatta.
www.tu-chemnitz.de/mb/WerkzMasch
A szakmai anyag elkészítésében és kipróbálásában az alábbi magáncégek és intézmények vettek részt -
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
Tartalom: Jegyzet, munkafüzet és oktatói segédlet az alábbi témakörökhöz Modul 1: Alapismeretek Modul 2: Interkulturális kompetencia, Projektmenedzsment Modul 3: Folyadékok Modul 4: Elektromos meghajtók és vezérlések Modul 5: Mechatronikus komponensek Modul 6: Mechatronikus rendszerek és funkciók Modul 7: Üzembehelyezés, biztonság, teleservice Modul 8: Távkarbantartás és távdiagnosztika Modul 9: Gyors prototípusgyártás Modul 10: Robotika Modul 11: Európai migráció Modul 12: Interfészek Az alábbi nyelveken: német, angol, spanyol, olasz, lengyel, cseh és magar További információ: Technische Universität Chemnitz Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse (Chemnitz-i Mszaki Egyetem, Szerszámgépek és Gyártási Folyamatok Intézete) Dr.-Ing. Andreas Hirsch Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz phone: + 49(0)371 531-23500 fax: + 49(0)371 531-23509 e-mail:
[email protected] www.tu-chemnitz.de/mb/WerkzMasch or www.minos-mechatronic.eu
1.
Kérdés: Milyen lehetségek állnak rendelkezésre a robotok programozásához? On-line programozás - Az operátor/programozó a felhasználói interfész (betanító eszköz, pendant) segítségével közvetlenül a robot által elfoglalt munkahelyen vezeti a robotot, vagy programozza az adott alkalmazást. Az on-line programozás a következ elnyökkel és hátrányokkal bír az off-line programozással szemben: Elnyök: - Könnyen elérhet - A robot a berendezés és a darabok aktuális helyének megfelelen programozható Hátrányok: - Értékes termelési eszközt foglal le - A robot a programozás alatt csak lassan mozoghat - A program logikája és a számítások nehezen programozhatók - A programozás idejére a termelést fel kell függeszteni - A termelési érték költségmegfelelje - Alig dokumentálható Off-line programozás – Ez a módszer a kinematikán, és esetlegesen a kiválasztott robot dinamikájának szimulációján keresztül a robotizált munkahely 3D sematikus ábrázolását lehetvé tev szoftvereken alapszik. A robot programozásakor felhasználhatunk már meglév CAD adatokat, így a programozás gyors és hatékony. A programot a szimuláció során ellenrzik, a hibák így kijavíthatók. Elnyök: - Nem foglal le termelési eszközt - A program logikája és a számítások hatékonyan programozhatók a legújabb hibakeres algoritmusok segítségével - A helyszínek modellek alapján épülnek, így lehet, hogy a programozónak finomítani kell a beállításokon, vagy érzékelket kell alkalmaznia - Helyszínek hatékony programozása - A program szimuláció és vizualizáció segítségével ellenrizhet - A megfelel szimulációs programok használata által jól dokumentálható - Felhasználhatók már meglév CAD adatok - A költség független a termeléstl. A programozás alatt a termelés zavartalanul folytatódhat - Folyamattámogató eszközök, pl. hegesztési paraméterek kiválasztása Hátrányok: - Beruházás egy off-line programozó rendszerbe Hibrid programozás – az on-line és off-line programozás elnyeit kombinálja. A robot programja két f komponensbl áll össze: helyszín (helyzet és irány), valamint a program logika (vezérlési szerkezet, kommunikáció, számítások). A program logika és a mozgási utasítások nagy része hatékonyan programozható off-line, CAD adatok újrafelhasználásával és a programozó tevékenységével. Azok a mozgási utasítások, amelyek egy adott munkadarabnak a robotcellán belüli elhelyezkedésére vonatkoznak, online programozhatók, ha szükséges. Így mindkét eljárás elnyei kihasználhatók. Programozás közvetlen tanulással - a végszerszámot a programozó a „TEACH“ (tanít) üzemmódban végigvezeti a szükséges útvonalon, amelyet a vezérlés eltárol, majd a rögzített program aktiválása után a robot a „REPEAT“ (ismétel) üzemmódban a tanult mozdulatot ismétli újra meg újra. Az ilyen robotokat például egy adott pálya menti folytonos hegesztésre, festékszórásra vagy védréteg felvitelére használják.
Közvetett tanítás – a programozó a végszerszámot a vezérlpanel segítségével elvezeti a kívánt pontra, amelyet a vezérlés eltárol. A robot ezután az elre beállított tevékenységet ezen pontokon, vagy azok között végzi el. Az ilyen robotot gyakran használják például karosszériák hegesztéséhez. 2.
Kérdés: Hogyan osztályozzuk a megfogó szerkezeteket mechanikai:
mágneses:
vákuum:
- passzív:
- fix és szabályozható ujjak - rugalmas és felfüggesztett satupofa
- aktív:
- hidraulikus motorral - pneumatikus motorral - elektromotorral - elektromágnessel
- passzív:
- permanens mágnesek
- aktív:
- elektromágnesek
- passzív:
- deformálódó vákuumtalpak (alternatíva: kiegészít szeleppel) - vákuumpumpával - ejektorral
- aktív: speciális 3.
Kérdés: Számítsa ki a lineáris folyadékalapú motor átmérjét az alábbi ábra alapján!
A lineáris folyadékalapú (pneumatikus vagy hidraulikus) motor átmérjének kiszámításához, amelyre az ábrán bemutatott szerkezet esetén szükség van, alkalmazhatjuk az Fv meghajtóer meghatározásához használt módszert, amelyre a következ képlet alkalmazható:
S.D2 .Kv 4 ahol D a nagyteljesítmény motor átmérje, Kv a folyadékalapú motor hatásfoka. Az Fv meghajtóer és az Fu befogóer arányára a következ érvényes: Fv
p.
Fv Fu
2b . cos 2 J a
a motor szükséges átmérje pedig:
D
4. cos J.
Fu .b a.S.p.Kv .Ki
ahol J az átvitel szöge, Ki pedig a motor kimeneti dugattyúja és a pofák közötti átviteli mechanizmus hatásfoka. 4.
Kérdés: Írja le és vázolja az egyes az ipari robotok és manipulátorok szerkezetei esetén alkalmazott kinematikai párok típusait
Transzlációs kinematikai pár (T) - ezen kinematikai pár ábrázolása igen egyszer, semmi másra nincs szükség, minthogy két test egymás melletti mozgását írjuk le. Figyelembe kell vennünk azonban a lehetséges mozgások egymáshoz viszonyított pozícióját: a) egy rövid test mozog egy hosszú sínen/vájatban – támasztó konstrukció (a ábra) b) egy hosszú test mozog egy rövid csben/vájatban – csúszka konstrukció (b ábra) c) kihúzható, teleszkópos konstrukció (c ábra)
a)
b)
c)
Ha nincs másként jelölve, feltételezzük, hogy az ábrán látható kinematikai pár mozgó eleme nem fordulhat el. Rotációs kinematikai pár (R) - rotációs kinematikai pár (RKP) ábrázolása esetén figyelembe kell vennünk annak speciális tulajdonságait. Ilyen lehet a saját tengelye vagy egy „r” hosszúságú kar körüli forgás, excentrikus tengely (csukló) körüli forgás, valamint a nézet iránya (elölnézet, metszet vagy oldalnézet). - RKP „r” rotációs karral (a, c) - RKP saját tengely körüli forgása (b, d) - RKP korlátlan forgási szöggel (e) - RKP korlátozott forgási szöggel (f)
5.
Kérdés: Ipari robotok és manipulátorok esetén miért használnak periferális eszközöket?
Az IR&M-ek perifériális eszközei ún. kiegészít kezeleszközök vagy interoperációs mechanizmusok, céljuk a robotizálás tárgyának (pl. munkadarab, öntvény, hegeszten-
d darab, szerelési alkatrész) egyszer eljuttatása a stacionárius ipari robot vagy manipulátor karjának hatósugarán belül es területre. 6.
Kérdés: Milyen mveletet végeznek a periferális eszközök?
A PE-k tehát a robotizált munkahelyen belül az egyes mveletek közötti anyagmozgatást biztosítják olyan helyek között, amely kívül esnek a robot munkaterén, vagy akár biztosíthatják a szükséges anyagokkal való ellátást, vagy a munkadarab térbeli forgatását is. A PE-k a munkadarabok mozgatását és tárolását, egyszer kezelését, stb. végzik, ezáltal pedig leegyszersítik a robotizált munkahely operációs rendszerének programozását, valamint lehetvé teszik a kevesebb szabadságfokú vagy kevésbé komplex IR&M-ek alkalmazását. 7.
Kérdés: Milyen elnyökkel jár a periferális eszközök alkalmazása a robotizált technológiai munkahelyeken?
Az ipari robot vagy manipulátor együttmködése a periferális eszközökkel felgyorsítja a kezelési folyamatot, és gyakran a munkadarab pontosabb elhelyezését is biztosítani tudja. 8.
Kérdés: A periferális eszközök milyen konstrukciós megoldások szempontjából vett osztályait ismerjük?
A periferális eszközök konstrukcióinak széles választéka áll rendelkezésre, és az esetek többségében kifejezetten egy adott robotizált munkahely követelményeinek megfelelen tervezik ket, ezért nehezen osztályozhatók. A következ szempontok szerint csoportosítjuk ket: funkció alapján, jellemz konstrukciós vonások alapján, a robotizált munkahelyen elfoglalt helyük alapján. 9.
Kérdés: A periferális eszközöket hogyan csoportosítjuk a funkciójuk szempontjából?
A periferális eszközöket funkciójuk alapján három alapvet csoportba soroljuk: a) mozgatja a tárgyat, annak gravitációs középpontja helyének megváltoztatásával, azonban a térbeli orientáció változatlan marad b) változtatja a tárgy térbeli orientációját, azaz annak gravitációs középpontja körül forgatja a munkadarabot, azonban a helyén nem változtat c) mind a tárgy elhelyezkedését, mind térbeli orientációját megváltoztatja 10. Kérdés: A periferális eszközöket hogyan csoportosítjuk az alapvet konstrukciós jellemzik szempontjából?
A periferális eszközöket jellemz konstrukciós vonásaik alapján a következ csoportokba sorolhatjuk: szállítópályák (konvéjorok), forgó és összetett asztalok, emel szerkezetek és hordozók, hordozók tárolóval és adagolóval, palleták, kocsik. 11. Kérdés: A periferális eszközöket hogyan csoportosítjuk a tárgyak mozgatási módjának szempontjából?
A tárgyat annak gravitációs középpontja helyzetének megváltoztatásával mozgatja, miközben a tárgy orientációja változatlan marad. Ekkor a következ PE-k lehetségesek: a gravitációs középpont helyzete egy vonal mentén változik, a gravitációs középpont helyzete egy kör mentén változik, a gravitációs középpont helyzete egy sík mentén változik, a gravitációs középpont helyzete térben változik.
12. Kérdés: A periferális eszközöket hogyan csoportosítjuk azok konstrukciós jellemzik szempontjából?
A periferális eszközök konstrukcióinak széles választéka áll rendelkezésre, és az esetek többségében egy adott robotizált munkahely követelményeinek, és a robotizáció tárgyának (alakjának, méretének, súlyának, darabok számának) megfelelen tervezik ket. Konstrukció szempontjából konvéjorokra, hegesztési pozicionálókra és hegesztési szerelvényekre oszthatjuk ket. 13. Kérdés: Milyen konvéjor típusokat ismer?
A szállítószalagok a komponensek és elemek (azaz a manipulálandó tárgyak) szállításának alapvet alkotóelemei, amelyek különböz felépítések és típusúak lehetnek. Fontos összekötelemek az egyes gépek, munkahelyek és üzemek között. Szállíthatnak félkész termékeket, késztermékeket, mszereket, szerszámokat, szerelvényeket vagy hulladékot is. A leggyakrabban használt típusok: szállítószalagok, szállítóláncok, fejmagasság felett futó szállítópályák, rezg szállítópályák, szállítópályák automatizált gyártásban és összeszerel-sorok részeként, gördülpályák. 14.
Kérdés: Mire használjuk a hegesztési pozicionálókat és szerelvényeket?
A hegesztési pozicionálókat és szerelvényeket a hegesztmény rögzítésére és pozicionálására használjuk. A pozicionáló rögzíti a hegesztményt, valamint a technológiai fejjel felszerelt robotkarhoz képest egyszer mozgást végez. 15. Kérdés: Sorolja fel egy robotizált munkahely alapvet alkotóelemeit, és írja le a legfontosabbakat!
- ipari robot (1) - csatlakozó kábel (2) - vezérlrendszer – ház, amely tartalmazza robot vezérlését, az egyes tengelyek hajtásához használható frekvencia-átalakítókat, állapotelemzésre szolgáló biztonsági áramköröket és más a vezérlrendszer és a környezet közötti kapcsolat biztosításához szükséges perifériákat (3) - betanítóegység – A betanító rendszer segítségével a robottal azokat a térbeli mozgásokat végezhetjük el, amelyet rögzítés után a robot önállóan kivitelez majd (4) - végszerszám (effektor) – a fejen helyezkedik el és az adott mvelet elvégzésére szolgál - érzékelk - a robot és az emberi operátor ütközését megakadályozó elemek, pl. mechanikai korlátok
16. Kérdés: Írja le a robotizált munkahely vezérlésének lehetségeit a más perifériákkal való összekapcsolás szempontjából. Rajzoljon szemléltet ábrát!
A robot saját vezérlrendszerének használata:
A robotvezérlés összekapcsolása egy küls PLC-vel valamely ipari buszkapcsolat (DeviceNet, Profibus, stb. ) segítségével.
Komplex munkahely esetén lehetséges a távoli vezérlés Ethernet és a PC terminálhoz csatlakozó úgynevezett OPC szerver segítségével.
17. Kérdés: Sorolja fel a robotizált ívhegeszt munkahely legfontosabb elemeit!
Alapvet elemek: - hegeszt generátor - hegesztpisztoly - drótadagoló egység Kiegészít elemek: - ütközésérzékel - hegesztpisztoly tisztító, és hegesztdrót vágó egység - TCP (tool center point) automata kalibráló egység - pozicionáló-egység a hegesztmény pozicionálásához 18. Kérdés: Sorolja fel a robotizált ponthegeszt munkahely legfontosabb elemeit!
- hegeszt generátor - ponthegeszt-pisztoly - a htfolyadék megfelel áramlását biztosító feldolgozóegység 19. Kérdés: Az ipari robotok mely típusát használják leggyakrabban egyszer manipulációs feladatokhoz, például rakodáshoz? Írja le a konstrukciót, és magyarázza meg annak fontosságát!
Rakodási feladatok esetén csökkentett tengelyszámú (csak 4 a 6 helyett) robotokat alkalmaznak. A 4-es és 5-ös tengelyek itt hiányoznak, mivel a kezelt tárgy orientációját az x- és az y-tengely mentén nem kell megváltoztatni. A robot tehát transzlációs mozgást végezhet mindhárom tengely mentén, azonban csak egyetlen, a robot alapzatára merleges tengely mentén képes rotációs mozgásra. Az ilyen konstrukció elnye a nagyobb teherbírás.
20. Kérdés: Sorolja fel a robotizált bevonás f elnyeit!
A robotizált bevonási mvelet 25-30% bevonó anyag megtakarítással jár a kézi bevonással szemben, és ideális, ha a bevonó anyagok gzei károsak lehetnek az egészségre.
21. Kérdés: Sorolja fel a bevonási mvelethez alkalmazott ipari robotok alapvet elemeit!
- szórópisztoly - a bevonó anyag elosztását irányító feldolgozórendszer – küls, vagy a robotkaron belül futó csövekkel. - a bevonó anyag szállítása - fogaskerék-szivattyú segítségével. A fogaskerékszivattyú hajtása klasszikus szervomotor segítségével történik, amely a vezérlrendszerre való csatlakoztatás után a robot hetedik tengelyeként viselkedik. - Bevonóanyag adagolása - pneumatikusan vezérelt, áramlásmérkkel felszerelt nyomásszabályozók segítségével - festéktípus-csere – pneumatikusan vezérelt szelepek - a robot küls burkolatának védelme – textil burkolat vagy teflon bevonat 22. Kérdés: Mutassa be a robotizált bevonási munkaállomásokat, technológiai szempontok alapján!
Speciális oldószerekkel hígítható festékekkel történ bevonás – nagyon robbanásveszélyes, ezért a robotok elektromos részeinek megfelel védelemmel kell rendelkezniük. Jobb az adhézió. Por állagú festékekkel történ bevonás – nincs robbanásveszély, a bevonás lassabb, a rétegek nehezebben tapadnak a felületre. Bizonyos esetekben a felület adhéziójának beállításához egy másik robotot használunk, amely elkészíti a felületet a bevonáshoz (plazmával vagy lánggal elmelegíti). 23. Kérdés: Mutasson be egy tipikus robotizált bevonási munkaállomást!
(1) Ipari robotok, amelyek a munkadarabokat fel- és lerakják a szállítószalagokról. (2) Bevonó munkahely (3) Száradás helye (szabad száradás. kemencében történ szárítás, stb.) (4) A bevonandó darabokat felfüggesztett adagoló segítségével adagolják.
