Mechatronika. Modul 10: Robotika. Munkafüzet Jegyzet Oktatói segédlet. (Koncepció)

Mechatronika Modul 10: Robotika

Munkafüzet Jegyzet Oktatói segédlet (Koncepció) 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

Európai elképzelés a globális ipari termelésben résztvev szakemberek mechatronika témakörben történ továbbképzésérl

EU-project no. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS++“, idtartama 2008-2010 Az Európai Bizottság támogatást nyújtott ennek a projektnek a költségeihez. Ez a kiadvány (közlemény) a szerz nézeteit tükrözi, és az Európai Bizottság nem tehet felelssé az abban foglaltak bárminem felhasználásért.

www.minos-mechatronic.eu

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

Mechatronika Modul 10: Robotika Jegyzet 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

1. A robotok története, fejldése és definíciója.....................................................................1 1.1. A mechanikus írnokoktól a robotokig .............................................................................. 1 1.2. A robotok definíciója ....................................................................................................... 4 2. Az ipari robotok és manipulátorok (IR&M) szerkezete .....................................................6 2.1. Az IR&M-ek kinetikai szerkezete..................................................................................... 6 2.1.1. Az IR&M-ek mozgásrendszere ...........................................................................6 2.1.2. Kinematikai párok az IR&M-ek konstrukcióinál...................................................7 2.1.3. Soros kinematikájú ipari robotok.........................................................................8 2.1.4. Alapvet IR&M típusok pozicionálási pontosságának problematikája..............13 2.1.5. Párhuzamos kinematikájú ipari robotok............................................................15 2.1.6. Automatizált, vezérelt jármvek (AGV).............................................................16 2.2. Az IR&M-ek tipikus képviseli konstrukciós szempontból............................................. 17 2.2.1. Az alapvet ipari robotok típusai.......................................................................17 2.2.2. Az ipari robotok származtatott típusai...............................................................19 2.2.3. Kinematikai párok kombinációiból származtatott IR&M típusok .......................21 3. Végszerszámok (effektorok)...........................................................................................23 3.1. A végszerszámok célja és felosztása ........................................................................... 23 3.2. Technológiai végszerszámok........................................................................................ 23 3.3. Manipulációs végszerszámok – megfogó szerkezetek ................................................. 24 3.3.1. Kombinált megfogó fejek ..................................................................................33 3.3.2. Speciális effektorok...........................................................................................34 3.3.3. A robot mozgása által kiváltott erk a megfogott tárgyon.................................34 3.3.4. Automatikus végszerszám-csere......................................................................38 3.4. Az IR&M-ek perifériái .................................................................................................... 39 3.4.1. Bevezetés, osztályozás, alkalmazási célok ......................................................39 3.4.2. A periferális eszközök osztályozása funkció alapján ........................................40 3.4.3. A periferális eszközök osztályozása jellemz konstrukciós vonások alapján ...40 3.4.4. A periferális eszközök osztályozása a munkahelyen elfoglalt helyük alapján ..47 4. Robotizált munkahelyek .................................................................................................49 4.1. A robotizált munkahelyek alapvet építelemei............................................................ 49 4.2. A munkahely vezérlése ................................................................................................. 51 4.3. Robotizált munkahelyek típusai .................................................................................... 54 4.3.1. Hegesztés.........................................................................................................54 4.3.2. Manipuláció.......................................................................................................57 4.3.3. Bevonás............................................................................................................58 4.3.4. Technológiai mveletek ....................................................................................60 5. Ipari robotok programozása............................................................................................64 5.1. Bevezetés ..................................................................................................................... 64 5.2. On-line programozás .................................................................................................... 64 5.2.1. 5.2.2. 5.2.3. 5.2.4. 5.2.5. 5.2.6.

Felhasználói interfész – betanító egységek......................................................65 6 szabadságfokú ipari robot..............................................................................66 F mozgástípusok ............................................................................................70 Mozgásközelítés ...............................................................................................72 Az ABB robotok alapvet utasításainak áttekintése .........................................74 A KUKA robotok alapvet utasításainak áttekintése ........................................75

5.2.7. Esettanulmány: Rakodási feladat .....................................................................76 5.3. Off-line programozás .................................................................................................... 79 6. Robotizált munkahelyek biztonsága ...............................................................................81 6.1. Kifejezések és definíciók............................................................................................... 81 6.2. A robotok konstrukciójával szembeni követelmények................................................... 82 6.2.1. Gépi hajtású komponensek ..............................................................................82 6.2.2. Tápfeszültség-kimaradás vagy -ingadozás ......................................................82 6.2.3. Tápellátás .........................................................................................................82 6.2.4. Látens energia ..................................................................................................82 6.2.5. Elektromágneses kompatibilitás (EMC)............................................................83 6.2.6. Elektromos berendezés ....................................................................................83 6.2.7. Vezérlelemek ..................................................................................................83 6.3. A vezérlrendszer biztonságreleváns részeivel szembeni követelmények................... 83 6.3.1. Vészleállító funkció ...........................................................................................84 6.3.2. Biztonsági leállás ..............................................................................................84 6.3.3. Csökkentett sebesség ......................................................................................84 6.3.4. Üzemmódok......................................................................................................84 6.3.5. Vezérlés a betanítóegység segítségével ..........................................................85 6.3.6. Követelmények operátorral való együttmködés esetén ..................................85 6.4. A vezérlrendszer biztonságreleváns részeinek kategóriái .......................................... 86 6.4.1. B kategória........................................................................................................86 6.4.2. 1-es kategória ...................................................................................................86 6.4.3. 2-es kategória ...................................................................................................87 6.4.4. 3-as kategória ...................................................................................................88 6.4.5. 4-es kategória ...................................................................................................88 6.5. Biztonsági védberendezések ...................................................................................... 89 6.5.1. Vészkapcsoló....................................................................................................89 6.5.2. Biztonsági fényfüggöny.....................................................................................90 6.5.3. Biztonsági lézeres letapogató...........................................................................92 6.5.4. Szilárd korlátok .................................................................................................93 6.5.5. Biztonsági ajtóérzékelk ...................................................................................93 6.5.6. Biztonsági sznyegek .......................................................................................94 6.6. Példa robotizált munkahely biztosítására...................................................................... 94

1. A robotok története, fejldése és definíciója 1.1. A mechanikus írnokoktól a robotokig Az igény, hogy ember alakú vagy él szervezetekre hasonlító gépeket állítsunk szolgálatunkba majdnem olyan régi, mint maga az emberi kultúra. A mozgó bábuk építésének története egészen az si bizánci korig nyúlik vissza. Már Homérosz Iliászában is szó esik arról, hogy Hephaestus, az olimposzi istenek egyike házában tiszta aranyból kovácsolt szolgálókat tartott. Kr. e. 400-365-ben Archytus egy fa galambot készített, amelynek belsejében állítólag egy kis léggömb volt. Az alexandriai Hérón híres gépészmérnök, a gz1 és más anyagok (pl. higany) htágulásából származó energiával hajtott bábuk, automata színpadi szerkezetek, nyíló templomkapuk, stb. mestere volt. Szerkezetei meghajtásához gzt és forró levegt használt. Példa erre az 1.1 ábrán látható oltár-berendezés: ha az oltáron tüzet gyújtottak, az (A) edényben található víz felmelegedett, a felszálló gz pedig nyomást gyakorolt az oltár alsó részén található tartályban elhelyezked víz felületére. A vizet ez az (L) csöveken keresztül felnyomta a szobrok kezében elhelyezked edényekbe. Amikor az edények megteltek, a szobrok kezei lehajlottak, a víz ráömlött az oltár tüzére, és eloltotta.

a

b

c

1-1 ábra: Példák: Történelmi automaták a. si oltár, a szobrok automatikusan vizet öntenek az áldozati tzre b. Jacquete Droze mechanikus automatája c. Hosokawa mechanikus automatája Az automaták történetében a nagyszer mvész és mszaki zseni, Leonardo da Vinci (14521519) sem marad el híres eldeitl. XII. Lajos király Milánóba érkezésére egy mechanikus oroszlánt épített, amely a király trónjához sétált és mancsának felemelésével üdvözölte t. A memberekre vonatkozó biorobotikai kísérletek a 18. századra nyúlnak vissza. 1783 körül Jacques de Vaucanson francia mérnök egy gyakorlatilag mköd robotot épített – egy fuvolást, amely 12 zeneszám lejátszására volt képes. A hangot egyszeren a száján levegt kifújva hozta létre, a hangmagasságot pedig a hangszer különböz nyílásainak ujjaival való befedésével változtatta. 1772-ben Jacquet Droz egy gyermek alakú automatát alkotott (lásd 1.1b ábra), amelyet vezérl bütykök mködtettek és rugók hajtottak. Ez az automata szövegrészeket tudott leírni, 1

Lásd a jól ismert „Hérón labda“ kísérletet

1

mégpedig valódi tollal. 1796-ban Hosokawa Japánban egy másik ismert automatát, a teahordó fiút (1.1c ábra) hozta létre. A természettudományok egy komoly áttörése még fejlettebb eszközökkel látta el az automaták építit. Az akusztika ismerete lehetvé tette a hangot kiadó automaták, például automata hangszerek és beszél szobrok megépítését. Az I. világháborút követ idszakban a robotok nem hiányozhattak egyetlen mszaki kiállításról sem. Alakjuk általában a történelmi fegyverhordozókéra hasonlított, mozgott a kezük és gramafonfelvétel hangjukon egyszer kérdésekre válaszoltak. Késbb a robotok elektromos hajtást kaptak, így jobban tudtak mozogni, mint a hajtóbütykök és rugók idejében. Például az 1927-ben a brit R. J. Wensly által létrehozott TELEVOX robot a csengésre felvette a telefont és emberi hangon válaszolt. Az amerikai Whitman megépítette a „radiohuman“ OCCULTA-t, amelynek célja katonai barikádok elpusztítása és akadályok legyzése volt. A „robot” szó a szláv „-rob-„ tbl ered, amely felismerhet a cseh „robota” szóban, aminek jelentése nehéz, kötelez és fárasztó munka, és a „robit” (munka) szóban, de többek között a „výroba“ (gyártás, termelés) és az „obrábt“ (dolgozni, gép, szerszám) szavakban is. A zseniális cseh író, Karel apek alkalmazta elször ezt a szót 1920-ben "R.U.R." cím mvében a mesterségesen létrehozott lényekre. Karel apek robotjait eredetileg „labor“-nek akarta nevezni (a latin „labore“, vagy az angol „labour“ = „nehéz munka“ szó alapján), de testvére, a fest Josef apek tanácsára mégis a „robot“ elnevezés mellett döntött. Tény mindenesetre, hogy az 1921-es színházi bemutató után apek „R.U.R“ cím darabja, és vele együtt a cseh „robot“ szó is az egész világon hatalmas ismertségre tett szert. Azóta a szó mindennapi szóhasználattá vált automata vagy mechanikai berendezések jelölésére, az élelmiszeripartól a robotpilótákig. Elkerülhetetlenül azon számtalan kísérletre is alkalmazták, amelyek során mesterséges, emberre hasonlító „android“-okat próbáltak létrehozni, elssorban mechanisztikus alapokon. Itt kell azonban megjegyezni, hogy ez az elképzelés Karel apektl idegen volt; az  „robot”-jainak koncepciója szigorúan biokémiai jelleg volt. Ettl függetlenül azonban manapság a robotokat élettelen gépeknek tekintjük. Az ipari tömegtermelésben széles körben alkalmazott gépeket, amelyek átveszik néhány, korábban emberek által elvégzett mvelet kivitelezését általában nem robotoknak, hanem automatáknak nevezzük. Ennek oka, hogy az automaták küls megjelenése nem hasonlít az emberére, funkciójuk pedig nagyon speciális (autó-operátorok, cél-manipulátorok). Az 1.3 ábra az ipari gépek és robotok történeti fejdését mutatja be. Jóllehet az ipari gépek történeti fejldése sokkal korábban kezddött, általában a XV. és a XVI. század fordulóját tekintik kiindulópontnak. Innen indul az ipari gépek valódi fejldése, beleértve a mechanizációt és a fiktív elképzelések fejldését (Gólem) egészen apek robotjáig. Ezt a két f áramlatot kapcsolja össze a numerikusvezérlés (NC) kifejlesztése a XX. század közepén: az NC vezérelt ipari gépek és az NC-vel felszerelt ipari manipulátorok – robotok – lassan kivitelezhetvé tették az automatikus gyártás gondolatát. Az amerikai AMF (American Machine and Foundry Corporation) vállalat 1961-ben “VERSATRAN Industrial Robot” (VERSAtile TRANsfer = sokoldalú transzfer ) néven dobta piacra többcélú automatáját, amely úgy mködött, mint egy a gyártósor mellett dolgozó ember, bár küls megjelenésében egyáltalán nem hasonlított emberre. Ekkor kezddött az ipari robotok kora. Az ipari robotok és az NC gyártóberendezések szimbiózisa a XX. század fordulójára már teljesen automatizált gyáraknak, mint a japán FANUC-nak nyitott utat. Más ipari robotok a gyártással nem összefügg területeken, például a mezgazdaságban nyertek alkalmazást. Az 1.3 ábra pirossal bekeretezett része néhány tipikus ipari robot felépítését mutatja. A bal oldali közvetlen tanulással programozható, azaz elször a „TEACH“ (tanít) üzemmódban a programozó végigvezeti a szükséges útvonalon, amelyet a vezérlés eltárol, majd a rögzített program aktiválása után a robot a „REPEAT“ (ismétel) üzemmódban a tanult

2

mozdulatot ismétli újra meg újra. Az ilyen robotokat például egy adott pálya menti folytonos hegesztésre, festékszórásra vagy védréteg felvitelére használják. A jobb oldalon látható robotot a programozó implicit programozza egy betanító panel segítségével, amikoris a programozó a robotot elvezeti a kívánt ponthoz. Ezt megjegyezvén a robot e pontokon, vagy közöttük elvégzi a szükséges mveletet. Az ilyen robotokat például az autóiparban a karosszériák ponthegesztésére használják.

1-2 ábra: Ipari robot közvetlen betanítása

1-3 ábra: Az ipari gépek és robotok fejldésének vázlata A biorobotikus (protetikus) alkalmazások, amelyeket MASTER-SLAVE rendszerek, esetleg idegi EMG (elektromyogrammetrikus) jelek mködtetnek az NC vezérlés egy oldalágaként

3

fejldtek ki. A robotika közvetlen fejldése azonban a lehet legfantasztikusabb utat követi, mégpedig a mozgó, sétáló, humanoid robotok (pl. HONDA) irányába. Ezek a berendezések megdöbbenten hasonlítanak a történetbeli Gólemre, és az ipari robotoknál alkalmazott közvetlen tanulási folyamat is, amely során a programozó végigvezeti ket a kívánt útvonalon, k pedig rögzítik ezt, emlékeztet a Gólemek életre-keltésére, amikor a misztikus „šém“-et kell a fejükbe helyezni. Ichiro Kató, a tokiói Waseda egyetem professzorának zongoristája egy teljes szimfonikus zenekart kísért az osakai világkiállításon. A Honda nev humanoid robot pedig, hasonlóan más „android“-okhoz, fel tud sétálni egy lépcsn, tárgyakat visz, táncol, stb.

1.2. A robotok definíciója A gépek és az emberek tulajdonságait a gyártási folyamatokban az alábbi kategóriák alapján vethetjük össze: x x x

fizikai tulajdonságok funkcionális tulajdonságok értelmi színvonal

A gyártási folyamat számára szükséges és lehetséges értelmi színvonal határát az emberi tudat határozza meg. Ez adott esetben az elsdleges észlelés, felfogás és döntéshozatal, memória és logika. A funkcionális lehetségek közé tartozik az alkalmazkodókészség, univerzalitás, a térben való mozgás lehetsége, manipulációs készség, stb. A fizikai tulajdonságok lehetnek például többek között az er, a sebesség, a folytonos munkavégzés képessége, a karakterisztikák stabilitása, kitartás, megbízhatóság. Ez a három említett kategória egy derékszög koordináta-rendszer x, y, z koordinátáinak segítségével vizualizálható [4; p.38].

1-4 ábra: Ember és gép sematikus összehasonlítása a gyártási folyamat szempontjából [NODA] Az 1-4 ábra az ember egy nagyon sematikus besorolását ábrázolja a gyártási folyamat szempontjából: jellemzi a magas intellektuális szint (a kérdéses gyártási folyamat szempontjából), a funkcionális lehetségek relatív magas szintje, de ezzel egyidejleg a gyenge

4

fizikai tulajdonságok. Az ember ezt már az idk kezdete óta tudja, így minden korai, egyszer gép feladata a gyenge fizikai képességek javítása volt. Ezeket a gépeket a fizikai lehetségeket ábrázoló tengelyen egydimenziósként ábrázoljuk. Az építéshez használt és a hozzájuk hasonló gépek, mint például az exkavátorok, markolók, teleoperátorok, stb., amelyeket közvetlenül egy ember vezérel és mködtet kétdimenziós gépek a fizikai és a funkcionális lehetségek síkjában. Ezzel egyidejleg a fenti diagramm szerint a matematikai és azokhoz hasonló információs gépek (számítógépek, vezérl rendszerek) is kétdimenziósak, de ezek nem mozgathatók, hanem a fizikai tulajdonságok és az intellektuális szint síkjában helyezkednek el. A fent leírt két nagy alcsoport összekapcsolása, vagy inkább áthatása eredményezi az ipari manipulátorokat – robotokat, amely az ember gyártási folyamatban betöltött helyével azonos tulajdonságokkal bír. A robotika tanulmányozásába természetesen beletartozik a manipulátorok és robotok megfelel definíciójának keresése is. A világirodalomban a „robot” fogalom definíciója aligha mondható egységesnek, bár bizonyos definíciók, mint az ilyen eszközök szabadsági fokait értékel definíció, miszerint „A robot egy legalább 3 szabadsági fokkal bíró szerkezet. A kevesebb szabadsági fokkal bíró eszközöket manipulátoroknak nevezzük” és a „Az ipari robot egy az ipari használatra tervezett automatikus manipulációs eszköz, amely 3 tengely mentén szabadon programozható, és amely rendelkezik szállító kezekkel (fogókkal) vagy technológiai eszközökkel” ékes tanúbizonyságot tesznek a robotok alapvet filozófiájával szembeni ignoranciáról. Mindazonáltal ez utóbbi definíció felvet egy további kérdést, miszerint a robot és az ipari robot azonos eszközök-e. Az „ipari” jelz sugallja, hogy mit is értettek a definíció utolsó része alatt: az ipari robotok a robotok egy részhalmaza. A „robot” általános fogalmának meghatározásához használjuk Ing. Ivan M. Havel CSs. [2] definícióját [3; p.20]: „A robot egy automatizált, vagy számítógéppel vezérelt integrált rendszer, amely az ember utasításai alapján képes önálló és célorientált interakcióra a környezetével. Az interakció a környezet észlelése és felismerése, tárgyak kezelése és a környezetben történ mozgás.” A fenti definíciót kétségkívül alkalmazhatjuk számos, nem csak ipari robotikai rendszerre. Az „ipari robot”-ot Prof. Ing. P. N. Beljanin definiálta [1]: „Az ipari robot egy önállóan mköd gép – automata, amelyet úgy terveztek, hogy reprodukálja az ember bizonyos mozgási és intellektuális funkcióit, amikor adott kiegészít vagy alapvet mveletet végez emberi felügyelet nélkül, és amelyet e célból felruháztak az ember bizonyos képességeivel (hallás, látás, érintés, memória, stb.), az önálló tanulás, önszervezés és a (pl. az adott környezethez való) alkalmazkodás képességével.” A fent definiált eszköz ténylegesen az embert pótolja a gyártási folyamatban. Azt, hogy ez ténylegesen egy ipari robot vagy egy manipulátor, az értelmi szint, pl. vezérl rendszerek elemzése alapján határozhatjuk meg. Az 1-4 ábrát kísér szöveg értelmében nem létezik egyetlen egységes szabályrendszer, amely alapján egyértelm, vajon az adott berendezés manipulátor vagy ipari robot.

5

2. Az ipari robotok és manipulátorok (IR&M) szerkezete 2.1. Az IR&M-ek kinetikai szerkezete 2.1.1. Az IR&M-ek mozgásrendszere A fenti definíciók alapján, valamint e bonyolult eszközökrl alkotott általános nézeteknek megfelelen levonhatjuk azt a következtetést, hogy az ipari robotokat a robotok egy részhalmazának tekintjük. Képviselik fként mobil robotok, amelyek különböz kerekes vagy hernyótalpas alvázon mozognak, illetve a lábakon járó robotok, amelyek néha még hasonlítanak is az emberre vagy bizonyos állatokra. A mobil robotikai rendszerek esetén a manipulációs kar már önmagban egy aktuátor rendszernek felel meg. Az ilyen robotot alkalmazhatjuk helyhez kötött ipari robotként, vagy felszerelhetjük egy egyszerbb vagy bonyolultabb mozgásrendszerrel is. Az IR&M aktuátorrendszerek konstrukciójuk alapján az alábbi csoportokra oszthatók: x helyváltoztató mechanizmusok x pozicionáló mechanizmusok x orientáló mechanizmusok x végszerszámok (effektorok) A “Br” referenciapont az alapvet kinematikai lánc (basic kinematic chain (BKC)) végén, a pozicionáló és az orientáló mechanizmusok között helyezkedik el. Az alapvet kinematikai lánc a pozicionáló mechanizmusokból áll, de néha kiterjed a helyváltoztató mechanizmusra is. A kinematikai lánc (kinematic chain (KC)) az alapvet kinematikai láncból és az orientáló mechanizmusból áll. Az orientáló mechanizmus és a végszerszám között néha egy pozíciókompenzátor is található. A 2-1 ábra egy példa rendszert mutat be: lineáris helyváltoztatásra képes robot aktuátorrendszere.

a.

b.

2-1 ábra: Példa: helyhez kötött ipari robotok aktuátorrendszerének klasszifikációja a. Adaptív ipari robot APR- 20 VUKOV-PREŠOV (SK) b. Ipari robot BEROE RB-321(BG) X - helyváltoztató mechanizmus pozicionáló mechanizmus - CBB’ (APR-20), CZY (korábban RB-321) Br - referencia pont A0, B0, C0 - orientáló mechanizmus (lehetséges elrendezés) Megjegyzés: X, Y, Z – transzláció az x, y, z tengelyek mentén A, B, C – rotáció az x, y, z tengelyek mentén A0, B0, C0 - rotáció az orientáló mechanizmus tengelye mentén

6

2.1.2. Kinematikai párok az IR&M-ek konstrukcióinál Az ipari robotok és manipulátorok (IR&M-ek) aktuátorrendszere egy mozgásmechanizmus, ami bináris tagokból épül fel, és amelyeket kinematikai párok (KP) kapcsolnak össze. A kinematikai párok nagy része csak egy szabadságfokkal rendelkezik, ui. a több szabadságfokú kinematikai párok az IR&M-ek konstrukciói esetén nem jellemzk. Ugyanez vonatkozik az egyetlen csuklóban elhelyezked két rotációs kinematikai párra, amely gömbcsuklós kinematikai párt alkot, mivel az ilyen felépítés esetén nem használhatunk szervomotort. Az IR&M-ek konstrukciói esetén leggyakrabban lineáris (transzlációs) és forgó (rotációs) kinematikai párokat alkalmaznak. Mivel az IR&M-ek kinematikai szerkezetét gyakran ábrázolják különböz pozíciókban, erre a tervezésük tulajdonságain alapuló sematikus jeleket alkalmaznak. 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 (2-2a ábra) b) egy hosszú test mozog egy rövid csben/vájatban – csúszka konstrukció (2-2b ábra) c) kihúzható, teleszkópos konstrukció (2-2c ábra)

2-2 ábra: Transzlációs KP sematikus ábrája: a) szán, b) csúszósaru, c) kihúzható Speciális jelölés nélkül is feltételezzük, hogy a 2-2 ábrán látható kinematikai pár mozgó eleme nem fordulhat el. Rotációs kinematikai pár (R) Rotációs KP 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).

2-3 ábra: Rotációs kinematikai párok korlátlan forgási szöggel: a),c) - "r" hosszúságú karral; b),d) – saját tengely körül (r = 0)

7

Ki kell emelni, hogy még egy igen egyszer szerkezeti ábra is átadhatja a lehetséges forgómozgás konstrukciós gondolatát, és a megközelítés által vagy korlátozza az ábrázolt forgómozgást, vagy a tengely körüli korlátlan mozgás gondolatát mutatja. A 2-3 és 2-4 ábrák tipikus példákat mutatnak be.

2-4 ábra: Csuklók (rotációs KP "r" karral) szembl és metszetben: a) korlátlan forgási szög b) korlátozott forgás

2.1.3. Soros kinematikájú ipari robotok Az IR&M-ek alapvet kinematikai lánca – pozicionáló mechanizmus Az ipari robotok alapvet kinematikai láncának (pozicionáló mechanizmus) minden gyakori kinematikai szerkezete soros elrendezés. Ennek oka a fent említett kinematikai párok (transzlációs vagy rotációs) alkalmazása, amelyek mindegyike egymástól függetlenül mozdul el, vagy forog. Az ered mozgás e kinematikai párok mozgásából áll össze. Ez nemcsak a robotikai rendszerek, de minden rendszer soros kinematikájának alapelve is. A „B” referenciapont kívánt helyzetét a pozicionáló mechanizmus segítségével állítjuk be. Ennek egy vonal (vektor) vagy ív (kör) mentén történ mozgásához elegend egyetlen szabadsági fok – vagy transzlációs, vagy rotációs -, azonban a „Br” referencia pont egy felületen vagy egy síkban történ pozicionálásához már két kinematikai pár adott kombinációja szükséges. Csak egy harmadik kinematikai pár hozzáadása után mozoghat az alapvet kinematikai lánc referencia pontja a térben, mégpedig a KP kombinációjától függen. A robotika korai éveiben a gyakorlatban az alábbi négy alapvet KP kombinációt használták a leggyakrabban: 1. 2. 3. 4.

Három transzlációs KP: Egy rotációs és két transzlációs KP: Két rotációs és egy transzlációs KP: Három rotációs KP:

TTT RTT RRT RRR

Ezen négy alapkombináció esetén, ahol a transzlációs mozgást fokozatosan helyettesíti a rotáció, az ered munkatér alakja eltér: 1. 2. 3. 4.

Négyszögletes (derékszög) munkaterület Hengergyr alakú munkatér Üreges gömb alakú munkatér Gömb alakú munkatér

A 2-5 ábra a kinematikai párok alapkonfigurációinak munkaterét mutatja be.

8

2-5 ábra: Kinematikai párok alapkonfigurációinak munkaterei: a. Négyszögletes (derékszög) munkaterület ( „K“ típus (Cartesian)) b. Hengergyr alakú munkatér ( „C“ típus (cylindrical)) c. Üreges gömb alakú munkatér („S” típus“(spherical)) d. Gömb alakú munkatér („A” típus (antropomorphous)) A további gyakorlati alkalmazások és a fejldés megfigyelésével az alapkombinációktól eltér kinematikai láncokat is megfigyelhetünk. Jó példa erre az „UM-160” ipari robot, amelynek BKP szerkezete TTR kombinációként írható le, hasonlóan a RENAULT – Horizontal Type vagy a PROB-5 robotokhoz (2-6 ábra). Az ilyen kinematikai szerkezeteket származtatott szerkezeteknek nevezzük.

a)

b)

2-6 ábra: A TRR szerkezet ipari robotok átalakulása a. UM-160 (RUS) b. PROB-5 (CZ) ahol: X,Z.…oldalirányú mozgás az x,z tengelyek mentén; A, A‘, C, C‘…rotáció az x, z tengelyek körül; Br…referencia pont

A gyakorlat tehát bizonyította az elméletet: n szabadságfokú mozgáshoz az R és T kinematikai párok lehetséges kombinációja m: m = 2n……..…………………………………………………………………...(2.1) ahol n természetes szám.

A gyakorlatban gyakran használt n=3 szabadságfok (DOF) esetén a kombinációk lehetséges száma m = 23 = 8, ezt mutatja be a 2.1 táblázat.

9

2.1 táblázat: Alap és származtatott KP kombinációk

Ez a táblázat már tartalmazza a korábban, a 2-6 ábrán bemutatott robotokat is, ezért e robot alap kinematikai láncának származtatott struktúrájára hivatkozhatunk a kinematikai párok megnevezésével. A 2-6 ábrán bemutatott ipari robot szerkezetével ellentétben a „SCARA” típusú ipari robotok (GEC ROBOTS BODY, BOSCH SR-800) szerkezete az alap RTT kombináción alapszik, azonban az ilyen robotok esetén leggyakrabban használt kombinációval ellentétben nyilvánvaló a kapcsolat az üreges gömbi munkatérrel (pl. UNIMATE), mint azt a 2-7 ábra mutatja.

2-7 ábra: Az ipari robotok az RTT kombináció különböz KP elrendezésébl adódó változatai a) b)

„UNIMATE“ (CBY) „SCARA“ (CC'Z)

A CC’Z és a CBY típusú robotok szerkezetét pusztán a KP-k elemzésével azonban lehetetlen megkülönböztetni, jóllehet a két típus nagyon eltér egymástól. Ennek oka, hogy a kinematikai párok eltér elrendezése miatt az üreges gömbi munkatér átalakult hengergyr alakú munkatérré. A 2-6 ábrán látható TRR kombinációjú szerkezetek hasonlóak. Ez a gyakorlatban is illusztrálja azt a tényt, hogy az alapvet kinematikai láncban alkalmazott minden kinematikai pár a derékszög koordináta-rendszer x, y, z irányainak megfelelen három különböz irányba orientálódhat, pl.:  transzláció (T) az X,Y,Z koordináták mentén,  rotáció (R) az A,B,C koordináták körül, így a lehetséges kombinációkon belül további változatok lehetségesek, pl. Tx,Ty,Tz (X,Y,Z), Tx,Tz,Ty (X,Z,Y), stb. Elméletben n=3 szabadságfok esetén w3teor = 165 lehetséges elrendezés létezik, amelybl a gyakorlatban w3prakt = 13 van használatban. A KP-k kombinációja és elrendezése az alapvet kinematikai láncban (pozicionáló mechanizmus) alapvet fontosságú az adott ipari robot morfológiájának felméréséhez, így osztályozási kritériumként használjuk ezt a szempontot (alap vagy származtatott kombinációk, lásd 2.2 fejezet).

10

Orientáló mechanizmus Az ipari robotok fent ismertetett típusai bemutatták – többek között -, hogy a „B” referenciapontot bármely 3 szabadsági fokú IR&M koordináta rendszer pozicionáló mechanizmusa el tudja juttatni a munkatér tetszleges pontjára. Ez után az orientáló mechanizmus feladata, hogy biztosítsa a befogott tárgy megfelel orientálását. Gyakorlati szempontból ez a mechanizmus nem érinti alapveten a robot architektúráját, hiszen ezt elssorban a pozicionáló mechanizmus határozza meg. Az orientáló mechanizmus feladata csak kiegészít jelleg: biztosítja, hogy a tárgy nemcsak a megfelel helyen található, hanem orientációja is helyes. Így, elméletben, az IR&M kinematikai láncának szerkezetének a 2.2 táblázatban bemutatott jellemzkkel kellene rendelkeznie (alapvet KP kombinációk esetén): 2.2 táblázat 2: KP nem megfelel használata az orientáló mechanizmusban

Pozicionáló chanizmus TTT RTT RRT RRR

me- Orientáló me- Értékelés chanizmus RRR TRR - NEM! TTR - NEM! TTT - NEM!

Jóllehet egy test térbeli helyzetét általában 6 szabadságfok határozza meg, amelyek közül 3 transzlációs, 3 pedig rotációs, a manipulációhoz nem mindig használhatjuk ezek mindegyikét. Ha a pozicionáló mechanizmus transzlációs kinematikai párokból áll, az orientáció beállításához az orientáló mechanizmusban rotációs párokat kell alkalmaznunk. Ha azonban a pozicionáló mechanizmusban rotációs kinematikai párokat alkalmazunk, az orientáló mechanizmusnak, mint az ipari robot kinematikai lánca részének, szintén tartalmaznia kell rotációs kinematikai párokat, hogy lehetvé tegye a tárgy eredeti irányba történ újraorientálását, amint a robot maga elfordult. Így a 2.2 táblázatban csak az els, három transzlációs kinematikai párt (TTT) tartalmazó sor megfelel. Az IR&M-ek kinematikai láncának megfelel szerkezeti kombinációit a 2.3 táblázat mutatja be. 2.3 táblázat: KP megfelel használata az orientáló mechanizmusban

Pozicionáló mechanizmus TTT RTT RRT RRR

Orientáló mechanizmus RR(R) RR(R) RR(R) RR(R)

Leszögezhetjük tehát, hogy az IR&M-ek orientáló mechanizmusa csak rotációs kinematikai párokból épülhet fel. Kivétel ez alól, ha speciális igényeknek kell megfelelni. AZ IR&M-ek orientáló mechanizmusa tetszleges számú szabadságfokkal rendelkezhet, amelyet hozzáadunk a pozicionáló mechanizmus szabadságfokához. Így kapjuk az ipari robot kinematikai láncának teljes szabadságfokát. A harmadik rotációs tengely használata azonban a manipulálandó tárgyat csak a kinematikai lánc tengelye körül fordítja el, ami re2

A pozicionáló mechanizmus kinematikai párjainak vastag bets jelölése a konstrukcióik alapvet különbségeire utal, amely egyre kevésbé robusztussá válik.

11

dundanciát eredményez (különösen, ha egyszer rotációs alkatrészek kezelésérl van szó). Ennek eredményeképpen az ipari robotok orientáló mechanizmusa gyakran csak két rotációs KP-t tartalmaz. A 2.3 táblázatban ezt jelöli a harmadik, zárójelben található R. Vannak esetek azonban, amikor elnyös lehet mindhárom rotációs kinematikai pár alkalmazása, ilyen lehet például egy csap horonnyal történ összeillesztése, amikor a forgatott tárgyat a kinematikai pár végének forgástengelye menti irányba kell elhelyezni. Máshol a kinematikai pár végét felszerelhetjük egy karral, aminek végéhez – például – egy hegesztfúvóka csatlakozik. Látható tehát, hogy az orientáló mechanizmus elmélete szorosan függ a gyakorlati alkalmazástól. A fenti elemzés megmutatta, hogy egy rotációs kinematikai pár alkalmazása az orientáló mechanizmusban (hasonlóan a pozicionáló mechanizmushoz) vagy saját tengely körüli elfordulást (forgási kar nélkül), vagy egy adott „r” kar körüli elfordulást (lásd 2-8 ábra) eredményez. Ekkor azonban az orientáló mechanizmusban nehéz megállapítani az x, y, z tengelyhez viszonyított pozíciót, mivel egy nagyon mobil elrendezéssel állunk szemben. Ennél praktikusabb, ha az orientáló mechanizmus rotációs kinematikai párjait M1, M2, M3, .... stb. módon jelöljük.

2-8 ábra: Kinematikai pár megvalósítása IR&M rotációs mechanizmusában a) tengellyel b),c) forgó karral

2-9 ábra: Három rotációs kinematikai pár két alapvet megvalósítási változata IR&M rotációs mechanizmusában a) Alapállapotban az 1. és 3. KP tengelye párhuzamos. b) Mindhárom KP tengelye kölcsönösen merleges.

2-10 ábra: IR&M orientáló mechanizmusának leggyakoribb elrendezései két KP kombinációjának esetén A rotáció iránya természetesen megváltozik, ha több kinematikai párt kombinálunk. Ismét, hasonlóan a pozicionáló mechanizmushoz, folyamatosan felügyelnünk kell elrendezésüket. A párhuzamos tengelyek folyamatos felügyelete azonban nem annyira fontos, mint a pozicionáló mechanizmus esetén, mivel feltételezzük, hogy az orientáló mechanizmus eltér pozíciókban dolgozik. Orientáló mechanizmusban két KP kombinációjának esetén a 2-10 ábrán bemutatott elrendezéseket alkalmazzuk a leggyakrabban. Három kinematikai pár kombinációja esetén a lehetséges elrendezések száma tovább n, hasonlóan a pozicionáló mechanizmushoz, azonban a gyakorlatban a 2-9 ábrán bemutatott két variáns a legelterjedtebb. A 2-9a ábrán látható példa esetén a harmadik KP-t az els elhajlítja, miután a második kinematikai pár enyhén elfordult. Az IR&M-ek orientáló berendezésének gyakorlati kivitelezése szorosan összefügg az alkalmazott moduláris vagy integrált konstrukciós megoldástól.

12

2.1.4. Alapvet IR&M típusok pozicionálási pontosságának problematikája Egy kinematikai pár helyváltoztató mechanizmusának mozgástereit az alapvet vz és az elhasználódás által okozott vo mozgásterekre osztjuk. A kinematikai pár helyváltoztató mechanizmusának teljes mozgástere a próbaüzem és adott munkaóraszám után: vc = vz + vo = n * vz, ahol n egy együttható, amelynek nagysága arányos a kinematikai pár használatban állásának idejével. Egy IR&M kinematikai párjainak soros rendszere esetén, amikor mindegyik hibája 'i, az ered hiba 'c értéke az egyes koordináták egyedi hibáinak ('1, '2 , '3, ... ) geometriai összege. Három szabadsági fok esetén az ered hiba 'c = '1 + '2 + '3. Ennek értéke nem haladhatja meg a pozicionáló (orientáló) mechanizmus megengedett pontatlanságának értékét. A 2-5a és 2-11a ábrákon bemutatott derékszög koordináta-rendszer (K) esetén az egyes koordináták hibái: 'x = '1 = x2 – x1; 'y = '2 = y2 – y1; 'z = '3 = z2 – z1, ahol x2 , y2 , z2 a felveend A2 pozíció koordinátái, x1 , y1 , z1 az aktuális A1 pozíció hibái. A (K) rendszer teljes hibája:

' cK

A1 A 2

x 2  x1 2  y 2  y1 2  z 2  z1 2 ……………………………………………...(2.2)

Élve az egyszersít feltevéssel, hogy az egyes koordináták hibái megegyeznek: 'x = 'y = 'z = ', az ered hiba: 'cK = A1 A2 = 1,73 '. Feltéve, hogy a mozgató elemek teljes hosszában megegyezik a gyártási pontosság, és az egyszerség kedvéért az elemek kopása is, a hiba nagysága nem függ az elérend pozíció és a koordináta-rendszer kiindulópontjának távolságától. A 2-5b és 2-11b ábrákon bemutatott henger-koordináta-rendszer (C) esetén a felveend pozíció koordinátái A2 ( r + ' r, Mz + 'Mz , z + 'z ), az aktuális pozíció koordinátái pedig A1 (r, Mz, z). Élve az egyszersít feltételezéssel, hogy Mz = 0, 'z = 'r, z = 0, a 2.2 egyenletbe történ behelyettesítés után az ered hiba:

' cC

A1A 2





2 ˜ 'r 2  2 ˜ 1  cos 'M z ˜ r ˜ 'r  r 2 ……………………………………….(2.3)

A 'cC hiba nagysága függ a felveend pozíció és a koordináta-rendszer origójának r távolságától. Nagyobb távolság nagyobb hibát eredményez. A 2-5c és 2-11c ábrákon bemutatott gömbi koordináta-rendszer (S) esetén a felveend pozíció koordinátái A2 ( r + ' r, Mx + 'Mx , Mz + 'Mx ), az aktuális pozíció koordinátái pedig A1 (r, Mz, Mx). Élve az egyszersít feltételezéssel, hogy Mx = 0, Mz = 0, és 'Mx = 'Mx = 'M, a 2.2 egyenletbe történ behelyettesítés után az ered hiba:

' cC

A1A 2





2 ˜ r 2  r ˜ 'r ˜ sin 2 'M  'r 2 …………………………………………......(2.4)

A henger-koordináta-rendszerhez hasonlóan az ered hiba nagysága itt is függ a felveend pozíció és a koordináta-rendszer origójának r távolságától. Nagyobb távolság nagyobb hibát eredményez.

13

a.

b.

c.

d.

2-11 ábra: Pozicionálás a derékszög (a), henger- (b), gömbi (c) és az antropomorf (d) koordináta-rendszerben A 2-5d ábrán bemutatott antropomorf koordináta-rendszer (A) esetén a felveend pozíció koordinátái A2 ( R1 , Mx + 'Mx , Mz + 'Mz , R2 , D + 'D ), az aktuális pozíció koordinátái pedig A1 (R1 , Mx , Mz, R2, D ), amelyek derékszög vetületei a 2-11d ábrának megfelelen: 1. A1 pont esetén: x1 = [ R1 cos Mx + R2 cos ( D - S + Mx ) ] cos Mz y1 = [ R1 cos Mx + R2 cos ( D - S + Mx ) ] cos Mz z1 = R1 cos Mx + R2 cos ( D - S + Mx ) 2. A2 pont esetén: x2 = cos (Mz + 'Mz ) R1 cos (Mx + 'Mx ) + R2 cos (D - S + Mx + 'Mx + 'D ) y2 = sin (Mz + 'Mz ) R1 cos (Mx + 'Mx ) + R2 cos (D - S + Mx + 'Mx + 'D ) z2 = R1 sin (Mx + 'Mx ) + R2 sin (D - S + Mx + 'Mx + 'D ) Ebben az esetben az R2 kar végén található Br referencia pont pozíciójának változását nem csak az alapszög Mz és az R2 és R1 karokat tartalmazó D szög befolyásolja, hanem a Mx alapszög megváltozása a M szög megváltozása nélkül. A M szög nagysága meghatározza a Br referencia pont és a koordináta-rendszer középpontjának távolságát, amelyek abszolút értékét az R1 és R2 karok hosszúsága is befolyásolja. Feltéve, hogy Mz = 0 és Mx = 0, ami a fentebb bemutatott esetekhez képest csak azt jelenti, hogy elfordítjuk a koordináta-rendszert, hogy lehetvé tegyük az alapvet kinematikai rendszer R (R1) karú x-tengelyének beazonosítását, valamint feltéve, hogy 'Mx = 'D = 'M, R1 = R2 = R, és végül D = S, azaz az R2 kar az R1 kar meghosszabbítása az x-tengelyen, létrehozván a Br referencia ponttól való legnagyobb távolságot, a 2.2 egyenletbe való behelyettesítés után az ered hiba:

' cA

A1A 2

>R ˜ cos 'M ˜ cos 'M  cos 2'M  2R @2 

 >R ˜ sin 'M ˜ cos 'M  cos 2'M @  >R ˜ sin 'M  sin 2'M @ 2

2

korrekció után:

' cA

2 ˜ R sin 2 'M  0,5 ˜ sin 'M ˜ sin 2'M  0,5 ˜ cos 'M ˜ cos 2'M  0,5 …………….(2.5)

Azaz R = 1 000 mm, 'M = 10c, ' = 0,1 mm esetén a 2.2 - 2.5 egyenletekbe való behelyettesítéssel az eredmény 'cK = 0,2 mm, 'cC = 2,9 mm, 'cS = 4,1 mm, 'cA = 10,5 mm. Tudván, hogy a rendszer a legnagyobb hibát a Br – tl való legnagyobb távolság esetén adja, így az öszszehasonlítás kedvéért ezzel kalkulálva, valamint feltételezve, hogy a rendszer nyitott láncú: 'cA = 52,5 'cK

'cS = 20,5 'cK

14

'cC = 14,5 'cK

Mind a négy pozicionáló rendszer komplex elemzése megmutatta, hogy a kinematikai párok elemeinek azonos gyártási pontossága mellett az ipari robotok közül, amelyek a vezérlésnek adott visszajelzés nélkül üzemel pozícionálással dolgoznak az a legpontosabb, amely a TTT rendszer szerint épül fel. Azaz a „K” koordináta-rendszerben történ pozícionálás a legpontosabb.

2.1.5. Párhuzamos kinematikájú ipari robotok Az utóbbi idben a gyártó berendezések konstrukcióiban érdekes új megoldások, a megmunkáló központok (machining center) jelentek meg. Ezek alapötlete a szerszám egy platformhoz történ felersítése három változtatható hosszúságú, csuklópántos felfüggesztés segítségével, amely lehetvé teszi a munkadarabhoz képesti forgást és a platform orientálását. Mivel a platform helyzetének meghatározásához legalább három felfüggesztés szükséges, és a hat felfüggesztés alkalmazása bizonyult optimálisnak, a konstrukciót HEXAPODnak is nevezték. A legkorábbi ismert HEXAPOD-ot V. Gogh tervezte 1949-ben. Az egyszer HEXAPOD tulajdonságai 1965-ben D. Steward írt le, innen származik a manapság használatos elnevezés: „Stewart platform”. A még soros kinematikát, pl. rotációs és transzlációs mozgások kombinációját alkalmazó gépekkel ellentétben a HEXAPOD ered mozgása a hat (de általában legalább három) változtatható hosszúságú, csuklókkal egymáshoz kapcsolódó felfüggesztés szimultán mozgásának és vezérlésének eredje, amely a Stewart platformot a térben mozgatja. Ezeket a berendezéseket nevezzük párhuzamos kinematikájú gépeknek. 1970 és 1990 között az ilyen berendezések számos változatát építették meg, azonban sok hardveres és szoftveres probléma jelentkezett. Az áttörést két gyártó tudta elérni, a GEODETICS és az INGERSOLL. A teljesen párhuzamos kinematikájú, hat szabadságfokú, a HEXAPOD-okhoz hasonló berendezések mellett a közös BMBF DYNAMIL projekt keretében megépítették a Dyna-M hibrid hajtásszerkezet megmunkáló központot. Manapság természetesen a párhuzamos kinematikai szerkezetek új elmélete nem hagyta érintetlenül az ipari robotokat gyártó iparágat. A TRICEPT HP 1 elnevezés ipari robot, amelyet a milánói EMO-95 ipari kiállításon mutatott be a COMAU-Division Robotica, Torino vállalat olyan orientáló mechanizmussal rendelkezik, amely rotációs kinematikai párok egyszer kombinációjából épül fel. Ez azonban egy karimán helyezkedik el, amely Stewart platformként, három változtatható hosszúságú rúd segítségével van felfüggesztve és pozícionálva. A párhuzamos kinematikai szerkezet pozicionáló mechanizmussal rendelkez TRICEPT HP 1 alátámasztása egy egy lapon álló oszlop. Az oszlop fels, négyszöglet keresztmetszettel rendelkez vége egy vízszintes, U alakú keresztkarral rendelkezik. Ehhez kapcsolódik csuklók segítségével a három függleges kar – lineáris (transzlációs) egység - fels része. A sztenderd pozícionáló mechanizmus (a kinematikus párok és aktuátor egységek soros szekvenciája) helyett ebben a robotszerkezetben tehát lineáris aktuátor egységek térbeli rúdszerkezetét alkalmazzák, amelyek alsó végükön csuklókkal kapcsolódnak a Stewart platformhoz. A kapcsolódó csuklók tehát a geometriai pontokban egy egyenl oldalú háromszögnek felelnek meg, amelynek középpontjában az alapvet kinematikai lánc Br referencia pontja helyezkedik el. E geometriai ponton kapcsolódik a robot orientáló mechanizmusa. Az orientáló mechanizmust a fogaskerék-áttételek rendszere hajtja, amely a három aktuátor egység közti függleges csben helyezkedik el (lásd 2-12b ábra). Jóllehet morfológiailag a szerkezetet, mint egészet hibrid kinematikájúnak nevezhetjük (lásd 2-12a ábra), a pozicionáló mechanizmus tisztán párhuzamos kinematikai szerkezet.

15

a.

b.

2-12 ábra: A berendezések és robotkonstrukciók morfológiai besorolása (a,) és a hibrid kinematikai szerkezet pozicionáló mechanizmussal rendelkez TRICEPT HP 1 ipari robot (b)

2.1.6. Automatizált, vezérelt jármvek (AGV) A mobil robotok fejldésének els állomását az automatizált, vezérelt robotok (automated guided vehicle - AGV) képviselték, amelyeket interoperációs manipulációs berendezésekként készítettek és rugalmas gyártási rendszerekben (flexible manufacturing system - FMS) alkalmaztak. Az AGV-ket a különböz megmunkáló központok között nehéz elemek, komponensek, szerszámok, stb. szállítására használják. Hátrányuk, hogy útvonaluk elre meghatározott. Ez az útvonal az esetek dönt többségében a földbe ágyazott konduktív-induktív vezetsínbl áll.

2-13 ábra: Az AGV-k vezetésének módja:

2-14 ábra: Az útvonal-letapogatás elve:

1 – szkennel antenna, tekerccsel, 2 – beágyazott kábel, 3 – elektronikus operációs rendszer, 4 – ersít, 5 - vezérlés, 6 – mágneses mez

1 - konduktor, 2 - rés 3 – elektromágneses mez 4 - tekercs

16

2-15 ábra: Lézeres navigáció elve AGV-k esetén

Az AGV-ket vagonbatéria hajtja, amely egy automatikus kapcsolaton keresztül tölthet. Ez a földön (2-16 ábra) vagy függlegesen (2-17 ábra) helyezkedhet el. További lehetség a fedélzeten elhelyezked töltállomással való szerelés, amely automatikusan vagy kézileg csatlakoztatható.

2-16 ábra: Töltés földön elhelyezked töltrl: 1 - dugó, 2 – küls tölt, 3 - telep

2-17 ábra: Töltés függlegesen elhelyezked töltrl: 1 - dugó, 2 – tölt pólus 3 – fedélzeti tölt, 4 - telep

Amikor a telep (akkumulátor) kapacitása közeledik a minimális szinthez, a vezérlrendszer egy jelet bocsát ki. A minimális szintet úgy választják meg, hogy a berendezés még befejezhesse tevékenységét és eljusson a töltállomáshoz.

2.2. Az IR&M-ek tipikus képviseli konstrukciós szempontból 2.2.1. Az alapvet ipari robotok típusai Alapvet ipari robotoknak és manipulátoroknak azokat a típusokat tekintjük, amelyek alapvet kinematikai lánca a kinematikai párok alapkombinációiból (a) TTT, b) RTT, c) RRT, d) RRR) származtatható olyan elrendezésben, amellyel a 2-5 ábrán bemutatott munkaterek valamelyike járható be. aa) A TTT kombináció alapvet XYZ elrendezésére a BKC utolsó komponensének függleges mozgása jellemz. A munkatér kocka alakú. Ezt az elrendezést nagyon gyakran alkalmazzák egyoldalú (2-18a, b ábra) vagy teljes (2-18c, d, e, f, g ábra) portál berendezések esetén. A vízszintes Y mozgást megvalósító transzlációs kinematikai pár általában vagy csúszka (2-2a ábra) típusú, mint a MANTA robot esetén (2-18a ábra), vagy alátámasztott (218b ábra), mint a PRKM-20 robot esetén (2-18b ábra).

17

a.

b.

c.

e.

d.

f.

g.

2-18 ábra: Portál robotok (a) MANTA (Japán) és a PRKM-20 robot (Brno - CZ) (b), a francia RENAULT PORTIQUE-80 ipari robot (c,d), a német REIS (e) és KUKA (f), és a svéd ABB robot (g) ba) Az RTT kombináció alapvet CZY (CZX) elrendezése esetén az utolsó komponens nem függlegesen mozog. Képviselje az egyik legels ipari robot, a VERSATRAN-500 (2-19a ábra). Ez a típus a vízszintes kiterjesztés különféle módosulataival nagyon elterjedt (lásd BEROE robot a 2-1a és 2-19b ábrán). A munkatér lyukas henger (2-5b ábra). ca) Az alapvet RRT kombináció alap CBX (CAY) elrendezésének tipikus képviselje az UNIMATE ipari robot (USA). Munkatere a lyukas gömb (2-5c ábra).

a.

b.

c.

2-19 ábra: Ipari robotok: a. VERSATRAN-500 (GB); b. BEROE RB-321 (BG); c. UNIMATE-2000 (USA) da) Az alapvet CAA’ (CBB’) elrendezésben számos világszerte ismert cég, pl. az ABB és az ASEA (S), a KUKA és a REIS (D), a FANUC (J) és még sokan mások is gyártanak robotokat. Nagy többségük közvetett tanítással programozható. A norvég TRALLFA (manapság már az ABB része) robot, vagy a japán MITSUBISHI robot közvetlen betanítással is programozható (lásd 1-2 ábra).

18

a.

b.

c.

d.

2-20 ábra: A svéd ASEA-6 ipari robot (a,b), a német KUKA KR-125 robot és az eredeti norvég TRALLFA (d), a mai ABB (S) robot

2.2.2. Az ipari robotok származtatott típusai Az alapkombinációkból származtatott, eltér elrendezés típusok Az alapvet kombinációkon alapuló legfontosabb származtatott IR&M típusok a TTT (XZY és ZXY) kombináción alapuló típusok, a kinyúlással rendelkez RTT (CYZ) típusok és az RTT kombináción alapuló SCARA (CC’Z) típus. A TTT kombinációk osztályán belül három IR&M elrendezést tanulmányoztunk, amelyek közül az XYZ elrendezés (különösen a portál kialakításban) tekinthet az elsdleges elrendezésnek. A másik két elrendezést, az XZY-t és a ZXY-t tekintjük származtatott elrendezéseknek. ab) Az XZY (TTT) elrendezés esetén a függleges z tengely menti mozgás - ellentétben az alaptípussal – az alapvet kinematikai lánc közepén található. Ennek következtében egyre növekv igény jelentkezett a méretcsökkentésre, különösen a függleges mozgás hajtása esetén. Azonban ugyanez az eset áll el például az alap RTT kombinációjú VERSATRAN típus (2-19a ábra) esetén is, így az ilyen típusú robot gyakran TTT kombinációként is megjelenik. Ezt mutatja be például a francia LANGUEPIN vállalat ROBOLANG-5 ipari robotja (221a ábra). bb) A ZXY (TTT) elrendezést az a jellegzetesség karakterizálja, hogy a függleges mozgás a kinematikai lánc elején valósul meg (a z-tengely mentén), így e tengely mentén különösen fontos a hajtás méretezése. Ez az elrendezés általában szokatlannak tnik, azonban mégis alkalmazzák néhány esetben. Példa erre az osztrák IGM vállalat LIMAT-2000 ipari robotja (2-21b, c ábra).

a.

b.

c.

2-21 ábra: Ipari robotok: a. LANGUEPIN ROBOLANG-50 (F) és az IGM LIMAT-2000 (A)(b,c)

19

cb) A CYZ (RTT) elrendezés egy (O) kinyúlással rendelkez elrendezés. A TTT kombinációhoz hasonlóan a z-tengely menti függleges mozgás az alap kinematikai lánc végén található (ellentétben a vele rokonságban álló RTT kombinációjú VERSATRAN típussal). Praktikussági szempontból ez az elrendezés gyakran jól használható, mivel egyrészt alacsonyabb követelményeket támaszt a KBC utolsó komponensének szerkezetével szemben, másrészt pedig munkatere valamely függleges irányú torlaszon túlra is kiterjedhet. Ennek ellenére ez a kombináció sokáig nem került gyártásba. A 2-22 ábra a Prešovi VUKOV cég APR-2,5 moduláris robotrendszerének egyik komponensét mutatja be.

2-22 ábra: APR 2,5 03 moduláris ipari robot (SK) db) A CC’Z (RRT) elrendezés hasonlóan az elz RTT kombinációból származtatott típushoz eredetileg nem gyakran fordult el a gyakorlatban, majd kb. 1986-ban több vállalatnál szinte egyidejleg került gyártásba a „SCARA” név alatt, mint állványra szerelt ipari robot.

a.

b.

c.

2-23 ábra: "SCARA" típusú ipari robotok a.: BOSCH SR 800 (D), b.: GEC „BODY“ (GB), c.: Pana-Robot Hr-155C (J) A robot munkatere, ellentétben a más RRT kombinációhoz tartozó robotokkal, amelyek alapvet elrendezése a gömbi UNIMATE típushoz tartozik, hengeres jelleg. Így tehát a gömbi munkatér hengeressé alakul át, mégpedig az alapvet KD RRT kombinációval. eb) Az ABZ (RRT) elrendezés közvetlenül az UNIMATE típusból származtatható, azonban ez egy oldalirányban függ típus. Ilyen például a KAWASAKI-UNIMATE robot (függ típus). Mszaki problémát jelenthet az ilyen típusok esetén a hidraulikus komponensek tömítése és a re-transzformált mozgások dinamikája, tekintettel a gravitációra. Az UNIMATE ipari robot egy az autóiparban karosszériák hegesztésére használt függ típusát mutatja a 2-24 ábra.

20

2-24 ábra: Karosszériahegeszt-sor alap és függ típusú UNIMATE robotokkal (J)

2-25 ábra: KUKA KR 125 ipari robot („fali robot”)

fb) Az ABB’ (BAA’) elrendezés közvetlenül a KD RRR kombináció alaptípusából származik. Az elz eb)-hez hasonló oldalirányban függ típus, az alap KUKA robottípus leszármazottja (2-26c ábra), amely az alap RRR kombinációs CAA’ kinematikai pár elrendezéssel rendelkezik (mint az e kombinációk alaptípusainál, pl. ASEA, TRALLFA, stb.). A származtatott robot a KUKA KR 125 falra szerelhet robot (D), ABB’ (BAA’) kinematikai pár-elrendezéssel. Az ellensúly használata ennél a típusnál figyelemre méltó, mind morfológiai, mind konstrukciós szempontból (2-25 ábra).

2.2.3. Kinematikai párok kombinációiból származtatott IR&M típusok ac) A ZCY (RTR) elrendezés szinte pontosan követi az RRT alaptípust (VERSATRAN). A különbség, hogy az els két kinematikai pár sorrendje fel van cserélve. Így az els mozgás a z-irányú függleges transzláció, mint például az IGM LIMAT-2000 esetében, amely azonban a kategóriáján, a „K” típuson belül inkább a kivételt, mint a szabályt testesíti meg. Ezzel ellentétben a gyakorlatban relatív sok típus származik a származtatott RTR kombinációból. Ezeket a robotokat gyakran, de helytelenül, az alapvet „C” típusba sorolják. A robot munkaterének hengeres (C) típusú jellege nem feleltethet meg az alaptípus munkaterének. A rendszer nehézsége, hogy a függleges mozgást megfelelen kell dimenzionálni. Mivel az ismert megoldásokkal rendelkez rendszerek leginkább egyszerbb, pneumatikus meghajtású rendszerek, ez a feltétel nem jelent komoly problémát. Még az eredeti csehszlovák ipari robot, a Prešovi VUKOV vállalat PR 16-P-ja is ezen rendszerelv alapján készült. Manapság a svéd ELEKTROLUX vállalat az ilyen típusú robotok f gyártója.

a.

b.

c.

d.

2-26 ábra: Az Elektrolux MHU (S) ipari robotok generációi, és a VUKOV robotja a.: MHU Minior; b.: MHU Junior; c.: MHU Senior; d.: PR-16P A további származtatott TTR és RTR kombinációs esetén a konstrukciós szempontból lehetséges elrendezéseket vizsgáljuk, azonban gyakorlati alkalmazásuk eddig még nem ismert. A

21

legérdekesebb származtatott elrendezések a származtatott TRR kombinációból erednek, és érdekes módon megfelelnek az alap RRT kombináció származtatott CC’Z elrendezésének. bc) A ZCC’ (TRR) elrendezés alapveten egy SCARA típus, a végs függleges mozgás a kinematikai lánc elején helyezkedik el. Ez az elrendezés tehát az alapvet TTT kombináció szempontjából hasonlít a származtatott ZXY elrendezésre (IGM LIMAT-2000 robot) (2-21b, c ábra), ezzel ellentétben azonban igen elterjedtté vált az utóbbi idben. Ezen típus els modelljei közé tartozott a francia RENAULT cég ROBOT HORIZONTAL 80 nev robotja (2-27 ábra). Ez az ipari robot konstrukciós elve szempontjából tipikus, ellentétben az azonos típusba tartozó eredeti csehszlovák PROB-5 z ZM Strakonice robottal, amely nemkonstrukcionális (integrált) koncepciót testesít meg (2-6b ábra). cc) Az XAA’ (TRR) elrendezés az elbbi ZCC’ elrendezés egy nagyon érdekes változata. Gyakorlatilag ugyanannak a kombinációnak a vízszintes reorientációja.

2-27 ábra: RENAULT HORIZONTAL-80 (F)

a. b. 2-28 ábra: a) UM-160 (RUS), b) GE-ROBO R-60 (J)

A 2-6a és 2-28a ábrán látható UM-160 robot sematikus és axonometrikus nézetébl jól látszik, hogy ez a berendezés forgó karokkal operál, hasonlóan az RRR kombinációt alkalmazó rendszerekhez (ASEA, TRALLFA, stb.), azonban az els rotáció helyett a következ két rotáció tengelye menti egyenes vonalú mozgást alkalmaz. A munkatér tehát így gyr jelleg rotációs alakzatból egy egyszer hengeres szegmensség változott. A gyakorlatban ilyen szerkezet a japán GE-ROBO R-60 robot (2-28 ábra).

22

3. Végszerszámok (effektorok) 3.1. A végszerszámok célja és felosztása Az ipari robotok és manipulátorok nyitott kinematikai láncát egy mködtet-szerkezettel zárják le (mozgató egység – effektor – végszerszám). Ipari robotok és manipulátorok esetén a gyakorlati kivitelezés számít: 1. Tárgyak behelyezése és kiemelése a megmunkáló berendezés munkaterébe / -bl; 2. Köztes manipuláció; 3. Technológiai mveletek; 4. Vezérl mveletek; 5. Speciális feladatok. Így az ipari robotok végszerszáma esetén gyakran használt „megfogó” („gripper”) kifejezés nem teljesen pontos, és az IR&M megfogószerkezetek (végszerszámok, effektorok) halmazának egy részeként kell értenünk, amely a fenti mveletek elvégzésére alkalmas. Az effektort magát tetszleges robothoz csatlakoztathatjuk, analóg módon az orientáló mechanizmushoz, hiszen önmagában nem változtatja meg (jelentsen) a robot morfológiai felépítését. Az IR&M effektorok - konstrukciós szempontból – az alábbi végszerszám-típusokra oszthatók:    

technológiai manipulátorok (megfogók) kombinált speciális

Az automatizálás elrehaladtával egy újabb szint alakult ki, mégpedig a végszerszámok automatikus cseréje a mveletek során, különösen adaptibilitásuk, mint a növekv autonomitásuk és kognitivitásuk egyik jelents eleme, növelve ez által a robotikus rendszerek mesterséges intelligenciáját.

3.2. Technológiai végszerszámok Ipari robotok által például gyakran végzett tipikus technológiai mvelet az elektromos hegesztés, védrétegek felvitele, vagy éppen olyan technológiai mveletek, ahol az ipari robot közvetlenül jelen van, és maga végzi el a mveletet egy célszerszám vagy berendezés segítségével (pl. elektromos kézi köszörülés, stb.). Az IR&M technológiai végszerszámait az alábbiak szerint lehet felosztani: -

-

elektromos leolvasztó hegesztés, azaz: - ívhegesztés (3-1a ábra) - ellenállás ponthegesztés (3-1b ábra) véd és bevonó anyagok felvitele (1-2 ábra) speciális szerszám segítségével történ vágás (3-1c ábra) szerelési mveletek, azaz: - egyszer szerelés, azaz alkatrészek összeépítése (ez gyakorlatilag egy manipulációs mvelet)

23

-

- illesztés megfelel gépek segítségével (kapocsfz gép, szögel gép, stb.) - ragasztásos eljárásokkal vezérlési mveletek speciális feladatok

a.

b.

c.

3-1 ábra: Példák IR&M-ek technológiai végszerszámaira a. Ponthegeszt-fej b. Ívhegeszt-fej c. Vágó alkalmazás (elektromos berendezés) A speciális fejek használata azonban további érzékelk integrálását feltétezi, hogy így a vezérlés már adaptív vezérlésként mködhessen.

3.3. Manipulációs végszerszámok – megfogó szerkezetek A megfogó szerkezetek felosztása A manipulációs (megfogó) végszerszámok célja a tárgyak megfogása. Az ilyen fejeket jórészt az ipari robotok és manipulátorok felhasználói kifejezetten az adott alkalmazásra tervezik. A fej azon részét, ami közvetlen kapcsolatba kerül a tárggyal, megfogó szerkezetnek nevezzük. A megfogás típusától függen a megfogó szerkezeteket az alábbi csoportokra osztjuk:   

mechanikai mágneses vákuumos

Ezzel egyidejleg a megfogó szerkezeteket az alábbiak szerint is csoportosíthatjuk:  

passzív aktív

A passzív megfogó szerkezetek, szemben az aktív szerkezetekkel, önmagukban nem teszik lehetvé a fogóer vezérlését. A passzív komponensekbl álló megfogó szerkezetek általában képesek megfogni az adott tárgyat, annak elengedése azonban már küls beavatkozást igényel.

24

Ezen megfontolások alapján az alábbi osztályozást alkalmazzuk: Megfogó szerkezetek: 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 Passzív megfogó komponensek:

1. Mechanikai passzív megfogó komponensek A legegyszerbb mechanikai passzív komponensek, mint a különböz prizmatikus fészkek és ujjak mellett, amelyek gyakorlatilag a tárgyak összegyjtésére, elszállítására és elhelyezésére szolgálnak, vannak érdekes konstrukciók is, pl. rugalmas vagy felfüggesztett satupofákkal vagy befogótokmánnyal (3-2 ábra).

a.

b.

3-2 ábra: Mechanikai passzív megfogó komponensek, példák: a: rugalmas satupofával, b: felfüggesztett satupofával A befogótokmányos (rugalmas satupofás) szerkezetet a 3-2a ábra mutatja be. Egy adott munkadarab megfogásakor a rugalmas satupofát „ráhúzzuk” a darab küls felületére (az ábra fels része – 1 - a tengely felett), vagy „bedugjuk” annak bels részébe (az ábra alsó része – 2 - a tengely alatt). A megfogáshoz a robotkar mozgását használjuk; az elengedéshez használhatjuk például a kar ellenirányú mozgását, ha a darabot már egy másik manipulátor megfogta. Adott esetben a befogótokmányt kiegészítheti egy ejektor, amely a munkada-

25

rabot a mvelet végeztével kinyomja a satupofák közül. Használhatunk például pneumatikus hengert, stb. A satupofás befogók általában a kisebb, könnyebb, relatíve pontos dimenziókkal rendelkez, és sima felület tárgyak esetén használhatók. A 3-2b ábra egy olyan felfüggesztett satupofás fejet mutat be, amely körben helyezkedik el, és a pofákat áttételek kapcsolják egymáshoz. A megfogás és elengedés elve hasonló a satupofás befogó elvéhez. Itt azonban azért, hogy a munkadarab felülete ne sérüljön befogáskor, a pofák végén görgk találhatók. Az eleresztés egy kar segítségével oldható meg, amely az F er hatására kinyitja a pofát. 2. Mágneses passzív megfogó komponensek Ezek a megfogó szerkezetek permanens mágnesekkel mködnek, kisméret, alacsony súlyú, mágneses munkadarabok mozgatására használják ket. Ilyenek például a sajtolt fémlemezek, gyrk, alátétek, stb. Nagy elnyük, hogy nagyon egyszer a konstrukciójuk, amely általában egy beépített permanens mágnesrudakból álló rendszer. A mágnesek száma és elhelyezkedése egyszeren beállítható a munkadarab alakja és a szükséges mágneses er alapján. A mágneses passzív megfogó szerkezetek hátránya, hogy a munkadarab elengedéséhez további mechanizmusokra van szükség. A legegyszerbb esetekben a munkadarabot egy, a robotkar által kivitelezett tangencionális erhatás (elmozdulás) segítségével lehet leválasztani a megfogó szerkezetrl, miközben a darabot valami helyben tartja. A permanens mágnest alkalmazó mágneses megfogó szerkezetek valamely saját mechanizmust használnak a munkadarab elengedésére. Ez a kiegészít funkció program-vezérelt, így az elenged mechanizmus a vezérlés utasítására válik aktívvá. A 3-3 ábrán bemutatott megfogó a permanens mágneseket különálló dobozokban tárolja, amelyek a megfogó tartóvázához csatlakoznak. A munkadarab elengedéséhez egy pneumatikus hengert használ, amely a megfogott tárgyhoz orientálódik, és amely dugattyúrúdja kapcsolódik a tartó keret mozgó drótozásához telepített kitolható panelhez.

3-3 ábra: Mágneses megfogó szerkezet kitolható ejektorral: 1 – a permanens mágneseket tartalmazó doboz, 2 - kitolható panel A berendezés hátránya, hogy a fej más mágneses tárgyakat is elkap, különösen kisebb darabokat, ez pedig bizonyos esetekben nehézségeket okozhat, és befolyásolhatja a megfogott darab megfelel pozícióját. 3. Vákuumos passzív megfogó komponensek A vákuumos passzív megfogó elemek rugalmas deformálható vákuum talpak. A darabot a vákuumtalpnak a munkadarab felületére való rányomásával fogjuk meg, ennek hatására a talp deformálódik, csökken a bels tér mérete, majd a megfogás és a rugalmasság hatására ismét növekszik, létrehozva ezzel a szükséges vákuumot. A gyakorolt fogóer függ tehát a talp alakjától és anyagi minségétl, valamint a munkadarab felületével való kapcsolattól is. A fogóert kísérleti úton határozhatjuk meg.

26

A munkadarabhoz való közelség elengedhetetlen feltétele a biztonságos megfogásnak. Sima, jó minség felület esetén az elérhet közelség igen jó lehet, ezért lapos panelek, fémlapok, üvegtáblák esetén általában vákuumos talpakat alkalmaznak. A munkadarab és a talp közötti biztos adhézió érdekében néha viszkózus folyadékokat is alkalmaznak: ezt az anyagot a vákuumtalp megérkezése eltt kell felvinni az érintkezési felületre. A deformációs vákuumtalpak két alapvet típusát alkalmazzák. A 3-4a ábra egy gumi deformációs vákuumtalpat mutat be, forgócsapos rögzítéssel. A hosszabb, rugalmas hengeres komponens lehetvé teszi az enyhén görbült felület darabok megfogását is. Ha a megfogandó darab esetén nem garantálható, hogy annak felülete megfelelen sima, a 3-4b ábrán látható megfogót alkalmazhatjuk. A bels rész rugalmas méretét a felfüggesztett dugattyús henger hozza létre. A rugalmas bels rész méretétl függen akkor is fenntartható a vákuum, ha a gumi és a darab felülete nem illeszkedik szorosan egymáshoz. A megfogó er nagyságát a rugalmasság szabályozásával állíthatjuk. A vákuumtalpakkal megfogott tárgyak elengedése ugyanúgy történik, mint más, passzív komponensek által megfogott tárgyak estén, tangencionális mozgás/erkifejtés segítségével. A deformációs vákuumtalpak használata esetén a 3-5 ábrán bemutatott módon is megoldható a darab elengedése, a vákuumtalpak egy kiegészít szeleppel való felszerelésével.

a. b. 3-4 ábra: Alapvet deformációs vákuumtalpak: a. Gumi deformációs vákuumtalp, forgócsapos rögzítéssel b. Vákuumtalp felfüggesztett dugattyúval

a. b. 3-5 ábra: Deformációs vákuumtalpak kiegészít szeleppel: a. A tárgy elengedése a jel megszakításával b. A tárgy elengedése a jel bekapcsolásával

A 3-5a ábrán bemutatott megfogó szerkezet estén a vákuumtalp egy kiegészít szeleppel van felszerelve, amit egy membrán vezérel, amelyet a légnyomás (aktuáló jel) lefelé térít el, és így a vákuumtalp vákuumkamráját lezárja a rugó erejével szemben. A membrán felett a pneumatikus aktuáló jel megsznésekor a membrán egyensúlyi helyzetbe kerül (nyíl jelöli), a vákuumtalp belsejében a nyomás küls nyomással való kiegyenlítéséhez a talp kinyílik, és megsznik a megfogó er anélkül, hogy le kellene szakítanunk a talpat a felületrl. Ehhez hasonló megoldás lehetséges a szeleppel vezérelt elektromágneses fogóer esetén is. A 3-5b ábrán látható megoldás esetén a tárgy elengedéséhez egy pneumatikus nyomásjel jön létre. A talpon belüli vákuum megsznése mellett a könnyebb tárgyak ledobása is megtörténik, amelyek különben továbbra is a vákuumtalphoz tapadnának. Aktív megfogó komponensek: 1. Mechanikai aktív megfogó komponensek A mechanikai aktív megfogó fejek olyan mechanizmusok, a melyeket joggal nevezhetünk megfogó szerkezeteknek. Általában mozgatható pofákkal rendelkeznek – ezek az aktív megfogó komponensek, amelyek különböz elvek alapján mködhetnek.

27

A lehet legmegfelelbb fogó eszköz az emberi kéz, amelynek mszaki szimulációja azonban rendkívül nehéz. Jelenleg a 3-15 ábrán bemutatott háromujjas megoldás tnik az optimális megoldásnak. A hétköznapi manipulációs feladatok elvégzésére azonban általában elég a kétkomponens (befogópofájú) megoldás, ahol a pofák lineárisan vagy forogva mozognak egymás irányába. Az aktív komponenseket mozgató motorok vagy lineárisak (elssorban pneumatikus vagy hidraulikus hengerek, elektromágnesek mozgatható fegyverzettel) vagy forgó motorok (pneumatikus és hidraulikus motorok, elektromotorok, forgó elektromágnesek). A motor és a befogó pofák között egy átalakító egységet helyeznek el, amely a motor oldalirányú (forgó) mozgását a pofák mozgásává alakítja át. A következ, 3-1 – 3-4 táblázatok különböz kinematikai megfogó szerkezetek változatait mutatják be az egyes T1 – T4 transzformációk esetén. A 3-6a-e ábrák ezek lehetséges megoldásaira mutatnak be példákat. 3-1 táblázat: T1 transzmisszió

3-2 táblázat: T2 transzmisszió

28

3-3 táblázat: T3 transzmisszió

3-4 táblázat: T4 transzmisszió

A következ, 3-6a-e ábrák a T1 – T4 transzmissziók lehetséges megoldásaira mutatnak be példákat.

a.

b.

c.

d.

e.

3-6 ábra: A T1 – T4 transzmissziók lehetséges megoldása a. T1 típusú, lineáris pneumatikus motorral hajtott megfogó szerkezet, mozgatható ellentétes irányba mozgó befogópofákkal (3-as transzmisszió típus) b. T2 típusú, hidraulikus hengerrel hajtott megfogó szerkezet, forgó befogópofákkal, a nyitást húzórugó végzi (2-es transzmisszió típus) c. T2 típusú, lineáris elektromágnessel hajtott megfogó szerkezet, parallelogrammaszeren tartott forgó befogópofákkal, a zárást nyomórugó végzi (8-as transzmisszió típus) d. T3 típusú megfogó szerkezet mozgatható befogópofákkal (2-es transzmisszió típus), surlódótárcsás tengelykapcsolós forgó elektromotorral hajtva, így a szükséges befogó er állítható e. T4 típusú megfogó szerkezet, fogaskerekes erátvitellel (1-es transzmisszió típus) és elektromos forgó motorral. 1 – elektromotor, 2 – kúpos surlódótárcsás tengelykapcsoló, 3 – kúpos fogaskerekes erátvitel, 4 – els transzmisszió, 5 – merevített kar, 6 – befogópofák

29

2. Mágneses aktív megfogó komponensek3 A mágneses aktív megfogó fejek elektromágnesekkel mködnek, amelyeket általában egyenáram hajt. Mködésük hasonló a permanens mágneseket alkalmazó passzív mágneses megfogó fejekéhez, mindössze a munkadarab elengedésében különböznek: a darabot nem kell letépni a mágnesrl, mindössze az elektromágnesen áthaladó áramot kell megszakítani. Az egyenáram által létrehozott mágneses mez aktivitása hatására a felvett munkadarab mágnesezdik, amely az elengedéskor problémákat okozhat, így gyakran az áram megszakítását követen annak irányának megfordításával demagnetizálják. A tárgyban a maradék mágnesesség így megsznik, és a tárgy könnyebben választható le a megfogó fejrl.

3-7 ábra: Elektromágneses megfogó szerkezet A 3-7 ábrán bemutatott megfogó szerkezet speciálisan két, a karhoz csavarozott, kör keresztmetszet elektromágnesekbl álló megfogó szerkezetet is használ. 3. Vákuumos aktív megfogó komponensek AZ IR&M-ek aktív megfogó fejei között vannak olyan vákuumrendszerek is, amelyeket vákuumkamráknak nevezünk. Ezek vákuumpumpákat vagy ejektorokat alkalmaznak. Az ejektor egy – víz, gáz vagy gz áramlásával hajtott – szivattyú vagy pumpa. Ha vákuumpumpát használunk, ugyanahhoz a szivattyúhoz több vákuumkamrát is csatlakoztathatunk. A vákuum mértékét az alkalmazott vákuumpumpa típusa határozza meg, a megszokott tartomány 30 és 80 kPa között van. Ejektoros megfogó fejek esetén vagy egy közös ejektorra csatlakoztatott több vákuumkamra kombinációját alkalmazzák, vagy minden kamra önálló ejektorral rendelkezik. Ez utóbbi esetben a vákuumkamra és az ejektor általában egy egységet alkot (3-8a ábra). A vákuumos ejektorfejek elnye – tekintettel a vákuumpumpás megoldásra - az összehasonlíthatatlanul alacsonyabb ár. Más részrl azonban az ilyen rendszerek elnytelenül sok srített levegt használnak el. Az ejektorok így tehát kis megfogófejek esetén alkalmasabbak. A 3-8b ábra egy ejektoros vákuumfejet mutat be, amely a szivattyúcsövön hangtompítóval is rendelkezik. Az ejektor egység egy további bemenettel is ki van egészítve, amelyen keresztül a vákuumkamrába srített levegt engedhetünk, ha a megfogott tárgyat hirtelen kell elengedni.

3

A mágneses aktív megfogó szerkezeteket elektromágnesekkel ne keverjük össze az elektromágnesek által vezérelt mechanikai megfogó szerkezetekkel!

30

a.

b.

c.

3-8 ábra: Vákuumos aktív komponensek a. Integrált vákuumtalp ejektorral: 1 – vákuumtalp feje, 2 – ejektor b. Ejektoros vákuumtalp vezérlése: 1 – ejektor fej, 2 – megfogó, 3 – hangtompító c. Vákuumos aktív komponens, forgócsapon elhelyezked pozíció kiegyenlítvel Fémlapok vákuumfejes kezelése esetén gyakori probléma az egyes fémlapok megfogás közbeni szétválasztása. Ezt a problémát megoldja a tangenciális irányú mozgás beiktatása a mozgási ciklusba. Az ilyen mozdulatra a fels fémlap könnyedén lecsúszik a többirl. Magának a vákuumkamrának a szerkezete igen egyszer. Egyszerbb esetben a vákuumkamra mindössze egy gumikerékbl áll, amely tölcsér alakúvá deformálódik, miután a fém talpak közé húzták. A szivattyúrendszer egy átereszt nyílással rendelkez felálló csapszeghez kapcsolódik. Az ipari vulkanizált, speciális alakú vákuumkamrák ennél persze tökéletesebbek, különösen a vákuum tartósságának tekintetében. A vákuumos megfogófej egy vagy több, megfelelen felszerelt és elhelyezked vákuumkamrából áll. Egy ilyen példát mutat be a 3-8b ábra: a fej f alkotóelme a gumiból készült, csészét formázó vákuumkamra (1), amely egy a munkadarab helyzetének beállítását lehetvé tev gömbcsuklón helyezkedik el (2). 4. Speciális megfogó komponensek Tipikusan speciális megfogó komponensnek tekinthetjük például azokat a komponenseket, amelyek a megmunkált üreges testek deformációját használják ki. Ezek a testek elasztikus anyagból készülnek, keresztmetszetük aszimmetrikus, aszimmetrikusan vannak megersítve, aszimmetrikus hullámformával rendelkeznek, stb. Az ilyen testek, amint nyomást közvetít anyaggal töltik meg ket, térbeli mozgásba kezdenek (a vékonyabb fal oldalán) a megfogandó tárgy felületének irányába, illeszkednek annak küls alakjához, majd a végs mozgási fázisban belekapaszkodnak (3-9a ábra).

a.

b.

3-9 ábra: Speciális megfogó komponens (a) és alkalmazása hosszú munkadarabok esetén (b)

31

3-10 ábra: Megfogó szerkezetek beépített meghajtóval és megfogó funkcióval Különösen érdekesek azok a konstrukciók, ahol a kivitelez és a megfogó komponens keveredik egymással. A megfogó szerkezet komplexitása szempontjából ezek a konstrukciók optimálisak. A megfogók koncepcionálisan épülhetnek egy folyadékmotor és egy húr (3-10a ábra), vagy precízebben egy elasztikus acél szalag (3-10b1 – küls megfogás, b2 – bels megfogás) használatára is. A speciális megfogó alkalmazás egy másik példája annak komplex felépítése, komplex alakú tárgy kezeléséhez (3-11 ábra). Az ilyen végszerszám tervezési koncepciójának alapja az átjárható megfogó elemek alkalmazása, amelyeket egy erátadó öv hoz érintkezésbe a manipulálandó tárggyal. Ezt az övet nyomórugók által kifejtett hajtóer aktiválja. Amint minden megfogó komponens érintkezésbe került a megfogandó tárgy felületével, annak teljes hoszszúban egyenletes, az öv által kifejtett er lép fel.

a.

b.

c.

3-11 ábra: Végszerszámok komplex alakú tárgyak kezeléséhez küls (a, b) és bels (c) megfogással Léteznek olyan speciális típusok is, ahol a megfogó mechanizmus pofáinak helyzete bináris. A 3-12a ábrán látható megfogó szerkezet mozgó reteszelvel rendelkezik, amelyet a 2-es (a pofa bezárul), vagy a 3-as (a pofa kinyílik) elektromágnes vonz. A befogópofát mindkét helyzetben egy nyomórugó rögzíti. A 3-12b ábrán bemutatott konstrukció esetén a pofák nyitását és zárását az 1-es és 2-es elektromágnesek összekapcsolása végzi, a pozíció megtartását pedig a 3-as és 4-es permanens mágnesek biztosítják. Az ilyen konstrukció elnye, hogy a befogó ert passzív komponensek biztosítják, így hatásuk az idtl független.

32

3-12 ábra: Bináris befogópofa-helyzet konstrukciók, záró rugóval (a), vagy mágnesekkel (b)

3.3.1. Kombinált megfogó fejek A kombinált megfogó fejek a megfogók és a technológiai effektorok kombinációi. Ezeket a megoldásokat gyakran alkalmazzák öntvények manipulációjának automatizálásakor manyagsajtoló szerszámoknál. A 3-13a ábrán bemutatott megfogó négy vákuumkamrából (a) és egy pneumatikusan vezérelt vágóberendezésbl (olló) (2) áll. Az olló (2) pofái (3) az öntvény befolyóját vágják le.

a.

b.

3-13 ábra: Kombinált végszerszámok a. Kombinált megfogó nyomóöntvények kezeléséhez b. A manipulálandó tárgy mozgatásához és hevítéséhez használt kombinált effektor További példa lehet az a kombinált effektor, amelyet manipulátorként és hkezeléshez, pontosabban melegmegmunkáláshoz alkalmaznak (3-13b ábra). Az effektort koncepcionálisan egyszerre tervezték megfogóként (megfogó kar (3), befogópofa (2), megfogó (1)), és technológiai fejként, amely a kezelt munkadarab felületét hevíti (5). A pofák (1) geometriája a munkadarabbal való érintkezési ponton (5) célzottan a munkadarab alakjának és méretének megfelelen van tervezve, és lehetség szerint cserélhet is. A befogópofa jó elektromos vezetbl készül, a keresztmetszete pedig a vezetési áram átadásának és a szükséges befogóernek megfelelen van kialakítva. Az effektor a helvezetés érdekében egy htrendszerrel (4) van ellátva. Az effektor mechanikája mechanikailag és termálisan is szigetelt.

33

3.3.2. Speciális effektorok A speciális effektorok olyan funkciókkal bírnak, amelyeket a rendszer-megközelítés szempontjából a korábbi kategóriák egyikébe sem sorolhatunk. Elssorban olyan effektorok tartoznak ide, amelyeket speciális robotikai, pontosabban szervizrobot alkalmazások esetén használnak. Az ilyen effektorok megfelel érzékelkkel (szkennerek, detektorok) való felszerelése a robotok adaptivitásának és a robotikai rendszerek fejldésének feltétele.

a.

b.

3-14 ábra: Speciális effektorok a. Speciális effektor víz alatti mveletekhez: 1 – emlékez ötvözetekbl (SMA shape memory alloys) készült rugó, 2 – szívó egység, 3 – ujjak, 4 – szívócs, 5 – ultrahangos érzékel, 6 – kamera b. Az UNIMATE (USA) adaptív robot szenzorikus megfogó egysége Az automatizált összeszereléshez használt minden érzékel közül az érintésérzékel a legfontosabb. A mai érintésérzékelk alapveten nagyon kifinomult er-, pontosabban nyomásérzékelk, amelyek letapogatják az er és nyomásértékeket, majd feszültségimpulzusokká alakítják ket. Az UNIMATE robothoz kifejlesztett megfogófej is rendelkezik ilyen érzékelkkel. Ezt mutatja be a 3-14b ábra.

3.3.3. A robot mozgása által kiváltott erk a megfogott tárgyon Egy ipari robot által megfogott tárgyra (pl. 3-15 ábra) küls és bels erk is hatnak.

3-15 ábra: Robot ujjak

3-16 ábra: A kétoldali megfogás által kiváltott erhatások

34

A küls erk közül az els a tárgyra ható gravitációs er: Fg = m . g [N]……………………………………………………………………..……………….(2.6), ahol m [kg] a tárgy tömege, g = 9.81 [m.s-2] pedig a gravitációs gyorsulás. A súrlódási er (végeredményben a súrlódási erk összege): Ft = Fn . f [N]……………………………………………………………..…….……………….…(2.7), ahol Fn [N] a befogópofák (normál irányú) nyomóereje, merlegesen a tárgy felületére, f [1] pedig a súrlódási együttható. Lineáris (egyenes vonalú) mozgás esetén a tárgyra gyorsulás (és lassulás) közben tehetetlenségi er hat: Fx (Fy) = m . ax (ay) [N]……………...………………………………………………………..…..(2.8), ahol ax , (ay) [m.s-2] a megfelel gyorsulás (lassulás) vízszintes irányban. Lineáris függleges mozgás esetén a tárgyra gyorsulás (lassulás) közben tehetetlenségi er hat: Fz = m . az - Fg (sgn az . sgn vz) [N]……………………………………….………….……….(2.9), ahol az [m.s-2] a függleges irányú gyorsulás sgn az = (+) gyorsulás, sgn az = (-) lassulás esetén, és sgn vz = (+) felfelé irányuló, sgn vz = (-) lefelé irányuló mozgás esetén. Egy m [kg] tömeg megfogott tárgy egy r[m] sugarú feltételezett körpálya mentén v [m.s-1] kerületi sebességgel történ forgatása esetén a sebességvektor irányának változása, és így az út íve miatt Fd [N] centripetális er alakul ki: Fd = m . v2 / r [N]…………………..……………….…………………………….………………(2.10) A v [m.s-1] kerületi sebesség függ az r [m] rádiusztól és az  [rad.s-1] szögsebességtl: v =  / r [m.s-1]…………………………….………………..……………………………..…..…(2.11) így tehát: Fd = m . r . 2 [N]……………..…………….…………….……………………...………………(2.12) Az  [rad.s-1] szögsebesség függ a fordulatszámtól n [s-1]:  = 2 .  . n [rad.s-1]……………………………………….………………………...................(2.13) A nem inerciális referenciarendszerben kialakul az Fo centrifugális er, amelyre gyakran a centripetális er inerciarendszerbeli megfeleljeként hivatkozunk. Ekkor a centrifugális er nagysága megegyezik az Fd centripetális er nagyságával. A centrifugális er a test útjának középpontjától elfelé mutat (a kör középpontjából kifelé). A centrifugális er eredménye a centrifugális gyorsulás (ao). Az Fd centripetális ert a különböz befogópofák megfogó mechanizmusai elnyelik. A 3-15 ábrán bemutatott esetben ennek nagysága a tárgyra ható súrlódási erk összege. A súrló-

35

dási er nagysága a befogópofák normál irányú erinek függvénye, és kiszámítása megegyezik a befogópofák erinek kiszámításának módjával. A szükséges befogóer kifejtéséhez egy hajtóer (momentum) szükséges, amelyet a motortól a befogópofákig kell eljuttatni és transzformálni. A lineáris folyadékalapú (pneumatikus vagy hidraulikus) motor átmérjének kiszámításához, amelyre például szükségünk van a 3-16 ábrán bemutatott szerkezet esetén, alkalmazhatjuk az Fv meghajtóer meghatározásához használt módszert, amelyre a következ képlet alkalmazható:

Fv

p.

S.D2 .Kv ………………………..………………………………………………………….(2.14) 4 ahol D a nagyteljesítmény motor átmérje, Kv a folyadékalapú motor hatásfoka. Az Fv meghajtóer és az Fu befogóer arányára a következ érvényes:

Fv Fu

2b . cos 2 J …….…………………………………………………………………………….(2.15) a

a motor szükséges átmérje pedig: D

4. cos J.

Fu .b ………….……………………………………………………………..(2.16) a.S.p.Kv .Ki

ahol J az átvitel szöge, Ki pedig a motor kimeneti dugattyúja és a pofák közötti átviteli mechanizmus hatásfoka. A 3-17 ábrán látható, vákuumos passzív fejjel (deformációs vákuumtalpakkal) ellátott megfogó szerkezetek esetén a befogóer az aktív (hatásos) megfogás (érintkezés) felületétl és a deformációs csésze alakjától és H (0,6 – 0,8 érték paraméter) rugalmatlanságától függ.

3-17 ábra: Deformációs vákuumfej

Az érintkezési felület gravitációs középpontján áthaladó normálirányú megfogóer: Fnp

H

S.D02 § V · .¨¨1  1 ¸¸ ………………….………………………………………………………….(2.17) 4 © V0 ¹

ahol D0 a vákuumtalp nem deformált részének aktív érintkezési felülete, V1/V0 pedig a talp bels térfogatának aránya, amely általában 0,2 – 0,5 közötti érték. A 'p vákuum által kifejtett Fna normálirányú fogáser függ a vákuumtalpak hatásos felületétl Se (0,6 - 0,7), a megfogandó tárgy és a talpak érintkezési felületének nagyságától (mm2ben), valamint a küls pa és a bels pv nyomás (MPa-ban) különbségétl:

36

Fna

k e .S e pa  p v ………………………………………………………………..……………..(2.18)

A létrehozott vákuumot a nyomások különbsége adja meg (kompressziós gyr nélküli és kompressziós gyrs de szabályozatlan, vákuumtalpak esetén értéke 0,030 - 0,035 MPa):

'p

pa  p v

A tangenciális befogóer a kf együttható (1,00 – 1,25) függvénye, amely figyelembe veszi a megfogandó tárgy felületének minségét és állapotát, és függ a vákuumtalp és a megfogandó tárgy érintkezési felületén fellép P0 súrlódási együtthatótól (0,25 – 0,60):

Ft

k f .P 0 .Fn ……………………………….………………………………………………………(2.19)

A tárgy biztonságos megfogásához szükséges vákuumtalpak száma a szükséges fogóer kiszámítása után: n

Fu ………………………………………………………………………………..……..(2.20) k t .'p.S

ahol kt az alaki együttható (kör alak esetén 0,8-0,9). A passzív mágnesességen alapuló mágneses megfogófejek, amelyek merlegesek az érintkezési felületre Fnp ert fejtenek ki:

Fnp

(

Bž )2 . S ž …………….………………………………………………………………..(2.21) 1,6.10  3

ahol Bž a mágneses indukció a póluskiterjesztéseken, Sž pedig a póluskiterjesztések felületének keresztmetszete (m2-ben). A póluskiterjesztések közötti aktív mágnes keresztmetszete (m2-ben) Sm

kr .

B ž .S ž ………..………………………………………………………………………….(2.22) Bm

függ a kr szórási együtthatótól (1,1 – 1,2) és az aktív permanens mágnes ersségétl Bm. A tangencionális megfogóert a vákuumfejek tangencionális megfogóerejéhez hasonlóan számítjuk. Az aktív mágnesességen alapuló mágneses megfogófejek, amelyek merlegesek az érintkezési felületre Fna ert fejtenek ki:

l.n

2

Fna

2.

P 0 .Sp

.

1 ………….……………………………………………………(2.23) Rm1  Rm2  Rm3

ahol I az elektromágnes gerjesztési tekercsének árama, n a tekercs menetszáma, P0 a vákuumpermeabilitás, Sp az elektromágneses egység frontfelülete (a póluskiterjesztések felülete), Rm1 az elektromágnes magjának mágneses ellenállása, Rm2 a légrés mágneses ellenállása, Rm3 pedig a megfogandó ferromágneses anyag mágneses ellenállása.

37

3.3.4. Automatikus végszerszám-csere Az ipari robotok rugalmas alkalmazhatóságához nagyban hozzájárul az automatikus végszerszám-cserél rendszer. Ilyen rendszeren alapulnak az olyan robotok koncepciói, amelyek több technológiai vagy manipulációs mveletet végeznek. A rendszer elnye annak alkalmazkodóképessége a manipulálandó tárgy méretéhez és alakjához, vagy a technológiai mvelet változásához az automatikus mveletek megszakítása nélkül. A robot, az adott program alapján, önmaga szereli fel a szükséges soron következ szerszámot, majd a mvelet befejeztével a következ szerszámra cseréli azt.

3-18 ábra: Az automatikus cserélmechanizmus elve

3-19 ábra: A végszerszám-szerel mechanizmus nagyítása

Az alapelv az, hogy minden egyedi végszerszám rendelkezik egy végszerszám-csatlakoztató karimával, amely megfelel az ipari robot kinematikai láncának végén elhelyezked általános csatlakozási karimának. A karimáknak párhuzamosan kell biztosítaniuk az er és az automata megfogó mechanizmus mködéséhez szükséges vezérlmechanizmus csatlakozását, azaz a fontok érintkez felületeinek rendelkezniük kell a megfelel csatlakozókkal a nyomást közvetít közegek (hidraulika, pneumatika), a nagyteljesítmény áramersségek, az elektromos jelek és a vezérljelek közvetítéséhez. A 3-19 ábra a brno-i egyetemen kifejlesztett csatlakozási rendszert ábrázolja. Az ábra az automata végszerszámcserél-mechanizmus mechanikai elvét mutatja be. A rendszer pneumatikusan vezérelt. E végszerszámcserél-mechanizmus kampókon alapul. Az 1-es kampó egy forgócsapon helyezkedik el, amely lehetvé teszi a forgását. A kampó helyzetét a mozgatható csúszószelep (2) határozza meg, amely egy a csúszószelep tengelyére merleges hengeres forgócsapon helyezkedik el, amelyet betolunk a kampón található lyukba. A vezérl pneumatikus szelep, amely a roboton valahol máshol helyezkedik el, kinyitja a srített leveg beömlnyílását, és a leveg eljut a pneumatikus hengerhez (5). A pneumatikai közeg hat a pneumatikai dugattyúra (3) és beindítja annak függleges mozgását a másik széls pozíció irányába. A pneumatikus dugattyú egy csavarozott csuklóval van rögzítve a csúszószelephez, és közvetíti neki az erhatást. A csúszószelep másik végén egy rugó található, amely a mozgást teszi lehetvé. A hengeres forgócsap mozgása a csúszószelepen elfordítja a kampót a központi forgócsap körül. A kampó eléri a másik széls pozícióját (az ábrán ezt pontozott vonal jelöli). Ebben a pillanatban a robot karimája készen áll a végszerszám karimájának felszerelésére. A központosítást a végszerszám karima hengeres részének kúpos kialakítása és a központosító csapok (6) biztosítják. A két karima adott távolsága esetén a tápok leállnak, a pneumatikai rendszer dekomprimál, és az egész mechanizmus a rugó (4) erejének hatására visszatér a kiindulási pozícióba, a kampó biztosítja a végszerszám megfogó csapszegét és rögzíti. Leszereléskor a folyamat fordítva megy végbe. Nyomásvesztés esetén a végszerszám karimáját változatlan er rögzíti.

38

Az automatikus végszerszám-cserél rendszer jó alternatívája lehet az univerzális és/vagy többfelhasználású robotoknak. Adott gyártósor megvalósítása esetén meg kell vizsgálni, vajon az adott feladat esetén melyik rendszer adja a legjobb megoldást. Az automatikus végszerszám-cserél rendszer ugyanis elnyei mellett hátrányokkal is rendelkezik: magasabb a beszerzési költsége, és nagyobb a meghibásodás esélye is.

3.4. Az IR&M-ek perifériái 3.4.1. Bevezetés, osztályozás, alkalmazási célok Az IR&M-ek perifériális eszközeinek (PE) (ún. kiegészít kezeleszközök vagy interoperációs mechanizmusok) célja a robotizálás tárgyának (pl. munkadarab, öntvény, hegesztend darab, szerelési alkatrész) egyszer eljuttatása a stacionárius ipari robot vagy manipulátor karjának hatósugarán belül es területre. 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. x

Az ipari robot vagy manipulátor együttmködése a periferiális eszközökkel felgyorsítja a kezelési folyamatot, és gyakran a munkadarab pontosabb elhelyezését is biztosítani tudja.

A periferiális eszközök konstrukcióinak széles választéka áll rendelkezésre, és az esetek többségében kifejezetten egy adott robotizált munkahely követelményeinek megfelelen tervezik ket, ezért nehezen osztályozhatók. Ennek ellenére a periferális eszközöket több szempont szerint is csoportosíthatjuk: 1. funkció alapján, 2. jellemz konstrukciós vonások alapján, 3. a robotizált munkahelyen elfoglalt helyük alapján. 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 A periferális eszközöket jellemz konstrukciós vonásaik alapján az alábbi csoportokba sorolhatjuk: x x x x x x

szállítópályák (konvéjorok), forgó és összetett asztalok, emel szerkezetek és hordozók, hordozók tárolóval és adagolóval, palleták, kocsik.

39

A periferális eszközök tehát egyértelmen a sorozatgyártásra berendezkedett robotizált munkahelyek fontos alkotóelemei. Mivel a PE konstrukciója gyakran az adott munkahely szükségleteire van tervezve, gyakran egycélú géppé válik (adott végszerszámokkal együtt).

3.4.2. A periferális eszközök osztályozása funkció alapján Ebben az esetben a PE-k feladata a tárgy gravitációs középpontja helyzetének megváltoztatása. A tárgy gravitációs középpontja helyzetének megváltoztatása közben a tárgy orientációja változatlan marad. Az alábbi PE-k lehetségesek:

x

a gravitációs középpont helyzete egy vonal mentén változik,

x x x

a gravitációs középpont helyzete egy kör mentén változik, a gravitációs középpont helyzete egy sík mentén változik, a gravitációs középpont helyzete térben változik

a következ ábra egy PE-t ábrázol, amely a tárgy gravitációs középpontjának helyzetét egy vonal mentén változtatja. Ekkor a tárgy orientációja változatlan marad. Ez az egyik legfontosabb csoport.

3-20 ábra: Tárgyak mozgása egy vonal mentén, az orientáció változatlan (t távolság megtétele)

3.4.3. A periferális eszközök osztályozása jellemz konstrukciós vonások alapján 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. A következ néhány oldal néhány jellegzetes konstrukciós megoldást mutat be.

3.4.3.1.

Szállítópályák (konvéjorok)

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: x x x x x x

szállítószalagok, szállítóláncok, fejmagasság felett futó szállítópályák, rezg szállítópályák, szállítópályák automatizált gyártásban és összeszerelsorok részeként, gördülpályák

40

3-21 ábra: Példa: szállítószalag látja el a robotot munkadarabokkal

3-22 ábra: Példa: szállítószalag manyag láncszemekkel pizza mozgatásához (élelmiszeripar)

A lentebb említett szállítószalagok és szállítóláncok mellett új típusok is felbukkantak, például manyag moduláris szállítószalagok, amelyeket gyakran alkalmaznak könny és közepesen nehéz termékek esetén a legkülönbözbb iparágakban. Nagy elnyük rugalmas alkalmazhatóságukban rejlik, mivel a megmunkálósorok tetszleges alakban újraépíthetk, karbantartási költségük pedig alacsony. Lásd alábbi ábra.

41

3-23 ábra: Üveglencsék gyártósora – moduláris szállítószalagokból

3-24 ábra: Szállítóláncok – alumíniumötvözet konstrukció, csúszóív, nagy erhatások, a szállítólánc anyaga: manyag vagy acél

42

3-25 ábra: Szállítólánc állítható oldalsó peremmel

3-26 ábra: Szállítólánc, a szállítólánc csúszó vezetése manyagból

3-27 ábra: Példa fejmagasság felett futó szállítópályára, a két projektben azonos megoldást alkalmaztak a függ terhek szállítására, 80 kg-ig

43

3-28 ábra: Gördülpálya, példa. Fa hulladéklapok kezelése és tárolása

3-29 ábra: Gördülpálya, példa. Papírdobozok kezelése és rakodása

3-30 ábra: Munkafolyamatok közötti gördülpályák autóipari alkatrészek gyártásánál

44

3-31 ábra: Példa hídmanipulátorral felszerelt robotizált munkahelyen alkalmazott gördülpályára

3.4.3.2.

Hegesztés: pozicionálók és szerelvények

Az alábbi ábra egy robotizált hegesztési munkahelyet mutat be, amely egy speciálisan konstruált és gyártott, a hegesztend darab pozicionálására használt hegesztési szerelvénnyel ellátott asztalt tartalmaz.

3-32 ábra: Pozicionáló és hegeszt szerelvény mint periferális eszköz robotizált ívhegesztéshez. Két RRR típusú ipari robot elektromos ponthegesztést végez, miközben a pozicionáló a hegesztend munkadarabot tartja (rögzíti), és egyszer mozdulatokat végez a két robot karjaihoz képest.

45

3-33 ábra: Periferális eszköz robotizált ívhegesztéshez – a pozicionáló rögzíti a hegesztményt és egyszer mozdulatokat végez a hegeszt technológiai fejjel felszerelt robot karjaihoz képest.

3-34 ábra: Villástargoncák villáinak automatizált gyártása szabadon programozható behúzható rotációs modulokkal (mint a robotizált munkahely periferális berendezése), robot portál fels túlnyúlással.

46

3.4.4. A periferális eszközök osztályozása a munkahelyen elfoglalt helyük alapján Mint azt már a bevezetésben is említettük, ezeket az eszközöket gyakran különböz konstrukciós és projektirodákban fejlesztik, és a robotizált munkahely vagy a vev igényei szerint készülnek. Így gyakorlatilag csak a vevtl és a projektben résztvevktl függ, milyen módon oldják meg a megfelel perifériális eszköz tervezésének mszaki problémáját. A tapasztalat azt mutatja, hogy a perifériális eszközök egyes típusai ritkán ismétldnek azonos kivitelezésben különböz robotizált munkahelyeken (kb. csak 5-10%-ban). Az esetek fennmaradó részében a perifériákat az adott célnak megfelelen építik, így leginkább egy új (egycélú) eszköznek tekinthetk.

3-35 ábra: Robotizált munkahelyek összekapcsolása konvéjorok segítségével. A robotizált munkahely leírása: három különböz típusú ipari robot – RRR, SCARA típusú kinematikai szerkezetek és TRIPOD típusú párhuzamos szerkezetek. A robotok feladata kis és könny elemek kezelése és összeszerelése. Erre a célra az ilyen típusú PE-k különösen alkalmasak. A konvéjorok kapcsolatot biztosítanak a másodlagos összeszerlmunkahelyek között.

3-36 ábra: Folytonos be- és kimenettel rendelkez konvéjorok robotizált munkahelyen. A robotizált munkahely leírása: TRIPOD típusú robotok kontrollált környezetben dolgoznak (bal kép), majd a munkadarabokat Euro raklapokra rakodják (jobb kép).

47

3-37 ábra: Be- és kimenettel rendelkez konvéjorok darabokat rakodnak dobozokba, és manyag öntvényeket tesznek félre. A robotizált munkahely leírása: a PE egy adagolóból munkadarabokat vesz ki, majd a futószalagon haladó dobozokba helyezi ket (bal kép), miközben az ipari robot a sajtolt darabokat (gépkocsik lökhárítóit) rakodja ki és mozgatja a sor végén, ahol fröccsönt gépek helyezkednek el (jobb kép).

3-38 ábra: Egy komplexebb robotizált munkahely sematikus ábrája fémmegmunkáló technológiás periferális eszközökkel (közvetít asztalok, be- és kimeneti adagolók). A robotizált munkahely leírása: A PE a mveleti és mveletek közti félkész- és késztermékek kezelését végzi intrúziús berendezések között, az autóiparban.

48

4. Robotizált munkahelyek A robotizált munkahelyek igen komplex, különböz építelemek széles skáláját felölel rendszereknek tekinthetk. Azért, hogy a teljes robotizált munkahely megfelelen mködjön elengedhetetlen, hogy az alkotóelemek helyesen tudjanak együttmködni. Például egy egyszer rakodólapra rakodási mveletkor a robot mozgási sebességének szinkronban kell lennie az alkalmazott adagoló sebességével. A sikeresen robotizálható ipari tevékenységek spektruma igen széles. A robotizált munkahelyek gyakorlatbani létrehozásakor a gyakrabban robotizált iparágak konstrukciós megoldásai segíthetik a kivitelezést, hiszen számos jó példát mutatnak. Ennek ellenére érdemes minden új feladatot egyedileg megközelíteni, az összes lehetséges befolyásoló faktort feltérképezni, majd ehhez illeszteni a végs megoldást. A robotizált munkahely alkalmazhatóságát befolyásoló tényezket három f csoportra oszthatjuk, amelyek kölcsönösen kapcsolatban állnak egymással, és részben befolyásolhatják is egymást. Az els csoportot azon munkahely funkciója alkotja, ahol az ipari robotot használni akarjuk. Figyelembe kell vennünk, melyik robot felel meg a legjobban az adott helyzetnek, milyen perifériális eszközökre lesz szükség, valamint a kivitelezés megfelelségét és a robotizálás kivitelezhetségét is. A korlátozó környezeti csoportok igen közel állnak ehhez. Ilyenek a hmérséklet, az energiaszükséglet, vajon szükséges-e bizonyos környezeti tisztasági normák (pl. élelmiszeriparban) betartása, a környezet milyen mértékben változhat, stb. A harmadik csoport a költség, vagy a megrendel gazdasági lehetségeinek határa, hiszen ez fizet majd a munkahelyért. Egy feladattípust azonban többféle módon is meg lehet oldani. Példának okáért egy teljesen automatizált munkahely költsége magasabb lehet, mint egy emberi operátor segítségével, félautomatizáltan mköd munkahelyé. Így egy korábban már említett szabály a fentiekbl következik: minden munkahely tervezését egyedileg kell megközelíteni, és meg kell próbálni megtalálni a legjobb megoldást. Különösen manapság, amikor a robotizált munkahelyekhez alkalmazott érzékelk folytonosan csökken ára új lehetségeket nyit meg már létez feladatok esetén is.

4.1. A robotizált munkahelyek alapvet építelemei A robotizált munkahelyek elsdleges alkotóeleme természetesen maga az ipari robot, a megfelel vezérl- és betanítórendszerrel. A betanító rendszer segítségével a robottal azokat a térbeli mozgásokat végezhetjük el, amelyet rögzítés után a robot önállóan kivitelez majd (errl részletesebben az 5. fejezetben). Az elsdleges robotvezérlés mellett a vezérlrendszer háza is tartalmaz az egyes tengelyek hajtásához használható frekvenciaátalakítókat, állapotelemzésre szolgáló biztonsági áramköröket és más a vezérlrendszer és a környezet közötti kapcsolat biztosításához szükséges perifériákat. Ezek a perifériák lehetnek például kiterjeszt kártyák a különböz ipari busz típusokkal (Profibus, DeviceNet, stb.) való összekapcsolhatóság érdekében, vagy egyszeren csak digitális ki- és bemeneti egységek. A 4-1 ábrán bemutatott elrendezés jól szemlélteti az ilyen elemek méretét. A 4-2 ábra a KUKA robot vezérlrendszerét ábrázolja.

49

4-1 ábra: Alapvet robotrendszer: robot (1), csatlakozó kábel (2), vezérlrendszer (3), betanítóegység (4); forrás: KUKA Industrial Robots

4-2 ábra: A KUKA ipari robot vezérlrendszerének szerkezete; forrás: KUKA Industrial Robots

További elengedhetetlen elem a végszerszám (effektor), amely a fejen helyezkedik el és az adott mvelet elvégzésére szolgál. A végszerszám lehet egyszer fogó, de lehet hegesztfúvóka, tömítpisztoly, vagy egy csiszoló- vagy vágófej is. A végszerszámok széles válasz-

50

téka áll rendelkezésre, és nap, mint nap újak kerülnek a piacra (errl bvebben a 3. fejezetben). A robotizált munkahelyek legnagyobb elnye megbízhatóságuk, és az elérhet magas sorozatszámok. Ezért fontos, hogy a nyersanyag és a munkadarabok szállítása a lehet legzökkenmentesebben történjen. Ezt a különböz típusú adagolók és görgláncok biztosítják (3.4 fejezet). Léteznek azonban munkahelyek, ahol a gyártási volumen nem ennyire magas, és a félkész termékek adagolását egy emberi operátor végzi. Ezek a munkahelyek általában forgóasztalokkal vagy érzékelkkel felszerelt fogadóhelyekkel vannak felszerelve, hogy az adott munkahelyen az adott pillanatban csak egy robot, vagy csak egy ember tartózkodhasson. Ez az óvintézkedés a munkahely biztonsága érdekében szükséges. Az ipari robot alapkiszerelés esetén nem rendelkezik érzékelkkel (kivéve a hajtások érzékelit), amelyek segítségével monitorozhatná a környezetét. Annak érdekében, hogy a munkahely automata üzemmódban megfelel megbízhatósággal mködhessen, az általános ipari automatizálásban már ismert érzékelkkel (pl. biztonsági fényfüggöny, indukciós érzékelk, ajtózárást észlel érzékelk, stb.) kell felszerelnünk. A 4-3 ábra néhány lehetséges érzékelt mutatta be.

4-3 ábra: Példák az ipari automatizálásban alkalmazott érzékelkre; forrás: Siemens

Mint azt már korábban is említettük, fontos, hogy a munkahelyet biztosítsuk, és elkerüljük az emberrel való véletlen ütközéseket. Errl bvebben a 6. fejezetben lesz szó, azonban röviden elmondható, hogy ezen okból kifolyólag a legtöbb munkahely legalább egy drótkerítéssel körül van kerítve, amely megakadályozza, hogy az operátor mködés közben a robot közelébe menjen. Ha valamely okból elengedhetetlen, hogy az emberi operátor mködés közben a robot közelében tartózkodjon (pl. az útvonal programozása céljából), a biztosított robotcellát egy érzékelkkel biztosított ajtón keresztül szabad csak megközelíteni, amely az ajtó kinyitásakor leállítja az ipari robotot és deaktiválja az automata üzemmódot.

4.2. A munkahely vezérlése Egy robotizált munkahely vezérlésére számos megoldási lehetség kínálkozik, függen a robot, vagy robotok sora által elvégzend feladat komplexitásától. A vezérlés legegyszerbb módja a robot saját vezérlrendszerének használata, amely digitális ki- és bemeneteihez csatlakoztatjuk a szükséges érzékelket és vezérlelemeket. Így egyszer feladatok, pl. üvegek rekeszekbe helyezése, különböz rakodási feladatok, stb. vezérlése könnyen kivitelezhet. Ennek a megoldásnak elnye az alacsony indulóköltség, és bizonyos fokig a nagyobb rugalmasság is, azonban a munkahely potenciális jövbeli kibvítése esetén korlátokba ütközünk majd, például a ki- és bementek számát vagy a program variálhatóságát illeten. Ilyen vezérlési típus látható a 4-4 ábrán.

51

4-4 ábra: Robotizált munkahely vezérlése a robot saját vezérlésével

Ha az adott munkahely esetén a gyártási program maximális rugalmasságára, távvezérlésre és a folyamat vizualizálására van szükség, az elz példában bemutatott munkahelyet távolról is vezérelhetjük Ethernet és a PC terminálhoz csatlakozó úgy nevezett OPC szerver segítségével. Ekkor már lehetség van a gyártás módosítására, vezérlés tárolására, stb. Ezt a vezérlést CIM (Computer Integrated Manufacturing – számítógéppel integrált gyártás) típusú vezérlésnek. Ez a módszer már nagyon rugalmas, azonban megvalósításakor rögzítenünk kell a rendszer széls állapotait, és ennek megfelelen kell módosítanunk a mveleteket.

4-5 ábra: Robotok sorának vezérlése az Etherneten keresztül

52

4-6 ábra: Példa: vezérlés több DeviceBus-szal összekapcsolt PLC segítségével. Forrás: Phoenix Contact Inc.

További lehetség lehet a be- és kimenetek számának növelése egy küls PLC valamely ipari buszkapcsolat (DeviceNet, Profibus, stb. ) segítségével való csatlakoztatása. Így több robotot, vagy más gyártó egységet kapcsolhatunk össze egy munkahelyen, és egy felsbb szint PLC (pl. Siemens Simatic) segítségével központilag, valós idben vezérelhetjük ket. A gyakorlatban ez a leggyakrabban használt vezérlési mód.

53

4.3. Robotizált munkahelyek típusai 4.3.1. Hegesztés A hegesztési munkahelyeket az alkalmazott technológia alapján két nagy csoportra oszthatjuk. A két csoport esetén különböz periferális eszközök alkalmazása szükséges. Az ívhegeszt munkahely az alapvet berendezéseken kívül, mint pl. hegeszt generátor, hegesztpisztoly és drótadagoló, egyéb komponensekkel is rendelkezik, amelyek növelik az egység automatizáltsági fokát. A robot karimáján egy biztonsági érzékel is található, amely kimeneti jelének logikai értéke megváltozik, ha a hegesztpisztoly véletlenül összeütközik valamely akadállyal. Ezt a változást a robot vezérlrendszere hibaeseményként értékeli, és minden meghajtó azonnal leáll. Egy ütközésérzékelvel ellátott munkahely tehát kivédheti az ütközéseket, és ezzel a drága komponensek (pl. hegesztpisztoly) károsodását. Ha a robot folytonosan hegeszt, a hegesztfej eldugulása hibát okozhat, ezáltal pedig nagyban romolhat a hegesztés minsége. A hegeszt munkahelyek ezért általában rendelkeznek hegesztfejtisztító és drótvágó egységekkel. Opcionálisan ezek az egységek rendelkezhetnek automata TPC (tool center point – szerszám középre igazítás) kalibrációval is. A robot ebben az esetben adott számú hegesztés elvégzése után ehhez az egységhez megy, és automatikus karbantartás történik. Ezután a robot ismét készen áll a hegesztésre. Ezeket a komponenseket ábrázolja a 4-7 ábra.

4-7 ábra: Ívhegeszt berendezés: hegeszt generátor (1), hegesztpisztoly (2), vezetékek (3), drótadagoló (4), ütközésérzékel (5), hegesztpisztoly tisztító, hegesztdrót vágó és TCP kalibráló egység (6-8),mveleti vezérl egység (9). Forrás: ABB

Az ívhegesztési folyamatban gyakran használnak különböz típusú pozicionálókat, amelyek mozgása a robot mozgásához kapcsolódik. A robot folyamatosan hegeszt, miközben a pozicionáló által tartott hegesztmény mozog. Az utóbbi idben már több robotgyártó is készít olyan egyszer hegeszt munkahelyeket, ahol minden komponens, beleértve a pozicionálókat és a biztonsági érzékelket is egyetlen cellába van integrálva. A 4-8 ábra egy egytengely pozicionálóval felszerelt, egyetlen hegesztrobotból álló robotizált hegesztési munkahelyet ábrázol. Ez a cella az ABB vállalat terméke.

54

4-8 ábra: Integrált robotcella ívhegesztéshez. Forrás: ABB

Ponthegesztés esetén a berendezések szempontjából egészen más a helyzet. Már maga a szerszám is teljesen más. A ponthegeszt pisztoly (4-9 ábra) sokkal nagyobb és nehezebb, mint az ívhegesztéshez használt társa, ezért sokkal nagyobb teherbírású robotokra van szükség. A hegesztpisztolyt ponthegesztés esetén mködés közben általában hteni kell: ezt általában egy kiegészít vízhtéses rendszerrel oldják meg.

4-9 ábra: Ponthegeszt pisztoly

A ponthegesztéshez használt robotnak rendelkeznie kell egy feldolgozóegységgel, amely általában az alapzatban helyezkedik el, és biztosítja a htfolyadék megfelel kerengetését és hmérsékletét. Részleteket a 4-10 ábra ábrázol.

55

4-10 ábra: ABB ponthegeszt robot feldolgozó egysége. Forrás: ABB

Jóllehet úgy tnik, hogy a ponthegesztés magasabb technológiai követelményeket támaszt az ipari robotokkal szemben, az autóiparban mégis elterjedtebb ez a mvelet. Általában a hegesztési mveletek 70-80% ponthegesztés. A szükséges alapvet berendezéseket a 4-11 ábra mutatja.

4-11 ábra: KUKA ponthegeszt robot alapkivitelben. Forrás: KUKA Industrial Robots

56

4.3.2. Manipuláció Az ipari robotokat a gyártási folyamatban gyakran a munkadarabok manipulációjára (kezelésére) használják, különösen akkor, amikor félkész termékeket kell behelyezni a megmunkáló berendezésbe. A 4-12 ábra egy ilyen integrált robotizált cellát mutat be. A félkész termékeket manuálisan, szállítókocsik segítéségével szállítják. Az ilyen megmunkáló-állomások általában rendelkeznek valamely mechanikai képalkotó-rendszerrel, amely automatikusan felismeri a munkadarab helyzetét, valamint automatikus megfogóeszköz cserél rendszerrel is, hiszen a cellának a lehet legrugalmasabban kell alkalmazkodnia a megmunkált termékek sokféleségéhez.

4-12 ábra: Integrált robotikus cella, a félkész termékeket a robot helyezi a megmunkálóberendezésbe. Forrás: Fastems

A manipulációs mveletek egy másik nagy csoportja a termékek raklapokra történ fel- és lerakodása a gyártási folyamat végén és kezdetén. Ilyen egyszer feladat esetén nincs szükség a kezelend tárgy helyzetének minden tengely mentén történ megváltoztatására, ezért ilyen esetekben csökkentett tengelyszámú robotokat alkalmaznak (4-13 ábra). Elnye az egyszerbb kinematika és a nagyobb terhelhetség. A robot tehát transzlációs mozgást végezhet mindhárom tengely mentén, azonban csak egyetlen, a robot alapzatára merleges tengely mentén képes rotációs mozgásra. Ez a világkoordináta-rendszerben a „z”-tengely (a koordináta-rendszerek leírásával az 5. fejezet foglalkozik).

57

4-13 ábra: Rakodó robot csökkentett tengelyszámmal. Forrás: KUKA Industrial Robots

A 4-14 ábra egy két kiadási pontú rakodóállomást ábrázol. Látható, hogy az ilyen típusú robotok esetén az operátor gyakran lép be a robot munkaterébe, hogy eltávolítsa a megtelt raklapokat, így elengedhetetlen a munkatér megfelel biztosítása, hogy a robot ne ütközhessen emberrel vagy egy másik robottal. Az ilyen munkaállomások általában lézeres letapogatóval vagy biztonsági fényfüggönnyel vannak felszerelve, amelynek feladata az ezekbe a zónákba történ véletlen behatolás megakadályozása.

4-14 ábra: Két kiadási pontú rakodóállomás. Forrás: Trillium Automation Inc.

4.3.3. Bevonás A robotizált bevonási mveletek ideálisak, ha a bevonó anyagok gzei károsak lehetnek az egészségre. Ráadásul a robotizált bevonási mvelet 25-30% bevonó anyag megtakarítással jár a kézi bevonással szemben. További elny az alacsonyabb karbantartási igény, és a fokozott biztonság, mivel az operátor kevesebb idt tölt veszélyes területen. Ilyen területeken már komplexebb robotok dolgoznak, amelyek már alapkivitelben is rendelkeznek feldolgozóegységekkel, amelyek a bevonó anyagnak a szórófejhez történ eljuttatását és adagolását is biztosítják. A korábban kívül elvezetett csövek helyett manapság ezeket

58

már a robot karjának belsejében vezetik. Mivel kívül nincs deformálható komponens, amelynek pozíciója nem ismerhet pontosan, az ilyen konstrukciók esetén a robot karjának hatósugara nagyban növelhet, az ütközések csökkenthetk, és könnyebbé válik a programozás is.

4-15 ábra: Bevonó állomás. Forrás: ABB

A robotgyártók ma már sokféle szórópisztolyt kínálnak, ezek általában pneumatikus vagy elektrosztatikus elven mködnek. A bevonó anyag szállítását általában egy fogaskerékszivattyú végzi, az adagolás pedig pneumatikusan vezérelt, áramlásmérkkel felszerelt nyomásszabályozók segítségével történik. Ezáltal biztosítható a réteg minsége és vastagsága is. A fogaskerék-szivattyú hajtása történhet klasszikus szervomotor segítségével, amely a vezérlrendszerre való csatlakoztatás után a robot hetedik tengelyeként viselkedik, így a robot mozgása jobban szinkronizálható a bevonó anyag mennyiségével. Ezen túl a bevonást közvetlenül a betanító egység segítségével is vezérelhetjük. Több bevonó anyaggal történ bevonás esetén a festékek gyors cseréjére pneumatikusan vezérelt szelepeket alkalmaznak. Ezek a szelepek lehetvé teszik a festék 15-30 másodpercen belüli automatikus cseréjét, így ugyanazon elem különböz részeire tetszleges vastagságban vihetünk fel alapozó, elsdleges és végs réteget is. A robotot magát egy küls textilbevonat védi a festék véletlen ráragadásával és az anyaglerakódásokkal szemben (4-15 ábra), azonban a könnyebb karbantarthatóság miatt mostanában egyre gyakoribb a robot küls és bels felületeinek teflonos bevonata. A munkahelyeket a bevonó anyag típusa alapján is feloszthatjuk. Az olyan festékek esetén, amelyek csak speciális oldószerekkel hígíthatók, a robbanás veszélye is magasabb. Ezért az ilyen festéket használó munkahelyeken a robotok elektromos részeinek megfelel védelemmel kell rendelkezniük. Ezzel ellentétben a legtöbb por állagú festék nem robbanásveszélyes, de a bevonás is lassabb, mivel kisebb az adhézió. Bizonyos esetekben, különösen manyagok felvitelekor a felület adhéziójának beállításához egy másik robotot használunk. A felületet ma már általában a hagyományos vízzel való lemosás helyett plazmával vagy lánggal elmelegítik.

59

Mint minden robotizált munkahelyen, a trend itt is a modern vezérlési módszerek irányába mutat. Bizonyos gyártók már kamerarendszereket is kínálnak robotjaikhoz, hogy a festékrétegen képzd hibákat, buborékokat, repedéseket hamar fel lehessen fedezni.

4-16 ábra: Robotizált munkafolyamat két bevonó munkaállomással. Forrás: ABB

Bevonó cellák esetén általában a bevonandó darabokat felfüggesztett adagoló segítségével adagolják, és rendelkezésre áll egy extra terület a darabok száradásához is: lehet ez beéget kemence, vagy mindössze egy egyszer, szabad száradást biztosító terület. A 4-16 ábra egy robotizált munkafolyamatot mutat be két bevonó munkaállomással és két másik robottal, amelyek az adagolóra rakodják a munkadarabokat, majd a bevont darabokat a szárítóba helyezik. A bevonó robotokat gyakran a mennyezetre szerelik, mivel az ilyen elrendezés csökkenti a cella beépített területét, és kevésbé valószín a robot véletlenszer festéklerakódással való szennyezése, így alacsonyabb a karbantartási költség.

4.3.4. Technológiai mveletek Számos technológiai mvelet esetén az ipari robotok közvetlenül megmunkálógépként alkalmazhatók, és a robotok pozicionálási pontosságának növekedésével folyamatosan n a lehetségek tárháza is. Azon területek egyike, amelyen már meghonosodott a robotok közvetlen használata a lemez- és a cshajlító folyamat. Az ipari robot mindkét esetben kiegészít manipulátorként mködik, amely a munkadarab helyét és orientációját változtatja a hajlítógépben. A 4-17 ábra egy KUKA ipari robotot mutat, amint éppen fém komponenseket hajlít. Természetesen ebben az esetben is szükség van egy automata adagolóra, amely a robotot ellátja félkész termékekkel, és amely biztosítja azok pontos pozícióját. Újabban néhány esetben a gyártott termékek felügyeletéhez már mechanikai képalkotó-rendszereket is alkalmaznak.

60

4-17 ábra: KUKA robot mint kiegészít manipulátor lemezhajlításkor. Forrás: KUKA Industrial Robots

A 4-18 ábra egy cshajlító munkahelyet mutat, amely a félkész termékek egy automata adagolóberendezésével van ellátva. Ilyen esetekben az alapanyagot folyamatosan adagoló, ún. lépcss adagolókat alkalmazzák.

4-18 ábra: Cshajlítás. Forrás: Mewag Innovation

További olyan technológiai terület, amelyen az ipari robotok jól alkalmazhatók a vágás. Itt a 6-tengely robot maximális mozgékonyságának kihasználása logikusnak tnik, azonban azáltal, hogy kinematikája soros, maximális pontossága soha nem fog tudni versenyezni a klasszikus vágóberendezésekkel, és ezt figyelembe kell vennünk. Ezért az ipari robotokat csak alacsonyabb pontossági követelményekkel rendelkez alkalmazások esetén használhatjuk. A 4-19 ábra egy ABB vágófejet ábrázol.

61

4-19 ábra: ABB robot vágófeje. Forrás: ABB

Csiszolási mveletek esetén gyakran alkalmaznak ipari robotokat, itt azonban gyakran szükség van az ún. ernyomaték érzékelre, amely a robot karimája és a csiszolófej között helyezkedik el. Ez az érzékel a különböz irányokba ható erket és nyomatékokat méri, és ha része a vezérlrendszernek, segítségével a csiszolófejjel állandó nyomóert fejthetünk ki a csiszolandó darabra. A 4-20 ábra egy Fanuc robotot mutat be felni csiszolása közben.

4-20 ábra: Felni csiszolása. Forrás: PushCorp, Inc.

A ragasztott kötés (4-21 ábra) szintén robotizálható mvelet. Ilyen munkahely esetén a munkahely egy ragasztópisztollyal, automata ragasztóadagolóval és egy melegítegységgel van felszerelve, amely a ragasztóanyag hmérsékletének állandó szinten tartásához szükséges, nehogy a ragasztóanyag véletlenül megszáradjon. A bevonáshoz hasonlóan itt is gyakran alkalmaznak egy második robotot, amely a munkadarab felületének adhézióját javítja, manyag felületek esetén általában egy plazmaég segítségével.

62

4-21 ábra: Ragasztás KUKA robottal. Forrás: Blumenbecker Prag s.r.o.

Az ilyen munkahelytípus általában egy sor, az automata összeszereléshez elengedhetetlen perifériális eszközt igényel. Elssorban fontos a szállítórendszer, és a megfelelen pozícionált munkadarabok indexáló rendszere. Erre általában a 3.4 fejezetben már tárgyalt automata szállítórendszereket alkalmazzák. Ezek az adagolók folyamatosan monitorozzák a kimenetüket elér munkadarabok orientációját, valamint számos érzékelvel és képalkotórendszerrel is rendelkeznek, amelyeket a munkadarabok azonosítására, a termék megfelel összeszerelésének ellenrzésére, vagy a nem azonos orientációjú bejöv munkadarabok esetén a robot vezérlésére használnak. Végül, de nem utolsó sorban a képalkotó-rendszerek nagyban növelik a munkahely rugalmasságát. A robotot használhatjuk az összeszerelt végtermék ellenrzésére. A kivitelezend ellenrzések természetesen az adott alkalmazástól függnek. A teszteket két alapvet csoportra oszthatjuk: a termék megfelel összeszerelésének ellenrzésére, ilyen például a két komponens közti er, nyomaték vagy a forgás képességének ellenrzése, és a végtermék mködésének ellenrzésére. Mint azt már korábban említettük, az összeszerelési mveletek esetén a munkahely lehet legrugalmasabb kialakítására törekszünk. Mivel az ipari robotok teherbíró-képessége korlátozott, az ilyen munkahelyek gyakran rendelkeznek automata szerszámcserél berendezéssel. Ennek megfelelen tehát, ha a robot a mveletek szélesebb spektrumát végzi, érdemes speciális effektorokat használni, amelyek szükség esetén automatikusan kerülnek felszerelésre.

63

5. Ipari robotok programozása 5.1. Bevezetés A következ fejezetekben az ipari robotok programozásának alapjait tárgyaljuk. Az ipari robotok természetesen sokfélék, így különböz szempontok alapján csoportosíthatjuk ket, például szabadságfokuk (DOF, degree of freedom), kinematikai szerkezetük (soros, párhuzamos), meghajtómechanizmusuk, stb. alapján. Így egy robot lehet sztenderd 6 szabadságfokú, 4 szabadságfokú SCARA robot, vagy különböz derékszög rendszerekben dolgozó robot. Ezen felül számos ipari robot gyártó cég létezik (KUKA, ABB, FANUC, MOTOMAN, PANASONIC, REIS, COMAU, Mitsubishi, stb.), ezért fontos megjegyezni, hogy minden gyártó saját programozási nyelvet használ. Így a robotok programozásának témáját lehetetlen egyszeren általános szinten tárgyalni, mivel minden gyártóra más érvényes. Ezért ebben a fejezetben egy tipikus, 6 szabadságfokú robotra koncentrálunk, mivel az iparban ez számít a legáltalánosabb és leggyakrabban használt robotnak. Tárgyalni fogjuk az általános érvény elveket, amelyek erre a robottípusra vonatkoznak, mégpedig a mozgási utasítások rögzítése, mozgás közelítése, és egyszer manipulációs/rakodási feladatokra való alkalmazhatósága tekintetében. Ezt követen a két legnagyobb gyártó, a KUKA és az ABB robotjaira térünk át, és bemutatjuk speciális programozási nyelvüket, a KRL-t és a RAPID-ot. Az ipari robotok különböz módokon programozhatók. Jelenleg a még mindig leggyakrabban alkalmazott módszer az on-line módszer, amikor az operátor a robotot közvetlenül a munkahelyen programozza egy betanító eszköz segítségével. A másik lehetség az ún. off-line módszer. A módszer alapja általában egy szoftver rendszer, amely lehetvé teszi a robotizált munkahely 3D virtuális szimulációját, ahol ezután definiálhatjuk a robot mozgását és útvonalait, majd ezt exportáljuk a megfelel (KRL, RAPID, stb.) program nyelven. Az így létrehozott programot ezután betöltjük a robot vezérl rendszerébe. A módszer elnye, hogy nincs szükség arra, hogy az adott robot fizikailag jelen legyen a programozáskor. Jelenleg a fejlesztk azon dolgoznak, hogy az elz két (on-line, off-line) módszert egyesítsék úgy, hogy mindkét módszer elnyei érvényesüljenek. A következ fejezetekben megvizsgáljuk az ipari robotok fenti két programozási módszerét, azonban a hangsúlyt az on-line módszerre fektetjük. Figyelembe véve a jelenlegi fejlesztési trendeket meg kell említenünk az ún. interaktív ipari robotprogramozást is. Ez az új módszer a robot és az operátor közti interakción (vagy együttmködésen), az ún. emberi-robot interakción (kooperáción) alapszik. Ezt a témát azonban itt nem vizsgáljuk részletesen. Részletek a www.smerobot.org honlapon találhatók.

5.2. On-line programozás Az ipari robotok programozásában manapság még mindig az on-line programozási módszeré a fszerep. A módszer elve, hogy 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 5-1 ábra a robotrendszer alapvet komponenseit mutatja be: a 6 szabadságfokú ipari robotot, a hozzá tartózó vezérl rendszert, és a betanító egységet (pendant). A robot programozása történhet off-line rendszerben is, ahonnan a létrehozott programot egyszeren betöltjük a robot vezérl rendszerébe (CDROM, USB, stb. segítségével).

64

5-1 ábra: Robotrendszer elsdleges alkotóelemei

5.2.1. Felhasználói interfész – betanító egységek A tipikus betanító egység még ma is vezetékkel kapcsolódik a robot vezérléséhez, azonban már dolgoznak a drót nélküli megoldáson, azonban a f problémák továbbra is a biztonsági terület, a nemzetközi biztonsági szabványok, a drót nélküli vészleállító kidolgozása, stb. A létez betanító egységeket alapvet felépítésük alapján két csoportra osztjuk:

x álló elrendezés (5-2 ábra) Álló elrendezés esetén az egység magassága meghaladja annak szélességét, a relatív kis kijelz általában a fels részen helyezkedik el, alatta találhatók a vezérl gombok. Az operátornak általában mindkét kezére szüksége van a megfelel mködéshez.

5-2 ábra: Álló elrendezés betanítóegységek, példák (balról jobbra: Motoman; Reis; Kawasaki; Fanuc)

65

x fekv elrendezés (5-3 és 5-4 ábra) Fekv elrendezés esetén az egység szélessége meghaladja annak magasságát, a kijelz pedig nagyobb, mint az elz csoport esetén. Az operátornak itt is általában mindkét kezére szüksége van, de lehetséges, hogy csak a bal kezével tartja a kijelzt. Az ilyen betanító egységek általában kézi üzemmódban a robot kézi vezérléséhez (jogging, araszolás) beviteli elemeket is tartalmaznak. Ez általában egy 3 szabadságfokú joystick, vagy egy 6 szabadságfokú térbeli egér. Ezeket az elemeket ilyenkor általában az operátor szabad jobb kezével vezérli.

5-3 ábra: ABB betanító egységek, példák (bal: régebbi betanító egység az ABB S4CPlushoz; jobb: újabb betanító egység ABB IRC5 –höz)

5-4 ábra: KUKA betanító egységek, példák (bal: jelenlegi koncepció; jobb: drót nélküli betanító egység prototípusa, érint képernyvel és hangvezérléssel)

5.2.2. 6 szabadságfokú ipari robot Kézi üzemmódban az operátor a robotot két különböz módon (mozgási üzemmódban) vezérelheti:

x Tengelyspecifikus jogging, kapcsolt mozgás Ebben az üzemmódban minden tengely (A1-A6 tengely) önállóan mozgatható – pozitív vagy negatív irányban (5-5 ábra). Az egyes tengelyek konstrukciós elrendezése, helyzete és elhe-

66

lyezkedése befolyásolja a robot munkaterét. Az 5-6 ábrán két példát mutatunk be a tipikus 6 szabadságfokú ipari robot munkaterére.

5-5 ábra: A 6 szabadságfokú ipari robot tengelyeinek elhelyezkedése

5-6 ábra: 6 szabadságfokú robotok tipikus munkaterei (bal: KUKA KR150-2 K: a munkateret a 2-es és a 3-as tengelyek határozzák meg; jobb: ABB IRB 4400: teljes munkatér)

x

Derékszög jogging

Ebben az üzemmódban a szerszám középpontját (TCP – tool center point) mozgatjuk – a derékszög koordináta-rendszer egyes tengelyei (x, y, z) mentén (pozitív vagy negatív irányban), valamint ugyanezen tengelyek körül forgások is kivitelezhetk. A koordináta-rendszer jelölései természetesen gyártóról gyártóra változnak. Az alábbi ábrákon (5-7 és 5-8 ábra) a KUKA és ABB robotok érvényes specifikációit mutatjuk be. Az 5-1 táblázat az összehasonlítást tartalmazza. Kijelenthetjük azonban, hogy három f derékszög koordináta-rendszert alklamaznak:

67

o Világ koordináta-rendszer Ez az alapértelmezett derékszög koordináta-rendszer. A robot alapjához kötött koordinátarendszer – a KUKA esetén a ROBROOT, az ABB-nél a Robot Base Coordinate System – ehhez viszonyul. Ezek a rendszerek a robot pozícióját a világ koordináta-rendszerhez képest definiálják, amely a robot alapjánál helyezkedik el.

o Alap koordináta-rendszer Ez egy olyan derékszög (a felhasználó által megadott) koordináta-rendszer, amely egy adott komponens, munkadarab, raklap, stb. helyzetét definiálja a világ koordinátarendszerhez képest. A KUKA az alap (base) kifejezést használja, az ABB pedig a felhasználói koordináta-rendszer (user coordinate system) és a tárgy koordináta-rendszer (object coordinate system) kifejezéseket (5-8 ábra), azonban a jelentés és a cél mindkét esetben azonos. Az alap (base) koordináta-rendszert pl. 3 pont segítségével adhatjuk meg – sztenderd 3 pontos eljárás (5-8 ábra, X1, X2, Y1 pontok).

5-7 ábra: Koordináta-rendszerek (KUKA)

o Szerszám koordináta-rendszer Ez a rendszer egy TCP-ben elhelyezked derékszög koordináta-rendszer, és relatív, tekintettel az adott alapra nézve.

68

5-8 ábra: Koordináta-rendszerek (ABB) 5.1 táblázat: A KUKA és az ABB robotok által használt koordináta-rendszerek összehasonlítása

KUKA Világ koordináta-rendszer

- Világ koordinátarendszer

Robot alap koordinátarendszer

- ROBROOT

Alap koordináta-rendszer

- BASE

Szerszám koordinátarendszer

- Szerszám koordinátarendszer

ABB - Világ koordinátarendszer - Robot alap koordinátarendszer - Felhasználói koordinátarendszer - Tárgy koordinátarendszer - Szerszám koordinátarendszer

A derékszög koordináta-rendszereket (lásd fentebb) elssorban az ipari robotok programozásának megkönnyítése érdekében használják. A kizárólag a tengely-specifikus jogging használata igen kevéssé lenne praktikus, így a robot vezérlése ún. koordináta-rendszer transzformációt végez, azonban ez is függ a robot gyártójától (KUKA – ABB, lásd 5-9 ábra). Ha az egyes tengelyek értékeit derékszög koordinátákká transzformáljuk, elre haladó vagy direkt transzformációról beszélünk. Ellentétes esetben fordított transzformációról beszélünk.

69

5-9 ábra: Koordináta transzformáció

5.2.3. F mozgástípusok A f mozgástípusok az alábbiak:

x Általános mozgás (5-10 ábra)

5-10 ábra: Általános mozgás

70

E mozgástípus esetén a robot TCP a lehet leggyorsabban mozog P1-bl P2 pontba. Ebben az esetben nem igaz, hogy a leggyorsabb út a legrövidebb, így ez általában nem egyenes vonalú mozgás. Az egyes robot (6 szabadságfokú) tengelyek mozgása rotációs, azaz különböz ívelt (térbeli) útvonalak követése gyorsabb, mint az egyenes vonalú mozgás. Ezen túl meg kell jegyeznünk, hogy miután az operátor elmenti az adott két pontot, és a köztük végrehajtandó mozgástípust, az ered útvonal elre nem ismert. Ezt a mozgástípust általában gyors (kiegészít) pozicionálásra használjuk, általában olyankor, amikor nem áll fenn az ütközés veszélye. A KUKA ezt a mozgástípust PTP-nek nevezi (point-to-point = ponttól pontig), az ABB esetében ugyanezt a MoveJ (joint move = kapcsolt mozgás) utasítás fedi.

x Lineáris mozgás (5-11 ábra)

5-11 ábra: Lineáris mozgás

E mozgástípus esetén a robot TCP a definiált P1 és P2 pontok között egyenes vonalon mozog, adott állandó sebességgel (mm/s). A KUKA ezt a mozgástípust LIN-nek nevezi, az ABB esetében ugyanezt a MoveL utasítás fedi.

x Mozgás köríven (5-12 ábra)

5-12 ábra: Mozgás köríven

71

Köríves mozgás esetén a robot TCP a kezdponttól a végpontig egy körív mentén mozog, adott állandó sebséggel (mm/s). A köríven való mozgást a kiinduló pont (P start), a végpont (P end) és az ún. kiegészít pont (P aux, via point) adja meg. Ez utóbbi definiálja a körívet a kezd és a végpont között. A KUKA ezt a mozgástípust CIRC-nek (circular = köríves) nevezi, az ABB esetében ugyanezt a MoveC utasítás fedi.

5.2.4. Mozgásközelítés Általánosan kijelenthetjük, hogy az alapmozgások (általános, lineáris, köríves) a legtöbb gyakorlati alkalmazás esetén nem elégségesek. Az említett mozgások közös jellemzje, hogy a végponton (P2, P end) a sebesség és a gyorsulás nullához közelít, azaz a robot ezeken a pontokon szinte megáll, és csak ezután kezdi el a következ mozgási utasítás kivitelezését. Ezért inkább az ún. mozgásközelítést (motion approximation) alkalmazzák. Közelítés alkalmazása esetén azonban a robot TCP nem követi pontosan az alpontok koordinátáit, azonban az útvonal simább és gyorsabb. A közelítés kapcsolatban áll a munka ciklusidejének csökkentésével is, ami egy olyan idadat, amelyet a robotcellák tervezésénél mindenképpen figyelembe kell venni.

x Általános mozgásközelítés (5-13 ábra) A robot TCP elhagyja azt az útvonalat, ami közvetlenül vezetne a vég alponthoz (P2) és egy gyorsabb úton éri el a P3 pontot. Ebben az esetben is lehetetlen elre megmondani, pontosan mely úton halad majd a robot.

5-13 ábra: Általános mozgás (PTP, MoveJ); a P2 pontot csak közelítjük

x Lineáris mozgásközelítés (5-14 ábra) A robot TCP elhagyja azt az útvonalat, ami közvetlenül vezetne a vég alponthoz (P2) és egy gyorsabb úton éri el a P3 pontot. Ebben az esetben a közelítési távolság (rádiusz) megadható.

5-14 ábra: Lineáris mozgás (LIN, MoveL), a P2 pontot csak közelítjük

72

x Mozgás köríven (5-15 ábra) A robot TCP elhagyja azt az útvonalat, ami közvetlenül vezetne a vég alponthoz (P end) és egy gyorsabb úton éri el a P pontot. Ebben az esetben a közelítési távolság (rádiusz) megadható.

5-15 ábra: Mozgás köríven (CIRC, MoveC), a P end pontot csak közelítjük

x Példa mozgásközelítésre (5-16 ábra)

5-16 ábra: Példa: robot útvonala közelítéssel: a P1 pontot közelítjük

Tegyük fel, hogy a robot kiindulási pozíciója a p0 pont. A program kód a p0-tol p3-ig való eljutásra a P1 és p2-n keresztül: 1. 2. 3.

MoveL p1, v200, z10, tool1 MoveL p2, v100, fine, tool1 MoveJ p3, v500, fine, tool1

A fenti példa az ABB robotok programnyelvén készült (RAPID programnyelvben). A z10 érték (10 mm rádiusz) kritikus a közelítés szempontjából. A fine értéket a közelítés nélküli mozgásokhoz használjuk.

73

5.2.5. Az ABB robotok alapvet utasításainak áttekintése x

robtarget – a betanítási pontot adja meg, azaz a robot térbeli pozícióját (példa: 5-17 ábra)

5-17 ábra: Példa pont megadására - robtarget, Rapid programnyelv, ABB

x

wobjdata – munkadarab, a felhasználói koordináta-rendszer helyzetét adja meg (felhasználói keret, tárgy keret, miközben a tárgy keret lehet nulla, 5-18 ábra)

5-18 ábra: Példa: munkadarab koordináta-rendszerének megadása - wobjdata, Rapid programnyelv, ABB

x

tooldata – a szerszám koordináta-rendszert és annak további jellemzit adja meg (példa: 5-19 ábra)

5-19 ábra: Példa a szerszám koordináta-rendszerének megadására - tooldata, Rapid programnyelv, ABB

74

x

alapvet mozgási utasítások – általános mozgás, lineáris mozgás, mozgás köríven (példa: 5-20 ábra)

5-20 ábra: Példa mozgási utasításra, Rapid programnyelv, ABB

5.2.6. A KUKA robotok alapvet utasításainak áttekintése A KUKA robotok programjainak alapvet szerkezetét (KRL programnyelv) az 5-21 ábra mutatja be.

5-21 ábra: Mozgási utasítások, példa. KRL programnyelv, KUKA

75

5.2.7. Esettanulmány: Rakodási feladat Feladat: A robotnak két adagoló adagolja (szabálytalan idközönként) az egymást követ komponenseket. A robot a komponenseket az 1-es és a 2-es pozícióról is felveheti. Az adott pozícióban a komponensek jelenlétét egy optikai érzékel jelzi (digitális bemenet). A robot feladata, hogy 45 komponenst elhelyezzen a rakodólapon, majd továbbítsa azt a további feldolgozáshoz (5-22 ábra).

5-22 ábra: Rakodás sematikus ábrázolása

x Folyamatábra – általánosságban Egy adott feladat megoldásakor a program szerkezetének felépítése fontos feladat. Ehhez egy egyszer folyamatábrát használunk, amelynek segítségével a feladatot a különböz jelek által reprezentált részekre/mveletekre bontjuk, ezeket nyilakkal kötjük össze. Így az egész algoritmust ábrázolni tudjuk, ez pedig nagyban segíti a programkód megírását. Az alapvet jelek közé tartozik a négyszög, a lekerekített sarkú négyszög és a paralelogramma (5-2 táblázat). 5.2 táblázat: A folyamatábra alapvet jelei

x a program/folyamat eleje vagy vége

x elágazás (feltétel, stb.)

76

x lépés, mvelet

x Folyamatábra a szóba forgó rakodási feladathoz (5-23 ábra) Az alábbi változókat, jeleket és eljárásokat definiáljuk: o a 45 komponens számlálása – Counter (=számláló) o digitális bemeneti jelek jelzik a komponens jelenlétét az 1-es vagy a 2-es pozíción - Di1 és Di2 o eljárások: a robot felveszi a komponenst az 1-es vagy a 2-es pozícióról Get_From_Pos1 és Get_From_Pos2 o eljárás: komponensek raklapra rakodása - Palletize (=rakodás) o digitális kimeneti a raklap elengedéséhez - Release_Pallet (=raklap elengedése)

5-23 ábra: Rakodás folyamatábrája (Counter=számláló, Get from Posx=Vedd el a pozíció xrl, Palletize=rakodás, Release pallet= raklap elengedése)

77

x A rakodási feladat programja (a program szerkezetét lásd 5-24 ábrán)

5-24 ábra: A rakodási feladat kódja, példa – ABB Rapid programnyelv

78

5.3. Off-line programozás A sztenderd betanító egységgel történ on-line programozási módszer helyett használhatjuk az ún. off-line programozási (OLP) módszert is. Ez a módszer a kinematikán, és esetlegesen a kiválasztott robot dinamikájának szimulációján keresztül a robotizált munkahely 3D sematikus ábrázolását lehetvé tev szoftvereken alapszik (5-25 és 5-26 ábra), és lehetséget ad pontok rögzítésére, valamint útvonalak vagy más robotmveletek megadására is. Az adott mvelet szimulációján alapulva ezután módosíthatjuk és optimálhatjuk a robotcella mveleteit. Általában lehetséges a robot teljes munkaidejének – az ún. ciklusidnek a vizsgálata, a robot munkaterének leképezése, adott alpontok, útvonalak, komponensek, stb. elérésének ellenrzése. Vannak olyan rendszerek is, amelyek pl. komplex alakú komponensek esetén még automatikus útvonal-generálást is lehetvé tesznek. A biztonság szempontjából az OLP rendszerek általában rendelkeznek automatikus ütközésérzékeléssel. Azonban az OLP nem csak a robotcella szimulációjáról szól. A f elny a robot létrehozott pontjainak és útvonalainak exportálásának lehetsége, mégpedig egy olyan programba, amely az adott programozási nyelvnek minden szabályának megfelel (pl. ABB robotok esetén RAPID, KIKA robotok esetén KRL, stb.). Jóllehet ez a jellemz nagyon fontos és a legnagyobb potenciállal rendelkezik a gyakorlati alkalmazások szempontjából, a legtöbb termék mégis csak magára a szimulációra hagyatkozik, és az off-line programok exportálási lehetségei igencsak korlátozottak. Az OLP fent említett lehetségeinek kihasználásával elméletileg a minség és a produktivitás növekedését és a költségek és a gyártás, valamint a robotcella összeszerelési idejének csökkenését érhetjük el. A gyakorlatban azonban általában legalább részben módosítani kell az off-line létrehozott programot az adott munkahelyen, mivel az nem vesz figyelembe minden valós adottságot – a különböz komponensek elhelyezkedése változhat. Ezért elengedhetetlen, hogy a szimulált munkahelyet minél pontosabban definiáljuk. A fentiek tükrében azonban a szoftvergyártók azon kijelentését, hogy az off-line programot csak betöltjük a robot rendszerébe, és már indulhat is a gyártás, fenntartással kell fogadni. Az off-line programozáshoz a kereskedelemben kapható szoftvereket két f csoportra oszthatjuk:

x

a robotgyártók által fejlesztett rendszerek (pl. ABB, KUKA, stb.)

x

szoftverházak által fejlesztett univerzális rendszerek

Az els csoportba tartozó programok általában csak az adott gyártó robotjai esetén alkalmazhatók, ami bizonyos szint hátrányt jelent (nem univerzális). Más részrl azonban az ilyen termékek f elnye, hogy általában a virtuális kontroller elvén alapulnak, amely ugyanazokat a programozási lehetségeket garantálja, mint a valódi betanító egység, és az eredményként megkapott off-line program teljességgel megfelel a valódi robot szintaktikájának és programozási lehetségeinek. Az ilyen rendszerek képviseli például az ABB RobotStudio (http://www.abb.com/), a Kuka.Sim (www.kuka.com) és még sokan mások. A második csoportba tartoznak az univerzális megoldások, amelyek elnye, hogy bármely gyártó bármely robotjával dolgozhatunk, de a saját robot modellünket is létrehozhatjuk (a meglév CAD modellekbl). Ebben az esetben a tervezés során könnyebben eldönthetjük, mely robot felel meg legjobban az igényeinknek. Hátrány lehet azonban az alacsonyabb pontosság a munkaciklusok számítása esetén, és a szimulált útvonalak is eltérhetnek a robot valódi útvonalától: ez elssorban az ún. általános mozgások (PTP mozgás, kapcsolt mozgás) esetén jelenthet problémát. Azonban mivel a gyakorlatban a robot útvonala elssorban lineáris és köríves mozgásokból áll, az általános mozgás eltérései elhanyagolhatóak lehetnek. A vázolt eltérések oka a kinematikai számítások általános volta, mivel a robotgyártók általában nem osztják meg saját algoritmusaikat kívülállókkal. Az ilyen rendszerek tipikus képviseli pl. az EASY-ROB (http://www.easy-rob.de/), RobotWorks (http://www.robotworks-

79

eu.com), Workspace5 (www.workspace5.com), http://www.robcad.de/), és a DELMIA (www.delmia.com).

eM-Workplace

5-25 ábra: Példa: munkahely szimulációja ABB robottal, manipulációs mvelet

5-26 ábra: Példa: Munkahely szimulációja FANUC robottal, hegesztés

80

(Robcad,

6. Robotizált munkahelyek biztonsága A robotizált munkahelyek átadása eltt szükség van egy munkahelyi kockázatelemzés elvégzésére. Az analízisnek ki kell terjednie minden lehetséges veszély felmérésére, ami a robotizált munkahely teljes életciklusa alatt felléphet. Figyelembe kell tehát venni a következ életszakaszokat: szállítás, összeszerelés és installáció, üzembe helyezés, használat (mködés és karbantartás), használatból történ kivonás (szétszerelés és hulladékkezelés). Amint minden lehetséges veszélyforrást azonosítottunk, fel kell mérnünk az egyes kockázati tényezket. Ennek alapja a lehetséges kár (sérülés) és az elfordulás valószínségének meghatározása. Nagymérték kockázati tényezk estén a kockázat csökkentése érdekében szükség van a védintézkedések megtételére. A kockázat csökkentésének elsrend módja a konstruktív intézkedések megtétele. Ha erre nincs mód, biztonsági óvintézkedéseket (befedés, biztonsági érzékelk, stb.) kell tennünk. A kockázat csökkentésének utolsó szintje a felhasználók informálása matricák, illetve táblák segítségével. A felhasználót minden maradványkockázatról is informálnunk kell.

6.1. Kifejezések és definíciók kár – fizikai sérülés vagy orvosi eset, tulajdonban vagy háziállatokban esett kár veszély – kár (sérülés) potenciális forrása veszélyes terület – minden a robot munkaterén belül elhelyezked vagy azt körülvev terület, ahol egy személy kockázatnak lehet kitéve veszélyes esemény – minden olyan esemény, amely kárt (sérülést) okozhat veszélyes helyzet – körülmények, amelyek folytán az adott személy legalább egy kockázati tényeznek van kitéve kockázat – a kár (sérülés) valószínségének és komolyságának kombinációja kockázat felmérése – kár (sérülés) lehetséges komolyságának és elfordulási valószínségének meghatározása kockázatbecslés – annak eldöntése, vajon a kockázati analízis alapján hozott kockázatcsökkentési intézkedések elérték-e céljukat kockázatértékelés – a kockázatanalízisbl és –becslésbl álló folyamat maradványkockázat – az óvintézkedések megtétele után fennálló kockázat óvintézkedés – a kockázat csökkentésére tett intézkedés a robot rendeltetésszer használata – a használati útmutatóban szerepl információknak megfelel használat ésszeren elrelátható téves / helytelen használat – a robot a tervez által elre nem látott használati módja, amelynek oka könnyen felmérhet emberi viselkedés robot, ipari robot – automatikusan vezérelt, programozható többcélú manipulátor, 3 vagy több tengelyen programozható, helyhez kötött vagy mozgó, amelyet ipari automatizálásra használunk végszerszám – a mechanikai interfészhez csatlakoztatandó eszköz, amely segítéségével a robot feladatát elvégzi robotrendszer, ipari robotrendszer – egy robotot, egy (vagy több) végszerszámot és a robot mködéséhez szükséges berendezést, eszközt vagy érzékelt tartalmazó rendszer véd leállás – az aktivitás olyan leállása, amely lehetvé teszi a robot megelz jelleg leállását, és amely során a program logikája nem vész el, így könnyen újraindítható tér – háromdimenziós tér, amely az összes munkadarab minden lehetséges pozícióját tartalmazza maximális tér – a robot mozgó alkatrészeinek a gyártó által megadott tere, valamint a végszerszám és a munkadarab által elfoglalt tér csökkentett tér - a maximális tér adott korlátok által csökkentett része mködési tér – a csökkentett tér a program kivitelezésekor a gyakorlatban bejárt térrésze

81

a vezérl rendszer biztonsági része – a vezérlrendszer azon része, amely reagál a biztonsági bejöv jelekre és létrehozza a biztonsági kimen jeleket kategória – a vezérlrendszer a biztonsággal kapcsolatos részeinek a hibákkal szembeni ellenállás és a szerkezeti tervezésbl adódó hibaeseti viselkedés szempontjából való osztályozása nem kontrollált megállás – a robot leállása, amelyet a robot vezérlésének tápfeszültségkiesése okoz kontrollált megállás – a robot megállása, ekkor azonban a vezérlés továbbra is feszültség alatt marad együttmködéses mvelet – az adott célhoz épített robot a csökkentett mködési térben közvetlenül együtt dolgozik az emberi operátorral

6.2. A robotok konstrukciójával szembeni követelmények Az ipari robotok terén belül, valamint körülöttük található az ún. veszélyes terület, amelyen belül az operátor számára a sérülés veszélye áll fenn (például automata tevékenység, vagy a robot vagy annak részei tulajdonságai következtében). Az esetek többségében megfelel óvintézkedések segítségével meg kell akadályozni az emberek e térbe való bejutását. A következ alfejezetek a robotok veszélyes elemeivel és tulajdonságaival foglalkoznak.

6.2.1. Gépi hajtású komponensek Ilyen komponens például az erátviteli tengely, a nyitott hajtások, a hajtószíjak és minden más a meghajtást szolgáló eszköz. Az ilyen forrásokból származó veszélyeket vagy fixen installált, vagy mozgó burkolat segítségével kell elhárítani. Biztonsági tulajdonságok szempontjából a burkolatnak meg kell felelnie a 6.3 fejezetben ismertetett követelményeknek.

6.2.2. Tápfeszültség-kimaradás vagy -ingadozás A robotok és végszerszámok szerkezete bármilyen elektromos, hidraulikus, pneumatikus vagy vákuumenergia kimaradása vagy ingadozása esetén sem hozhat létre veszélyes helyzetet. Az energiaellátástól függetlenül, mechanikai elven (pl. rugóval) kell biztosítani a kezelt tárgy felvételét, és ha lehetséges, a tápenergia csak a tárgy elengedéséhez legyen szükséges. Ahol ez nem megoldható, a potenciálisan veszélyes helyzet elfordulását más biztonsági intézkedések segítségével kell biztosítani (hidraulikus zár, energia akkumulátor, stb.). A tápenergia visszatérése nem indíthatja el a robot vagy a végszerszám automatikus mozgását.

6.2.3. Tápellátás A robothoz tartozó berendezésekhez vezet minden veszélyes tápvezetéket (elektromos, mechanikus, hidraulikus, pneumatikus, stb.) önállóan el kell tudni távolítani, hogy lehetséges legyen a biztonsági kizárás.

6.2.4. Látens energia A robot kezeljének (beállító, karbantartó) lehetséget kell biztosítani a látens energia kontrollált felszabadítására. A látens energia minden forrását (pl. srített leveg- vagy nyomásfolyadék-tároló tartály, kondenzátor, akkumulátor, rugó, kiegyensúlyozó súly, lendkerék) megfelel biztonsági felirattal kell ellátni.

82

6.2.5. Elektromágneses kompatibilitás (EMC) Az elektromágneses interferencia (EMI), a rádiófrekvenciás interferencia (RFO) vagy az elektromos kisülések (ESD) által okozott zavaró jelek kiváltotta veszélyes mozgások, vagy helyzetek elkerülése érdekében a robotok konstrukciójának meg kell felelnie az IEC 61000nak.

6.2.6. Elektromos berendezés A robot elektromos berendezéseinek meg kell felelniük az IEC 60204-1 megfelel rendelkezéseinek. Ez a szabvány a gépek elektromos berendezéseire vonatkozó követelményeket és utasításokat határozza meg, különös tekintettel a személyzet és a tárgyi eszközök biztonságára, a vezérljelekre adott válaszok következetességére és a karbantarthatóságra.

6.2.7. Vezérlelemek A vezérlelemeknek alkalmasnak kell lenniük a véletlen beindítás elleni védelemre (pl. kulcscsal aktiválható kapcsoló, vagy fedett gomb alkalmazásával). A vezérlelemek állapotának világosan láthatónak kell lenniük (tápellátás bekapcsolva, hibaészlelés, automata mködés), funkciójukat pedig egyértelmen fel kell tüntetni. A robot operációs rendszerének biztosítani kell, hogy az egyetlen programozási eszközrl (panelról) történ irányítás esetén az egy másik vezérleszközrl nem deaktiválható, illetve a vezérlés irányítása nem átvehet.

6.3. A vezérlrendszer biztonságreleváns részeivel szembeni követelmények A robot biztonsági vezérlrendszerének az ISO 13849-1-ben leírt kategóriáknak (l. 6.4 fejezet) kell megfelelniük. Ez a szabvány a vezérlrendszer biztonsági szempontból releváns részeivel (safety-related parts of control systems, SRP/CS) szembeni követelményeket és utasításokat írja le, ideértve a szoftver részletes tervét is. A szabvány az alkalmazott technológia és tápenergia típusától (elektromos, hidraulikus, pneumatikus, mechanikus, stb.) függetlenül érvényes. A robot vezérlrendszere biztonsági szempontból releváns részeinek meg kell felelniük az alábbi követelményeknek: x x x x

egyetlen alkatrész meghibásodása sem vezethet a biztonsági funkció kieséséhez; ha ez ésszeren megvalósítható, minden egyes hibát még a biztonsági rendszer következ alkalmazása eltt ki kell tudni mutatni; ha hiba lép fel, a biztonsági funkciónak mködésbe kell lépnie, és a hiba elhárításáig a biztonságos helyzetet meg kell tudni rizni; minden ésszeren elre látható hibát fel kell tudni ismerni.

Ezek a követelmények megfelelnek az ISO 13849-1-ben foglalt 3-as kategória követelményeinek. Azonban az egyetlen hiba felismerésére irányuló követelmény nem biztosítja, hogy minden hibát felismerünk. Ennek eredményeképpen tehát a fel nem ismert hibák felhalmozódása nem kívánt bemeneti jeleket generálhat, ami a robot körül veszélyes helyzetet válthat ki. A hibafelismerés gyakorlati intézkedései közé tartozhat például a redundáns elektromos kapcsolatok létesítése, vagy relékapcsolatok beépítése.

83

6.3.1. Vészleállító funkció Minden olyan helyet, ahonnan a robot elindítható, vagy valamely veszélyes helyzet kezdeményezhet el kell látni egy kézi vészleállítóval, amelynek: x x x x x x x x

kategória 0 vagy kategória 1 megállásként kell mködnie (a vészmegállás kategóriájának kiválasztása a kockázatelemzés eredményén alapul); minden más funkciót és tevékenységet felül kell írnia (legnagyobb prioritással bír); bármely vészhelyzet esetén biztosítani tudja a megállást; a robot minden hajtásának energiaellátását megszakítja (kategória 0), vagy úgy kell mködnie, hogy a veszélyes mozgást mielbb megszüntesse (kategória 1) anélkül, hogy további veszély lépne fel; egynél több vezérlegység alkalmazása esetén a vészleállást bármely egységbl kiindulva kiviteleznie kell, a robot mködtetésébl származó minden más veszélyt ki kell küszöbölnie; az újraindítás pillanatáig aktívnak kell maradnia, és az újraindítás kizárólag kézzel történhet, a vészleállás csak lehetvé teheti, de nem okozhatja az újraindulást.

6.3.2. Biztonsági leállás A robotnak legalább egy, a küls biztonsági eszközökhöz való kapcsolatot biztosító biztonsági megszakító áramkörrel (kategória 0 vagy 1) kell rendelkeznie, ahol: x x

a kategória 0 leállás olyan leállás, amikor a robot vezérlésének tápenergia-ellátása azonnal megszakad (nem kontrollált megállás), és a kategória 1 leállás olyan leállás, amikor a robot vezérlésének tápenergia-ellátása nem szakad meg a kontrollált leállásig (a leállás után a tápenergia-ellátás megsznik).

A küls biztonsági eszköz aktiválásakor a biztonsági megszakító áramkörnek a robot minden mozgását meg kell állítania, a robot hajtásairól le kell választani a tápenergia-ellátást és minden más, a robot vezérlésébl adódó veszélyes helyzetet meg kell szüntetnie a megállásig. A megállás kezdeményezhet kézileg, vagy a vezérléséi logika segítéségével is.

6.3.3. Csökkentett sebesség Ha csökkentett sebesség mködést állítunk be, a végszerszám tartókarimájának és a kezelt tárgy referenciapontjának sebessége nem haladhatja meg a 250 mm/s-es sebességet. A csökkentett sebesség mködés vezérlésének úgy kell mködnie, hogy a robot sebessége ezt a sebességet tetszleges ésszeren várható meghibásodás esetén sem lépheti túl.

6.3.4. Üzemmódok Az üzemmódot (automata vagy kézi) biztonságos eszközök (pl. üzemmód-választó kapcsoló) segítségével kell tudni kiválasztani, amelynek: x x

a kiválasztott üzemmódot egyértelmen fel kell tüntetni, és a robotot nem szabad egyedül mozgatnia vagy veszélyhelyzetet létrehoznia.

Az automata üzemmód esetén a robot csak felhasználói program alapján mködhet. A robotvezérlés nem lehet kézi üzemmódban, a biztonsági óvintézkedéseknek pedig aktívnak kell lenniük. Bármilyen, a megállásra okot adó helyzet észlelése esetén a mködés automata

84

üzemmódban történ újraindulását meg kell akadályozni. Az automata üzemmódról való elkapcsolásnak az automata üzemmód leállását kell eredményeznie. A kézi üzemmód a robot araszoltatására, betanítására, programozására vagy a program ellenrzésére szolgál, valamint a robot szervizelése esetén is alkalmazható. Kézi üzemmódban a robotot vagy csökkentett sebesség, vagy kézzel változtatható sebesség üzemmódban használjuk. A kézi üzemmód beállítása nem eredményezheti a robot automata üzemmódját.

6.3.5. Vezérlés a betanítóegység segítségével Amennyiben a robot biztonsági területén belül lehetség van a betanítóegység vagy más vezérlés használatára, az eszköznek meg kell felelnie az alábbi követelményeknek: x x

x x x x x x x x x

A robot betanító- vagy más vezérlegységgel való mködtetése esetén csökkentett sebesség üzemmódot kell használni. Amennyiben a betanítóegység lehetséget ad nagyobb sebesség kiválasztására is, lehetségesnek kell lennie a következknek: az eszköz mködésének megszüntetése, a sebesség fokozatos növelése az alapsebességtl a programozott legmagasabb értékig, a beállított sebesség kijelzése (pl. a kijelzn). A betanítóegység minden gombjának és egyéb vezérlfunkciójának felengedésekor a robot mozgásának le kell állnia. A betanítóegységen található vezérlknek háromállásúnak kell lenniük, és elengedésük, vagy a középs álláson túl történ nyomásuknak meg kell akadályoznia a veszélyes helyzetet. A vezérlk lehetnek a betanítóegység részei, de lehetnek attól függetlenek is, de minden más mködési és vezérlési funkciótól függetlenül kell mködniük. Ha egy vezérln több kapcsoló is található, egyetlen gomb teljes lenyomásának a többi gomb mködésének kizárását és biztonsági megállást kell eredményeznie. Ha több vezérlegység is egyszerre aktív (azaz a biztonsági térben több személy is tartózkodik vezérlegységgel), a robot mködése csak abban az esetben lehetséges, ha minden vezérl az adott pillanatban a középs (aktivált) állapotban áll. A vezérleszköz jelének megszakadása nem okozhat olyan hibát, amely aktiválja a robotot. Minden betanító- vagy más vezérlegységnek rendelkeznie kell vészleállító funkcióval. A betanítóegység nem indíthat automata robotmveletet. Az automata mvelet beindítása eltt egy, a biztonsági téren kívülrl érkez, független megersítés szükséges. Ha a betanítóegység egy csoport robotot vezérel, egy vagy több robot önálló vagy egyidej mködését is lehetvé kell tennie. Kézi üzemmód esetén a robotrendszer minden funkcióját mindössze egyetlen betanítóegység vezérelheti.

6.3.6. Követelmények operátorral való együttmködés esetén Az operátorral való együttmködésre tervezett robotoknak meg kell felelniük az alábbi követelményeknek: x x

Egyértelm vizuális jelzés jelöli, mely robot van éppen együttmködési üzemmódban. Azonnali leállás, amint az operátor belép a robot munkaterébe. Amint az operátor elhagyta a munkateret, a robot visszatérhet az automata üzemmódba.

85

x x x

Kézi irányítás esetén az irányító eszköznek a végszerszámhoz közel kell elhelyezkednie, és rendelkeznie kell vészleállító és aktiváló berendezéssel. A robot csak csökkentett sebességgel üzemelhet, ez nem haladhatja meg a 250 mm/s-ot. A robotnak megfelel távolságot kell tartania az operátortól, ennek a távolságnak meg kell felelnie az ISO 13855 követelményeinek. A biztonsági távolság be nem tartása esetén biztonsági megállásnak kell bekövetkeznie. A robot konstrukciójának biztosítani kell, hogy a karimán vagy a kezelt tárgy referenciapontján legfeljebb (a kockázatelemzés által meghatározva) 80 W vagy 150 N hat. A tervezésbl adódóan ezt vagy a konstrukciónak, vagy a vezérlésnek biztosítania kell.

6.4. A vezérlrendszer biztonságreleváns részeinek kategóriái 6.4.1. B kategória A B kategória a biztonsági kategóriák közül a legalapvetbb kategória, amelyet szabványok és szabályok határoznak meg. Az ide tartozó rendszerek nem rendelkeznek diagnosztikával, és két veszélyes hiba között lehet, hogy csak rövid idtartam telik el. A 6-1 ábra egy tipikus B kategóriás áramkört ábrázol: a motor be-/kikapcsolója egy szabványos START gomb és egy lezárható STOP gomb. STOP esetén a motor a start gombbal, az R kontaktor segítségével indítható, és a start gomb elengedése után a bekapcsolt állapotot az R kontaktor kiegészít érintkezje biztosítja. A megálláshoz az E_STOP gombot használjuk, azonban hiba esetén, pl. az R kontaktor érintkezinek leolvadása után a veszélyes mozgás nem áll meg.

6-1 ábra: B kategóriába tartozó mszaki megoldás, példa

6.4.2. 1-es kategória Ez a kategória a B kategórián alapul, azonban kötelez a megbízható biztonsági alapelvek és vezérlelemek használata. Vegyük például a 6-2 ábrát: ez az áramkör megbízható komponensekbl épül fel. Ilyen például a helyzetkapcsoló. A megbízható biztonsági alapelvek közé tartoznak az alábbiak: • kényszerített elengedés – pl. az érintkezket fix bütykös kötés kapcsolja össze, ld. 6-3 ábra. • pozitív vezérlés • pozitív irányítás • túltervezés

86

Példa lehet a 6-2b ábrán bemutatott áramkör, ahol a vezérlelemek kapcsolata gyakorlatilag nem különbözik a B kategóriába tartozó megoldásoktól, kivéve az ellenrzlámpát, amely a motor állapotát jelzi (mködik vagy nem) az operátor számára. Az 1-es kategóriájú rendszerek sem rendelkeznek diagnosztikával, de az egyes áramkörök meghibásodásai között hosszú idnek kell eltelnie.

6-2 ábra: 1-es kategóriába tartozó megoldás blokkdiagramja, és példa

6-3 ábra: Érintkezés kényszerített elengedése

6.4.3. 2-es kategória Ez a kategória tulajdonképpen a B és az 1-es kategória kombinációja, azonban ezen túl meg kell felelnie a vezérl elemekkel szembeni azon követelménynek is, hogy azok funkciója bizonyos esetekben ellenrizhet legyen. Az ellenrzést vagy a berendezés beindításakor, vagy a veszélyes helyzet létrejötte eltt kell elvégezni. Az elvre példa a 6-4a ábra, amely világosan mutatja az elz kategóriáktól való eltérést, a periodikus (ciklikus) ellenrz részt. A gyakorlati megvalósítás példáját a 6-4b ábrán láthatjuk, ahol a start gomb ketts funkcióval bír, a START funkció a gomb megnyomása és elengedése esetén elindítja a berendezést, a TEST funkció pedig a gomb nyomva tartása esetén aktiválódik, ekkor a motor még várakozó üresjárati állapotban marad, és csak a gomb elengedésekor indul be. Az áramkör magasabb szint biztonságát a két kapcsoló érintkez soros kapcsolása adja. A 2-es kategóriájú rendszerek esetén a vezérl rendszer minden biztonságreleváns alkatrészére átlagos diagnosztikai lefedettséget kell biztosítani. Ide tartozik az alacsony szint hibafelismerés is. Az egyes áramkörök meghibásodásai között rövid vagy hosszú id is eltelhet.

87

6-4 ábra: 2-es kategóriába tartozó megoldás blokkdiagramja, és példa

6.4.4. 3-as kategória Ez a kategória tulajdonképpen a B és az 1-es kategória kombinációja, azonban ezen túl meg kell felelnie a vezérl elemekkel szembeni azon követelménynek is, hogy azok meghibásodását észlelni kell, mieltt az a biztonsági funkció megzavarásához vezethet. Az elvre példa a 6-5a ábra, amely a leggyakrabban alkalmazott ketts biztosítást, az egyes vezérlési ágak egymás kölcsönös biztosítását mutatja be. A gyakorlati megvalósítás példáját a 6-5b ábrán láthatjuk, a START és a STOP gombok esetén is redundáns (ketts) összeköttetés valósul meg. Az egyik áramkör meghibásodása esetén a mködés a másik áramkörön keresztül továbbra is biztosított.

6-5 ábra: 3-as kategóriába tartozó megoldás blokkdiagramja, és példa

6.4.5. 4-es kategória Tulajdonképpen ez a kategória is a B és az 1-es kategória kombinációja, azonban ezen túl meg kell felelnie a vezérl elemekkel szembeni azon követelménynek is, hogy azok meghibásodását észlelni kell, mieltt a biztonsági funkció megzavarásához vezethet, de a 3-as

88

kategóriától eltéren, több egyidej észleletlen meghibásodás sem vezethet a rendszer funkciójának elvesztéséhez. Az elvre példa a 6-6a ábra, amely a leggyakrabban alkalmazott ketts biztosítást, az egyes vezérlési ágak egymás kölcsönös biztosítását mutatja be, az egyes ágak közötti kommunikációval. A gyakorlati megvalósítás példáját a 6-6b ábrán láthatjuk, a START és a STOP gombok esetén is redundáns (ketts) összeköttetés valósul meg. Az egyik áramkör meghibásodása esetén a mködés a másik áramkörön keresztül továbbra is biztosított, azaz eddig ez az áramkör megegyezik a 3-as kategóriájú áramkörrel. A különbség azonban, hogy több egyidej meghibásodás esetén, pl. a K1 és K2 érintkezk leolvadása esetén a biztonsági funkció továbbra is él, és a mozgás nem indítható újra.

6-6 ábra: 4-es kategóriába tartozó megoldás blokkdiagramja, és példa

6.5. Biztonsági védberendezések 6.5.1. Vészkapcsoló A vészkapcsolókra vonatkozó követelményeket az EN ISO 13850-es szabvány tartalmazza. Ez a nemzetközi szabvány a vészkapcsolókra vonatkozó funkcionális követelményeket és a konstrukciós alapelveket a vezérlésben alkalmazott tápenergia jelegétl függetlenül határozza meg. A jelen könyv céljainak szempontjából az ember által kezdeményezett vészmegállást kiváltó eszközöket tekintjük vészkapcsolónak. Alakja lehet gomba alakú nyomógomb, drót, húzózsinóros kioldókötés, kapcsoló, fogantyú vagy akár lábi kapcsoló, és az operátor által elfoglalható minden vezérlhelyen rendelkezésre kell állnia. A vészkapcsoló minden esetben egy vörös gomb vagy kapcsoló sárga háttérrel, mködési elve szempontjából pedig a közvetlen kényszerített megállási elven kell alapulnia, és mechanikailag biztosítva kell maradnia a leállást követen is.

89

6-7 ábra: Vészkapcsolók, példák

6.5.2. Biztonsági fényfüggöny A biztonsági fényfüggönyre, mint biztonsági berendezésre az EN 999 szabvány vonatkozik. A biztonsági fényfüggöny segítségével a veszélyes terület körül „fénykerítést” hozunk létre, amely a teret a behatolás ellen védi. A biztonsági fényfüggöny szabad behatolást enged a védett területre, azonban a fénysugár megszakításakor a veszélyes mozgás azonnal megáll. Az ilyen védfüggönyt az S biztonsági távolságban állítják fel, ez a távolság az érzékelési mez és a veszélyes terület közötti legkisebb távolság. S = (KuT) + C ahol: K – Az operátor testének (testrészének) közelít sebessége. Az operátor teljes teste esetén: K=1600 mm/s. T – a veszélyes mozgás leállásához szükséges id C – kiegészít távolság, amely már behatolásnak számít, azonban még nem szakítja meg a fénysugarat. Kinyújtott karra: C=850 mm. Ez a távolság biztosítja, hogy kizárjuk a fényfüggönyön történ egyszer átnyúlás okozta veszélyt. Ha a fénysugarak száma nem éri el a hatot, általában biztonsági sorompóról beszélünk (6-8 ábra).

6-8 ábra: SICK biztonsági fénysorompó

90

Szélsséges eset a mindössze egyetlen fénysugárból álló fénysorompó. Ezeket egyszerségük és alacsony áruk miatt gyakran használják kevésbé komplex alkalmazások esetén. Az ilyen egyszer fényfüggönyök esetén az adó és a vev akár egyetlen házban is elhelyezkedhetnek (ún. reflektív optikai sorompók, 6-9 ábra). Ebben az esetben az ellentétes oldalon elhelyezett tükör veri vissza a sugarat a vevhöz. Az észlelt tárgy megszakítja a visszavert sugarat, ez pedig a kimeneti jel megváltozásához vezet. Az adó és a vev közös lencsén keresztül mködik, a kibocsátott sugár áthalad az osztótükrön, majd a lencsén a visszaver egység felé, majd a tükör visszaveri a fényt a lencséhez.

6-9 ábra: Reflektív optikai sorompó

Másik lehetség, hogy az adó és a vev ellentétes oldalon helyezkednek el (ún. egyutas fényfüggönyök 6-10 ábra). Ekkor a tárgy megszakítja a fénysugarat és triggereli a vevt, függetlenül felületének anyagi minségétl.

6-10 ábra: Egyutas fényfüggöny

Többsugaras fényfüggönyök esetén a hézag, azaz a szomszédos sugarak közötti távolság határozza meg a fényfüggöny felbontását és hatékonyságát. Minél kisebb a hézag, annál kisebb a legkisebb észlelhet behatoló tárgy. A fényfüggöny felbontásának összhangban kell lennie a kívánt biztonsági szinttel. Ha például az operátor ujjának sem szabad behatolnia a térbe, 14 vagy 20 mm-es felbontású fényfüggönyt kell alkalmaznunk. AZ operátor kezének védelmére elég a 30 vagy 50 mm-es felbontás, ha pedig felntt személyek behatolását kell megakadályoznunk, használjunk 100 mm-es felbontást.

6-11 ábra: Fényfüggönyök, példák

91

6.5.3. Biztonsági lézeres letapogató A biztonsági fényfüggönnyel szemben a biztonsági lézeres letapogatókat az operátor veszélyes térben való jelenlétének felismerésére használjuk. Ezek általában a padló fölött 300 mm-re helyezkednek el.

6-12 ábra: Lézeres letapogatók

A lézeres letapogatók alapelve az infravörös fénysugarak kibocsátása. A fotodióda által kibocsátott fénysugár áthalad az optikai rendszeren, beesik a forgó tükörre, amely eltéríti, és ezáltal létrehozza a köríves rzött területet. Amint a sugár áthalad a téren, visszaverdik az rzött területen található tárgyról vagy személyrl, majd ezeket a visszavert sugarakat érzékeli a detektor. A 6-13 ábra a SICK lézeres letapogatók két alkalmazását mutatja be. A 6-13a ábrán egy olyan programozott letapogatót látunk, amely két zónát véd. Ha az operátor belép az els zónába, a szkenner figyelmezteti, hogy veszélyes zónához közelít. Ha ennek ellenére is tovább halad és belép a második zónába, a robot leáll. A 6-13b ábra két felváltva rzött területet mutat. A váltakozás módja a programozás függvénye.

a

b

6-13 ábra: Lézeres letapogatók alkalmazásai

92

6.5.4. Szilárd korlátok A veszélyes területek védelmére gyakran alkalmaznak szilárd korlátokat. Ha a veszélyes területet a korlát felett vagy azon keresztül elérhet, akkor ezt is figyelembe kell venni, mégpedig mind az alsó, mind pedig a fels végtagok szempontjából. A biztonsági távolságokról az EN ISO 13857 rendelkezik.

6-14 ábra: Példák: végtag átnyúlása a korlát felett vagy azon keresztül

6.5.5. Biztonsági ajtóérzékelk Ha a veszélyes zóna rzésére szilárd korlátokat használunk, a terület csak adott belépési pontokon keresztül közelíthet meg. Ezeket a bejáratokat biztonsági ajtóérzékelkkel kell ellátni, amely jelez a rendszernek, ha valaki belép a térbe. Belépéskor (az ajtó kinyitásakor) a biztonsági áramkör megszakad, a veszélyes mozgás pedig megáll.

6-15 ábra: SICK biztonsági zárak

93

A megoldás

B megoldás

6-16 ábra: Kilincses és kizárásos biztonsági zárak mködési elve

A 6-16 ábrán látható ajtó az 1-es helyzetben be van zárva és biztosítva. Miközben az A megoldás biztosítja, hogy a tápellátás kiesése esetén a kioldó-érintkezk (21-22) zárva és biztosítva maradnak, a B megoldás ebben az esetben lehetvé teszi az ajtó kinyitását. A 2-es helyzetben az A megoldás esetén feszültség kerül a tekercsekre (A1, A2), miközben a B megoldásnál a tekercs áramellátása megszakad, így a kioldó-érintkezk (21-22) elengednek, és az ajtó kinyitható. A 3-as helyzetben az ajtó kinyitását látjuk, amikor az aktuátorok blokkolását okozó helyzeti érintkezk (11-12) nem érintkeznek.

6.5.6. Biztonsági sznyegek A biztonsági sznyegek a veszélyes terület nagyobb környezetének biztosítására alkalmasak. Minden veszélyes mozgás megsznik, amint valaki a sznyegre lép. A sznyeg két érintkezlapból áll, amelyek alapesetben adott távolságra helyezkednek el egymástól. A sznyegrelépéskor az operátor súlya hatására az 1-es és 2-es lap érintkezik, és kiváltja a veszélyes mozgás megállításához szükséges parancsot. Az operátor megcsúszásának kivédése érdekében a fels érintkezlap általában csúszás elleni védbevonattal van bevonva.

6-17 ábra: Biztonsági sznyeg keresztmetszete

6.6. Példa robotizált munkahely biztosítására A 6-18 ábra egy biztonsági elemek kombinációjával felszerelt robotizált munkahelyet ábrázol. Minden bejáratnál vészkapcsolóval ellátott távvezérl található. Minden forgó asztal körül található területet többsugaras optikai függöny véd, és a bejárati ajtó biztonsági zárral van

94

ellátva. A maradék teret szilárd korlát keríti el. A második munkahelyet három oldalról szilárd korlát védi, és a teljes bels teret lézeres pásztázó felügyeli.

6-18 ábra: Példa robotizált munkahely védelmére

95

Irodalom

[1] [2] [3] [4]

BELJANIN,P.N.: Promyšlennyje roboty. Mašinostrojenie, Moskva, Rusko, 1975 HAVEL,I.M.: Robotika. Úvod do teorie kognitivních robot. SNTL, Praha, 1980 MATIKA,R.- TALÁCKO,J.: Mechanismy manipulátor a prmyslových robot. SNTL Praha, 1991 NODA,K.: Posobije po primenniju promyšlennych robotov. Mir, Moskva, Rusko, 1975 (fordítás japánról)

96

Mechatronika Modul 10: Robotika Munkafüzet 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

1.

Kérdés: Milyen lehetségek állnak rendelkezésre a robotok programozásához? On-line programozás - ………………………………………………….……………………... …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. Off-line programozás – ………………………………………………………………….……... …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

Hibrid programozás – ………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. Programozás közvetlen tanulással - ……………………………………..…….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. Közvetett tanítás – ……………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

2.

Kérdés: Hogyan osztályozzuk a megfogó szerkezeteket …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

3.

Kérdés: Számítsa ki a lineáris folyadékalapú motor átmérjét az alábbi ábra alapján!

…………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 4.

Kérdés: Írja le és vázolja az egyes az ipari robotok és manipulátorok szerkezetei esetén alkalmazott kinematikai párok típusait Transzlációs kinematikai pár (T) - …………………………………………………………..… …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………………

Rotációs kinematikai pár (R) - ………………………………………………...……………… …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………….………

5.

Kérdés: Ipari robotok és manipulátorok esetén miért használnak periferális eszközöket? …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

6.

Kérdés: Milyen mveletet végeznek a periferális eszközök? …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

7.

Kérdés: Milyen elnyökkel jár a periferális eszközök alkalmazása a robotizált technológiai munkahelyeken? …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

8.

Kérdés: A periferális eszközök milyen konstrukciós megoldások szempontjából vett osztályait ismerjük? …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

9.

Kérdés: A periferális eszközöket hogyan csoportosítjuk a funkciójuk szempontjából? ……………………………………………………………………………………………….….. a) ………………………………………………………………………………………………. ..…………………………………………………………………………………………..… b) ………………………………………………………………………………………………. ..………………………………………………………………………………………..…… c) ………………………………………………………………………………………….…... ………………………………………………………………………………………….……

10. Kérdés: A periferális eszközöket hogyan csoportosítjuk az alapvet konstrukciós jellemzik szempontjából? …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 11. Kérdés: A periferális eszközöket hogyan csoportosítjuk a tárgyak mozgatási módjának szempontjából? …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 12. Kérdés: A periferális eszközöket hogyan csoportosítjuk azok konstrukciós jellemzi szempontjából? …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

13. Kérdés: Milyen konvéjor típusokat ismer? …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 14.

Kérdés: Mire használjuk a hegesztési pozicionálókat és szerelvényeket? …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

15. Kérdés: Sorolja fel egy robotizált munkahely alapvet alkotóelemeit, és írja le a legfontosabbakat! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

16. Kérdés: Írja le a robotizált munkahely vezérlésének lehetségeit a más perifériákkal való összekapcsolás szempontjából. Rajzoljon szemléltet ábrát! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 17. Kérdés: Sorolja fel a robotizált ívhegeszt munkahely legfontosabb elemeit! Alapvet elemek: …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

Kiegészít elemek: …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 18. Kérdés: Sorolja fel a robotizált ponthegeszt munkahely legfontosabb elemeit! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 19. Kérdés: Az ipari robotok mely típusát használják leggyakrabban egyszer manipulációs feladatokhoz, például rakodáshoz? Írja le a konstrukciót, és magyarázza meg annak fontosságát! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

20. Kérdés: Sorolja fel a robotizált bevonás f elnyeit! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

21. Kérdés: Sorolja fel a bevonási mvelethez alkalmazott ipari robotok alapvet elemeit! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 22. Kérdés: Mutassa be a robotizált bevonási munkaállomásokat, technológiai szempontok alapján! Speciális oldószerekkel hígítható festékekkel történ bevonás – …………………………. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. Por állagú festékekkel történ bevonás –…………………………………………………..... …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 23. Kérdés: Mutasson be egy tipikus robotizált bevonási munkaállomást! (1) ………………………………………………………………………………………………… (2) ………………………………………………………………………………………………… (3) ………………………………………………………………………………………………… (4) …………………………………………………………………………………………………

24. Kérdés: Mutassa be a technológiai mveltekhez (pl. hajlítás, vágás, csiszolás) használt munkahelyeket! Hajlítás – ………………………..………………………………………..……………………… …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………….………………. Vágás – …………………………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………….………………. Csiszolás – ………………………..………………………………………..…………………… …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………….………………. 25. Kérdés: Mutassa be a ragasztásos kötések létrehozásához használt tipikus munkahelyet! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 26. Manipuláció és mérés - feladat Egy ipari robot folyamatosan alkatrészeket – tengelyeket – vesz ki a tengelytárolóból, majd behelyezi ket az automata mérrendszerbe, amely megméri a tengelyek hoszszát. A mérállomás vezérlésének a robot adja a jelet a mérés megkezdésére (ezzel egy idben ez a jel a komponens helyes elhelyezkedését is jelzi a mérrendszeren belül). A mérés kb. 2 másodpercet vesz igénybe. Ezután a robot vezérlrendszere jelet kap arról, hogy a mérés megtörtént és a komponenst el lehet távolítani a mérrendszerbl (azaz a mérrendszer elengedi a komponenst). A tengelyek mérete a következ lehet: 120 mm (tengely 1), 140 mm (tengely 2), 152 mm (tengely 3). Természetesen hibás darabok is elfordulhatnak, ezeket megjelöljük selejtként. A mérés eredményétl függen a robot a tengelyt a megfelel helyre rakja. A robot programja a termelés indításának/befejezésének vizsgálatával induljon. Készítse el az alábbiakat (a 4.2.7 fejezetben bemutatott példa alapján): x x x x x x

vázolja a munkahelyet (2 vagy 3D-ben), adja meg a szükséges be- és kimeneteket, határozza meg a robot mködési eljárásait, határozza meg a robot mködési pontjait, rajzolja fel a feladat folyamatábráját, hozza létre a programot (ABB Rapid programnyelven).

Megoldás: x Munkahely vázlata: …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. x Bemenetek: …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. x Kimenetek: …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. x A robot mködési eljárásai: …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

A robot mködési pontjai: …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. x Folyamatábra: …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

Program (példa): Adatok deklarálása M …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

Szubrutinok utasításokkal

…………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. N Programtörzs utasításokkal és a szubrutinok hívásával D …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

27. Kérdés: Sorolja fel és mutassa be a vezérlrendszer biztonságreleváns részeinek kategóriáit! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. B kategória - ……………………………………………………………………….……………. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

1-es kategória – ……………………………………………………..…………………………. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 2-es kategória – ………………………………………...………………………………………. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 3-as kategória – ………………………………………...………………………………………. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 4-es kategória – ……………………………………………………..…………………………. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 28. Kérdés: A képen látható architektúra mely kategóriába tartozik?

………………………………………………………………………………………….… …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

29. Kérdés: Egy robotizált munkahelyet akkor is fel kell szerelnünk vészleállító gombbal, ha a követelményeknek megfelel szilárd korlátokkal védjük, és minden lehetséges bejáratot megfelel mennyiség biztonsági érzékel felügyel? …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 30. Kérdés: A veszélyes területtl mekkora S biztonsági távolságra kell elhelyeznünk a biztonsági fényfüggönyt, ha a veszélyes mozgások leállásához szükséges id T=0,5 s? …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 31. Kérdés: Milyen színt kell használnunk a vészleállítóhoz, és a háttérhez? …………………………………………………………………………………………………….. 32. Kérdés: Magyarázza meg a „biztonsági fénysorompó” kifejezést! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 33. Kérdés: Magyarázza meg az „egyutas fényfüggöny” kifejezést! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

34. Kérdés: Legfeljebb mekkora lehet a fényfüggöny felbontása, ha a veszélyes területre az operátor ujjának behatolását kell elkerülnünk? …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 35. Kérdés: Legfeljebb mekkora lehet a fényfüggöny felbontása, ha a veszélyes területre az operátor kezének behatolását kell elkerülnünk? …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 36. Kérdés: Legfeljebb mekkora lehet a fényfüggöny felbontása, ha a veszélyes területre az operátor behatolását kell elkerülnünk? …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 37. Kérdés: A veszélyes területtl mekkora minimális távolságra kell elhelyezkednie a szilárd korlátnak, ha a terület a korlát felett átnyúlva elérhet (ld. ábra)? A korlát magassága 1000 mm, a veszélyes terület magassága 1000 mm.

…………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

38. Kérdés: A veszélyes területtl mekkora minimális távolságra kell elhelyezkednie a szilárd korlátnak, ha a terület a korláton átnyúlva elérhet (ld. ábra)? A korlát magassága 1000 mm, a veszélyes terület magassága 1000 mm.

…………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 39. Kérdés: A veszélyes területtl mekkora minimális távolságra kell elhelyezkednie a szilárd korlátnak, ha a területet a korláton a lábunkat átnyújtva el lehet érni (ld. ábra)? A korlát magassága 450 mm, a veszélyes terület magassága 1000 mm.

…………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

40. Kérdés: Sorolja fel a gépi hajtású komponensekkel szemben támasztott követelményeket! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 41. Kérdés: Sorolja fel a vészleállítóval szembeni követelményeket! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 42. Kérdés: Ismertesse a csökkentett sebesség üzemmóddal szemben támasztott követelményeket! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

43. Kérdés: Megfelelek-e a képen látható munkahely biztonsági óvintézkedései? Ha nem, milyen változtatásokkal lehetne elérni a maximális védelmet?

…………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

44. Kérdés: A képen látható munkahely biztonsági óvintézkedéseit mivel kell kiegészíteni, hogy megfeleljen a biztonsági szabványoknak?

…………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 45. Kérdés: Sorolja fel a tápellátással szembeni követelményeket! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

46. Kérdés: Milyen biztonsági érzékelket alkalmazhatunk a különálló 1-es és 2-es munkahelyek bejáratainak védelmére?

…………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 47. Kérdés: Sorolja fel a látens energiával szembeni követelményeket! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

48. Kérdés: Sorolja fel a vezérlelemekkel szembeni követelményeket! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 49. Kérdés: Sorolja fel a tápfeszültség-kimaradás vagy -ingadozással szembeni követelményeket! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 50. Kérdés: Sorolja fel a biztonsági leállással szembeni követelményeket! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 51. Kérdés: Sorolja fel az elektromos berendezésekkel szembeni követelményeket! …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

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

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.

24. Kérdés: Mutassa be a technológiai mveltekhez (pl. hajlítás, vágás, csiszolás) használt munkahelyeket!

Hajlítás – Az ipari robot kiegészít manipulátorként mködik, amely a munkadarab helyét és orientációját változtatja a hajlítógépben. Vágás – végszerszámként nagy sebesség vágófej Csiszolás – robot csiszolófejjel és ernyomaték érzékelvel, amely a különböz irányokba ható erket és nyomatékokat méri, lehetvé téve a csiszolófej egyenletes nyomáskifejtését. 25. Kérdés: Mutassa be a ragasztásos kötések létrehozásához használt tipikus munkahelyet!

Ilyen munkahely esetén a munkahely egy ragasztópisztollyal, automata ragasztóadagolóval és egy melegítegységgel van felszerelve, amely a ragasztóanyag hmérsékletének állandó szinten tartásához szükséges, nehogy a ragasztóanyag véletlenül megszáradjon. A bevonáshoz hasonlóan itt is gyakran alkalmaznak egy második robotot, amely a munkadarab felületének adhézióját javítja, manyag felületek esetén általában egy plazmaég segítségével. 26. Manipuláció és mérés - feladat

Egy ipari robot folyamatosan alkatrészeket – tengelyeket – vesz ki a tengelytárolóból, majd behelyezi ket az automata mérrendszerbe, amely megméri a tengelyek hoszszát. A mérállomás vezérlésének a robot adja a jelet a mérés megkezdésére (ezzel egy idben ez a jel a komponens helyes elhelyezkedését is jelzi a mérrendszeren belül). A mérés kb. 2 másodpercet vesz igénybe. Ezután a robot vezérlrendszere jelet kap arról, hogy a mérés megtörtént és a komponenst el lehet távolítani a mérrendszerbl (azaz a mérrendszer elengedi a komponenst). A tengelyek mérete a következ lehet: 120 mm (tengely 1), 140 mm (tengely 2), 152 mm (tengely 3). Természetesen hibás darabok is elfordulhatnak, ezeket megjelöljük selejtként. A mérés eredményétl függen a robot a tengelyt a megfelel helyre rakja. A robot programja a termelés indításának/befejezésének vizsgálatával induljon. Készítse el az alábbiakat (a 4.2.7 fejezetben bemutatott példa alapján): x x x x x x

vázolja a munkahelyet (2 vagy 3D-ben), adja meg a szükséges be- és kimeneteket, határozza meg a robot mködési eljárásait, határozza meg a robot mködési pontjait, rajzolja fel a feladat folyamatábráját, hozza létre a programot (ABB Rapid programnyelven).

Megoldás: x Munkahely vázlata:

x

x

x

Bemenetek: Di_1 Di_2

Gyártás indítása Mérés indítása

Kimenetek: Do_1 Do_2 Do_3 Do_4 Do_5 Do_6

Gyártás leállításnak elfogadása Mérés kész Tengely 1 – 120 mm Tengely 2 – 140 mm Tengely 3 – 152 mm Selejt (nem feltétlenül szükséges)

A robot mködési eljárásai: Get_a_shaft

A robot (a megfogóval) felvesz egy tengelyt a tengelytárolóból

Shaft_placement_t o_the_measuring_ system

A robot a tengelyt a mérberendezésre helyezi

Shaft_1

A mérés eredménye alapján a robot a tengelyt a Tengely1 (Shaft1) pozícióba helyezi

Shaft_2 Shaft_3 Scrap Grasp_shaft Release_shaft

A mérés eredménye alapján a robot a tengelyt a Tengely2 (Shaft2) pozícióba helyezi A mérés eredménye alapján a robot a tengelyt a Tengely3 (Shaft3) pozícióba helyezi A mérés eredménye alapján a robot a tengelyt a Selejt (Scrap) pozícióba helyezi A robot becsukja a megfogószerszámot, és megfogja a tengelyt A robot kinyitja a megfogószerszámot, és elengedi a tengelyt

52. Kérdés: Magyarázza meg a „kár” kifejezést! …………………………………………………………………………………………………….. 53. Kérdés: Magyarázza meg a „veszély” kifejezést! …………………………………………………………………………………………………….. 54. Kérdés: Magyarázza meg a „kockázat” kifejezést! …………………………………………………………………………………………………….. 55.

Kérdés: Magyarázza meg a „végszerszám (effektor)” kifejezést! ……………………………………………………………………………………………………..

56. Kérdés: Magyarázza meg a „robotrendszer” kifejezést! …………………………………………………………………………………………………….. 57. Kérdés: Magyarázza meg a „maximális tér” kifejezést! …………………………………………………………………………………………………….. 58. Kérdés: Magyarázza meg a „csökkentett tér” kifejezést! …………………………………………………………………………………………………….. 59. Kérdés: Magyarázza meg a „mködési tér” kifejezést! …………………………………………………………………………………………………….. 60. Kérdés: Magyarázza meg a „robot rendeltetésszer használata” kifejezést! ……………………………………………………………………………………………………..

A robot mködési pontjai: Get_a_shaft_positi on Measuring_positio n Shaft_1_position Shaft_2_position Shaft_3_position Scrap_position x

Folyamatábra:

A tengely megfogásának pozíciója A tengely pozíciója a mérrendszerben Tengely 1 méret tengelyek helye (120 mm hossz) Tengely 2 méret tengelyek helye (140 mm hossz) Tengely 3 méret tengelyek helye (152 mm hossz) Selejt helye

Program (példa): Adatok deklarálása M MODULE Shafts CONST robtarget Get_a_shaft_position:=[[…]]; CONST robtarget Measuring_position:=[[…]]; CONST robtarget Shaft_1_position:=[[…]]; CONST robtarget Shaft_2_position:=[[…]]; CONST robtarget Shaft_3_position:=[[…]]; CONST robtarget Scrap_position:=[[…]]; PERS tooldata Gripper:= [[...]]; P Szubrutinok utasításokkal R OC Grasp_shaft() “Close Gripper”; WaitTime 0.5; ENDPROC ; PROC Release_shaft() “Open Gripper”; ENDPROC PROC Get_a_shaft() MoveJ Get_a_shaft_position,v1000,z20,Gripper\wobj:= wobj0; MoveL Offs(Get_a_shaft_position,0, 0,-50),v100, fine, Gripper\wobj:= wobj0; Grasp_shaft; MoveL Get_a_shaft_position,v100,fine, Gripper\wobj:= wobj0; ENDPROC PROC Shaft_placement_to_the_measuring_system() MoveJ Measuring_position,v1000,z20,Gripper\wobj:= wobj0; MoveL Offs(Measuring_position,0, 0,-50),v100, fine, Gripper\wobj:= wobj0; Release_shaft; MoveL Measuring_position,v100,fine, Gripper\wobj:= wobj0; ENDPROC PROC Shaft_1() MoveL Measuring_position,v100,fine,Gripper\wobj:= wobj0; MoveL Offs(Measuring_position,0, 0,-50),v100, fine, Gripper\wobj:= wobj0; Grasp_shaft; MoveL Measuring_position,v100,fine, Gripper\wobj:= wobj0; MoveJ Shaft_1_position,v1000,z20,Gripper\wobj:= wobj0; MoveL Offs(Shaft_1_position,0, 0,-50),v100, fine, Gripper\wobj:= wobj0; Release_shaft; MoveL Shaft_1_position,v100,fine, Gripper\wobj:= wobj0; ENDPROC PROC Shaft_2() MoveL Measuring_position,v100,fine,Gripper\wobj:= wobj0; MoveL Offs(Measuring_position,0, 0,-50),v100, fine, Gripper\wobj:= wobj0; Grasp_shaft; MoveL Measuring_position,v100,fine, Gripper\wobj:= wobj0; MoveJ Shaft_2_position,v1000,z20,Gripper\wobj:= wobj0; MoveL Offs(Shaft_2_position,0, 0,-50),v100, fine, Gripper\wobj:= wobj0; Release_shaft; MoveL Shaft_2_position,v100,fine, Gripper\wobj:= wobj0; ENDPROC PROC Shaft_3()

MoveL Measuring_position,v100,fine,Gripper\wobj:= wobj0; MoveL Offs(Measuring_position,0, 0,-50),v100, fine, Gripper\wobj:= wobj0; Grasp_shaft; MoveL Measuring_position,v100,fine, Gripper\wobj:= wobj0; MoveJ Shaft_3_position,v1000,z20,Gripper\wobj:= wobj0; MoveL Offs(Shaft_3_position,0, 0,-50),v100, fine, Gripper\wobj:= wobj0; Release_shaft; MoveL Shaft_3_position,v100,fine, Gripper\wobj:= wobj0; ENDPROC PROC Scrap() MoveL Measuring_position,v100,fine,Gripper\wobj:= wobj0; MoveL Offs(Measuring_position,0, 0,-50),v100, fine, Gripper\wobj:= wobj0; Grasp_shaft; MoveL Measuring_position,v100,fine, Gripper\wobj:= wobj0; MoveJ Scrap_position,v1000,z20,Gripper\wobj:= wobj0; MoveL Offs(Scrap_position,0, 0,-50),v100, fine, Gripper\wobj:= wobj0; Release_shaft; MoveL Scrap_position,v100,fine, Gripper\wobj:= wobj0; ENDPROC P Programtörzs utasításokkal és a szubrutinok hívásával R OC Main() IF Di_1=0 THEN Set Do_1; WaitUntil Di_1=1; Reset Do_1; ENDIF Get_a_shaft; Shaft_placement_to_the_measuring_system; Set Di_2; WaitUntil Do_2=1; Reset Di_2; IF Do_3=1 THEN Shaft_1; Reset Do_3; ELSE IF Do_4=1 THEN Shaft_2; Reset Do_4; ELSE IF Do_5=1 THEN Shaft_3; Reset Do_5; ELSE Scrap; ENDIF ENDIF ENDIF ENDPROC ENDMODULE

27. Kérdés: Sorolja fel és mutassa be a vezérlrendszer biztonságreleváns részeinek kategóriáit!

A kategóriák a vezérlrendszer a biztonsággal kapcsolatos részeinek a hibákkal szembeni ellenállás és a szerkezeti tervezésbl adódó hibaeseti viselkedés szempontjából való osztályokba sorolása. Az osztályozást befolyásolja az alkatrész szerkezete, valamint a hiba észlelhetsége és/vagy a komponens megbízhatósága. A kategóriák a következk: B, 1, 2, 3 és 4. B kategória - a legalapvetbb kategória. A vezérlrendszer biztonságreleváns alkatrészeit úgy kell tervezni, konstruálni, kiválasztani, összeszerelni és kombinálni, hogy azok megfeleljenek az érvényes szabványoknak és biztonsági szabályoknak. A B kategóriába tartozó rendszereket nem védi diagnosztikai eszköz, így egy hiba elfordulása a biztonsági funkció elvesztését okozhatja.

A fenti ábra egy B kategóriába tartozó rendszer felépítését mutatja be: im – kölcsönösen összekapcsolt elemek I – input eszköz (pl. pozícióérzékel) L – a vezérlrendszer logikai áramköre O – output eszköz (pl. f kontaktor) 1-es kategória – jobban ellenáll a hibáknak, elssorban a komponensek kiválasztása és alkalmazása miatt. A kategória a B kategórián alapul, azonban kötelez a megbízható biztonsági alapelvek és vezérlelemek használata. Ahhoz, hogy egy komponenst a jól bevált kategóriába soroljunk, az alábbi követelményeknek kell megfelelni: - a múltban széles körben alkalmazták megfelel eredménnyel - olyan elvek mentén tervezték és tanúsították, amelyek biztosítják a biztonságos használatot Az 1-es kategória architektúrája megegyezik a B kategória architektúrájával. Az 1-es kategóriába tartozó rendszereket sem védi diagnosztikai eszköz, így egy hiba elfordulása a biztonsági funkció elvesztését okozhatja. 2-es kategória – ez a kategória tulajdonképpen a B és az 1-es kategória kombinációja, azonban ezen túl meg kell felelnie a vezérl elemekkel szembeni azon követelménynek is, hogy azok funkciója bizonyos esetekben ellenrizhet legyen. A rendszeres ellenrzés indítása lehet automatikus, és: - vagy lehetvé kell tennie a mködést, ha nem észlelt hibát, vagy - ha hibát észlelt, olyan kimenetet kell létrehoznia, amely elindítja a megfelel vezérlési utasításokat. A kimenetnek mindenek eltt a biztonságos üzemelést kell biztosítania. Amennyiben ez nem kivitelezhet, legalább egy figyelmeztet jelt kell generálnia.

A fenti ábra egy 2-es kategóriába tartozó rendszer felépítését mutatja be: im – kölcsönösen összekapcsolt elemek I – input eszköz (pl. pozícióérzékel) L – a vezérlrendszer logikai áramköre m - monitorozás O – output eszköz (pl. f kontaktor) TE – tesztel elem OTE – tesztel eszköz kimenete A 2-es kategóriába tartozó rendszer viselkedése lehetvé teszi, hogy: - a fellép hiba a vezérlések között a biztonsági funkciók elvesztéséhez vezessen; - a vezérlés észlelje a biztonsági funkciók elvesztését. 3-as kategória – ez a kategória tulajdonképpen a B és az 1-es kategória kombinációja, azonban ezen túl meg kell felelnie a vezérl elemekkel szembeni azon követelménynek is, hogy azok meghibásodását észlelni kell, mieltt az a biztonsági funkció megzavarásához vezethet.

A fenti ábra egy 3-as kategóriába tartozó rendszer felépítését mutatja be: im – kölcsönösen összekapcsolt elemek I1, I2 – input eszköz (pl. pozícióérzékel) c – keresztmonitorozás L1, L2 – a vezérlrendszer logikai áramkörei

m - monitorozás O1, O2 – output eszköz (pl. f kontaktor) TE – tesztel elem OTE – tesztel eszköz kimenete A 3-as kategóriába tartozó rendszer viselkedése lehetvé teszi, hogy: - egyetlen hiba esetén a biztonsági funkciók továbbra is mködésben maradjanak; - észleljünk néhány, de nem az összes hibát; - elkerüljük, hogy az észrevétlen hibák halmozódásából adódóan elveszítsük a biztonsági funkciókat. 4-es kategória – tulajdonképpen ez a kategória is a B és az 1-es kategória kombinációja, azonban ezen túl meg kell felelnie a vezérl elemekkel szembeni azon követelménynek is, hogy azok meghibásodását észlelni kell, mieltt a biztonsági funkció megzavarásához vezethet, de a 3-as kategóriától eltéren, több egyidej észleletlen meghibásodás sem vezethet a rendszer funkciójának elvesztéséhez. A 4-es kategória architektúrája megegyezik a 3-as kategória architektúrájával. Különbség a magasabb átlagos diagnosztikai lefedettség, valamint a nagyobb megbízhatóságú és tartósságú komponensek használata. A 4-es kategóriába tartozó rendszer viselkedése lehetvé teszi, hogy: - egyetlen hiba esetén a biztonsági funkciók továbbra is mködésben maradjanak; - a hibákat idben észleljük, hogy elkerülhessük a biztonsági funkciók elvesztését; - az észrevétlen hibák halmozódását is kivédjük. 28. Kérdés: A képen látható architektúra mely kategóriába tartozik?

2-es kategória –a vezérlelemek funkciója ellenrizhet. A rendszeres ellenrzés indítása lehet automatikus, és vagy: - lehetvé kell tennie a mködést, ha nem észlelt hibát, vagy - ha hibát észlelt, olyan kimenetet kell létrehoznia, amely elindítja a megfelel vezérlési utasításokat. A kimenetnek mindenek eltt a biztonságos üzemelést kell biztosítania. Amennyiben ez nem kivitelezhet, legalább egy figyelmeztet jelt kell generálnia. 29. Kérdés: Egy robotizált munkahelyet akkor is fel kell szerelnünk vészleállító gombbal, ha a követelményeknek megfelel szilárd korlátokkal védjük, és minden lehetséges bejáratot megfelel mennyiség biztonsági érzékel felügyel?

IGEN

30. Kérdés: A veszélyes területtl mekkora S biztonsági távolságra kell elhelyeznünk a biztonsági fényfüggönyt, ha a veszélyes mozgások leállásához szükséges id T=0,5 s?

S = (Vo * T) + C Vo=1600mm (EN 999 szerint) T= 0,5s C = 850mm (EN 999 szerint) S=(1600*0,5)+850 S=1650mm 31. Kérdés: Milyen színt kell használnunk a vészleállítóhoz, és a háttérhez?

A vészleállító piros, a háttér sárga. 32. Kérdés: Magyarázza meg a „biztonsági fénysorompó” kifejezést!

A biztonsági fénysorompó egy egyetlen fénysugárból álló biztonsági fényfüggöny, amelyet kevésbé komplex alkalmazások esetén használnak. Az adó és a vev egyazon házban helyezkedik el, a fénysugár visszaveréséhez egy fényvisszaver üveget használnak. 33. Kérdés: Magyarázza meg az „egyutas fényfüggöny” kifejezést!

Az egyutas fényfüggöny egy egyetlen fénysugárból álló biztonsági fényfüggöny, amelyet kevésbé komplex alkalmazások esetén használnak. Az adó és a vev ellentétes oldalon helyezkednek el. 34. Kérdés: Legfeljebb mekkora lehet a fényfüggöny felbontása, ha a veszélyes területre az operátor ujjának behatolását kell elkerülnünk?

14 vagy 20 mm. 35. Kérdés: Legfeljebb mekkora lehet a fényfüggöny felbontása, ha a veszélyes területre az operátor kezének behatolását kell elkerülnünk?

30 vagy 50 mm. 36. Kérdés: Legfeljebb mekkora lehet a fényfüggöny felbontása, ha a veszélyes területre az operátor behatolását kell elkerülnünk?

100 mm vagy nagyobb.

37. Kérdés: A veszélyes területtl mekkora minimális távolságra kell elhelyezkednie a szilárd korlátnak, ha a terület a korlát felett átnyúlva elérhet (ld. ábra)? A korlát magassága 1000 mm, a veszélyes terület magassága 1000 mm.

A minimális biztonsági távolságot az érvényes szabványok adják meg. Ha a veszélyes területen a veszély alacsony, a minimális távolság 1400 mm. Ha a veszélyes területen a veszély magas, a minimális távolság 1500 mm. 38. Kérdés: A veszélyes területtl mekkora minimális távolságra kell elhelyezkednie a szilárd korlátnak, ha a terület a korláton átnyúlva elérhet (ld. ábra)? A korlát magassága 1000 mm, a veszélyes terület magassága 1000 mm.

A minimális biztonsági távolságot az érvényes szabványok adják meg. 40-120 mm méret lyuk esetén a minimális biztonsági távolság 850 mm. 39. Kérdés: A veszélyes területtl mekkora minimális távolságra kell elhelyezkednie a szilárd korlátnak, ha a területet a korláton a lábunkat átnyújtva el lehet érni (ld. ábra)? A korlát magassága 450 mm, a veszélyes terület magassága 1000 mm.

A minimális biztonsági távolságot az érvényes szabványok adják meg. 400-600 mm magas korlát esetén a minimális biztonsági távolság 800 mm.

40. Kérdés: Sorolja fel a gépi hajtású komponensekkel szemben támasztott követelményeket!

Ilyen komponens például az erátviteli tengely, a nyitott hajtások, a hajtószíjak és minden más, a meghajtást szolgáló eszköz. Az ilyen forrásokból származó veszélyeket vagy fixen installált, vagy mozgó burkolat segítségével kell elhárítani. 41. Kérdés: Sorolja fel a vészleállítóval szembeni követelményeket!

Minden olyan helyet, ahonnan a robot elindítható, vagy valamely veszélyes helyzet kezdeményezhet el kell látni egy kézi vészleállítóval, amelynek: x kategória 0 vagy kategória 1 megállásként kell mködnie (a vészmegállás kategóriájának kiválasztása a kockázatelemzés eredményén alapul); x minden más funkciót és tevékenységet felül kell írnia (legnagyobb prioritással bír); x bármely vészhelyzet esetén biztosítani tudja a megállást; x a robot minden hajtásának energiaellátását megszakítja (kategória 0), vagy úgy kell mködnie, hogy a veszélyes mozgást mielbb megszüntesse (kategória 1) anélkül, hogy további veszély lépne fel; x egynél több vezérlegység alkalmazása esetén a vészleállást bármely egységbl kiindulva kiviteleznie kell; x a robot mködtetésébl származó minden más veszélyt ki kell küszöbölnie; x az újraindítás pillanatáig aktívnak kell maradnia, és x az újraindítás kizárólag kézzel történhet, a vészleállás csak lehetvé teheti, de nem okozhatja az újraindulást. 42. Kérdés: Ismertesse a csökkentett sebesség üzemmóddal szemben támasztott követelményeket!

Ha csökkentett sebesség mködést állítunk be, a végszerszám tartókarimájának és a kezelt tárgy referenciapontjának sebessége nem haladhatja meg a 250 mm/s-es sebességet. A csökkentett sebesség mködés vezérlésének úgy kell mködnie, hogy a robot sebessége ezt a sebességet tetszleges ésszeren várható meghibásodás esetén sem lépheti túl. 43. Kérdés: Megfelelek-e a képen látható munkahely biztonsági óvintézkedései? Ha nem, milyen változtatásokkal lehetne elérni a maximális védelmet?

A hátsó ajtó nincs védve, ide biztonsági érzékelt kell felszerelni.

44. Kérdés: A képen látható munkahely biztonsági óvintézkedéseit mivel kell kiegészíteni, hogy megfeleljen a biztonsági szabványoknak?

A robotizált munkahelyen nem található vészleállító gomb. Minden lehetséges bejáratot el kell látni vészleállító gombbal. 45. Kérdés: Sorolja fel a tápellátással szembeni követelményeket!

A robothoz tartozó berendezésekhez vezet minden veszélyes tápvezetéket (elektromos, mechanikus, hidraulikus, pneumatikus, stb.) önállóan el kell tudni távolítani, hogy lehetséges legyen a biztonsági kizárás. 46. Kérdés: Milyen biztonsági érzékelket alkalmazhatunk a különálló 1-es és 2-es munkahelyek bejáratainak védelmére?

- Az els lehetség egy egyszer lézeres letapogató alkalmazása, amelyet az 1-es és a 2-es munkahelyre külön programozunk. - Lehetséges a két különálló biztonsági fényfüggöny használata is. - Harmadik lehetség a biztonsági sznyegek alkalmazása (a két munkahelyre külön)

47. Kérdés: Sorolja fel a látens energiával szembeni követelményeket!

A robot kezeljének (beállító, karbantartó) lehetséget kell biztosítani a látens energia kontrollált felszabadítására. A látens energia minden forrását (pl. srített leveg- vagy nyomásfolyadék-tároló tartály, kondenzátor, akkumulátor, rugó, kiegyensúlyozó súly, lendkerék) megfelel biztonsági felirattal kell ellátni. 48. Kérdés: Sorolja fel a vezérlelemekkel szembeni követelményeket!

A vezérlelemeknek alkalmasnak kell lenniük a véletlen beindítás elleni védelemre (pl. kulccsal aktiválható kapcsoló, vagy fedett gomb alkalmazásával). A vezérlelemek állapotának világosan láthatónak kell lenniük (tápellátás bekapcsolva, hibaészlelés, automata mködés), funkciójukat pedig egyértelmen fel kell tüntetni. A robot operációs rendszerének biztosítani kell, hogy az egyetlen programozási eszközrl (panelról) történ irányítás esetén az egy másik vezérleszközrl nem deaktiválható, illetve a vezérlés irányítása nem átvehet. 49. Kérdés: Sorolja fel a tápfeszültség-kimaradás vagy -ingadozással szembeni követelményeket!

A robotok és végszerszámok szerkezete bármilyen elektromos, hidraulikus, pneumatikus vagy vákuumenergia kimaradása vagy ingadozása esetén sem hozhat létre veszélyes helyzetet. Az energiaellátástól függetlenül, mechanikai elven (pl. rugóval) kell biztosítani a kezelt tárgy felvételét, és ha lehetséges, a tápenergia csak a tárgy elengedéséhez legyen szükséges. Ahol ez nem megoldható, a potenciálisan veszélyes helyzet kialakulásának elkerülését más biztonsági intézkedések segítségével kell garantálni (hidraulikus zár, energia akkumulátor, stb.). A tápenergia visszatérése nem indíthatja el a robot vagy a végszerszám automatikus mozgását. 50. Kérdés: Sorolja fel a biztonsági leállással szembeni követelményeket!

A robotnak legalább egy, a küls biztonsági eszközökhöz kapcsolódó biztonsági megszakító áramkörrel (kategória 0 vagy 1) kell rendelkeznie, ahol: x x

a kategória 0 leállás olyan leállás, amikor a robot vezérlésének tápenergiaellátása azonnal megszakad (nem kontrollált megállás), és a kategória 1 leállás olyan leállás, amikor a robot vezérlésének tápenergiaellátása nem szakad meg a kontrollált leállásig (a leállás után a tápenergia-ellátás megsznik).

A küls biztonsági eszköz aktiválásakor a biztonsági megszakító áramkörnek a robot minden mozgását meg kell állítania, a robot hajtásairól le kell választani a tápenergiaellátást és minden más, a robot vezérlésébl adódó veszélyes helyzetet meg kell szüntetnie a megállásig. A megállás kezdeményezhet kézileg, vagy a vezérlési logika segítségével is. 51. Kérdés: Sorolja fel az elektromos berendezésekkel szembeni követelményeket!

A robot elektromos berendezéseinek meg kell felelniük az IEC 60204-1 vonatkozó rendelkezéseinek. Ez a szabvány a gépek elektromos berendezéseire vonatkozó követelményeket és utasításokat határozza meg, különös tekintettel a személyzet és a tárgyi eszközök biztonságára, a vezérljelekre adott válaszok következetességére és a karbantarthatóságra.

52. Kérdés: Magyarázza meg a „kár” kifejezést!

Kár: fizikai sérülés vagy orvosi eset, tulajdonban vagy háziállatokban esett kár 53. Kérdés: Magyarázza meg a „veszély” kifejezést!

Veszély: kár (sérülés) potenciális forrása 54. Kérdés: Magyarázza meg a „kockázat” kifejezést!

Kockázat: a kár (sérülés) valószínségének és komolyságának kombinációja. 55.

Kérdés: Magyarázza meg a „végszerszám (effektor)” kifejezést!

Végszerszám: a mechanikai interfészhez csatlakoztatandó eszköz, amely segítségével a robot feladatát elvégzi 56. Kérdés: Magyarázza meg a „robotrendszer” kifejezést!

Robotrendszer (ipari robotrendszer): egy robotot, egy (vagy több) végszerszámot és a robot mködéséhez szükséges berendezést, eszközt vagy érzékelt tartalmazó rendszer 57. Kérdés: Magyarázza meg a „maximális tér” kifejezést!

Maximális tér: a robot mozgó alkatrészeinek a gyártó által megadott tere, valamint a végszerszám és a munkadarab által elfoglalt tér 58. Kérdés: Magyarázza meg a „csökkentett tér” kifejezést!

Csökkentett tér: a maximális tér adott korlátok által csökkentett része. 59. Kérdés: Magyarázza meg a „mködési tér” kifejezést!

Mködési tér: a csökkentett tér a program kivitelezésekor a gyakorlatban bejárt térrésze. 60. Kérdés: Magyarázza meg a „robot rendeltetésszer használata” kifejezést!

A robot rendeltetésszer használata: a használati útmutatóban szerepl információknak megfelel használat.