Katedra elektrotechniky a automatizace

Technická fakulta, ČZU v Praze

Miloslav LindaMichal Růžička

Vladislav Bezouška

Roboty a manipulátory

Řízení robotů

Situace pracoviště

Co se rozumí pod pojmem ŘÍZENÍ ROBOTU ?

- Řada funkcí: řídící, obslužné, zobrazovací, kontrolní, paměťové,..

ZPŮSOBY ŘÍZENÍ

1)Ruční a automatické2)Programové řízení z hlediska činnosti

3)Adaptivní

RUČNÍ – Operátor je součástí řetězce:

ODMĚŘOVÁNÍ ŘÍZENÍ AKČNÍ ČLEN ROBOT

Funkční celky řízení robotu

[Obrázek převzat z literatury č.3]

AUTOMATICKÉ – není třeba operátor

Hydraulický teleoperátor

Technické parametry typu THT - 500:

- Nosnost ramene 500 kg

- dosah ramene max. 6 m

- stacionární, mobilní, závěsný

- pohon elektrohydraulický

PROGRAMOVÉ – pracuje podle pevně zadaného programu

ADAPTIVNÍ – řídící veličina se mění nepředvídatelně v čase, řízení probíhá výběrem optimaNapř.: korekce dráhy - min. odchylka programové dráhy od skutečné dráhy (svařování ve švech)

Adaptivní řízení

ON-LINE OFF-LINEKamerové snímání

Taktilní snímačPracovní

úkonna ostro

Přepočetdráhy

Zkušebníověřenídráhy

1)Bod-po-bodu (PTP)2)Spojité řízení (CP) z hlediska řízení

pohybuPTP – pohyb začíná i končí ve všech osách současně

- rychlost je omezena osou která má nevětší změnu dráhy (úhlu)- interpolace se provádí pro osy ne pro nástroj- preferuje co nejkratší čas přemístění

Příklad: planarní kinematikaŘízení PTPSvařování po přímce rovnoběžnés osou Y – začátek (0,75;0) konec (0,75;0,6)

[Obrázek převzat z literatury č.1]

[Obrázek převzat z literatury č.4]

1) Obsluha naklíčuje 7 bodů

2) Obsluha stanoví rychlosti v kloubech robotu r = 2,1mm/s; = 0,750 /s

3) Nastane pohyb v obou kloubech. Kloub který dosáhne konce jako první se zastaví a počká na pomalejší kloub.

[Obrázek převzat z literatury č.4]

Výsledný pohyb

[Ob

ráze

k p

řevz

at z

lit

erat

ury

č.4

]

CP – Lineární nebo kruhová interpolace vzhledem k nástroji- spline interpolace- orientace nástroje

[Obrázky převzaty z literatury č.1]

Dynamické a kinematické řízeníDynamické – řídící jednotka pracuje s diferenciální rovnicí pohybu

Kinematické – řídící veličiny jsou počítána ze zadané dráhy a rychlosti

[Obrázek převzat z literatury č.3]

Souřadnicový systém

- definuje pozici a postavení

kinematické struktury

- definován pro kinematickou

strukturu a pracovní prostor

Souřadnicový systém definován pro kloubová spojení definován úhlovými přírůstky

Souřadnicový systém- definován osami x, y, z a úhlovými přírůstky w, p, r

Souřadnicový systém

Pohyb robota

Linear – pohyb po přímce mezi dvěma body

Circular – pohyb po kružnici dané třemi body

Joint – libovolný pohyb mezi dvěma body

Polohový servomechanismus

Informační toky při řízení

[Obrázek převzat z literatury č.1]

Problémy řízení pohybuZaoblení dráhy – časové zpoždění regulačních smyček

Zaoblení může být i žádoucí a je uměle dopočítáváno – plynulost pohybu robotu.

Nejednoznačnost pozice

[Obrázky převzaty z literatury č.1]

Situace -0o – nežádoucí poloha

- 4 a 6 osa jsou souběžně k výsledné pozici, tj. existuje nekonečně mnoho vzájemných poloh pro dosažení výsledné pozice

- ŘS obvykle snižuje rychlost

[Obrázek převzat z literatury č.1]

ŘÍDÍCÍ SYSTÉMY ROBOTŮ

POHONY

I/O LOGIKA

ŘÍZENÍ POH.

REGULACEPOHONU

ŘÍDÍCÍ JED.

TECHNOLOGIE

MULTIPROCESOROVÝ SYSTÉM

PROGRAMOVÁNÍ

Ukázka řízení montáže-         - řídící jednotka robotu: napájí motory jednotlivých os; obsahuje SW, řídící

ruční panel, operátorský panel, rozhraní

Popis řídícího systému základní deska - obsahuje mikroprocesor, jeho periferní obvody, paměť a řídicí obvod

obslužného panelu; hlavní CPU řídí polohu servo mechanismu tištěný obvod se vstupem/výstupem - pro aplikace zahrnující procesní vstup/výstup se

poskytují různé typy tištěných obvodů jednotka nouzového zastavení a jednotka MCC - tato jednotka ovládá systém nouzového

zastavení jak elektromagnetického stykače, tak servo zesilovače napájecí jednotka - konvertuje střídavý proud na různé stupně stejnosměrného proudu tištěný obvod zadní propojovací desky - na zadní propojovací desce s tištěnými obvody

jsou umístěny různé řídicí tištěné obvody výuková jednotka - veškeré operace zahrnující programování robota se provádějí pomocí

této jednotky; stav řízení a jeho data se zobrazují na LCD displeji na jednotce servo zesilovač - řídí servomotor, signál impulsního kódování, ovládání brzdy, přeběh a

ohyb ramene obslužný panel - tlačítka a světelné diody na obslužném panelu se používají pro spouštění

robota a dále indikují, v jakém se nachází stavu; panel je vybaven portem a USB rozhraním pro sériové rozhraní pro externí zařízení a rozhraním pro připojení paměťové karty pro zálohování dat; ovládá rovněž řídicí obvod nouzového zastavení

transformátor - přiváděné napětí konvertuje transformátor na střídavé napětí, které potřebuje řízení

jednotka ventilátoru, tepelný výměník - tyto součásti ochlazují vnitřní část řízení jistič - pro případ poruchy elektrického systému rekuperační rezistor - pro eliminaci protisměrného elektromotorického napětí ze

servomotoru připojte k servo zesilovači rekuperační rezistor

Řídící systém Fanuc - R-J3iC

pohled do skříně obsahující řídící systém

Řídící systém Fanuc - R-J3iC

řídící systém obsahující kartu zpracování obrazu

připojení

kamerového systému

Koncepce ŘS TR 4006 ASEA Brown Boveri

PARAMETRY:Max. 6 osTeach-in20bodu/slakovny

[Obrázek převzat z literatury č.4]

Tec

hn

ické

usp

ořá

dán

í Ř

S S

IRO

TE

C A

CR

20

[Ob

ráze

k p

řevz

at z

lit

erat

ury

č.4

]

IRS 711 NUMERIK

PARAMETRY:Max. 8 osInkrement odměř.160I/96O

[Ob

ráze

k p

řevz

at z

lit

erat

ury

č.4

]

Instrukce Pohybové: zajišťují pohyb do cílového bodu v rámci operačního prostoru Dodatečné pohybové: zajišťují dodatečné (speciální) polohování Instrukce umisťují data do registrů Instrukce umisťují data o poloze do registrů Vstupně výstupní: posílají či přijímají data z nebo do periferií Čekací: pozdrží vykonání programu do doby splnění podmínky Volací: vyvolávají podprogram Ukončující program Komentáře Ostatní

Propojení systémů

Senzorické vybavení robotu

Zahrnuje systém pro identifikaci vnějších informací, stavu pracovního prostředí a systémy pro interakci robotu s prostředím

Dotykové senzory – pro identifikaci styku s objektem (tenzometrické, pneumatické, mikrospínače atd.)

Bezdotykové senzory – pro identifikaci poloh, char. znaků identifikace (indukční, ultrazvukové, laserové atd.)

Senzorické vybavení robotu

Senzory pro identifikaci sil a momentů – jsou zpravidla umístěny v pracovní, technologické hlavici robota (pracují např. na principu deformace těles, změn magnetických odporů atd.) akcelerometry, gyroskopy

Senzory pro snímání fyzikálních veličin – teplota, vlhkost, průtok, tlak atd.

Robotizované pracoviště

Je účelové seskupení výrobních zařízení a průmyslového robota, které koná manipulační nebo technologické operace daného výrobního procesu (pracoviště pro odporové svařování)

Robotizovaný komplex

Je soubor dvou nebo více robotizovaných pracovišť a prostředků automatizované mezioperační manipulace, realizující návazné technologické operace

Klasifikační znaky průmyslových robotů a manipulátorů

Výrobní obor Druh

Manipulační, univerzální, technologický, speciální

Kinematika Kartézský, cylindrický, sférický, angulární, SCARA

Manipulační hmotnost Do 1 kg, 10 kg, 30 kg, 60 kg, 200 kg, 500 kg, 1000 kg

a nad 1000 kg

Druh pohonu Elektromechanický, pneumatický, hydraulický,

elektrický, kombinovaný

Klasifikační znaky průmyslových robotů a manipulátorů

Řízení pohybu Bodové, spojité, bodové a spojité

Konstrukční provedení Stojanové, konzolové, portálové, kompaktní Kombinované a modulární

Systémy ochran u robotizovaných pracovišť

Důležitá je znalost jednotlivých komponentů pracoviště, realizované technologie, včetně nutného předpokládaného pohybu obsluhy

Systémy, které zabraňují vstupu operátora na pracoviště nebo zastavují automatickou činnost

Jednoduché zábrany vstupu, plošné zábrany vstupu, zábrany vstupu s blokovací funkcí

Mezi bezpečnostní opatření patří

Konstrukční uspořádání ovládacích elementů

Použití vhodných vnějších bezpečnostních a ochranných zařízení

Použití diagnostického systému za účelem omezení účinků poruch

Použití vysoce spolehlivých bezpečnostních obvodů a prvků pro všechny systémy

Struktura automatizovaných systémů

Subsystém technologických prostředků Jeho funkcí je změna geometrických,

mechanických, fyzikálních, chemických vlastností objektů

Výrobní stroje a zařízení, přípravky, nářadí, nástroje

Zpracování v systému technologickými operacemi

Struktura automatizovaných systémů

Subsystém mezioperační manipulace a skladování Realizace transportu materiálu,

polotovarů, výrobků, nástrojů, přípravků, pomocných materiálů, odpadu

Jeřáby, podvěsné dopravníky, podlahové dopravníky, transportní vozíky, palety, dopravníky

Struktura automatizovaných systémů

Subsystém operační manipulace Realizace automatické manipulace s

jednotlivými objekty technologického procesu

Průmyslové manipulátory, zařízení pro manipulaci a orientaci objektů, podavače, obraceče, překladače

Struktura automatizovaných systémů

Subsystém zdrojů a rozvodu energie Funkcí je zajištění energie, její

transformace a rozvod pro jednotlivé subsystémy

Rozvod elektrické energie, zdroj a rozvody stačeného vzduchu a tlakové kapaliny

Struktura automatizovaných systémů

Subsystém měření a kontroly Funkcí je sledování průběhu činnosti

jednotlivých subsystémů a průběhu technologického procesu

Snímače, čidla funkčních prvků, aktivní měření průběhů, kvalita technologického procesu

Struktura automatizovaných systémů

Subsystém řízení Funkcí je shromažďování, přenos,

zpracování informací ve vztahu na zajištění dílčích funkcí

Řídicí systémy, řídicí počítače, interface

[1] Schmid D. a kol.: Řízení a regulace pro strojírenství a mechatroniku. Europa Sobotáles, Praha, 2005

[2] Talácko J., Matička R.: Konstrukce průmyslových robotů a manipulátorů. ČVUT, 1995

[3] Chvála B., Nedbal J., Dunay G.: Automatizace. SNTL/ALFA, Praha, 1985

[4] Šolc F., Žalud L.: Robotika. VUT. Brno, 2002

[5] Fanuc Robotics Czech s.r.o., Czech Republic: firemní materiály, 2006

[6] Sciavicco, L., Siciliano, B.: Modelling and Control of Robot Manipulators. University of Naples, Italy, 1996, ISBN 0-07-057217-8

[7] Spong, M., Hutchinson, S., Vidyasagar, M.: Robot Modelling and Control. 2006, ISBN-10 0-471-64990-2

LITERATURA