Mechatronika Modul 10: Robotika Oktatói segédlet Készítették: Petr Blecha Zden k Kolíbal Radek Knoflí ek Aleš Pochylý Tomáš Kubela Radim Blecha Tomáš B ezina Brno-i M szaki 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 továbbképzésér l A projektet az Európai Unió a Leonardo da Vinci szakmai továbbképzési akcióterv keretében támogatta. www.tu-chemnitz.de/mb/werkzmasch
A szakmai anyag elkészítésében és kipróbálásában az alábbi magáncégek és intézmények vettek részt - Chemnitz University of Technology, Institute for Machine Tools and Production Processes, Germany - np neugebauer und partner OhG, Germany - Henschke Consulting, Germany - Corvinus University of Budapest, Hungary - Wroclaw University of Technology, Poland - IMH, Machine Tool Institute, Spain - Brno University of Technology, Czech Republic - CICmargune, Spain - University of Naples Federico II, Italy - Unis a.s. company, Czech Republic - Blumenbecker Prag s.r.o., Czech Republic - Tower Automotive Sud S.r.l., Italy - Bildungs-Werkstatt Chemnitz ggmbh, Germany - Verbundinitiative Maschinenbau Sachsen VEMAS, Germany - Euroregionala IHK, Poland - Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen - Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Poland - Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Hungary - Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Hungary - Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Hungary - Christian Stöhr Unternehmensberatung, Germany - Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Sweden Tartalom: Jegyzet, munkafüzet és oktatói segédlet az alábbi témakörökhöz Modul 1: Alapismeretek Modul 2: Interkulturális kompetencia, Projektmenedzsment Modul 3: Folyadékok Modul 4: Elektromos meghajtók és vezérlések Modul 5: Mechatronikus komponensek Modul 6: Mechatronikus rendszerek és funkciók Modul 7: Üzembehelyezés, biztonság, teleservice Modul 8: Távkarbantartás és távdiagnosztika Modul 9: Gyors prototípusgyártás Modul 10: Robotika Modul 11: Európai migráció Modul 12: Interfészek Az alábbi nyelveken: német, angol, spanyol, olasz, lengyel, cseh és mag ar További információ: Technische Universität Chemnitz Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse (Chemnitz-i M szaki 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: minos@mb.tu-chemnitz.de www.tu-chemnitz.de/mb/werkzmasch or www.minos-mechatronic.eu
1. Kérdés: Milyen lehet ségek 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 el nyökkel és hátrányokkal bír az off-line programozással szemben: El nyök: - Könnyen elérhet - A robot a berendezés és a darabok aktuális helyének megfelel en 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 költségmegfelel je - Alig dokumentálható Off-line programozás Ez a módszer a kinematikán, és esetlegesen a kiválasztott robot dinamikájának szimulációján keresztül a robotizált munkahely 3D sematikus ábrázolását lehet vé tev szoftvereken alapszik. A robot programozásakor felhasználhatunk már meglév CAD adatokat, így a programozás gyors és hatékony. A programot a szimuláció során ellen rzik, a hibák így kijavíthatók. El nyök: - 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 érzékel ket kell alkalmaznia - Helyszínek hatékony programozása - A program szimuláció és vizualizáció segítségével ellen rizhet - A megfelel szimulációs programok használata által jól dokumentálható - Felhasználhatók már meglév CAD adatok - A költség független a termelést l. 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 el nyeit kombinálja. A robot programja két f komponensb l 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 el nyei 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 véd réteg felvitelére használják.
Közvetett tanítás a programozó a végszerszámot a vezérl panel segítségével elvezeti a kívánt pontra, amelyet a vezérlés eltárol. A robot ezután az el re 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: - passzív: - fix és szabályozható ujjak - rugalmas és felfüggesztett satupofa - aktív: - hidraulikus motorral - pneumatikus motorral - elektromotorral - elektromágnessel mágneses: - passzív: - permanens mágnesek - aktív: - elektromágnesek vákuum: - passzív: - deformálódó vákuumtalpak (alternatíva: kiegészít szeleppel) - aktív: - vákuumpumpával - ejektorral speciális 3. Kérdés: Számítsa ki a lineáris folyadékalapú motor átmér jét az alábbi ábra alapján! A lineáris folyadékalapú (pneumatikus vagy hidraulikus) motor átmér jének kiszámításához, amelyre az ábrán bemutatott szerkezet esetén szükség van, alkalmazhatjuk az F v meghajtóer meghatározásához használt módszert, amelyre a következ képlet alkalmazható: 2.D F v p.. v 4 ahol D a nagyteljesítmény motor átmér je, v a folyadékalapú motor hatásfoka. Az F v meghajtóer és az F u befogóer arányára a következ érvényes: Fv F u 2b. cos a 2 a motor szükséges átmér je pedig:
D 4.cos. Fu.b a..p.. v i ahol az átvitel szöge, i 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 cs ben/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 kezel eszközök 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 m veletet végeznek a periferális eszközök? A PE-k tehát a robotizált munkahelyen belül az egyes m veletek 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 leegyszer sítik a robotizált munkahely operációs rendszerének programozását, valamint lehet vé teszik a kevesebb szabadságfokú vagy kevésbé komplex IR&M-ek alkalmazását. 7. Kérdés: Milyen el nyökkel jár a periferális eszközök alkalmazása a robotizált technológiai munkahelyeken? Az ipari robot vagy manipulátor együttm ködése 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 megfelel en 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 jellemz ik 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 jellemz ik 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) megfelel en 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 felépítés ek és típusúak lehetnek. Fontos összeköt elemek az egyes gépek, munkahelyek és üzemek között. Szállíthatnak félkész termékeket, késztermékeket, m szereket, szerszámokat, szerelvényeket vagy hulladékot is. A leggyakrabban használt típusok: szállítószalagok, szállítóláncok, fejmagasság felett futó szállítópályák, rezg szállítópályák, szállítópályák automatizált gyártásban és összeszerel -sorok részeként, gördül pályák. 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) - vezérl rendszer ház, amely tartalmazza robot vezérlését, az egyes tengelyek hajtásához használható frekvencia-átalakítókat, állapotelemzésre szolgáló biztonsági áramköröket és más a vezérl rendszer 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 m velet elvégzésére szolgál - érzékel k - a robot és az emberi operátor ütközését megakadályozó elemek, pl. mechanikai korlátok
16. Kérdés: Írja le a robotizált munkahely vezérlésének lehet ségeit a más perifériákkal való összekapcsolás szempontjából. Rajzoljon szemléltet ábrát! A robot saját vezérl rendszerének 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 - hegeszt pisztoly - drótadagoló egység Kiegészít elemek: - ütközésérzékel - hegeszt pisztoly tisztító, és hegeszt drót 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 h t folyadék 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 mer leges tengely mentén képes rotációs mozgásra. Az ilyen konstrukció el nye a nagyobb teherbírás. 20. Kérdés: Sorolja fel a robotizált bevonás f el nyeit! A robotizált bevonási m velet 25-30% bevonó anyag megtakarítással jár a kézi bevonással szemben, és ideális, ha a bevonó anyagok g zei károsak lehetnek az egészségre.
21. Kérdés: Sorolja fel a bevonási m velethez 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 vezérl rendszerre való csatlakoztatás után a robot hetedik tengelyeként viselkedik. - Bevonóanyag adagolása - pneumatikusan vezérelt, áramlásmér kkel 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 el készíti a felületet a bevonáshoz (plazmával vagy lánggal el melegíti). 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.