aimagazine
5 základných vecí, ktoré by mal inžinier robotiky vedieť o priemyselných robotoch
23. Dec. 2022 | autor: Autor: Kamil Majcher, Robotic solutions development leader, ASTOR Robotics Center
V tomto článku sa dozviete: 1. Priemyselný robot - čo to je a z čoho sa skladá? 2. Robotické pracovisko s priemyselným robotom - čo to je a ako sa stavia? 3. Robotizované pracovisko - ako sa takýto systém programuje? 4. Robotizovaná pracovná stanica - ako sa ovláda aplikácia? 5. Ako sa programuje priemyselný robot?
1. Priemyselný robot - čo to je a z čoho sa skladá?

1.1. Priemyselný robot - definícia
Norma PN-EN ISO 8373: 20011 uvádza nasledujúcu definíciu priemyselného robota:

„Manipulačný priemyselný robot je automaticky riadený, naprogramovaný, viacúčelový stroj s mnohými stupňami voľnosti, ktorý môže manipulovať s obrobkami a prepravovať ich, môže byť stacionárny alebo mobilný pre dôležité priemyselné aplikácie."

Priemyselný robot vo výrobnej bunke, zdroj: ASTOR


V norme sa uvádzajú aj základné parametre priemyselných robotov:
- počet riadených osí, zvyčajne, v závislosti od robota, od 2 do 7; tento parameter určuje stupne voľnosti, ktoré sa premietajú do stupňa zložitosti činností, ktoré je robot schopný vykonávať; každá os má určitý rozsah uhlových pohybov,
- užitočné zaťaženie, t. j. maximálna hmotnosť, ktorú môže priemyselný robot zdvihnúť alebo presunúť na iné miesto,
- dosah, definovaný ako polomer oblasti, v ktorej je robot schopný pracovať,
- rýchlosť pohybu, ktorá určuje maximálnu rýchlosť, ktorou sa robot môže pohybovať v každej osi; tento parameter je definovaný v rad/s pre rotačné osi alebo v mm/s pre lineárne osi,
- presnosť a opakovateľnosť, ktoré určujú presnosť pohybu robota.

1.2 Priemyselný robot - z čoho sa skladá?
Priemyselné roboty sa skladajú z 3 základných prvkov:
manipulátor - výkonná časť priemyselného robota
Manipulátory majú v závislosti od verzie rôzny počet pohyblivých osí (2 až 7) a rôzne užitočné zaťaženie (až 2300 kg).

Priemyselný manipulátor - vizualizácia, zdroj: ASTOR


V závislosti od aplikácie existujú rôzne typy manipulátorov: bežné manipulátory a manipulátory s dutými prevodmi - manipulátory zváracích robotov majú často typ konštrukcie, ktorá umožňuje umiestniť do ramena robota káble, napr. zváracie káble alebo prídavné pneumatické alebo elektrické zväzky.
riadiaca jednotka - riadiaca jednotka priemyselného robota
Manipulátor robota je výkonná časť a riadiaca jednotka je kontrolér. Riadiaca jednotka priemyselného robota je vybavená mnohými elektronickými systémami, ktoré umožňujú ovládať pohony robota, jeho bezpečnostné systémy a implementáciu logiky napísanej v textovom alebo blokovom jazyku.

Riadiaca jednotka priemyselného robota, zdroj: ASTOR


Okrem toho - z hľadiska automatizácie a robotiky,  sú dôležité komunikačné schopnosti riadiacej jednotky - tieto jednotky zvyčajne podporujú väčšinu protokolov, ako sú Ethernet IP, Profinet, Profibus atď.
Zaujímavý fakt: elektronické systémy sú čoraz menšie, takže ak porovnáme desaťročia staré riadiace jednotky so súčasnými riešeniami, ukáže sa, že sú niekoľkonásobne menšie. Niekedy sú regulátory umiestnené v ramenách manipulátora.
Teach Pendant - diaľkový ovládač na ovládanie priemyselného robota
Teach pendant umožňuje realizovať pohyby robota v jednotlivých osiach alebo systémoch, ale aj zobraziť pracovný stav robota - stav komunikácie, vstupy/výstupy.

Teach Pendant, zdroj: ASTOR


Teach Pendant  má zvyčajne bezpečnostné tlačidlá, t. j. "deadman", pomocou ktorých možno robot spustiť v manuálnom režime. Umožňuje naprogramovať robota vo zvolenom jazyku a kontrolovať vykonávaný program - zastavenie, spustenie atď.
Priemyselné roboty nemusia mať a niekedy ani nepoužívajú teach pendant - rovnaké funkcie môže vykonávať softvér robota.

Obrazovka softvéru priemyselného robota, Zdroj: ASTOR


Softvér robota má široké možnosti využitia. Vďaka nemu používateľ komunikuje s riadiacou jednotkou, číta jej parametre, ukladá programy, funkcie alebo body. Umožňuje meniť konfiguráciu a programovanie robota v textovom jazyku. Ďalšie možnosti softvéru robota umožňujú ovládať a zobrazovať stav signálov v reálnom čase.

2. Robotická stanica s priemyselným robotom - čo to je a ako sa stavia?
Robotická stanica je oveľa širší pojem, pretože okrem priemyselného robota zahŕňa aj ďalšie príslušenstvo a prvky - tzv. periférie. Na príklade paletizačnej stanice sa pozrime na jej komponenty.

2.1. Chápadlo pre priemyselného robota
V tomto prípade je súčasťou robota, ktoré umožňuje manipulovať s obrobkom - premiestňovať ho, držať a odkladať - pneumaticko-mechanické chápadlo, ktoré pomocou svoriek dokáže zdvihnúť škatule a uložiť ich na paletu na vybrané miesto.

Chápadlo pre priemyselného robota, zdroj: ASTOR


Chápadlo robota vykonáva prenos a prepravu kartónových preložiek, ktoré možno umiestniť medzi vrstvy krabíc. Okrem toho je vybavený mechanickými upínačmi, ktoré uchopia paletu a presunú ju na vybrané miesto stanice.
Rameno robota často obsahuje aj pneumatické vedenie a digitálne signály, ktoré sú ukryté v oblasti 3,4 osi – na ich ovládanie sa zvyčajne používa interná kabeláž robota.

2.2. Bezpečnostný systém
Každé robotické pracovisko má rôzne časti bezpečnostného systému. Pri dodávke pracovných staníc v rámci Európskej únie by mal výrobca priložiť dokument potvrdzujúci zhodu so všeobecne platnými normami. Tieto požiadavky striktne definujú pravidlá, ktoré by mali spĺňať použité časti bezpečnostného systému.

Robotizovaná paletizačná stanica, zdroj: ASTOR


Príklady prvkov bezpečnostného systému:
- bezpečnostný plot - pracovný priestor robota je oddelený plnými alebo sieťovými panelmi, ktoré sa vyberajú na základe vopred vykonaného hodnotenia rizík,
- svetelné závory namontované na stĺpoch, ktoré v prípade prerušenia človekom na pracovisku počas cyklu robota zastavia pohyb robota v núdzovom režime,
- hlavný vstup do stanice priemyselného robota je monitorovaný skenerom, ktorý má vhodne oddelené zóny umožňujúce napríklad prechod mobilného robota počas práce stanice,
- systém monitorovania osí robota - počas práce stanice môže takýto systém nezávisle kontrolovať a overovať, v akom priestore robot v danom okamihu pracuje,
- bezpečnostné tlačidlá E-STOP - takéto tlačidlá sú vo vnútri aj mimo stanice, na Teach Pendante a na kontroléri robota - umožňujú núdzové zastavenie stanice.
Bezpečnostné systémy navzájom komunikujú prostredníctvom bezpečnostného ovládača, ktorý podporuje nadradené ovládanie bezpečnostných prvkov zabudovaných v stanici.
Vďaka týmto funkciám môžete dynamicky ovládať a monitorovať zóny, v ktorých sa robot pohybuje. V situácii, keď priemyselný robot prekročí bezpečnostnú zónu, sa stanica zastaví v núdzovom režime - vtedy je potrebné manuálne presunúť robota z priestoru mimo bezpečnostnej zóny.

2.3. Systémy intralogistiky a systém riadenia robotickej stanice
Na správnu realizáciu procesu paletizácie sa používajú ľahké a ťažké transportéry. Tie sú v prezentovanej aplikácii zodpovedné za prepravu krabíc a paliet. Sú riadené meničmi.

Pracovná stanica intralogistiky, zdroj: ASTOR


Riadenie celej aplikácie zabezpečuje riadiaca jednotka PLC, ktorá komunikuje s robotom, priemyselným počítačom, mobilným robotom a meničmi. Všetky komponenty pohonu a riadenia sú zabudované do elektrickej skrine.

Elektrický rozvádzač pre robotickú stanicu, zdroj: ASTOR

Aplikácia HMI sa zobrazuje na priemyselnom počítači. Komunikácia medzi PLC a AGV prebieha bezdrôtovo pomocou modernej technológie 5G.

3. Robotizovaná pracovná stanica - ako sa takýto systém programuje?
Každá časť robotizovanej stanice by mala byť naprogramovaná samostatne a každá z nich má vlastný špecializovaný softvér, ktorý umožňuje realizáciu vybraných funkcií.

3.1. Programovanie riadiacej jednotky PLC
Vykonáva sa prostredníctvom obslužného softvéru špecifického pre ovládač. Samotná logika programu sa realizuje pomocou štruktúrovaného textu - to umožňuje spúšťať jednotlivé sekvencie, ktoré vykonávajú aplikáciu paletizácie.
V danom okamihu sa spustia meniče, zavolá sa mobilný robot s rozmiestňovačmi a môžete spustiť program robota. Okrem toho PLC číta údaje zo snímačov, ktoré kontrolujú správnu činnosť aplikácie.

3.2. Programovanie priemyselného robota
Konfiguráciu a programovanie priemyselného robota možno vykonať niekoľkými spôsobmi - samotná logická časť bola naprogramovaná pomocou softvéru robota, zatiaľ čo pohybové programy boli vytvorené čiastočne na Teach Pendante a čiastočne v softvéri, ktorý umožňuje vytvoriť schému vzoru kartónov na palete, ktorá je nainštalovaná v priemyselnom počítači. Samotný program sa posiela do priemyselného robota spolu s pohybovými bodmi - robot presne vie, kedy má dosiahnuť ktorý bod a za akých podmienok. -> Viac informácií nájdete v bode 5.

3.3. Programovanie mobilného robota
Mobilný robot - AGV sa program

Programovanie mobilného robota vo webovom prehliadači, zdroj: ASTOR


Mobilného robota naučíme cestu, ktorú má prejsť, uložíme ju ako misiu a v ďalšej fáze môžeme vďaka komunikácii zavolať robota v správnom okamihu vďaka programu PLC.

3.4. Komunikácia celého systému
Najdôležitejším aspektom je komunikácia celého systému - v tomto prípade je realizovaná niekoľkými protokolmi: Ethernet IP, EtherCAT a TCP IP. Nastavuje sa medzi riadiacou jednotkou PLC a jednotlivými zariadeniami, ktoré komunikujú vo vlastných protokoloch.
Budúcnosť Industry 4.0 umožní štandardizáciu komunikácie a programovania.

4. Robotizovaná stanica - ako riadiť aplikáciu?
Robotizovaná stanica je vybavená v paneli HMI. Obrazovky používané na ovládanie sa zobrazujú prostredníctvom webového prehliadača - vďaka tejto funkcii môžete túto aplikáciu spustiť na mobilných zariadeniach.

Aplikácia pre obsluhu robotickej stanice s mobilným robotom, zdroj: ASTOR


Pomocou bezdrôtovej komunikácie 5G k nej môžeme pristupovať v podstate z akéhokoľvek zariadenia.
Operátor spustí aplikáciu tlačidlom Štart. Ak sa pracovná stanica zastaví uprostred prevádzky, jej prácu možno obnoviť.
Okrem toho je možné zobraziť aj stav jednotlivých zariadení, kde sa zobrazujú informácie získané z robotov a senzorov - to umožňuje aj presnú diagnostiku v prípade poruchy stanice.

Obrazovka na diagnostiku stavu zariadení zahrnutých v robotickej stanici, Zdroj: ASTOR


V prípade samotného priemyselného robota je možné v núdzových situáciách po prepnutí do učiaceho režimu pohybovať robotom manuálne pomocou Teach Pendantu.
Keď sa vyskytne chyba, PLC informuje používateľa o kóde chyby prostredníctvom HMI a navrhne, čo by mohlo pomôcť vyriešiť problém.

5. Ako sa programuje priemyselný robot?
Existuje niekoľko možností programovania priemyselných robotov.

5.1. Programovanie priemyselného robota - blokový jazyk
Prvým a najpoužívanejším je blokový jazyk. Ide o dosiahnutie vybraného bodu v priestore, pre ktorý je definovaný počet parametrov, napr. čakanie na vybrané vstupy alebo zapnutie vybraných výstupov.
V prípade zváracieho robota zadáme číslo úlohy, ktorú má zdroj načítať pred spustením celého procesu. Po definovaní týchto parametrov sa bod uloží. Samozrejme, jednotlivé kroky môžete kedykoľvek predefinovať  zmenou pozície alebo parametrov pohybu, ako je rýchlosť alebo presnosť.

Programovanie priemyselných robotov - blokový jazyk, zdroj: ASTOR


5.2. Programovanie priemyselného robota - textový jazyk
Druhou formou programovania priemyselného robota je textový jazyk, ktorý umožňuje pripraviť logický alebo pohybový program na počítači a potom ho nahrať do robota a naučiť polohu.
Túto formu možno použiť na pohybové programy, ale aj na paralelné vlákna, ktoré vykonávajú logické operácie. Môžeme vytvárať rozsiahle funkcie pomocou populárnych príkazov a štruktúr, ako napr: IF ELSE, FOR, WHILE cykly alebo inštrukcie skoku GOTO.

Programovanie priemyselného robota - textový jazyk - slučky, zdroj: ASTOR


V programe pohybu robota môžete na optimalizáciu kódu použiť aj podmienené príkazy, slučky.

Programovanie priemyselného robota - textový jazyk - podmienené inštrukcie, zdroj: ASTOR


Je možné použiť oba jazyky pri programovaní RPM (Robot Program Motion) - čiastočne v blokovom jazyku, čiastočne v textovom jazyku.
Pokiaľ ide o učiace body, môžete to urobiť tak, že sa priblížite k vybranej pozícii a uložíte ju, alebo vykonáte predtým napísaný program pomocou Teach Pendantu a uložíte pozície pre jednotlivé kroky.
Ďalšou obľúbenou formou programovania robota je špecializovaný softvér CAD/CAM, v ktorom sa vytvorí digitálne dvojča, ktoré dokáže zmapovať aktuálnu robotickú stanicu.

Digitálne dvojča v softvéri CAD-CAM, Zdroj: ASTOR


Trajektórie pohybu sa pripravujú v počítačovom programe, ktorý vygeneruje zdrojový kód, ktorý sa dá stiahnuť priamo do riadiacej jednotky robota.

Príprava a generovanie trajektórií pohybu, Zdroj: ASTOR


Ak je robotická stanica dobre nakalibrovaná, takýto program sa môže spustiť bez korekcií polohy. V ostatných prípadoch možno použiť riešenia, ktoré budú podporovať korekciu trajektórie v reálnom čase.

Chcete sa dozvedieť viac? Kontaktujte nás.
Hľadáte autorizovaného distribútora Kawasaki Robotics na Slovensku? Kontaktujte nášho partnera: Navštívte našu webovú stránku: http://kawasakirobotics.sk , kde nájdete všeobecné informácie o spoločnosti Kawasaki Robotics, case studies a výhody robotizácie so spoločnosťou Kawasaki Robotics.


Marcin Brydak
International Account Manager
Kawasaki Robotics Central and Eastern Europe HUB
Email: m.brydak@kawasakirobotics.pl
Mobile: +48 603 790 051
LinkedIN: Marcin Brydak


Ing. Jaroslav Fiľo
Konateľ
S.D.A.  s.r.o.
Mobil: +421 905 863 074
E-mail: jaroslav.filo@s-d-a.sk
www.S-D-A.sk      

Kawasaki Robotics Central and Eastern Europe HUB
Kawasaki Robotics CEE HUB

Sources:
  1. ASTOR https://www.astor.com.pl/
  2. http://bc.pollub.pl/Content/12907/PDF/roboty-new.pdf


aktuálne vydanie zobraziť archív vydaní
ai magazine 6/2022 vyšiel 5.12.2022
PDF číslo na stiahnutie
ai magazine 1/2023 vyjde 2.3.2023
Uzávierka podkladov 16.2.2023
partneri
LEADER press, s.r.o., vydavateľstvo odborných časopisov, Dolné Rudiny 2956/3, 010 01 Žilina
© LEADER press, s.r.o. Autorské práva sú vyhradené a vykonáva ich prevádzkovateľ portálu.
0.0171 s.