Robottehnilised süsteemid. Tööstusrobotite olemus ja

klassifikatsioon. Robotite mehaanika ja ehitus.

Robotite tundlikustamine, adaptiivrobotid.

29.11.06

Robot

• Robot – 1923 a-l tekkis sõna ise, esmakasutajaks oli Karel Capek.

• Roboti defineerimisel on tänapäeval märksõnadeks „programmeeritavus“ ning „mitmesugune mehaaniline liikumine“.

• MSNBC, www.DELFI.ee18. september 2002 9:03

Eile üritasid egiptoloogid roboti abil jõuda Cheopsi püramiidi saladuste jälile. Püramiidis on mitu käiku mõõtmetega 20x20cm, mille otstarve on selgusetu. Ventilatsioonišahtid need ilmselt ei ole, kuna nad on kinni müüritud.

• Lambi ja väikese kaameraga varustatud robot tungis läbi esimesse tõkkesse puuritud ava, kuid selle taga käik jätkus ja ees oli järgmine kiviplaat. Salakambrit ei avastatud. Protsessi näidati ka teleris.

• Upuaut-2 is an original design - only one model exists.  All structural parts are milled from aircraft aluminum.  The robot is fitted with a laser guidance system and a SONY CCD miniature video camera with pan and tilt capabilities. 

• Seven independent electric motors with specially-designed Swiss precision gears drive the upper and lower wheel / track systems, providing leverage thrust of 20 kg and pulling power of 40 kg (under ideal traction conditions).

• Power supply is via "umbilical cord", a specially manufactured cable only 4.2 mm in diameter. The remote control console is microprocessor - controlled.      Minimum Height Maximum Height Overall Length Overall Width Weight120 mm 280 mm 370 mm 120 mm 6 kg

Mis on robot?

Milleks kasutad roboteid?

• Raha säästmiseks?

• Inimeste säästmiseks?

Definition

Robot: An automatic device that performs functions normally ascribed to humans or a machine in the form of a human (Webster’s definition).

Robotite eelised:

• Ei väsi ega torise

• Tagavad kõrge kvaliteedi

• Tagavad tegevuse korduvuse

• Tugevamad, kiiremad, täpsemad

• Tootlikumad

• Töötavad 24 h ööpäevas

• Immuunsed ohtlikule keskkonnale

Inimeste eelised:

• Kohanevad probleemide ja keskkondadega • Arvukalt andureid, kujundituvastus

põhivarustuses. • Teevad otsuseid, määravad prioriteete ja

määratlevad eesmärke • Arendavad uusi tehnoloogiaid • Lihtsad “programmeerida” Uuringute andmetel on kõrged tööjõukulud levinuim (üle

50%) põhjus robotite kasutuselevõtuks

Sotsiaalküsimused

• Töötus?

• Heaolu = Tootlikkus?

• Füüsilise töö elimineerimine?

• Töökoha ohutus

ROBOTITE KLASSIFIKATSIOON

Võimalikut klassifikatsiooniskeemid:

• Ajami järgi?

• Ehituse järgi?

• Haaratsi/tööriista järgi?

• Rakenduse järgi?

Robotite levik maailmas

• Jaapan on turuliider

• Jaapanis on 40000 tööstusrobotit,

• Seda on 10 korda rohkem kui USA-s

Levinumad robotite ülesanded

On asju, mida robotid teevad eriti hästi:

• Toodete koostamine

• Ohtlike ainete käsitlemine

• Pihustamine ja värvimine

• Inspektsioon ja kontrollimine

• Lõikamine ja puhastamine

Robotid ja SciFi • 1920 kirjutas Karel

Capek näidendi R.U.R: Rossum's Universal Robots, selles kasutati tehisinimese kohta sõna "robot," mis tuleb tšehhi väljendist "robota" mis tähendab eesti keeles “orjus, orjatöö."

Asimov‘i robotiseadused:

• A robot may not injure a human being or, through inaction, allow a human being to come to harm.

• A robot must obey the orders given it by human beings except where such orders conflict with the first law.

• A robot must protect its own existence as long as such protection does not conflict with the First or Second law.

Mida väljendab ROBOT?

ROBOT... VÄLJENDAB:

• ÜLLATUST

• VIHA

• KURBUST

Kasutusvõimalused

• Töö äärmuslikult külmas/kuumas• Töö suure rõhu all: tuukritööd• Töö vaakumi tingimustes, kosmoses• Töö radiatsiooni tingimustes• Pommide demineerimine• Toksiliste ainete käsitlemine• robotpolitseinikud• robotsõdurid• neurokirurgia

BONGARD’i ülesanne

1. Mis on ühist vasakul pool püstjoont olevatel kujunditel?2. Mis on ühist paremal pool püstjoont olevatel kujunditel?3. Mis erinevus on teine teisel pool joont olevates rühmades?

TURING’i TEST

Kes on mees, kes naine? Või on üks neist masin?

Jaapanis jagatakse robotid 6 alarühma:

• manuaalsed manipulaatorid

• jäigalt juhitud robotid

• paindlikult juhitud robotid

• numbriliselt juhitud robotid

• õpetatavad robotid

• arukad robotid

Palju maksab?

• Seadmete hind moodustab 1/3 kõigist kulutustest robottootmisele.

Täpsus?

• Täpsuse mõiste vajab roboti hankimisel täpsustamist. Selle all võib olla mõeldud:

• korduva liikumise täpsus

• positsioneerimistäpsus

• jne

Programmeerimine

• Programmeerimisel on 5 taset:– kasutavad vaid robotivalmistajad– PTP– käsijuhtimispuldi abil– parameetriliselt– objektorienteeritult

Haarats

• Haaratsi haardejõud:

• e = 1,2-2,0 (varutegur)• g=9,81 m/s2• μ=haardetegur• a=detaili suurim lubatud kiirendus

töötsüklis• m= detaili mass [N]

egamF

Ohutus

• Tööohutus: 2/3 õnnetustest on tingitud programmeerimisvigadest

• kokkupõrge

• surve

• muud

EL

• EL-s peavad vastama 1314/1994/ETY nõuetele.

• Tagab kaupade vaba liikumise EL-s ning Norras, Islandil ning Lichtensteinis.

• Vajalik CE märgistus.

Hoiatustuled

• Hoiatustulede arvutustes võetakse inimese liikumiskiiruseks 1,6 km/h

ROBOTITE GENERATSIOONID

Generat.

1.

Kasutusel

Enne 1980

Võimalusi iseloomustavad märksõnad

Peamiselt mehaanilised Statsionaarsed Kõrge täpsus Suur kiirus Servoajamite kasutamine Puuduvad välised andurid Puudub AI

2. 1980-1990 Puuteandurid Tehisnägemissüsteemid Asendiandurid Surveandurid Programmeeritavad Mikroarvutijuhtimine

3. 1990-ndate keskel ja hiljem

Mobiilne autonoomia AI Kõnetuvastus Kõneanalüüs Navigatsioonisüsteemid Kaugjuhitavad Putukataolised

4. Tulevikus Projekteerimine pole veel alanud... Reprodutseerimisvõimega? Sama targad kui inimesed? Tõelise huumorimeelega? Arenemisvõimelised?

Tööstusrobot

• ümberprogrammeeritav automaatne masin, mida tootmisprotsessis käsutatakse inimese liikumisfunktsioonidega sarnasteks operatsioonideks esemete teisaldamisel või tööriistaga töötamisel

• Tööstusroboti iseloomulik tunnus on ühe või mitme manipulaatori olemasolu

• Tööstusrobot koosneb täitur-, juht-, mõõte- ja liiteseadmest

Täiturseade

• täidab roboti liikumisfunktsioone ning tema põhiosaks on üks või mitu manipulaatorit.

• Käituri (rattad, roomikud või sammumehhanism) olemasolul on täiturseade mobiilne ning võib liikuda mööda tsehhi territooriumi.

• Enamikul juhtudel aga käitur puudub ning roboti täiturseadme moodustab vaid manipulaator(id)

Juhtseade

• formeerib ja edastab juhtsignaalid täiturseadmele vastavalt eelnevalt

• salvestatud juhtprogrammile

Mõõteseade

• vajalik informatsiooni saamiseks roboti ja tema ümbruse kohta; ta muundab ja edastab signaalid juhtseadmesse

Liiteseade

• tagab infovahetuse roboti ja väliste infoallikate (tööpingid, juhtarvutid jms.) vahel.

• Liiteseade võib kuuluda ka juhtseadme koosseisu

Täiturseadme manipulaatorilülid:

1 käsivars, 2 käelaba, 3 haarats

Haarats

• täidab inimkäe sõrmede ülesannet ning on ette nähtud teisaldatavate ese mete haaramiseks, kinnihoidmiseks ja vabastamiseks.

• Sageli on haaratsi asemel mõni tööriist (mutrikeerik, värvipihusti, punktkeevitustangid vms.).

Käsi

• lülid, mis võimaldavad esemeid ruumis ümber paigutada (teisaldada)

Käelaba

• lülid, mille ülesanne on esemete telgi ruumis orienteerida (suunistada)

Manipulaator

• distants- või programmjuhtimisega seade, mis jäljendab inimkäe liikumist

Klassifikatsioon paiknemise järgi

a liikumatul alusel, b rataskäituriga vankril, c konsoolil, d portaalil

Ristkoordinaadistik

• Ristkoordinaadistiku korral teisaldatakse ese ruumis kolme translatoorse e. kulgliikumise abil, silindrilise koordinaadistiku korral kahe kulg- ja ühe rotatsioon- e. pöördliikumise, sfäärilises koordinaadistikus ühe kulg- ja kahe pöördliikumise ning nurkkoordinaadistikus kahe või kolme pöördliikumisega.

Stewart’i platvorm

6 vabadusastet

SCARA

Enamiku tänapäeva robotite täiturseadme mehhanismides on igal lülil vaid üks liikuvusaste (kulg- või pöördliikumine).

Klassifikatsioon tööruumi

geomeetria järgi

(a) Ristkoordinaadistik (Cartesian),

(b) silindriline, (c) nurkkoordinaadistik, (d) liitkäsi ja (e) SCARA liitkäsi

Roboti töötsoon

• ruumi osa, milles saab seisva täiturseadme korral asuda manipulaatori tööorgan, s. t. ruum, kus manipulaator saab töötada.

• Töötsooni geomeetrilisteks mõõtmeteks võivad olla kas lineaarmõõde, pöördenurk, pindala, ruumala või nende üksikmõõtmete suvaline hulk.

ROBOTITE JUHTIMINE

• Robotite programmjuhtimisel eristatakse kontuur-, positsioon- ja adaptiivjuhtimist.

Positsioonjuhtimine

• võimaldab roboti tööorganil liikuda kindlate etteantud positsioonimispunktide vahel, kusjuures nende punktide vahelist trajektoori ei kontrollita.

• Positsioonimispunktideks valitakse tavaliselt liikumise alg- ja lõpp punktid, kuid vahel Vajatakse ka lisapunkte, näiteks takistustest möödumiseks. Sellise juhtimissüsteemi korral on juhtseadme mälu väike ning võimaldab salvestada tavaliselt vaid 10... 50 punkti.

• Täiturseadme ajamite töö pole kooskõlastatud ning üksikute lülide ajamid lõpetavad töö erineval ajal.

Positsioonjuhtimine• Positsioonimispunkte võib ette anda kas

etteandeseaduritega (potentsiomeetrid, mitmeastmelised ümberlülitid jms.), numbriliselt (pooljuht- ja magnetmälu), piirikutega (mehaanilised piirikud, lõpp- ja teekonnalülitid, hüdro- ja pneumoklapid jms.) või viiteelementidega.

• Ümberseadistatavate piirikute ja/või viiteelementide käsutamisel saadakse tsükliline positsioon]uhtimissüsteem, mis on leidnud rakendust kõige lihtsamates robotites.

• Tsüklilise positsioonjuhtimise iseärasuseks on see, et täiturseadme lülide liikumist kontrollitakse tsükliliselt positsioonimispunktides või nende vahetus läheduses. Liikumise ajal puudub juhtseadmel informatsioon täiturseadme asendi kohta.

Kontuurjuhtimine• roboti tööorgani (haaratsi või tööriista) trajektoor ja

liikumiskiirus on salvestatud juhtseadme mällu. Programmeerimiseks tuleb trajektoor jagada piisavalt väikesteks lõikudeks ning salvestada mällu vastavate lõikude otspunktide koordinaadid. Punktidevahelise trajektoori ja kiiruse valib roboti juhtseade kooskõlas liikumise üldise iseloomuga. Et saada täpset liikumist, peab trajektooril valitud punktide arv olema küllalt suur, järelikult on kontuurjuhtimise korral liikumise programmeerimiseks vaja suurt mälu. Liikumistäpsust iseloomustavad trajektoori kõrvalekalle (tegeliku trajektoori erinevus juhtprogrammiga etteantust) ning positsioonimisviga (seisva manipulaatori tööorgani asendi kõrvalekalle juhtprogrammiga ettenähtud asendist).

Kontuurjuhtimine

• Suure mälu ning keeruka juhtseadme tõttu on kontuurjuhtimisega robotid positsioonjuhtimisega robotitega võrreldes kallimad, kuid nad võimaldavad teha töid, milleks lihtsama juhtimissüsteemiga robotid pole suutelised (värvida ruumilisi pindu, kaarkeevitada jms.). Kontuurjuhtimise korral on täiturseadme ajamite töö kooskõlastatud ning nad alustavad ja lõpetavad töö üheaegselt.

Adaptiivjuhtimine

• tagab juhtprogrammi täitmise (varieerimise) vastavalt roboti mõõteseadmelt saadavale informatsioonile roboti ja väliskeskkonna kohta.

• Robotile ümbrusetaju andmiseks saab välisanduritena käsutada tehisnägemisseadmeid.

• Seejuures tuleb arvestada, et tehisnägemise korral pole probleemiks mitte see, kuidas ümbrust jälgida, vaid see, kuidas vastuvõetavad signaalid robotile arusaadavaks muuta.

Jaapanis jagatakse robotid 6 alarühma:

• manuaalsed manipulaatorid

• jäigalt juhitud robotid

• paindlikult juhitud robotid

• numbriliselt juhitud robotid

• õpetatavad robotid

• arukad robotid

Palju maksab?

• Seadmete hind moodustab 1/3 kõigist kulutustest robottootmisele.

Täpsus?

• Täpsuse mõiste vajab roboti hankimisel täpsustamist. Selle all võib olla mõeldud:

• korduva liikumise täpsus

• positsioneerimistäpsus

• jne

Programmeerimine

• Programmeerimisel on 5 taset:– kasutavad vaid robotivalmistajad– PTP– käsijuhtimispuldi abil– parameetriliselt– objektorienteeritult

Haarats

• Haaratsi haardejõud:

• e = 1,2-2,0 (varutegur)• g=9,81 m/s2• μ=haardetegur• a=detaili suurim lubatud kiirendus

töötsüklis• m= detaili mass [N]

egamF

Ohutus

• Tööohutus: 2/3 õnnetustest on tingitud programmeerimisvigadest

• kokkupõrge

• surve

• muud

EL

• EL-s peavad vastama 1314/1994/ETY nõuetele.

• Tagab kaupade vaba liikumise EL-s ning Norras, Islandil ning Lichtensteinis.

• Vajalik CE märgistus.

Hoiatustuled

• Hoiatustulede arvutustes võetakse inimese liikumiskiiruseks 1,6 km/h

Keevitusrobotsüsteemi projekteerimine

Ülesanne

• Soovitav süsteem sisaldaks robotit, keevitusseadet, juhtseadet, keevituslauda, suitsugaaside eemaldussüsteemist ja turvaseadmetest. Näites valime roboti, millel on 6 vabadusastet, MIG keevitusseade, mis varustatud kokkupuuteanduriga. Roboti tõstevõime on 6 kg.

Seega on lisaks robotile ja MIG-seadmele vaja veel:

• pöördlauda

• põleti puhastusseadet

• turvaaeda

• turvamärgutulesid

• juhtpaneeli

• terasraami, millele robot ja pöördlaud asetatakse

…• Juhtseade ühendatakse toitega (tavaliselt 400 VAC), robotile

otseselt toidet ei anta, vaid servomootorite toited tulevad juhtkaableid mööda.

• Keevitusseadme etteandekiirus ja keevituspinge tagatakse kahe analoogkanaliga. Roboti juhtsüsteemi pinge (0...12 VDC) kalibreeritakse vastama tegelikule tööpingele, nii et keevitusprogrammis võiks kasutada reaalset pinget ja voolutugevust (näiteks 3 mm terasplaadi keevitusel 200 A, 22 V).

• Keevitusagregaadi põleti puhastusseade koosneb pöörlevast freesist (suruõhumootor, millega  käitatav frees puhastab põletit), selle lukustist (põleti lukustatakse puhastamise ajaks fikseeritud asendisse) ja määrdepihustusseadmest (pärast puhastamist põletit määritakse keevispritsmete külgejäämise vähendamiseks). Määrdepihustus teostatakse monostabiilse 3/2 suunaventiiliga, mis saab signaali robotilt.

…

• Pöördlaua juhtimine oleneb selle teostuse valikust. Näiteks servolaud allub robotile, nagu ükskõik milline roboti mootoritest. Antud juhul kasutame kahetasemelist lihtsat töölauda, kus teisel pool roboti töötsooni paigaldatakse roboti tööajal uut toorikut - nii on võimalik tõsta töö tootlikkust. Töölaua ajamiks valime pöördsilindri ja varustame süsteemi väljalaskeventiiliga, nii et paanikanupule vajutamine peataks ka pöördlaua liikumise. Lukustuseks kasutame silindrit. Roboti täpsus on suurusjärgus 0,1 mm ning olenevalt keevitatavast plaadipaksusest on lubatud viga suurusjärgus 0,5-1 mm.   Pöördlaual põhjustaks aga juba 1° viga 2 m pikkusel laual vea 17 mm.

…

• Süsteemi juhtpaneelil peab kindlasti olema paanikanupp töö peatamiseks.

• Turvakonstruktsiooni kõrgus on vastavalt standardile üle 1400 mm, millele järgneb veel 1100 mm turvatsoon enne tööpiirkonda.

• Värava asemel on otstarbekas kasutada valgusandureid või turvamatte

Keevitus-roboti

juhtimis-algoritm

ALGUS

LAUA PÖÖRE?

2. POOL EES?

1. POOL EES?

KEERA 2. POOL

2. POOL EES?

NULLI PÖÖRDLAUD

KUTSU 2.POOLE KEEVITUSPROG.

KEERA 1. POOL

1. POOL EES?

NULLI PÖÖRDLAUD

KUTSU 1.POOLE KEEVITUSPROG.

KUTSU PÕLETI PUHASTUSPROGRAMM

LÕPP

EI

JAH

EI

EI

JAH

EI

JAH JAH

EI

JAH

• Instrumendipunkt on keevitusrobotitel umbes 10 mm keevistraadi kaugusel keevituspitsist. Praktikas annab see ka seda, et roboti programmeerimisel arvutatakse liikumiskiirus instrumendipunkti suhtes. Z-liikumine on keevistraadi suunas. Instrumendipunkti kontrollimiseks on otstarbekas keevitussõlm varustada mõõteotsakuga, mis paigutatakse näiteks põleti puhastusseadmesse, kus see paikneb robotist eraldi. Kasutaja programmeerib juhtprogrammi, kus robot käib mõõteotsakut puudutamas  kõikides põhitelgede suundades (X, Y, Z).

Roboti programmeerimise põhimõtted:

• õigesti tehtud roboti juhtprogramm algab ja lõpeb samas punktis (nn algasendis).

• programmis kasutatakse alati maksimaalset kiirust, kui pole just põhjust liikumist aeglustada!

• kasuta alati interpoleerimata liikumisi (näit. NOKIA robotil režiim JOINT, kus iga mootorit liigutatakse eraldi), kui just pole otsest vajadust kasutada mõnda muud liikumisrežiimi

Õigesti kavandatud keevitusliikumised:

• 0 - algasendist kiirusega 25% maksimaalsest, 1 - lähenemispunkti max kiirusega, 2 - keevituse alguspunkti, lineaarne liikumine, 300 mm/s, keevitus sisse lülitada, 3 - keevituse lõpp-punkt, lineaarne, kiirus nagu soovitud näiteks 10 mm/s, 4 -  väljumispunkt, lineaarne liikumine, kiirus 500 mm/s; 5 - algasend, max kiirusega

…

• Lähenemispunkt programmeeritakse nii lähedale, kui julgetakse max kiirusega robotiga keevitatavale detailile läheneda.

• Robotite programmeerimisel arvestatakse, et 1 minuti tõhusa programmi saamiseks tuleb programmeerida 15-60 minutit!

• Tehtud programmi alati seejärel testitakse.

Robotkompleksi igapäevane hooldus:

• kontrolli kõik kompleksist kostuvad ebanormaalsed hääled ja selgita nende algpõhus

• puhasta robot tolmust ja eemalda töötsoonis mahakukkunud esemed

• kontrolli elektrikaablid, gaasi- ja suruõhutorud ning lekked, kinnita irdunud kaitsekatted

• kontrolli keevituspüstoli seisukorda ja eemalda keevispritsmed

• kontrolli instrumendi asend ja kinnitus • eemalda ripakile jäänud asjad ja tööriistad juhtkappidelt

Igakuine hooldus:

• kontrolli roboti kere kinnitus, lõdvenda kinnituskruvid ja pinguta siis uuesti üle

• kinnita kaablite fiksaatorid  ja ühendused uuesti

• kontrolli avariisüsteemi toimivust ja turvaseadmete tööd

• tee programmist varukoopia

Iga-aastane hooldus:

• kõik õlitamist vajavad kohad tuleb robotis ja pöördlauas määrida

• juhtkapi ventilaatorite filtrid puhastada

• juhtkapi ukse tihend puhastada või vahetada

• juhtkapi mälu akumulaatorid kontrollida, vajadusel vahetada

RK

• Robotiseeritud kompleksid (RK) kujutavad endast avatud tehnoloogilisi süsteeme, mille koosseisu võivad kuuluda eriliigilised tehnoloogilised seadmed ning toodete valmistamine neis toimub reeglina eelnevalt kindlaks määratud suurustega partiidena.

• Roboti seeritud komplekside oluliseks komponendiks on tööstusrobot, mille olemusest ja funktsioonidest kujuneb RK olemus ja funktsioonid ning nime täpsustus. Tööstusrobotid (TR) võivad olla teenindavad või konkreetseid tööoperatsioone sooritavad.

Tööstusrobotite peamised kasutusvaldkonnad:

• valu, • kuumsepistamine, • termiline töötlemine, • külm-stantsimine, • mittemetalsete

materjalide survevalu,

• keevitamine, • mehaaniline

töötlemine, • pindamine, • koostamine, • kontroll, • transport.

Liikumine

• Robotid   oma  liikumisulatuselt  võivad  olla   statsionaarsed   või   mobiilsed. Robotid ,  mis on kinnitatud alusele või omavad piiratud liikumisulatust, nimetatakse statsionaarseks. Piiratud liikumisulatuse korral ei ole paigaldatud spetsiaalseid liikumistrasse (relssteed, jms.) või juhtimissüsteeme (laserjuhtimine, signaaljuhtimine , jms.).

• Mobiilsed robotid võivad liikuda vastavalt ettenähtud transpordiskeemile. Mobiilsete robotite puhul on töökoht määratud selle roboti poolt teenindavate objektidega.

Klassifikatsioon

• tööstusrobotite klassifikatsiooni mitme põhitunnuse järgi :

• -  põhifunktsioon;

• -  kasutusvaldkond;

• -  tehnoloogilised võimalused;

• -  tööruum

Koordinaatsüsteemid• Tööstusroboti mehaanilise struktuuri ülesandeks on anda talle

vajalikke ruumilisi liikumisi. Eristatakse translatoorseid ( sirgjoonelisi e. lineaarseid ) ja rotatsioonilisi ( pöörd- ) liikumisi. Mehaanilise struktuuri all mõistetakse kinemaatilist ahelat , mis koosneb liikumatust osast ja liikuvast õlast, mille juurde kuulub käsi haaratsi või tööriistaga. Et robot võiks töötsooni igale punktile juurde pääseda, on vaja 3 liikuvusastet positsioneerimiseks ja 3 liikuvusastet orienteerimiseks. Haaratsi või tööriista positsioneerimine ja ka orienteerimine toimub koordinaatsüsteemi abil. Juhitavad põhikoordinaadid moodustavad robotite tööruumid : Eristatakse viite põhilist koordinaadisüsteemi või tööruumi :– TKS - täisnurkne koordinaatsüsteem, – SKS - silindriline koordinaatsüsteem,– SFS - sfääriline koordinaatsüsteem, – SSS - šarniirne koordinaatsüsteem, – SKK - segakoordinaatsüsteem.

Cartesius

• Peale silindriliste, sfääriliste ja vertikaalsete šarniirkoordinaatide on hakatud kasutama ka horisontaalseid šarniirkoordinaare ja nn. Cartesiuse koordinaate. Seda peamiselt koostamistööde automatiseerimisel, kus on nõutavad mitmesugused vertikaalsed liikumised. Peale nende põhiliikumiste võib roboti käsi sooritada veel täiendavaid liikumisi haaratsi või tööriista orienteerimiseks.

Teenindus ja täpsus

• Teeninduse ulatuselt statsionaarsed robotid klassifitseeritakse suure teeninduse ulatusega ( R > 1250 mm ) ( S ) ja väikese tööulatusega ( R <= 1250 mm ) ( V ) klassidesse. Esmasel klassifitseerimisel loetakse tähtsaks ka veel positsioneerimise täpsust. Robotid, milledel positsioneerimise täpsus TA < + /- 0,5 mm , kuuluvad tinglikult täpsete robotite ( S ) hulka , ülejäänud -TA >= +/- 0,5 mm - normaalse täpsusega robotite hulka ( V ).

Tööruumid

• 1)  täisnurkne koordinaadisüsteem,• 2)         silindriline koordinaadisüsteem,• 3)         sfääriline koordinaadisüsteem,• 4)         šarniirne koordinaadisüsteem,• 5)         segakoordinaadisüsteem.

Vaja-dused

• 1- tööpingi teenindus-robot

• 2- tööriista vahetust teostav robot

• 3- koostamis-robot

Keevitusrobotsüsteemi projekteerimine

Ülesanne

• Soovitav süsteem sisaldaks robotit, keevitusseadet, juhtseadet, keevituslauda, suitsugaaside eemaldussüsteemist ja turvaseadmetest. Näites valime roboti, millel on 6 vabadusastet, MIG keevitusseade, mis varustatud kokkupuuteanduriga. Roboti tõstevõime on 6 kg.

Seega on lisaks robotile ja MIG-seadmele vaja veel:

• pöördlauda

• põleti puhastusseadet

• turvaaeda

• turvamärgutulesid

• juhtpaneeli

• terasraami, millele robot ja pöördlaud asetatakse

…• Juhtseade ühendatakse toitega (tavaliselt 400 VAC), robotile

otseselt toidet ei anta, vaid servomootorite toited tulevad juhtkaableid mööda.

• Keevitusseadme etteandekiirus ja keevituspinge tagatakse kahe analoogkanaliga. Roboti juhtsüsteemi pinge (0...12 VDC) kalibreeritakse vastama tegelikule tööpingele, nii et keevitusprogrammis võiks kasutada reaalset pinget ja voolutugevust (näiteks 3 mm terasplaadi keevitusel 200 A, 22 V).

• Keevitusagregaadi põleti puhastusseade koosneb pöörlevast freesist (suruõhumootor, millega  käitatav frees puhastab põletit), selle lukustist (põleti lukustatakse puhastamise ajaks fikseeritud asendisse) ja määrdepihustusseadmest (pärast puhastamist põletit määritakse keevispritsmete külgejäämise vähendamiseks). Määrdepihustus teostatakse monostabiilse 3/2 suunaventiiliga, mis saab signaali robotilt.

…

• Pöördlaua juhtimine oleneb selle teostuse valikust. Näiteks servolaud allub robotile, nagu ükskõik milline roboti mootoritest. Antud juhul kasutame kahetasemelist lihtsat töölauda, kus teisel pool roboti töötsooni paigaldatakse roboti tööajal uut toorikut - nii on võimalik tõsta töö tootlikkust. Töölaua ajamiks valime pöördsilindri ja varustame süsteemi väljalaskeventiiliga, nii et paanikanupule vajutamine peataks ka pöördlaua liikumise. Lukustuseks kasutame silindrit. Roboti täpsus on suurusjärgus 0,1 mm ning olenevalt keevitatavast plaadipaksusest on lubatud viga suurusjärgus 0,5-1 mm.   Pöördlaual põhjustaks aga juba 1° viga 2 m pikkusel laual vea 17 mm.

…

• Süsteemi juhtpaneelil peab kindlasti olema paanikanupp töö peatamiseks.

• Turvakonstruktsiooni kõrgus on vastavalt standardile üle 1400 mm, millele järgneb veel 1100 mm turvatsoon enne tööpiirkonda.

• Värava asemel on otstarbekas kasutada valgusandureid või turvamatte

Keevitus-roboti

juhtimis-algoritm

ALGUS

LAUA PÖÖRE?

2. POOL EES?

1. POOL EES?

KEERA 2. POOL

2. POOL EES?

NULLI PÖÖRDLAUD

KUTSU 2.POOLE KEEVITUSPROG.

KEERA 1. POOL

1. POOL EES?

NULLI PÖÖRDLAUD

KUTSU 1.POOLE KEEVITUSPROG.

KUTSU PÕLETI PUHASTUSPROGRAMM

LÕPP

EI

JAH

EI

EI

JAH

EI

JAH JAH

EI

JAH

• Instrumendipunkt on keevitusrobotitel umbes 10 mm keevistraadi kaugusel keevituspitsist. Praktikas annab see ka seda, et roboti programmeerimisel arvutatakse liikumiskiirus instrumendipunkti suhtes. Z-liikumine on keevistraadi suunas. Instrumendipunkti kontrollimiseks on otstarbekas keevitussõlm varustada mõõteotsakuga, mis paigutatakse näiteks põleti puhastusseadmesse, kus see paikneb robotist eraldi. Kasutaja programmeerib juhtprogrammi, kus robot käib mõõteotsakut puudutamas  kõikides põhitelgede suundades (X, Y, Z).

Roboti programmeerimise põhimõtted:

• õigesti tehtud roboti juhtprogramm algab ja lõpeb samas punktis (nn algasendis).

• programmis kasutatakse alati maksimaalset kiirust, kui pole just põhjust liikumist aeglustada!

• kasuta alati interpoleerimata liikumisi (näit. NOKIA robotil režiim JOINT, kus iga mootorit liigutatakse eraldi), kui just pole otsest vajadust kasutada mõnda muud liikumisrežiimi

Õigesti kavandatud keevitusliikumised:

• 0 - algasendist kiirusega 25% maksimaalsest, 1 - lähenemispunkti max kiirusega, 2 - keevituse alguspunkti, lineaarne liikumine, 300 mm/s, keevitus sisse lülitada, 3 - keevituse lõpp-punkt, lineaarne, kiirus nagu soovitud näiteks 10 mm/s, 4 -  väljumispunkt, lineaarne liikumine, kiirus 500 mm/s; 5 - algasend, max kiirusega

…

• Lähenemispunkt programmeeritakse nii lähedale, kui julgetakse max kiirusega robotiga keevitatavale detailile läheneda.

• Robotite programmeerimisel arvestatakse, et 1 minuti tõhusa programmi saamiseks tuleb programmeerida 15-60 minutit!

• Tehtud programmi alati seejärel testitakse.

Robotkompleksi igapäevane hooldus:

• kontrolli kõik kompleksist kostuvad ebanormaalsed hääled ja selgita nende algpõhus

• puhasta robot tolmust ja eemalda töötsoonis mahakukkunud esemed

• kontrolli elektrikaablid, gaasi- ja suruõhutorud ning lekked, kinnita irdunud kaitsekatted

• kontrolli keevituspüstoli seisukorda ja eemalda keevispritsmed

• kontrolli instrumendi asend ja kinnitus • eemalda ripakile jäänud asjad ja tööriistad juhtkappidelt

Igakuine hooldus:

• kontrolli roboti kere kinnitus, lõdvenda kinnituskruvid ja pinguta siis uuesti üle

• kinnita kaablite fiksaatorid  ja ühendused uuesti

• kontrolli avariisüsteemi toimivust ja turvaseadmete tööd

• tee programmist varukoopia

Iga-aastane hooldus:

• kõik õlitamist vajavad kohad tuleb robotis ja pöördlauas määrida

• juhtkapi ventilaatorite filtrid puhastada

• juhtkapi ukse tihend puhastada või vahetada

• juhtkapi mälu akumulaatorid kontrollida, vajadusel vahetada

Tööstusrobotite peamised kasutusvaldkonnad:

• valu, • kuumsepistamine, • termiline töötlemine, • külm-stantsimine, • mittemetalsete

materjalide survevalu,

• keevitamine, • mehaaniline

töötlemine, • pindamine, • koostamine, • kontroll, • transport.

Liikumine

• Robotid   oma  liikumisulatuselt  võivad  olla   statsionaarsed   või   mobiilsed. Robotid ,  mis on kinnitatud alusele või omavad piiratud liikumisulatust, nimetatakse statsionaarseks. Piiratud liikumisulatuse korral ei ole paigaldatud spetsiaalseid liikumistrasse (relssteed, jms.) või juhtimissüsteeme (laserjuhtimine, signaaljuhtimine , jms.).

• Mobiilsed robotid võivad liikuda vastavalt ettenähtud transpordiskeemile. Mobiilsete robotite puhul on töökoht määratud selle roboti poolt teenindavate objektidega.

Klassifikatsioon

• tööstusrobotite eneste klassifikatsiooni mitme põhitunnuse järgi :

• -  põhifunktsioon;

• -  kasutusvaldkond;

• -  tehnoloogilised võimalused;

• -  tööruum

Koordinaatsüsteemid• Tööstusroboti mehaanilise struktuuri ülesandeks on anda talle

vajalikke ruumilisi liikumisi. Eristatakse translatoorseid ( sirgjoonelisi e. lineaarseid ) ja rotatsioonilisi ( pöörd- ) liikumisi. Mehaanilise struktuuri all mõistetakse kinemaatilist ahelat , mis koosneb liikumatust osast ja liikuvast õlast, mille juurde kuulub käsi haaratsi või tööriistaga. Et robot võiks töötsooni igale punktile juurde pääseda, on vaja 3 liikuvusastet positsioneerimiseks ja 3 liikuvusastet orienteerimiseks. Haaratsi või tööriista positsioneerimine ja ka orienteerimine toimub koordinaatsüsteemi abil. Juhitavad põhikoordinaadid moodustavad robotite tööruumid : Eristatakse viite põhilist koordinaadisüsteemi või tööruumi :– TKS - täisnurkne koordinaatsüsteem, – SKS - silindriline koordinaatsüsteem,– SFS - sfääriline koordinaatsüsteem, – SSS - šarniirne koordinaatsüsteem, – SKK - segakoordinaatsüsteem.

Cartesius

• Peale silindriliste, sfääriliste ja vertikaalsete šarniirkoordinaatide on hakatud kasutama ka horisontaalseid šarniirkoordinaare ja nn. Cartesiuse koordinaate. Seda peamiselt koostamistööde automatiseerimisel, kus on nõutavad mitmesugused vertikaalsed liikumised. Peale nende põhiliikumiste võib roboti käsi sooritada veel täiendavaid liikumisi haaratsi või tööriista orienteerimiseks.

Teenindus ja täpsus

• Teeninduse ulatuselt statsionaarsed robotid klassifitseeritakse suure teeninduse ulatusega ( R > 1250 mm ) ( S ) ja väikese tööulatusega ( R <= 1250 mm ) ( V ) klassidesse. Esmasel klassifitseerimisel loetakse tähtsaks ka veel positsioneerimise täpsust. Robotid, milledel positsioneerimise täpsus TA < + /- 0,5 mm , kuuluvad tinglikult täpsete robotite ( S ) hulka , ülejäänud -TA >= +/- 0,5 mm - normaalse täpsusega robotite hulka ( V ).

Tööruumid

• 1)  täisnurkne koordinaadisüsteem,• 2)         silindriline koordinaadisüsteem,• 3)         sfääriline koordinaadisüsteem,• 4)         šarniirne koordinaadisüsteem,• 5)         segakoordinaadisüsteem.

Vaja-dused

• 1- tööpingi teenindus-robot

• 2- tööriista vahetust teostav robot

• 3- koostamis-robot

Robix

Robotiehitus moodulprintsiibil

Robotivalmistaja koduleht: www.robix.com

Mulliroboti programm

macro fast; accdec 1,2,3,4,5 9; maxspd 1,2,3,4,5 115; end macro mull; accdec 5 2; maxspd 5 50; end macro repeatfast;move 1 to -1400, 2 to -704, 3 to 704, 4 to -704, 5 to -400, 6 to -580;mull;move 1 to -1400, 2 to -704, 3 to 704, 4 to -704, 5 to 1300;mull;move 1 to -1400, 2 to -704, 3 to 704, 4 to -704, 5 to -400;move 6 to 1017;aux 2 onpause 15 aux 2 offmove 6 to -580fast;move 1 to 1150, 2 to 1150, 3 to -900, 4 to 1000, 5 to -400; pause 20endrepeat 0

Programmi selgitused• Punased numbrid tähistavad servomootoreid. • Makrosid kasutatakse, et ei peaks iga servo liigutamiseks

kirjutatava rea taha eraldi kirjutama kiiruseid ja kiirendusi. Makro nimi kirjutatakse siis rea ette ja eraldatakse semikooloniga (antud juhul fast ja mull)

• macro fast; accdec 1,2,3,4,5 9; maxspd 1,2,3,4,5 115; end – Selle reaga määratakse ära kõikide servode kiirendus/aeglustus (accdec) ja maksimaalne kiirus (maxspd), mis on antud juhul vastavalt 9 ja 115.

• Kui ei ole servole makros kiirusi ja kiirendusi antud, siis ta kasutab automaatselt algseadistusi, milleks on accdec 10 ja maxspd 100.

Programmi selgitused• macro mull; accdec 5 2; maxspd 5 50; end – siin muudetakse ainult

servo 5 liikumise parameetreid.• macro repeat – korduvate töötsüklite saavutamiseks.• fast;move 1 to -1400, 2 to -704, 3 to 704, 4 to -704, 5 to -400, 6 to -

580; - kasutatakse makros fast defineeritud liikumisparameetreid, ning liigutatakse servod vastavalt määratud asendisse. Meil kasutavate servode liikumisulatus on 180ŗ, mis vastab numbriliselt -1400-st kuni 1400-ni.

• mull;move 1 to -1400, 2 to -704, 3 to 704, 4 to -704, 5 to 1300; - sama, mis eelmine ainult kasutatakse makrot mull. Nagu näha liigub ainult 5 servo.

Programmi selgitused• mull;move 1 to -1400, 2 to -704, 3 to 704, 4 to -704, 5 to -400; -

sama mis eelnevalt ainult kasutatakse makrot mull. Nagu näha liigub ainult 5 servo.

• move 6 to 1017; - liigutab servot 6. Kasutab algseadistusi, kuna 6 servole ei ole määratud makroga algseadistustest erinevaid parameetreid.

• aux 2 on – annab väljundisse 2 signaali, milleks antud juhul on LED lambi süttimine.

• pause 15 – liikumistesse tehakse 1,5 sekundiline paus. 1 ühik on 0,1 sekundit.

• aux 2 off – Lõpetatakse signaali andmine väljundisse 2.• move 6 to -580 - liigutab servot 6.

Programmi selgitused

• fast;move 1 to 1150, 2 to 1150, 3 to -900, 4 to 1000, 5 to -400; - kasutatakse makros fast defineeritud liikumisparameetreid, ning liigutatakse servod vastavalt määratud asendisse.

• pause 20 – liikumistesse tehakse 2,0 sekundiline paus, et ta algasendisse naasmisel ei lõhuks ära mulli.

• End – Lõpetab programmi töö.• repeat 0 – Hakkab programmi kordama, 0 – tähendab

lõpmatut korduste arvu; teised arvud vastavat kordade arvu. Peavad olema positiivsed täisarvud.