Robotiikka,

(Konenäkö),

Mobiili robotiikka

Teknologiademot on the Road

29.11.2016

Robottityypit ja

mekaaninen rakenne• Standardin SFS-EN ISO 10218-1 mukaan robotti on:

Automaattisesti ohjattu Uudelleen ohjelmoitava Monikäyttöinen toimilaite Kolme tai useampia vapausasteita Kiinteästi asennettu tai liikuteltava

J. Pakkanen 2015, T. Koukkari 2016

Robottien käyttö teollisuudessa

• Yleisin tuotantotapa on kiinteän automaation ja ihmistyövoiman yhdistelmä

• Robotisaatio tarjoaa vaihtoehdon!

• Robotisoinnin tavoitteet Tasaisempi laatu Korkeampi kapasiteetti Vaarallisten, vaikeiden tai tylsien

työvaiheiden poistaminen

• Manipulaattori on laite, joka siirtää osia, kappaleita tai laitteita noudattaen yksinkertaista toistuvaa rutiinia.

• Mikäli rutiinit ovat monimutkaisia ja niitä voidaan muutella, puhutaan robotista.

Manipulaattorit

Robottityypit ja -rakenteet

PicRef: Toshiba, Fanuc, adept, ETF Robotics

Robottityypit ja -rakenteet

PicRef: ABB, Motoman, adept,

Portaalirobotti

• Yksinkertainen ja modulaarinen rakenne

• Rakenne mahdollistaa laajat työalueet

• Pystyy käsittelemään suuria massoja

• Helppo ohjelmoida

• Tyypilliset tehtävät: Konepalvelu Pakkaus Kokoonpano

PicRef: Bosch Rexroth

SCARA ROBOT

• Jäykkä vertikaalinen rakenne

• Erittäin nopea

• Tyypilliset tehtävät: Kokoonpano elektroniikka

PicRef: 3D CAD Browser

RINNAKKAISRAKENTEINEN ROBOTTI

• Useita rinnakkaisia niveliä Jäykempi rakenne, mutta silti erittäin nopea

• Suht rajallinen liikealue

• Yksi perussovellus on Stewardin alusta, jossa kaksi levyä on liitetty toisiinsa kuudella lineaarisella nivelellä.

• Tyypilliset tehtävät:• Pakkaus• Kokoonpano/asennusPicRef: adept, Fanuc

KÄSITTELYLAITTEET (Ulkoiset akselit)

PicRef: ML Material

Kinematiikka

• Suora kinematiikka työkalun aseman laskenta vapausasteiden

paikkatietojen perusteella ’missä on robotin työkalupiste tällä hetkellä’

• Käänteinen kinematiikka vapausasteiden paikka-arvojen laskenta työkalun

aseman perusteella ’miten robotti saavuttaa tietyn pisteen

liikeavaruudessaan’

Teollisuusrobotti

J. Pakkanen 2015

Robotin perusrakenne

Ohjain

Manipulaattori

Ohjelmointiyksikkö

Teollisuusrobotti

Joint 1

Joint 2

Joint 3

Joint 4Joint 5

Joint 6

Mekaaninen rakenne

Robotin

koordinaattijärjestelmät

J. Pakkanen 2015

Koordinaattijärjestelmä

• Robottikäden liikkeet on kuvattu useassa eri koordinaattijärjestelmässä

peruskoordinaatisto maailmankoordinaatisto käyttäjäkoordinaatisto kohteen koordinaatisto (kappale) työkalukoordinaatisto

• Jokainen koordinaatisto viittaa eri fyysiseen sijaintiin.

Koordinaattijärjestelmä

Robotiikka

ABB Robotin ohjelmointi, joitain

esimerkkejä

J. Pakkanen 2015

Liikekäsky sisältää :

MoveL * v 1000, Z50, Tool0, Wob 0

LiikekäskytyyppiNopeus

Paikoitustarkkuus

TCP:n paikkatieto (X,Y,Z ja työkalun asento)

Paikka voi olla tähtenä (*) tai sille voi antaa

nimen.

Työkaludata

Työkappaledata

Liikekäskyt:

MoveLLiikkeen aikana työkalun

orientaatio pysyy samana

Lineaariliike.

A B

MoveL * v 1000, Z50, tool0

Aloituspiste (edellinen piste).

Liikekäskyt:

MoveJ Jokaista robotin akseli ohjataan

yhtäaikaa siten että kaikki akselit

saavuttavat nivelarvon

samanaikaisesti.

Join-liike.

BA

MoveJ * v 1000, Z50, tool0

Aloituspiste (edellinen piste).

Liikekäskyt:

MoveC

Työkalun orientaatio pysyy

samana liikkeen ajan

Ympyränkaari liike.

MoveC * , * v 1000, Z50, tool0

Aloitus. Edellisen käskyn

paikka.

–MoveC, käsky tarvitsee kaksi paikkatietoa.

p1100mm

80mm

MoveL p1, …

MoveL offs(p1, 0, 100, 0), …

MoveL offs(p1, 80, 100, 0), …

MoveL offs(p1, 80, 0, 0), …

MoveL p1, ...

Offset-poikkeaman ohjelmointi

Esimerkki

• Kommunikointikäskyillä voidaan

ohjelmakulun aikana esittää

kysymyksiä tai antaa

informaatiota ohjelmointilaitteen

näytöllä.

• Vastaukset annetaan

ohjelmointilaitteen

numeronäppäimillä.

• vastaukset tallentuvat halutun

muuttujan arvoksi.

TPReadNum

TPReadFK

TPWrite

TPErase

Kommunikointi käyttäjän kanssa

• Ohjelman kulku

käskyillä määritellään

missä järjestyksessä

RAPID koodi

toteutetaan.

• Ohjelman kulkuun

vaikuttavia käskyjä:

– TEST

– WHILE

– IF

– FOR

– Compact IF

– GOTO

– EXIT,STOP

– BREAK

Ohjelman kulun kontrollointi

Ohjelman kulun kontrollointi

Tulon odottaminen

WaitDI DI10_1, 1

– odota kunnes digitaalinen tulo DI10_1 = 1

– ts. Ohjelmasuoritus jatkuu vasta kun DI10_1:n arvo on

1

WaitUntil DI10_1 = 1 AND DI10_2 = 1

– käytetään useampien tulojen odottamiseen

Teollisuusrobotin

offline-ohjelmointi

Offline-ohjelmointi

Robottikoodi robottiohjaimelleRobottisimulaatio

• Offline-ohjelmointi: Luodaan simulointimallin perusteella robottivalmistajakohtaiset robottikoodit robottiohjaimeen– Robottien seisokkiaikojen minimointi

– Ohjelmoinnin turvallisuus

– Ohjelman validointi ja testaus

– Laadun parantuminen ja vakiintuminen

– Robottisolun ohjauksen (PLC) suunnittelu ja testaus (Virtual Commissioning)

Robottiturvallisuus ja

yhteistyörobotiikka

T. Koukkari 2016

Robottiturvallisuus ”perinteisesti”…

Turvaluokitellut komponentit• Turvallisuus taataan erottamalla ihminen ja

robotti toisistaan

PicRef: Suomen Robotiikkayhdistys Ry

Robottiturvallisuus, vaatimukset• Robottiturvallisuuteen (automatisoitu tuotantosolu/kone)

vaikuttavat säädökset lyhyesti– Konedirektiivi 2006/42/EY

• Harmonisoi EU/ETA-alueella ensimmäistä kertaa markkinoille saatettavia tai käyttöön otettavia koneita koskevat säädökset

– SFS-EN ISO 12100 Koneturvallisuus. Yleiset suunnitteluperiaatteet, riskin arviointi ja riskin pienentäminen.

– SFS-EN ISO 13849-1 Koneturvallisuus. Turvallisuuteen liittyvät ohjausjärjestelmien osat. Osa 1: Yleiset suunnitteluperiaatteet

– SFS-EN ISO 10218-1 Robots and robotic devices - Safety requirements for industrial robots - Part 1: Robots

– SFS-EN ISO 10218-2 Robots and robotic devices - Safety requirements for industrial robots - Part 2: Robot systems and integration

– ISO/TS 15066 Robots and robotic devices — Collaborative robots

Yleistietoa standardeista: http://www.sfs.fi/files/63/Koneturvallisuusesite2015web.pdf

YhteistyörobottiCollaborative Robot

• Standardin SFS-EN ISO 10218-1 ja teknisen spesifikaation ISO/TS 15066 vaatimukset täyttävä robotti Suunniteltu toimimaan samassa tilassa ihmisen kanssa Robotti tunnistaa törmäyksen ja sen ympäristöönsä

aiheuttamaa maksimivoimaa voidaan säätää aktiivisesti

• Etuja verrattuna perinteisiin teollisuusrobotteihin Nopeita asentaa ja käyttöönottaa, turvallisuusvälineiden

kuten aitojen ja valoverhojen suunnittelulta voidaan välttyä Toimiminen yhdessä ihmisen kanssa

YhteistyörobotiikkaCollaborative Robotics

• Turvallisuusnäkökulmaa ei kuitenkaan voi unohtaa, vaan käyttökohteen turvallisuutta on tarkasteltava kokonaisuutena. Riskiarvio SFS-EN ISO 12100 mukaan on tehtävä.

• Esim. asioita joita täytyy ottaa huomioon: Raajojen jääminen robottien nivelten väliin

”saksiotteeseen” Turvalliset liikenopeudet eri tilanteissa Tarttujan tartuntavoima Työkappaleiden ja tarttujan terävät lävistävät reunat Painavan työkuorman aiheuttama riski Jne.

Yhteistyörobotiikka, yhteistyörobotteja

PicRef: Universal Robots, Fanuc, ABB, KUKA

Universal Robots: UR-series

Fanuc CR-35iA ja CR-7iA

ABB YuMi

KUKA: LBR iiwa-series

Joiden lisäksi saatavanatai tulossa:• Yaskawa: HC• Rethink Robotics• MABI Robotic

Yhteistyörobotiikka, ”turvallista” ja joustavaa tarttujatekniikkaa

PicRef: On Robot, Robotiq, Schunk

On Robot RG2

Robotiq

Schunk Co-act

Konenäkö robotin

yhteydessä

T. Koukkari 2016

Lavalta poiminta, 2D-kappaleenkäsittely• Poimittavan kappaleen paikoitus on mahdollista toteuttaa

yhden konenäkökameran avulla kun tartuttavat kappaleet ovat pinottavissa. Tartunnan syvyyssuunta (korkeus) voidaan hoitaa robotin ohjelmassa kun kappaleiden paksuus tunnetaan.

• Tapahtumasarja on seuraava:

– Konenäkökamera ottaa kuvan tasolta jossa kappaleet sijaitsevat. Konenäköohjelmisto etsii sille opetettuja muotoja kuvasta ja palauttaa robotille muodon xy-koordinaatit sekä kiertokulman z-akselin ympäri.

– Robotti käyttää kuvattavalle tasolle muodostettua käyttäjäkoordinaatistoa jossa robotti paikoitetaankameralta tulevan tiedon perusteella.

Kasasta poiminta (bin picking), 3D-kappaleenkäsittely• Kasasta poimittaessa kappaleiden orientaatiota ja

syvyyssuuntaista sijaintia ei tunneta etukäteen. Tässä yhteydessä käytetään usein 3D-konenäkötekniikoita kuten stereokameroita ja rakenteista valoa. Kasasta muodostetaan siis pistepilvi josta ohjelmallisesti etsitään etukäteen opetettuja 3D-muotoja.

– Robotille palautetaan tässä tapauksessa siis kaikki xyz-koordinaatit sekä kiertokulmatieto kaikkien kolmen akselin suhteen.

• Esimerkkejä tämänkaltaisista laitteistoista:– Fanuc iRVision 3D Area Sensor

– Sick PLB vision system

– Pick-it camera system

– Yaskawa MotoSight 3D CanonVision

Mobiilit teollisuusrobotit

- Mobile industrial robots

T. Koukkari 2016

Mobiilit teollisuusrobotit

• Mobiili teollisuusrobotti on teollisuuskäyttöön tarkoitettu ohjelmoitava itsenäisesti liikkuva ”alusta” jota käytetään esimerkiksi sisälogistiikan automatisointiin.

• Navigointi perustuu usein laserskannereihin eikä välttämättä vaadi ympäristöön asennettavia navigointiapuja (kuten lattiaan upotettava johdin tai tilan nurkkiin liimattavat heijastimet)

• Käytössä teollisuudessa ja esimerkiksi sairaalaympäristöissä.

Mobiilit teollisuusrobotit• Esimerkkejä mobiileista roboteista:

– Mobile Industrial Robots ApS: MIR100

– Adept: Courier

– KUKA: KMR iiwa

– Swisslog: RoboCourier

– Aethon: TUG

Mobile Industrial Robots ApS: MIR100

• Itsenäisesti navigoiva• Max 100 kg kantavuus• Toiminta-aika 10 h / 20 km• Maksimi nopeus 1,5 m/s• Rajapinta tietojärjestelmiin

liittymiseksi

PicRef: MIR