UNIVERZITET U MOSTARU MAŠINSKI FAKULTET Master studij Smjer: DP/Konstruktivni
Seminarski rad
Industrijski roboti i njhova primjena u industriji
Predmet: Robotika Student: Sinanović Dino
Mostar, januar 2014.
1. UVOD Pod pojmom robot podrazumijeva se elektro-mehanička jedinica koja je u stanju da autonomno, po nekom programu, ili pod kontrolom čovjeka izvodi određene zadatke. Da bi odvojili ovako definisanu elektro-mehaničku jedinicu od obične mašine mora se početna definicija dopuniti sa par osobina, a to su: sposobnost kretanja po okolini u kojoj obavlja svoju funkciju, operativnost mehaničkom rukom, sposobnost opažanja sredine u kojoj se nalazi i manipulacija u toj sredini, inteligentno ponašanje uglavnom u smislu oponašanja zivotinja i ljudi. Potreba za ovakvim mašinama se ispoljila izuzetno rano u ljudskoj historiji u smislu potrebe za vjestačkim pomoćnicima u raznim opasnim i zahtjevnim situacijama. U potpunosti autonomne mašine su se pojavile tek sredinom 20-og vijeka. Zahtjev za obavljanjem raznih poslova efikasnije, jeftinije i sa mnogo većom pouzdanošću doveli su do toga da se roboti najviše eksploatišu i razviju u oblasti industrije. Upotreba robota u ovakvoj sredini (industrijskoj) je uglavnom u oblastima: proizvodnje, sklapanju, pakovanju, transportovanju, istraživanju svemira i zemlje, oblastima medicine, laboratorijskom istraživanju, i masovnoj proizvodnji potrošačkih i industrijskih proizvoda i sl. Pošto se nigdje ne može naći tačna i jasno utvrđena definicija robota, tipični robot mora posjedovati nekoliko svojstava: Vještački je napravljen, Sposoban je da opaža okolinu, manipuliše i komunicira sa stvarima u njegovoj neposrednoj okolini, Ima sposobnost donošenja odluka pomoću automatske kontrole ili preprogramirane sekvence koraka koja se unosi na osnovu prikupljenih informacija o sredini u kojoj se nalazi, Programabilan je, Kreće se pomoću jedne ili više osa rotacije ili translacije, Pravi koordinirane pokrete, Kreće se bez ljudske pomoći i Ima namjeru i svrhu
1
2. INDUSTRIJSKI ROBOTI Pod industrijskim robotom smatra se automatski kontrolisan, reprogamabilan, višenamenski manipulator u tri ili više osa. Oblasti upotrebe industrijskih robota su: zavarivanje, farbanje, pick & place, pakovanje i paletiziranje, kontrola kvaliteta proizvoda, testiranje i td. Sve ove poslove karakteriše potreba za visokom preciznošću, izdržljivošću i brzinom. Industrijski roboti su dostupni u velikom opsegu veličina, oblika, i konfiguracija. Projektuju se i proizvode sa potrebom da zadovolje različiite zahtjeve u proizvodnji koji se mogu ogledati u vidu potrebe za obavljanjem određenog posla, zatim rad u teškim ili specifičnim vremenskih i proizvodnim uslovima,itd. 2.1. Tipovi i karakteristike industrijskih robota Industrijski roboti mogu biti upravljani servo mehanizmom ili na neki drugi način. Roboti upravljani putem servo sistema su kontrolisani uz pomoć senzora koji kontinualno prate ose robota i sve ostale komponente koje su važne za pozicioniranje i brzinu kretanja. Ovako sakupljene informacije se porede sa pretpostavljenim referentim parametrima koji su programirani i sačuvani u memoriji robota. Roboti upravljani na drugi način nemaju sposobnost rada na principima povratne sprege, jer nemaju informacije u trenucima dok obavljaju svoju funkciju, već su upravljani pomoću sistema mehaničkih prekidača i limitera. Industrijski roboti mogu se daljinski programirati tako da svoje funkcije obavljaju pomoću programiranja određene putanje kretanja koju kružno u procesu proizvodnje ponavljaju.Ovaj vid programiranja robota se zasniva na raznim tehnikama kontrole kretanja robota.Postoje tri tipa putanja koje su najkorisnije i najčešće se koriste u upotrebi industrijskih robota, a to su: Point-to-Point Path (Praćenje od tačke do tačke) Controlled Path (Kontrolisana putanja) Continious Path (Ponavljajuća putanja) Point-to-Point path metoda se zasniva na projektovanju robota tako da se oni u okviru svog opsega kretanja kreću od tačke do tačke koja se unapred unosi u njegovu memoriju. U automatskom modu rada javlja se problem u odstupanju od praćenja tačno zadatih putanja. Razlog za ovakva doduše manja odstupanja su varijacije u združenoj geometriji, varijacija pri brzini kretanja, itd. Predviđanje grešaka i odstupanja u putanjama je teško i shodno tome upotrebom ovog metoda može se doći u potencijalno opasne i nesigurne situacija i čak se ugroziti bezbednost osoblja u neposrednoj okolini. S obzirom na jednostavnost postupka ovaj pristup se zbog gore navedenih mana ne može u potpunosti odbaciti već se primenjuje u situacijama kada sam proces proizvodnje ne zahtjeva veliku preciznost i kada je opasnost od velikih havarija minimalna. Controlled Path metoda se zasniva na projektovanju robota tako da putanja ili režim kretanja obezbeđuje kretanje koje prati predvidljivu (kontrolabilnu) putanju i orijentaciju dok robot putuje od tačke do tačke. Transformacije koordinata potrebne za upravljanje hardverom su izračunate pomoću kompjuterskog sistema samog robota. Korištenjem ovog pristupa smanjujemse opasnost od havarije i povećava bezbjednost u odnosu na gore navedeni postupak. 2
Robot čiju putanju kontroliše pohranjivanje velikog broja ili bliskih uzastopnih obimnih tačaka u memoriji tokom reda koji se uči je robot kontrolisan pomoću metode kontinuirane putanje. U toku ovog vremena i dok se robot pomjera koordinatne tačke u u koordinatnom prostoru se kontinuirano prate u fiksno postavljenom vremenu, npr. 60 puta u sekundi, nakon čega se smeštaju u memoriju samog sistema robota. Kada se robot prebaci u automatski režim rada, program se ponavlja iz memorije i kopija putanje se kreira. 2.2. Komponente industrijskog robota Industrijski roboti sadrže 4 glavne komponente, a to su: Mehaničku jedinicu Pogonski sistemi Sistem upravljanja Alate
2.2.1.Mehanička jednica Pod pojmom mehaničke jedinice industrijskog robota smatra se uglavnom manipulatorska ruka, međutim pored nje komponente koje su takoreći združene sa njom u jednu cjelinu fabrički mehanički ram sa oruđem koje podržava mehaničku povezanost i zglobove, aktuatore (linearne ili rotacione), kontrolne ventile i senzore. Fizičke dimenzije, dizajn, robusnost i ostale osobine zavise od zahtjeva. 2.2.2. Pogonski sistemi Sistemi napajanja mogu biti: električni, hidraulični i pneumatski. Odabir jedne od ovdje navedene opcije se vrši na osnovu specificiranog zahtjeva za performansama, cijeni i mjestu na kome se dotični sistem postavlja. Naim,e uzimajući za primjer industrijskog robota za farbanje, pri odabiru sistema napajanja za robot mora se uzeti u obzir da se radi u sredini koja 3
je lako zapaljiva pa se ne smije koristiti nikako električni sistem ili bilo šta što može dovesti do varničenja. U ovom konkretnom primjeru koristi se hidraulični pogon. Pneumatski pogon je karakterističan za robote za podizanje i prenos manjih tereta. Također treba uzeti u obzir da se pri odabiru određenih pogonskih sistema, mora imati u vidu snage koje oni mogu da proizvedu. Hidraulični pogon se koristi pri radu sa srednjim ili težim opterećenjima, ili kada se želi precizniji rad nego što može da se postigne sa pneumatskim pogonom.Roboti napajani eletričnim pogonom su najzastupljeniji u industriji. Koriste se i AC i DC napajani motori koji električnu energiju prenose do mehaničkih aktuatora i odgovarajućih sistema upravljanja. Upravljanje kretanjem je mnogo bolje, a i funkcionalnost je bolja nego kod hidrauličkih i pneumatskih. Primjer je potreba za naglim zaustavljanjem sistema usljed kvara ili neočekivanih situacija. U takvoj situaciji je mnogo lakše i brže ugasiti sistem napajan strujom nego hidraulični i pneumatski. Najbolje rešenje je svakako električno napajanje,a zatim hidraulično, dok pneumatsko donosi najmanju snagu, pa se shodno tome izabir zasniva na kompromisu između performansi, bezbednosti, ceni i zahtjevanih parametara. 2.2.3. Sistemi upravljanja Za upravljanje industrijskim procesima koriste se bilo ugrađeni mikroprocesori ili eksterni računari. Oni su u mogućnosti da obavljaju u potpunosti numeričke funkcije potrebne za operativnost, kao i da komunicira sa senzorima, alatima i raznoraznim perifernim elementima. Sistem za upravljanje izvršava memorisane funkcije za trenutno prikupljanje informacija sa senzora, branširanje i integraciju opreme. Programabilni kontroleri mogu biti realizovani preko onlajn ili oflajn daljinskih stanica prenoseći elektronske podatke pomoću raznoraznih komunikacijskih mreža među kojima su najzastupljeniji ethernet, gprs, DH+ i ostali vidovi komunikacije. Istovremeno razvijeni su i sistemi za samostalnu dijagnostiku pri raznim kvarovima. Ovo ujedno i olakšava održavanje i smanjuje vrijeme u kojem je sistem van stroja radi toga. Istovremeno prednost korišćenja kontrolera u ovakvim situacijama je u tome što većina današnjih kontrolera ima dovoljan kapacitet da se deo memorije koji nije upotrebljen može iskoristiti kao kontroleri nekih drugih mašina i procesa. Programiranje ovakvih kontrolera je specifično jer za razliku od drugih oblasti, nije bilo standardizovanja programiranja robota,pa je svaki proizvođač razvio specifične metode, što zahtjeva specijalni trening i osoblje.
4
3. PROGRAMIRANJE ROBOTA Kao što je gore navedeno, do standardizovanja programiranja još uvijek nije došlo na nekom značajnom nivou, pa postoji niz programskih paketa i rešenja koja variraju od proizvođača do proizvođača. Međutim bez obzira na ovo, programiranje i kontrola kretanja mehaničke ruke iako se razlikuje od proizvođača do proizvođača, ima neke dodirne tačke makar u zahtjevima koji su svakako isti za određenu situaciju. Postoji standarni set pokreta koje svi proizvođači koriste.Sam program je predstavljen u vidu niza naredbi koje izvršavaju određene korake. Ovi koraci mogu biti, bilo pozicija, funkcionalna operacija, zajedno sa ostalim informacionim podacima koji mogu biti: brzina, kašnjenje,ulazni i izlazni podaci, izvršne operacije, itd. Pri pisanju samog programa mora se uspostaviti geometrijsko fizička veza između robota i ostale opreme ili posla koji robot treba da obavi. Da bi se postiglo zadavanje ovih tačaka po kojima će se robot kretati u okviru svojih opsega rada potrebno je upravljati ručno robotom i omogućiti mu da fizički zapamti (memoriše) pozicione (koordinatne) tačke. Da bi se isprogramirao robot na ovaj način, kao i odredili ostale potrebne informacije najzastupljenije su tri metode programiranja : lead through walk-through off-line 3.1. Lead-Through programiranje (učenje) robota Ova metoda “uči” robot koristeći standardni dodatak za učenje (system upravljanja robota je prebačen u mod za učenje), što dopušta obučeno osoblje da fizički sprovede robota kroz željenu sekvencu (redosled) događaja time aktiviranjem odgovarajućeg visećeg prekidača. Robot se podučava o pozicijama i funkcionalnim podacima pri čemu se u njega upisuje novi “program”. Standardni dodatak može biti jedini izvor pomoću koga se uspostavlja program rada robota, ili pak se može koristiti zajedno sa dodatnim konzolama ili samim kontrolerom u robotu. Pri korištenju ove tehnike za podučavanje ili programiranje, osobe koje vrše to programiranje se mogu nalaziti u opsegu rada samog robota uz isključene bezbednosne sisteme.
Robot koji se programira metodom Lead – through 5
3.2. Walk-Through programiranje (učenje) robota Osoba koja obavlja podučavanje ima direktan fizički kontakt sa manipulatorsko rukom robota i u potpunosti ima kontrolu nad pokretima te robotske ruke, sa kojom ručno prolazi kroz pozicije u okviru željenog opsega same ruke.
Robot koji se programira metodom walk – through U toku ovoga procesa sam kontroler robota skenira i memoriše koordinate na fiksnoj vremenskoj osnovi. Kada se robot zatim postavi u automatski režim rada, ove vrijednosti i ostale informacije se ponavljaju i program se izvršava prema tome kako je „naučen“. Sa ovom metodom programiranja, osoba koja se bavi učenjem je u potencijalnoj opasnosti iz razloga što je operativni sistem bezbednosti ili deaktiviran ili van funkcije. 3.3. Off-Line programiranje Ova metoda se zasniva na procesu upisivanja zahtjevane sekvence koraka ili pozicija i funkcionalnih operacija na daljinskoj kompjuterskoj konzoli. S obzirom da se sama konzola nalazi na određenoj udaljenosti pisani program mora da bude prebačen do kontrolera robota i istovremeno mora da bude uspostavljena stabilna veza između konzole i kontrolera kako bi se precizne informacije prenijele robotu i ostaloj opremi sa ciljem efikasnog koordinisanja pokretima robota.Program se može direktno prebaciti ili pomoću raznih memorijskih jedinica (CD, kasete,f loopy disk). Nakon što se program u potpunosti prebaci do samog kontrolra, bilo lead-through bilo walkthrough metoda se može koristiti za pribavljanje informacija o stvarnim koordinatama pozicija za ose robota.
6
Off-line programiranje
Jedan od najzastupljenijih softvera za off-line programiranje je ROBOCAD softver. Prednosti ovog softverskog paketa su: Podrška za rad sa kompozitnim materijalima Odijeljak za korisničko definisanje potreba počev od standardnih zahteva do specijalni dodataka Mogućnost proračunavanja složenih funkicija u vidu implemntiranog softvera za pojednostavljeno rešavanje matematičkog modela Obezbeđuje širok spektar dinamičkog opterećenja koji varira bilo u smislu vrijednosti i pravca Različiti tipovi kočnica,opruga,hidrauličkih ili korisnički definisanih Analitičko i numeričko definisanje problema Izveštaj o potencijalnim deformacijama kontrukcije u bilo kom trenutku je dostupan Grafički prikaz poremećaja u raznim jezgrima Proveru izdržljivosti konstrukcije Vizuelizaciju kontrukcije u realnom vremenu(slow-fast režim) Automatsku pretragu optimalnog konstrukcionog rešenja Podršku za prenos podataka preko interneta Pri programiranju robota sa bilo kojom od gore navedenih tehnika uglavnom je potrebno da program bude verifikovan i blago modifikovan prema informacijama o pozicijama koje dobija.
7
Ova procedura se naziva programsko podešavanje i obično se sprovodi u dijelo u samom modu učenja operacija. Podučavač ručno vodi ili sprovodi robot kroz programiranje korake. Ponovo se susrećemo sa problemom bezbjednosti zbog deaktiviranih bezbjednosnih sistema. Jedan od načina dodatnih bezbjednosnih koraka preduzetih za predupređivanje ovog problema je ograničavanje brzine kretanja robota u ovom režimu učenja na 250 mm/s. Problem poziconiranja robota ne može se svesti na pravolinijski problem u smislu da je glavni problem dovođenje završnog uređaja robota u određeni položaj, već se mora uzeti u obzir pozicioniranje celokupnog sistema robotske ruke, i to ne samo da je potrebno odredi određeni položaj robota već i kretanje između pomenutih položaja. Shodno tome postoji nekoliko načina kretanja robota koji rešavaju određene probleme i ispunjavaju zahtjeve. Zglobovno ili pomjeranje po osi je očigledno brzo ali izvodi se od luka do luka. Kretanje na osnovu koordinatnih tačaka jeste pravolinijsko ali zahtjeva pokretanje mnogo više osa i veću snagu upravljanja. Cirkularni (rotacioni) pokreti također su mogući kao sto su mogući i promenljivi tipovi položaja na osnovu zaustavljanja ili provlačenja kroz određene pozicije. Brzina bilo kog pokreta se takođe može precizirati počev od skoro neprimjetnog pokreta do 2,5 m u sekundi, zavisno od tipa robota. Međutim ova gore navedena brzina se rijetko viđa u praksi. Da bi robot uzajamno djelovao sa sredinom u kojoj se nalazi uz programirano kretanje nalaze se i programirane određene funkcionalne operacije. Ovo se postiže pomoću sistema ulaz izlaz robota. Naime roboti mogu primiti i poslati signale od 24 V. Primjer komande su npr.“zaustavi ukoliko ulazni signal nije primljen” ili “uključi izlaz koji prikazuje upozoravajući signal” ili čak binarni ulazni signal koji bira program robota po kome će on izvršavati traženi zadatak. Robot se može ponašati i kao PLC (programabilni logički kontroler). Da bi se u potpunosti savladale metode programiranja pozicije i kretanja robota potrebno je nekoliko godina. Iskusni programeri će nekad pokušati da iskoriste pokrete zglobova što je više moguće da bi se postigla što veća brzina same ruke iako se prilikom korišćenja ovakvih pokreta umanjuje maksimalna moguća brzina jednog manjeg pokreta.
8
4. STEPENI SLOBODE Bez obzira na samu konfiguraciju samog robota, kretanje po svakoj osi rezultira rotacionim ili translatornim pokretima. Broj osa kretanja (stepeni slobode) i njihov raspored , zajedno sa njihovom sekvencom operacija i strukturom dozvoljava kretanje robota po celom opsegu u kome se nalazi, od tačke do tačke. Roboti imaju tri “ručna” kretanja: (gore-dole,unutarizvan, od strane do strane-bočno). Iako se pod industrijskim robotima podrazumevaju roboti koji imaju tri stepena slobode, tj. kreću se po tri ose treba predočiti prednosti robota sa 6 stepeni slobode. Osnovna prednost robota koji imaju 6 stepeni leži u tome sto je time omogućena mnogo veća fleksibilnost i adaptivnost u odnosu na ostale. Također sa ovim dodatnim na izgled nepotrebnim stepenima slobode postiže se istovremeno i bolje oponašanje pokreta ljudske ruke, zbog čega se ovi roboti zovu još i antropomorfni roboti. Na slici ispod možemo videti da ose 1 i 2 su efektivno u funkciji ramena, ose 3 i 4 su lakat i podlaktica dok su ose 5 i 6 šaka robota.
Dijagram osa antropomornog robota
9
Roboti sa 6 stepeni slobode imaju proširiv radni opseg i dozvoljavaju alatki na kraju manipulatorske ruke da manipuliše pokretima na sve moguće načine u okviru svog opsega. Pojedini roboti imaju veći stepen slobode kretanja nego ostali pogotovu na osama 2 i 3 koji su uglavnom ograničeni samom mehaničkom strukturom ruke. Najbolje ruke se proizvode tako da budu što bolje izbalansirane i da željene rezultate postižu uz pomoć što manjeg dejstva motora.Različiti tipovi robota koriste kontrabalansiranje težine, gasne amortizere(opruge) i mehaničke opruge kojim postižu potpunu ravnotežu. Sve ose(stepeni) slobode su zakočene na skoro svim robotima. Ovo znači da iako je napajanje isključeno robot će zadržati svoju poziciju. Istovremeno u slučaju zahtjeva za hitnim zaustavljanjem u bilo kom delu sistema, ove “kočnice” će se aktivirati i zaustaviti skoro momentalno robot, zadržavajući ga u zadnjem položaju pre nego što je aktiviran signal za zaustavljanje. Ovo se obavlja tako što se u samom kompjuteru na osnovu feedback-a, povratne sprege, zna položaj svake ose robotske ruke. Robot naravno koristi ove informacije da bi kontrolisao kretanje robota. Na narednoj slici vidimo različite tipove kretanja robota koje je moguće izvesti korištenjem svih osa mašine. Standardni dodatak za podučavanje (eng. teach pendant) će često imati dugme kojim se izabira tip kretanja. .
10
Dijagram mogućih kretanja robotske ruke
Osno ili zglobno kretanje zasniva se na pravolinijskom kretanju baze robota po x,y i z koordinatama. Malo složenije kretanje sreće se kod šake ili alatnog završetka( šaka sa više završnih uređaja), koji koriste centar samog završnog uređaja, tzv. Težište ili specijalni marker na alatki (TCP – Tool Centre Point) kao reference prema kojoj se proračunava i vrši kretanje. Ovo se često koristi po repozicioniranju ugla alatke, npr. Pri promjeni ugla napada alata na brusilici. Sveukupno ovo programeru daje odličnu intuitivnu kontrolu nad pozicioniranjem robota. Kompjuter ne samo da računa koji motori će biti uključeni već računa potrebno ubrzanje za kretanje ruku.Ovo znači da robot koristi istovremeno i informaciju o masi ruke i masi samog opterećenja u ruci, prilikom čega je omogućeno finije pronalaženje putanje do zahtjevane pozicije. Skoro svi današnji roboti ii roboti proizvedeni u zadnjih 15 godina imaju odličan sistem pozicioniranja i preciznost kretanja. 11
Primjeri opsega rada robota
12
5. PODJELA INDUSTRIJSKIH ROBOTA PREMA NAMJENI I NJIHOVE KARAKTERISTIKE Posmatrajući široki spektar potreba moderne industrije može se da je primjena robota izuzetno poželjna. Prednost industrijskih robota leži u tome što u principu predstavljaju jednostavan dio opreme i pri tome karakterišu se visokom adaptibilnošću. Industrijski roboti sa 6 stepeni slobode su ujedno i najflksibilniji tip robota i mogu se koristiti na mnoge načine.Također ima mnogo složeniji robota koji se koriste za specifične aplikacije kao što je pick & place operacija. Jedna od podjela robota prema namjeni je na: Robote za siječenje Roboti za brušenje,poliranje, izravnjavanje, finiširanje, i finu obradu završnog proizvoda Roboti za rukovanje proizvodima Roboti za varenje Roboti za farbanje, prskanje i obloživanje Roboti za paletiranje Roboti za lijepljenje i hermetičko zatvaranje 5.1. Roboti za siječenje Industrijski roboti su savršeni alati za mnoge poslove siječenja. Laserski, plazma, i sa vodenim hlađenjem sjekači su uglavnom zastupljeni i ovoj oblasti. S obzirom na samu prirodu posla koja je opasna ove tehnologije su izabrane kao pogodne za primjenu. Alat za siječenje je uglavnom postavljen kao završni uređaj kome se predmet za obradu prinosi pomoću trasnportera, pokretne trake ili dodatnog manipulatora. Druga opcija je da robot drži dio za obradu i pomjera ga dok je alat za obradu fiksiran. Robot može sadržati nekoliko stotina šema za siječenje koje se mogu aktivirati izuzetno lako pomoću aktiviranja kontrolera. Izuzetna preciznost i mogućnosti praćenja putanje daju precizne rezultate u toku vremena, u tri dimenzije i sa mnogo većom felksibilnošću nego bilo koja mašina za siječenje.Sposobnost robota da komunicira sa alatima je ovjde svakako izražena, i to je omogućeno pomoću raznih I/O ili bus komunikacija koje dozvoljavaju npr. kontrolu snage samog sjekača ili kontrolu i promjenu brzine ukoliko je to potrebno. Tipični roboti za siječenje imaju korisno opterećenje između 7 i 40 kilograma, ili više ukoliko se obradak pomjera od strane robota. Roboti se mogu montirati iznad radnog postolja ili na tzv. Gantry postolje ukoliko je potrebno povećati efektivnu vrijednost radne površine.
13
Primjer robota za siječenje Brzina ,preciznost i kontrolabilnost su glavne karakteristike ovog tipa robota.
14
5.2. Roboti za brušenje, poliranje, izravnjavanje, finiširanje i finu obradu završnog proizvoda Korištenjem felksibilnosti robota sa 6 stepeni slobode, sa njima je moguće vršiti brušenje, trimovanje, poliranje, pa čak i čišćenje bilo kojeg predmeta od bilo kog materijala istovremeno omogućavajući zadavanje završnog dodira na proizvodu. Kao kod siječenja postoje dva osnovna pristupa, ili robot drži obradak ili robot drži alat za obradu.Također moguće je da dva robota rade istovremeno sa ciljem obezbeđivanja potpune fleksibilnosti : jedan drži predmet,a jedan alat za obradu.
Odlivak koga obezbjeđuje robot koji ga prinosi alatu za obradu. 5.3. Roboti za rukovanje proizvodima S obzirom na dostignuća na polju tehnologije razvijeni su roboti za rukovanje proizvodima, a pored brzine i preciznosti krase ih i osobine okretnosti i velike osetljivosti. Shodno tome mogu se koristiti u raznim oblastima industrije za manipulaciju obiljem proizvoda počev od vrata automobile, preko jaja, opruga pa sve do šampanjca. Tipični robot za obavljanje ove funkcije može da rukuje teretom do 120 kg brzinama do 2500 mm/s. Senzorski sistemi koji uključuju između ostalog i vizuelne sisteme. Hvataljke su u dostupne u velikom broju zavisno od tipa i namjene ili pak težine kojom rukuju. Aktuatorske jedinice su dostupne bilo kao pneumatičke ili elektromehaničke također su dostupne u velikom opsegu. Također postoje elektromagnetne hvataljke i vakumske hvataljke. Rukovanje pokriva širok spektar aplikacija. Uglavnom se koriste u prehrambenoj industriji za poslove uzimanja čokolada sa pokretnog
15
transportera i njihovo postavljanje u kutije na datim pozicijama pri brzinama od čak 150 hvatanja u minutu. Također ovi roboti imaju primjenu u njegovanju mašina. Odlični su za rad sa mašinama za kalupovanje, CNC drobilice i strugove, prese, itd. Upravljanjem ovih procesa pomoću robota se poboljšava efikasnost mašina koje sada već mogu raditi danonoćno sa istom efikasnošću ne zaviseći od ljudskog faktora. Na slici je prikazan robot za hvatanje sitnih dijelova velikom brzinom. Najzastupljenijije u prehrambenoj industriji za pakovanje raznih proizvoda kao što su npr. perece.
Robot za hvatanje sitnih dijelova velikom brzinom
5.4. Roboti za paletiranje Ovi roboti su modifikovani roboti za rukovanje proizvodima specijalizovanim za slaganje proizvoda u tzv. palete. Također postoje i specijalizovani softveri za paletiranje razvijeni ali oni nisu neophodni.Princip je jednostavan: robot uzima proizvod ili grupu proizvoda sa jedne ili više pozicija i slaže ih po određenom redoslijedu. Uglavnom se slaže na paletu ili na gomilu,kao npr džakove cementa, tako da se omogući stabilna pozicija džakova. Drugim riječima slaganje tako da je ono bezbjedno o osoblje a i sam proizvod. Također pri ovom postupku robot broji proizvode koji su već složeni i prelazi na sljedeće proizvode.Funkcija brojanja je jedna od prvih logičkih funkcija koje su primjenjene u robotskim kontrolerima i ujedno je možda i najkorišćenija.
16
Pri paletiranju robot će obično pokupiti proizvod,bilo sa transportera bilo sa pokretne trake koristeći metod praćenja ili će pokupiti proizvod sa fiksne tačke što iziskuje dodatnu preciznost u pozicioniranju proizvoda. Zatim pri uzimanju predmeta prenosiće ga na paletu ili neku drugu lokaciju dok prostor za pakovanje ne bude popunjen.Zatim se ta popunjena paleta pomjera pomoću novog trasnportera na neku lokaciju a robot nastavlja paletiranje na tu lokaciju ili u odsustvu transportera nalazi novu lokaciju na kojoj nastavlja svoj posao. Roboti specijalizovani za ovaj posao ne moraju da imaju 6 stepeni slobode već je 4-5 sasvim dovoljno, što doprinosi jednostavnosti dizajna ali i cijeni samog robota. Primjeri su paletiziranje: krompira, paradajza, zamrznute ribe, cijevi, namještaja, pa čak i živih crva. Na slici je prikazan jedan robot za paletiziranje.
Robot za paletiranje
5.5. Roboti za hermetičko zatvaranje i ljepljenje Sa stanivništa instalacije sam proces hermetičkog zatvaranja je sličan lučnom zavarivanju. Najvažnija sposobnost robota je praćenje putanje sa velikom preciznosću i kontrolom brzine. Automatsko zatvaranje je u prošlosti bilo izuzetno teško zbog toga što sam proces na jednoj brzini može odlično raditi dok na drugoj, usljed ubrzanja može doći do neželjenih efekata.Uglavnom su zastupljeni u avio industriji,kao i u automobilskoj indsutriji koristeci RTV metod za zatvaranje prozora,i sprečavanje ulaska vode. 17
Postoje dva osnovna podešavanja. Ili je alat za zatvaranje fiksan a robot pomjera predmet nad kojim se obavlja dati proces ili je predmet fiksiran a robot sa alatkom za hermetičko ili neki drugi vid zatvaranja obavlja posao.Postoji nekoliko vrsta specijalizovanih robota za obavljanje ovih poslova.Ovo se odnosi na to da s obzirom da je mali sopstveni teret nije potrebno koristiti standardne robote na koje s montira alat kao i zbog potrebe da budu izuzetno agilni. Na slici se nalazi takozvani robot majmun. Nazvan je ovako zbog svoje brzine, velikog opsega kretanja i činjenice da može da se montira da bude u visećem položaju.
Robot “majmun” 5.6. Roboti za farbanje,prskanje i obloživanje Farbanje je jedan od prvih procesa za koje je iskorišten robot. Isparenja i sama priroda rastvora koji se koriste u procesu farbanja, dovela je do zahtjeva da se minimizira kontakt čovjeka sa ovakvom sredinom i da se robotu da prednost u obavljanju ovog posla. Roboti za farbanje koj su razvijeni su otporni na uslove u kojima se farba, ali također danas nisu opasni po sredinu u kojoj rade, pri radu u uslovima zapaljivih isparenja. Postoje dvije vrste robota za 18
farbanje: otporni na eksplozije i neotproni. Ovi otporni se instaliraju tako da se zapečati čitava jedinica tako da je ruka pogonjena vazdušnim pritiskom da bi se onemogućila moguća zapaljenja usljed isparavanja iz rastvora za farbanje. Također da bi se motrio pritisak u tim radnim uslovima, koriste se senzori za pritisak. Roboti neotporni na eksploziju nemaju sistem pritisaka. Roboti za farbanje uglavnom imaju veoma tanke “ruke” s obzirom da ne moraju da nose veliku težinu, jer se od njih zahtjeva sposobnost pristupa svim pozicijama. Također su sposobni da prave veoma tečne pokrete, čime na neki način oponašaju slikara.Ovi roboti uglavnom imaju kontroler koji je specijalno projektovan za taj posao. Ne samo zbog samog procesa farbanja i njegovih specifičnih zahtjeva, već i zbog samog kretanja koje je malodrugačije od kretanja standardnih robota. Neki roboti za farbanje su programirani tako da ruku pomeraju direktno, ručno, bez upotrebe dugmadi ili džojstika. Na ovaj način robot se izuzetno lako može naučiti nekim organiskim pokretima koje bi inače bilo teško postići.
Robot za farbanje
19
5.7. Roboti za zavarivanje Samo zavarivanje se može podjeliti na dva tipa: šavno zavarivanje(MIG,TIG,lučno i lasersko), i tačkasto zavarivanje. Oba tipa su robotizovana dugi niz godina i interfejs između robota i zavarivačkih jedinica je uistinu evoluirao. Roboti za zavarivanje mogu biti usko specijalizovani. Postoje roboti koji mehaničkom rukom prave silu potrebnu za var, tzv. “poke welding” roboti. Laserski CO2 roboti koriste specijalan sistem ogledala za prenos lasera do kraja ruke. MIG, YAG, TIG, ARC i roboti za obično tačkasto zavarivanje su takođe široko dostupni. Šavno zavarivanje zahtjeva robote sa sposobnošću efikasnog praćenja putanje i velike preciznosti.MIG i TIG sistemi su uglavnom postavljeni na robote malog sopstvenog opterećenja 5-10 kg sa dometom od oko 1,8 m iako je moguće koristiti veće robote kao npr. Robote sa dometom od 2,4m.Roboti također mogu imati tzv. tačke funkcije sa ciljem davanja odličnih rezultata pri varenju, a u nekim situacijama i bolji rezultata nego u slučaju da zavarivanje obavlja čovjek. Također mogu kontrolisati parameter od značaja za sam proces,kao što su : snaga,snadbjevanje elektrodom, protok gasa,itd.Korištenjem servisnih stanica koji kombinuju razne čistače plamena, “bullseze” sistem ili uređaja za centriranje može se postići 24 časovna produkcija bez potrebe za ljudskom intervencijom. Sa stanovišta bezbednosti u smislu opasnosti od isparenja i varničenja opasnog po vid pri lučnom zavarivanju izabir robota je logično i opšte korisno riješenje.Lučno zavarivanje ima obično postavljene zavese oko radnog prostora sa ciljem sprečavanja bilo koga da se približi previše,al i da poveća produkciju. Na slici su 4 robota opremljena sa ESAB MIG opremom za zavarivanje. Na vrhovima ruku u crnim kutijama se nalaze žice.U ovom slučaju roboti vare šasiju automobila. Roboti će biti međusobno povezani sa ciljem da se spreči eventualni sudar i nastanak havarije. Narandžasti pravoigaonik služi kao “bullseye” i služi za kalibraciju robota.
Robot za zavarivanje
20
Roboti za tačkasto zavarivanje uglavnom nose na sebi pištolj za tačkasto zavarivanje i napajanje na kraju ruke. S obzirom da i roboti nose teret od oko 100kg nije ni čudno to što je ovaj zadatak od samog pojavljivanja bio povjeren robotima.Jedan od najpoznatijih dizajnera robota Kuka je bio u početku odličan majstor za zavarivanje.Korištenje tačkastih zavarivača rukama je skoro nemoguće zbog teškoće upravljanjem tako teškog alata izuzetno precizno što je od starta bio zahtjev. S druge strane roboti će sa izuzetnom okretljivošću i brzinom upravljati ovim alatima. J-pištolji, G-pištolji kao i neke izuzetno veliki pištolji (scissor guns) se obično montiraju na robote. Robot takođre zahtjeva postojanje izdržljivog razboja da bi podnio poslove zavarivačkog alata tako da je robot dizajniran tako da podnese dodatni teret da bi obavio posao. Tajmer za zavarivanje je blisko povezan tako da dozvoljava robotu da ponovi zavarivanje neke tačke ukoliko se opazi da proces nije uspješno obavljen na određenoj poziciji. Na slici se nalazi teški tačkasti zavarivač koji nosi tzv “scissor gun” koji može izuzetno lako da dosegne bilo koji položaj na šasiji automobile.
Robot za tačkasto zavarivanje
21
6. ZAKLJUČAK Razvojem tehnologije koja se razvija sve brže i nepoznat je kraj daljnjem razvitku i novim spoznajama, sigurno je i to će se roboti i robotika dalje razvijati.Možda ćemo kroz par godina ili desetlječa umjesto ljudi slati robote u rudnik koji će svojim senzorima i ostalim mogućnostima dati detaljne analize i izvoditi radove u uvjetima u kojima čovjek ne može raditi. Strojevi će umjesto kotača i gusjenica biti pokretani nogama što će omogućiti stvari koje danas nisu moguće. Jedno je sigurno, mašta nema kraja pa tako i robotika.
22
SADRŽAJ
1. UVOD ..................................................................................................................... 1 2. INDUSTRIJSKI ROBOTI ................................................................................... 2 2.1. Tipovi i karakteristike industrijskih robota ................................................ 2 2.2. Komponente industrijskog robota ................................................................ 3 2.2.1.Mehanička jednica ....................................................................................... 3 2.2.2. Pogonski sistemi........................................................................................... 3 2.2.3. Sistemi upravljanja ..................................................................................... 4 3. PROGRAMIRANJE ROBOTA........................................................................... 5 3.1. Lead-Through programiranje (učenje) robota ........................................... 5 3.2. Walk-Through programiranje (učenje) robota ........................................... 6 3.3. Off-Line programiranje ................................................................................. 6 4. STEPENI SLOBODE ........................................................................................... 9 5. PODJELA INDUSTRIJSKIH ROBOTA PREMA NAMJENI I NJIHOVE KARAKTERISTIKE ............................................................................................ 13 5.1. Roboti za siječenje .......................................................................................... 13 5.2. Roboti za brušenje, poliranje, izravnjavanje, finiširanje i finu obradu završnog proizvoda ........................................................................................ 15 5.3. Roboti za rukovanje proizvodima ................................................................ 15 5.4. Roboti za paletiranje ...................................................................................... 16 5.5. Roboti za hermetičko zatvaranje i ljepljenje ............................................... 17 5.6. Roboti za farbanje,prskanje i obloživanje ................................................... 18 5.7. Roboti za zavarivanje..................................................................................... 20 6. ZAKLJUČAK ....................................................................................................... 22
23