POLITECHNIKA ŚLĄSKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

KATEDRA MECHATRONIKI

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Przedmiot:

Roboty i Manipulatory

Symbol ćwiczenia:

RiM1

Tytuł ćwiczenia:

Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy
obsługi i programowania

SPIS TREŚCI

Spis rysunków

2

1.

Cele ćwiczenia

3

2.

Podstawowe wiadomości

3

3.

Laboratoryjne stanowisko badawcze

7

3.1.

Obiekt badany

7

3.2.

Urządzenia dodatkowe

7

3.3.

Oprogramowanie

7

4.

Program ćwiczenia - wykaz zadań do realizacji

8

5.

Przykład realizacji zadania – programowanie określonej trajektorii ruchu

8

6.

Raport

9

7.

Pytania

9

Literatura

10

ROBOTY I MANIPULATORY – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy obsługi i programowania

2

SPIS RYSUNKÓW

1.

Kartezjańskie układy współrzędnych robota Kuka KR3.

4

2.

Układ współrzędnych FLANGE związany z kołnierzem robota.

4

3.

Metoda XYZ czteropunktowa wyznaczania położenia początku układu TOOL
względem układu FLANGE.

5

4.

Ruch TCP typu PTP pomiędzy punktami P1 i P2.

6

5.

Ruch TCP typu LIN pomiędzy punktami P1 i P2.

6

6.

Ruch TCP typu CIRC pomiędzy punktami P

START

i P

END

przez punkt pośredni

P

AUX

.

6

7.

Elementy składowe systemu robota przemysłowego Kuka KR3.

7

8.

Widok okna oprogramowania KSS sterującego pracą robota KR3.

7

9.

Przykładowa pożądana trajektoria ruchu punktu centralnego TCP narzędzia robota.

8

ROBOTY I MANIPULATORY – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy obsługi i programowania

3

1. CELE ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z następującymi zagadnieniami:



Podstawowa obsługa robota przemysłowego z poziomu panelu programowania.



Ręczne sterowanie ruchem robota w różnych układach współrzędnych.



Procedura pomiaru narzędzia.



Programowanie robota przez uczenie.



Bezpieczne testowanie i uruchamianie programu sterującego ruchem robota.

2. PODSTAWOWE WIADOMOŚCI

Robot przemysłowy jest to manipulator wielofunkcyjny, skonstruowany do przenoszenia

materiałów, części, narzędzi lub specjalnych przyrządów mający programowane ruchy w celu

wykonania różnorodnych zadań [1]. Zakres zastosowań robotów przemysłowych obejmuje

między innymi takie dziedziny jak spawanie, zgrzewanie, manipulację, paletyzację, montaż,

malowanie i wiele innych.

Robot typu Kuka KR3 jest robotem napędzanym elektrycznie (serwonapędy) o strukturze

kinematycznej typu RRR. Robot KR3 jest robotem o sześciu stopniach swobody. Kiść robota

jest kiścią sferyczną (trzy osie przecinające się w jednym punkcie). Robot wyposażony jest w

chwytak dwupalcowy o napędzie pneumatycznym.

W systemach robotów przemysłowych definiuje się kilka przydatnych - z punktu widzenia

praktycznych aplikacji - układów współrzędnych. W robotach firmy Kuka definiuje się

następujące układy współrzędnych (rys. 1):

o

Układ współrzędnych uniwersalnych (globalny) WORLD,

o

Układ współrzędnych podstawy robota ROBROOT,

o

Układ współrzędnych podstawowych (stanowiska) BASE,

o

Układ współrzędnych narzędzia TOOL.

Układ współrzędnych uniwersalnych WORLD jest zdefiniowanym na stałe układem

współrzędnych kartezjańskich. Służy on za wyjściowy układ współrzędnych dla układów

współrzędnych BASE i ROBROOT. Domyślnie układ współrzędnych WORLD znajduje się

w stopie robota. Układ współrzędnych ROBROOT jest kartezjańskim układem

współrzędnych znajdującym się zawsze w stopie robota. Służy do opisu pozycji robota w

stosunku do układu współrzędnych WORLD. Domyślnie układ ROBROOT pokrywa się z

układem WORLD. Układ współrzędnych BASE jest kartezjańskim układem współrzędnych

ROBOTY I MANIPULATORY – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy obsługi i programowania

4

opisującym pozycję elementu obrabianego. Układ odnosi się do układu współrzędnych

WORLD. Układ BASE jest przesuwany przez użytkownika do elementu obrabianego.

Rys. 1. Kartezjańskie układy współrzędnych robota Kuka KR3 [3].

Układ współrzędnych narzędzia TOOL jest kartezjańskim układem, którego początek leży w

narzędziu. Układ ten odnosi się do układu BASE. Środek układu współrzędnych TOOL (TCP

– Tool Center Point) znajduje się domyślnie w punkcie środkowym kołnierza (nazywany jest

on wtedy układem współrzędnych FLANGE). Układ współrzędnych TOOL jest przesuwany

przez użytkownika do punktu roboczego narzędzia (rys. 2).

W robocie KR3 użytkownik może zdefiniować maksymalnie 16 różnych układów typu

TOOL, związanych z różnymi narzędziami oraz 32 różne układy współrzędnych typu BASE.

Rys. 2. Układ współrzędnych FLANGE związany z kołnierzem robota [3].

Układ współrzędnych TOOL związany z narzędziem trzeba definiować oddzielnie dla

każdego narzędzia, którym posługuje się robot. Definiowanie układu TOOL polega na

ROBOTY I MANIPULATORY – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy obsługi i programowania

5

określeniu położenia początku układu TOOL względem układu FLANGE oraz orientacji

układu TOOL względem układu FLANGE. Układ TOOL można zdefiniować metodami

numerycznymi bądź pomiarowymi. Metodą pomiarową określania położenia początku układu

TOOL jest metoda 4-ro punktowa XYZ, polegająca na czterokrotnym najeżdżaniu punktu

referencyjnego z różnych kierunków (rys. 3).

Rys. 3. Metoda XYZ czteropunktowa wyznaczania położenia początku układu TOOL względem

układu FLANGE [3].

Orientację układu TOOL również można wyznaczyć pomiarowo (metoda ABC World lub

metoda 2-punktowa ABC).

Podstawowym zadaniem związanym z wykorzystaniem robota przemysłowego jest

zaprogramowanie jego ruchów. Roboty firmy Kuka programuje się z wykorzystaniem

specjalnego języka programowania KRL (Kuka Robot Language). Generalnie

pozycjonowanie (osiąganie punktów docelowych) robota można wykonywać na trzy sposoby:

o

Pozycjonowanie typu PTP (z punktu do punktu), w którym punkt centralny narzędzia

TCP jest prowadzony po najszybszej trajektorii (rys. 4). W czasie pozycjonowania

PTP dokładny kształt trajektorii jest nieokreślony.

ROBOTY I MANIPULATORY – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy obsługi i programowania

6

Rys. 4. Ruch TCP typu PTP pomiędzy punktami P1 i P2 [3].

o

Pozycjonowanie typu LIN (liniowe), w którym punkt centralny narzędzia TCP jest

prowadzony z zadaną prędkością do punktu docelowego P2 po najkrótszej trajektorii,

będącej linią prostą (rys. 5).

Rys. 5. Ruch TCP typu LIN pomiędzy punktami P1 i P2 [3].

o

Pozycjonowanie typu CIRC (kołowe), w którym punkt centralny narzędzia TCP jest

prowadzony ze zdefiniowaną prędkością do punktu docelowego po trajektorii będącej

cięciwą okręgu (rys. 6). Okrąg ten definiuje się poprzez podanie punktu początkowego

P

START

, punktu docelowego P

END

i dodatkowego punktu pomocniczego P

AUX

.

Rys. 6. Ruch TCP typu CIRC pomiędzy punktami P

START

i P

END

przez punkt pośredni P

AUX

[3].

Najbardziej powszechną metodą programowania ruchów robotów przemysłowych jest

programowanie przez uczenie. Metoda ta polega na ręcznym – z wykorzystaniem panelu

ROBOTY I MANIPULATORY – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy obsługi i programowania

7

programowania - przemieszczaniu robota w pożądane pozycje i ich zapamiętywanie, a

następnie ich programowe odtwarzanie.

3. LABORATORYJNE STANOWISKO BADAWCZE

3.1. Obiekt badany



System robota przemysłowego Kuka KR3, na który składają się: panel programowania,

szafa sterująco-zasilająca i manipulator (rys. 7).

Rys. 7. Elementy składowe systemu robota przemysłowego Kuka KR3.

3.2. Urządzenia dodatkowe

Brak

3.3. Oprogramowanie



Kuka System Software KSS (rys. 8).

Rys. 8. Widok okna oprogramowania KSS sterującego pracą robota KR3.

ROBOTY I MANIPULATORY – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy obsługi i programowania

8

4. PROGRAM ĆWICZENIA – WYKAZ ZADAŃ DO REALIZACJI



Zapoznanie się z elementami składowymi robota przemysłowego.



Zapoznanie się z obsługą panelu programowania.



Przeprowadzenie pomiaru narzędzia metodą 4-punktową XYZ.



Napisanie programu wykorzystującego instrukcje pozycjonowania typu PTP, LIN i CIRC

według wskazówek prowadzącego.



Uruchomienie i przetestowanie napisanego programu.

5. PRZYKŁAD REALIZACJI ZADANIA – PROGRAMOWANIE OKREŚLONEJ

TRAJEKTORII RUCHU

Na rys. 9 przedstawiono przykładową trajektorię, po której ma poruszać się punkt centralny

TCP narzędzia robota. Trajektoria obejmuje 4 punkty główne (P1-P4), które punkt TCP musi

osiągać dokładnie. Ponadto punkt TCP w trakcie ruchu ma znajdować się na stałej wysokości

50mm nad podłożem. Opracować program robota realizujący taką trajektorię.

Rys. 9. Przykładowa pożądana trajektoria ruchu punktu centralnego TCP narzędzia robota.

Tak postawione zadanie można rozwiązać programując robota metodą uczenia zapamiętując

odpowiednie punkty tworzące trajektorię. Listing przykładowego programu realizującego to

zadanie jest następujący:

1 INI
2 PTP HOME Vel= 100 % DEFAULT

ROBOTY I MANIPULATORY – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy obsługi i programowania

9

3 ;Zasadnicza część programu
4 PTP P1
5 LIN P2
6 CIRC
7 LIN
8 PTP HOME Vel= 100 % DEFAULT

W programie wykorzystano wszystkie rodzaje komend ruchowych. Punkt P1 został

zaprogramowany jako PTP. Kolejny ruch – do punktu P2 - został zrealizowany jako ruch

liniowy z użyciem komendy LIN. Kolejny fragment trajektorii – od punktu P2 do P4 – jest

cięciwą okręgu o zadanym promieniu, w związku z czym ten ruch został zrealizowany jako

ruch kołowy z wykorzystaniem komendy CIRC. Komenda CIRC – oprócz punktu

początkowego i końcowego – wymaga zdefiniowania punktu pośredniego P3. Punkt pośredni

P3 pozwala na jednoznaczne określenie okręgu, po którego cięciwie ma poruszać się TCP.

Ostatni fragment pożądanej trajektorii – od punktu P4 do P5 – ma kształt linii prostej, w

związku z czym zrealizowano go z wykorzystaniem komendy LIN. Realizacja programu

kończy się przejściem robota do pozycji HOME.

6. RAPORT

Raport z przeprowadzonego ćwiczenia laboratoryjnego powinien zawierać:



Krótki opis robota.



Schemat kinematyczny robota z propozycją przyporządkowania układów współrzędnych.



Przebieg ćwiczenia (główne czynności).



Opis zadania programistycznego, które należało wykonać.



Listing napisanego programu wraz z komentarzami.



Podsumowanie i wnioski.

7. PYTANIA

1. Co znaczy zapis RRR w odniesieniu do struktury kinematycznej robota ? Jakie są inne

możliwości w tym względzie ?

2. Czym różnią się od siebie ruchy typu PTP, LIN i CIRC ? W jakich sytuacjach znajdują

one zastosowania ?

3. Jakie układy współrzędnych definiuje się standardowo w systemach robotów

przemysłowych ? Jakie są ich zastosowania ?

ROBOTY I MANIPULATORY – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy obsługi i programowania

10

4. W jaki sposób możliwe jest (jakie obliczenia są niezbędne w systemie robota)

wyznaczenie położenia początku układu współrzędnych TOOL względem układu

FLANGE metodą 4-punktową XYZ ?

5. Na czym polega metoda programowania robotów przemysłowych przez uczenie ? Jak

inaczej można programować roboty przemysłowe ?

LITERATURA

1. Honczarenko J.: Roboty przemysłowe. Budowa i zastosowanie. Wydawnictwa Naukowo-

Techniczne, Warszawa 2004.

2. Craig J. J.: Wprowadzenie do robotyki. Mechanika i sterowanie. Wydawnictwa Naukowo-

Techniczne, Warszawa 1995.

3. Oprogramowanie KUKA System Software. Instrukcja obsługi i programowania. Kuka

Roboter GmbH 2005.

4. Oprogramowanie KUKA System Software. Programowanie – użytkownik. Kuka Roboter

GmbH 2005.

Opracowanie: Damian Krawczyk

Gliwice, 2010