instrukcja_robot_kartezjanski

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

INSTYTUT MASZYN, NAPĘDÓW I POMIARÓW

ELEKTRYCZNYCH

Instrukcja z przedmiotu

Napęd robotów

Wieloosiowy liniowy napęd pozycjonujący –

robot kartezjański SAMSUNG RCM-4M

Prowadzący ćwiczenie:

mgr inŜ. Mateusz Dybkowski

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, zasadą działania i sterowania robota

przemysłowego RCM-4M w aspekcie zastosowania w procesie obróbki skrawaniem.

ZAKRES ĆWICZENIA

Zakres ćwiczenia obejmuje zapoznanie się z budową i zasadą działania zautomatyzowanego

stanowiska  do  obróbki  metodą  grawerowania  lub  frezowania,  którego  głównym  elementem  jest
robot  kartezjański.  Ponadto  zapoznanie  się  z  oprogramowaniem  wspomagającym  proces
projektowania  i  wykonania  obróbki  metodą  grawerowania  (frezowania)  oraz  ostatecznie
uruchomienie i przetestowanie stworzonego programu.

ELEMENTY SKŁADOWE CENTRUM OBRÓBKOWEGO

Sam robot nie stanowi jeszcze plotera grawerskiego, lecz jest tylko jednym z wielu

elementów składających się na zautomatyzowany system obróbkowy, którego zasadniczymi
elementami są:

•

robot SAMSUNG RCM-4M,

•

element wykonawczy – wiertarko-frezarka,

•

specjalne dodatkowe rozwiązania konstrukcyjne i sprzętowe,

•

oprogramowanie sterujące i wspomagające obróbkę.

ROBOT KARTEZJAŃSKI RCM-4M

Istotnymi parametrami robota z punktu widzenia zastosowania do obróbki mechanicznej

są:

•

obszar roboczy,

•

moc napędów poszczególnych osi,

•

dokładność pozycjonowania,

•

stabilność konstrukcji.

Widok ogólny robota RCM-4M

Obszar  roboczy  wyznacza  moŜliwości  manipulacyjne  efektora  (w  tym  przypadku  wiertarko-
frezarki).  W  płaszczyźnie  poziomej  (w  osiach  X,  Y)  grawerka  ma  moŜliwość  obrabiania
elementów o maksymalnych wymiarach 1000x1000mm.
Z  mocy  napędów  osi  robota  wynikają  własności  dynamiczne  układu.  Niewątpliwie  z  tego  robota
nie  moŜna  zrobić  maszyny  do  tłoczenia,  która  wymagałaby  duŜej  siły  nacisku  na  element

obrabiany.  Moc  100W  w  osiach  X,Y  oraz  200W  w  osi  Z  pozwala  na  swobodne  skrawanie
materiałów o niezbyt duŜej twardości oraz na  manipulowanie elementem roboczym o cięŜarze do
7kg.
Roboty  przemysłowe  w  porównaniu  do  obrabiarek  charakteryzuje  duŜa  dokładność
pozycjonowania  napędów,  poniewaŜ  zwykle  ich  konstrukcja  nie  zapewnia  odpowiedniej
stabilności,  a  przez  to  dokładności  wykonywanych  operacji.  Dokładność  na  poziomie  ±0,03mm
jest  dobrym  osiągnięciem,  aczkolwiek  gorszym  od  typowych  ploterów.  NaleŜy  równieŜ  zwrócić
uwagę na fakt, iŜ robot będący w połoŜeniu bliskim maksymalnemu wychyleniu kaŜdej z osi jest
mniej stabilny, więc obróbka w tym obszarze będzie mniej dokładna.

robot przemysłowy RCM-4M wyprodukowany przez firmę SAMSUNG ElectronicsZ alicza się do
grupy robotów współrzędnościowych (kartezjańskich), charakteryzujących się prostopadłościenną
przestrzenią roboczą, moŜliwą do osiągnięcia dzięki trzem liniowym zespołom ruchu w osiach X-
Y-Z. Jest on osadzony na specjalnej konstrukcji wykonanej z profili montaŜowych firmy BOSCH
Rexroth.

Jak kaŜdy robot składa się on z kilku zespołów funkcjonalnych tj. :

•

sterownika (jednostki sterująco-logicznej),

•

terminala ręcznego T/P (Teach Pendant),

•

oprogramowania sterującego.

Rolę  sterownika  pełni  komputer  przemysłowy  SRC+C  firmy  FARA  ROBOCON  SRC,  oparty  na
architekturze  typowych  komputerów  PC.  Jego  zadaniem  jest  sterowanie  w  trybie  czasu
rzeczywistego  nawet  kilkoma  robotami  równocześnie,  ponadto  wykonywanie  szeregu  zadań
związanych  z  obsługą  urządzeń  dodatkowych  oraz  kontrolowanie  stanu  wejść  i  wyjść  niosących
informacje o warunkach zewnętrznych pracy robota.
Sterownik SRC+C składa się z następujących podzespołów:

•

płyty głównej z procesorem Intel PENTIUM MMX 223,

•

karty MIO (ang. Multi Input Output),

•

karty BSC (ang. Bus Servo Controller),

•

karty BSI (ang. Bus Servo Inverter),

•

karty USER I/O (ang. User Input Output),

•

karty Ethernet.

Płyta  główna  sterownika  wyposaŜona  jest  w  procesor  Intel  PENTIUM  MMX 223,  pamięć
operacyjną  DRAM  16MB,  sterowniki  dysku  twardego  HDD  i  stacji  dyskietek  FDD  3,5",  kartę
graficzną VGA, port szeregowy RS-232C, jak równieŜ złącza klawiatury i myszy.
Karta  wejść  i  wyjść  (MIO)  ma  za  zadanie  zarządzać  pracą  robota  przy  sterowaniu  zewnętrznym,
przy  pomocy  sygnałów  doprowadzonych  do  złącza  karty.  Zawiera  1MB  pamięci  SRAM,  słuŜącej
do  przechowywania  parametrów  sterownika,  której  zawartość  podtrzymywana  jest  za  pomocą
baterii. Oprócz tego zawiera pamięć typu ROM o pojemności 4MB, w której zapisany jest system
operacyjny i program związany z obsługą sterownika.
Karta  BCS  stanowi  sterownik  serwonapędów.  Za  jej  pośrednictwem  odbywa  się  sterowanie
połoŜeniem  maksymalnie  czterech  napędów  robota.  WyposaŜona  jest  w  procesor  sygnałowy
TMS320C32-50,  słuŜący  do  generowania  sygnałów  sterujących  pracą  przemienników
częstotliwości  (BSI),  w  oparciu  o  informację  o  parametrach  ruchu  robota  (kształt  toru,  prędkość,
przyspieszenie)  i  o  aktualnym  połoŜeniu  serwonapędów.  Informacja  o  aktualnym  połoŜeniu
serwonapędów jest otrzymywana z enkoderów, sprzęŜonych mechanicznie z silnikami osi robota.
Moduł  przemienników  częstotliwości  w  postaci  karty  BSI  wytwarza  trójfazowe  napięcia  o
zadanych  częstotliwościach  dla  silników  robota.  Sterownik  jest  wyposaŜony  w  dwa  moduły  BSI
zawierający  trzy  przemienniki  częstotliwości  o  mocy  znamionowej  do  400W  (osie  X,Y,Z)  oraz
jeden o mocy do 200W do sterowania silnikiem dodatkowej osi, stworzonej na potrzeby realizacji
procesu automatyzacji.
Karta  wejść  i  wyjść  uŜytkownika  (USER  I/O)  posiada  32  wejścia  i  32  wyjścia  binarne.  Wejścia

słuŜą  do  podłączania  cyfrowych  sygnałów  z  czujników,  wyłączników  lub  innych  urządzeń  o
wyjściach  dwustanowych.  Wyjścia  natomiast  mogą  być  wykorzystywane  do  załączania
zewnętrznych  urządzeń  sterowanych  cyfrowo.  Karta  wejść  i  wyjść  uŜytkownika  pozwala  na
realizację  rozbudowanych  procesów  automatyzacji.  Sterownik  SRC+C  jest  w  stanie  obsłuŜyć  do
czterech kart we/wy uŜytkownika.
Karta Ethernet słuŜy do podłączenia sterownika robota do lokalnej sieci komputerowej i wymianę
danych  z  urządzeniami  zewnętrznymi  za  pomocą  protokołu  TCP/IP.  Maksymalna  prędkość
transmisji wynosi 10Mb/s.

Kolejnym elementem wyposaŜenia robota jest panel operatorski T/P. Jest to urządzenie

łączące  w  sobie  funkcje  klawiatury  i  monitora,  umoŜliwiające  łatwą  i  efektywną  komunikację
pomiędzy  operatorem  a  sterownikiem.  Za  jego  pomocą  uŜytkownik  jest  w  stanie  dokonać  wielu
niezbędnych  operacji  z  zakresu  konfiguracji  i  diagnostyki  systemu  oraz  programowania  robota.
Operator za pomocą klawiatury moŜe realizować wszystkie dostępne funkcje takie jak np.:
włączanie/wyłączanie napędu,
manipulowanie kaŜdym zespołem ruchu,
tworzenie, edytowanie i zapisywanie dowolnego programu przejazdu robotem,
ustawianie parametrów.
Ekran  LCD  oraz  zestaw  diod  LED  słuŜą  do  informowania  uŜytkownika  o  błędach  i  o  aktualnym
stanie, w jakim się znajduje robot.

W skład zestawu, dającego moŜliwość pełnego wykorzystania moŜliwości robota wchodzi

równieŜ  specjalistyczne  oprogramowanie  na  komputer  PC.  Jest  to  program  o  nazwie  SRCWin,  za
pomocą  którego  operator  moŜe  wykonywać  wszystkie  dostępne  funkcje  robota,  podobnie  jak  z
poziomu  T/P,  jednakŜe  daje  dodatkowo  duŜą  swobodę  w  obsłudze  robota.  Komputer  jest
niewątpliwie  poręczniejszym  medium  słuŜącym  do  programowania  robota.  Program  SRCWin
zostanie  szczegółowiej  omówiony  przy  opisie  przebiegu  procesu  obróbki  na  specjalnie
przygotowanym stanowisku laboratoryjnym.

PODSTAWOWE PARAMETRY

NajwaŜniejsze, charakterystyczne parametry robota RCM-4M

Powtarzalność pozycjonowania

Liczba osi

Długości ogniw

X: 1000mm Y: 1000mm Z: 600mm

Moc znamionowa napędów

X: 100W Y: 100W Z: 200W

Maksymalna prędkość

1400 mm/s

Maksymalny przenoszony ładunek

7kg

Rodzaj silników osi

Silniki synchroniczne PMSM

Enkodery

Przyrostowe

Mając pewien przegląd parametrów innych konstrukcji robotów moŜna wnioskować o

niektórych właściwościach specyficznych dla tego robota. WyróŜniającą się cechą na tle innych
podobnych urządzeń są gabaryty. Model RCM-4M posiada stosunkowo duŜy obszar ruchu
ograniczony prostopadłościanem o wymiarach 1000x1000x600 mm. Wielkość obszaru roboczego
wpływa negatywnie na dokładność pozycjonowania, która w tym przypadku wynosi ±3mm i moŜna
uznać tę wartość za przyzwoitą, choć rzeczywista dokładność zaleŜy dodatkowo od stabilności
konstrukcji całego układu. Równie istotnym parametrem decydującym o zastosowaniu robota do
konkretnych zadań jest udźwig, mówiący jaki maksymalny cięŜar robot zdoła przemieścić. Wynika
on z mocy znamionowych poszczególnych napędów osi. Roboty przemysłowe pracujące pod
duŜymi obciąŜeniami wyposaŜone są w specjalne zespoły pneumatyczne czy elektrohydrauliczne
wspomagające wykonywanie czynności wymagających siły.

KaŜda konstrukcja robota posiada specyficzne parametry, które nie sposób wymienić i

szczegółowo omawiać. O rodzaju zastosowania robota decydują przede wszystkim:

•

rodzaj struktury kinematycznej,

•

wymiary (gabaryty),

•

moc napędu poszczególnych par kinematycznych,

•

dokładność pozycjonowania.

W wielu przypadkach pewne cechy są zupełnie nie istotne w wyborze odpowiedniego robota, ale
czasem z pozoru mało istotny parametr np. zalecanej temperatury pracy moŜe stać się kluczowy.

Widok konstrukcji blatu oraz ścisków mocujących

PYTANIA KONTROLNE

Wyjaśnić pojęcia: robot, manipulator.

Robot – wyjaśnić pojęcie oraz podać przykłady zastosowań.

Omówić budowę robotów kartezjańskich na przykładzie robota SAMSUNG RCM-4M.

LITERATURA

W. Henno “Sterowanie robotami przemysłowymi”, 2002;

Marwick Manufacturing Group “Introduction to industrial robots”;

Barbara Krasnoff “ROBOTS: REEL TO REAL”, 1982;

ZADANIA DO WYKONANIA

Ć

wiczenia laboratoryjne zostały podzielone na dwie części:

Zapoznanie się z budową, , zasadą działania robota kartezjańskiego SAMSUNG
RCM4M, oraz sposobami sterowania (terminal ręczny T/P (Teach Pendant) oraz język
skryptowy)

Proces obróbki plastycznej z wykorzystaniem robota RCM4M firmy SAMSUNG
(Wykonanie programów do grawerowania w materiałach plastycznych przy
wykorzystaniu podstawowych komend języka tekstowego (przedstawione w dalszej
części instrukcji))

Ćwiczenie 1
Napisać program w którym robot będzie wykonywał ruch po kwadracie z uwzględnieniem
zadanych punktów. W kaŜdym punkcie ma być dokonywany postój narzędzia na 2[s]. Program ma
być wykonywany cyklicznie. Ruch ma się odbywać najkrótszą drogą. Prędkość powinna być
ustawiona na 50% prędkości maksymalnej. Dodatkowo w programie naleŜy ją ograniczyć do 40%
prędkości ustawionej wcześniej.

100

300

100

300

100

300

(100,300,300)

(300,300,300)

(300,100,300)

(100,100,300)

Polecenia potrzebne do napisania programu to:
LOC, LSET, SPEED/P, MOVE, DELAY, GOTO, END

Ćwiczenie 2
Napisać program w którym robot będzie wykonywał ruch po kwadracie z uwzględnieniem punktów
zadanych jak w ćwiczeniu 1. Ruch ma się odbywać w taki sposób aby robot przy przejściu z punktu
do punktu omijał przeszkody. W kaŜdym punkcie ma być dokonywany postój narzędzia na 2[s].
Program ma być wykonywany cyklicznie. Prędkość powinna być ustawiona na 50% prędkości
maksymalnej. Dodatkowo w programie naleŜy ją ograniczyć do 40% prędkości ustawionej

wcześniej. Zakładamy, Ŝe koniec narzędzia roboczego (wiertło) powinno być uniesione 5mm ponad
przeszkodę. Przeszkody rozmieszczono jak na rysunku:

(100,300,300)

(300,300,300)

(300,100,300)

(100,100,300)

h=95mm

h=70mm

h=45mm

h=20mm

Polecenia potrzebne do napisania programu to:
LOC, LSET, SPEED/P, MOVE, MOVEA, DELAY, GOTO, END

Ćwiczenie 3
Ć

wiczenie 3 wykonać podobnie jak ćwiczenie 2, z tą róŜnicą Ŝe narzędzie robocze naleŜy przy

przechodzeniu ponad przeszkodą wznieść do poziomu 0 na osi OZ. W kaŜdym z zadanych punktów
naleŜy zatrzymać narzędzie robocze na 2[s], następnie włączyć na 3[s], wyłączyć, odczekać 2[s],
przejść do kolejnego punktu.
Polecenia potrzebne do napisania programu to:
LOC, LSET, SPEED/P, MOVE, MOVEA, DELAY, GOTO, END, SIG

Ćwiczenie 4
Napisać program w którym robot będzie wykonywał ruch po kwadracie z uwzględnieniem punktów
zadanych jak w ćwiczeniu 1. Ruch ma się odbywać w taki sposób aby robot przy przejściu z punktu
do punktu omijał przeszkody. Narzędzie robocze ma być unoszone w górę, aŜ do współrzędnej 0 na
osi OZ. Po osiągnięciu kaŜdego z punktów zadanych naleŜy zmniejszyć prędkość ruchu robota do
5% prędkości maksymalnej, włączyć i zatrzymać narzędzie robocze (wiertarkę) na 2[s]. Kolejno
rozpoczynamy wiercenie obniŜając narzędzie do pozycji 350mm na osi OZ. Po osiągnięciu pozycji
350mm na OZ, zatrzymujemy narzędzie na 5[s], wracamy do pozycji pierwotnej, odczekujemy 2[s],
wyłączamy narzędzie robocze, zwiększamy prędkość poruszania się robota do 60%, przechodzimy
do kolejnego punktu.
Polecenia potrzebne do napisania programu to:
LOC, LSET, SPEED/P, MOVE, MOVEA, DELAY, GOTO, END, SIG

Ćwiczenie 5
NaleŜy wykonać te same czynność co w ćwiczeniu 4, z tą róŜnicą, Ŝe przed rozpoczęciem wiercenia
naleŜy odczytać aktualne połoŜenie robota, zapisać je pod nową zmienną np. #pps, następnie
zwiększyć składową osi OZ kolejno dla punktów P1, P2, P3, P4 o 10mm, 30mm, 50mm, 70mm.
Zapisać zmienione współrzędne pod nową zmienną np. #ppp, dokonać przesunięcia narzędzia do
punktu #ppp, zatrzymać je na 5[s], powrócić do punktu poprzedniego, wyłączyć wiertarkę i po
upływie 2[s] przejść do kolejnego punktu. Przy procesie wiercenia prędkość ma być zmniejszona do

5% wartości maksymalnej. Program ma być wykonywany cyklicznie.

Polecenia potrzebne do napisania programu to:
LOC, LSET, SPEED/P, MOVE, MOVEA, DELAY, GOTO, END, SIG, REAL, HERE, LDATA,

Ćwiczenie 6
Napisać program w którym robot będzie wykonywał ruch z punktu P1 do punktu P3, przy czym
trajektoria ruchu między wymienionymi punktami powinna zawierać punkt P2. Z P3 przechodzimy
do P1 z uwzględnieniem P4. W P1 oraz P3 powinno nastąpić wiercenie według wzoru podanego w
ć

wiczeniu 5.

200

100

300

200

100

(

20,200,200

)

(

100,300,50

)

(

200,200,200

)

(

100,100,50

)

Polecenia potrzebne do napisania programu:
LOC, LSET, SPEED/P, MOVE, MOVEC, DELAY, GOTO, END, SIG, REAL, HERE, LDATA,
Opisy poleceń języka FARAL dostępne są przy stanowisku wraz z dokumentacją od robota.

Przykładowy program:

INT A

LOC #pos1, #pos2, #pos3, #pos4, #pos5

LSET #pos1=100,100,0

LSET #pos2=100,100,500

LSET #pos3=400,350,500

LSET #pos4=400,350,500

LSET #pos5=0,0,0

LSET #pos6=100,100,512

LSET #pos7=400,350,512

speed/p 40

MOVE #pos1

DELAY 2

A=-1

MOVE #pos2

DELAY 2

SIG 1,-10

DELAY 1

speed/p 5

MOVE #pos6

delay 2

speed/p 40

MOVE #pos2

delay 1

sig -1,10

DELAY 3

MOVE #pos3

DELAY 3

MOVE #pos4

DELAY 3

sig 1,-10

DELAY 1

speed/p 5

MOVE #pos7

delay 2

speed/p 40

MOVE #pos4

delay 1

sig -1,10

delay 5

SIG A

MOVE #pos3

delay 1

MOVE #pos5

END