ROBOTYZACJA PROCESÓW
TECHNOLOGICZNYCH 19.11.2013
1. Układy sterowania robotów przemysłowych
Układy sterowania robotów (USR) przemysłowych powinny zapewniać:
�� Współdziałanie wszystkich podukładów robota takich jak napędy, układy sensorów, interfejsy
zewnętrzne (WE/WY), a także komunikację robota z urządzeniami peryferyjnymi
�� Możliwość programowania pracy robota (uczenie) celem realizacji zadanych funkcji i
czynności, z wykorzystaniem układy mechanicznego robota.
�� Rozumienie instrukcji wprowadzanych przez operatora i zamiana ich na konkretne algorytmy
pracy robota (np. przemieszczanie po zadanym torze)
Algorytmem pracy robota nazywamy zespół prostych czynności następujących po sobie w określonej
i kolejności i z zachowaniem zadanych parametrów.
Do zadań typowego USR należą:
�� Załączanie i wyłączanie napędów, elementów i wyjść dwustanowych (elektrozawory
pneumatyczne tak jak np. imadło lub chwytak IRP-6, elektromagnesy, proste silniki DC,
obsługa urządzeń zewnętrznych, załączanie łuku w procesie spawania)
�� Sterowanie napędów osi, obliczanie potrzebnych przesunięć każdej z osi celem osiągnięcia
zadanego punktu, kontrola trajektorii punktu roboczego, sterowanie prędkościami i
przyspieszeniami, sterowanie serwonapędami.
�� Monitorowanie stanu wejść robota (analogowych i binarnych), oczekiwanie na zmianę stanu
wejść (proste czujniki) reagowanie na zmianę stanu niezależnie od programu (wyłączniki
krańcowe, wyłączniki bezpieczeństwa, bezpieczniki termiczne, bezpieczniki prądowe, bariery
świetlne)
�� Kontrola pracy robota, monitorowanie błędów i awarii, diagnostyka
�� Podejmowanie decyzji o dalszym przebiegu programu na podstawie zmiennych wartości na
wejściu robota (np. regulacja odległości elektrody od blachy spawanej)
�� Reagowanie na działania operatora robota, umożliwienie sterowania ręcznego, pauzowania
programu, zmiany szybkości ruchu
Klasyfikacja USR
Wg rodzaju sygnałów:
�� Mechaniczne (krzywki)
�� Elektryczne
�� Hydrauliczne
�� Pneumatyczne
�� Mieszanie
Wg możliwości osiągania przez robota zadanej konfiguracji:
�� Point tu point (bez kontroli trajektorii)
�� Wielopunktowe MP (punkty pośrednie trajektorii)
�� Ciągłe CP (continue path- ciągła ścieżka kontrolowana przez USR)
Wg możliwości programowania
�� On-line (przy stanowisku)
o Ręczne
o Przez nauczanie (dyskretne i ciągłe)
�� Off-line (poza stanowiskiem przy pomocy instrukcji tekstowych)
Podukłady USR
�� Magistrala centralna- zapewnia komunikację pomiędzy podukładami
�� Układ kontrolny- sprawdza poprawność przesyłanych sygnałów i koryguje pracę innych
podzespołów
�� PLC- Integracją układu CNC z układami sterowania np. napędów
�� Komputer główny (CPU) zarządza pracę USR, pozwala na wprowadzenie zmian do programu i
realizuje obsługę interfejsu użytkownika
�� Sterownik pamięci dyskowych- kontroluje pracę (odczyt- zapis) twardych pamięci
�� Sterowniki położenia osi- sterują praca osi i zapewniają osiąganie przez nie zadanych położeń
2. Urządzenia chwytające robota
Do czynności wykonywanych przez chwytaki zaliczamy:
�� Uchwycenie przedmiotu
�� Unieruchomienie i zapewnienie bezpiecznego transportu
�� Bezpieczne uwolnienie przedmiotu
Rodzaje chwytaków ze względu na rodzaj napędu:
�� Pneumatyczne
�� Mechaniczne
�� Elektryczne
�� Magnetyczne
�� Adhezyjne
Ze względu na konstrukcję elementu roboczego:
�� Ze szczękami twardymi
�� Ze szczękami elastycznymi
Parametry użytkowe chwytaków:
�� Siła chwytu
�� Maksymalne obciążenie
�� Czas potrzebny do uchwycenia
�� Konstrukcja i ilość elementów wykonawczych
Wyposażenie dodatkowe chwytaków robota:
�� Czujniki bezstykowe obecności przedmiotu lub potwierdzające otwarcie/ zamknięcie
chwytaka
�� Układy elastycznego chwytania
�� Moduły obrotowe i liniowe
Sposób chwytania:
�� Siłowy (siła tarcia)
�� Kształtowy
�� Mieszany
�� Adhezyjny
Rodzaj pracy napędu końcówek chwytających
�� Przesuw równoległy
�� Ruch kątowy
�� Mieszane
�� Z jednym lub wieloma elementami ruchomymi
Wymienność końcówek chwytnych pozwala na dobre dopasowanie całego chwytaka do danego
zadania, np. to od użytkownika zależy czy zamontuje końcówki twarde lub elastyczne. Możliwość
samodzielnego wykonania końcówek pozwala na maksymalne wykorzystanie możliwości chwytaka
do danego procesu technologicznego.
Chwytaki podciśnieniowe- tzw. przyssawki. Działają dzięki podciśnieniu wytwarzanemu pod
przyssawką. Mogą być z powodzeniem wykorzystywane do przenoszenia obiektów w przypadku
których nie możliwe było by zastosowanie tradycyjnych chwytaków mechanicznych
�� Przedmioty kruche i delikatne (jaja kurze, elementy elektroniczne, żarówki itp.)
�� Przedmioty o delikatnej powierzchni (płyty CD)
�� Arkusze blachy i szkła
�� Przedmioty o kształtach nieregularnych (blachy tłoczone)
Przyssawki występują w średnicach 2-50 mm i dla przedmiotów ciężkich aż do 450 mm.
Przyssawka może być wykonana jako:
�� Płaska (standardowa)
�� Żebrowana (dla zmniejszenia zapadania się przyssawki)
�� Wysoka (dla przedmiotów sferycznych)
�� Mieszkowa (dla przedmiotów nieregularnych, lub dla kompensacji wysokości dojazdu
przyssawki do przedmiotu)
�� Eliptyczne i prostokątne (dla elementów długich)
Do optymalizacji pracy przyssawki wykorzystuje się dodatkowe elementy wyposażenia:
�� Kompensator wysokości (pozwala kompensować docisk przyssawki)
�� Kompensator kulowy (pozwala kompensować pochylenie kątowe przyssawki)
�� Czujnik bezstykowy (potwierdza chwycenie przedmiotu)
Głównym problemem chwytaków przyssawkowych jest wytworzenie odpowiednio niskiego
podciśnienia. Tradycyjny układ składa się ze zwężki Venturiego wytwarzającej podciśnienie i
wyciągającej powietrze z przewodów i przyssawek. Lepszym rozwiązaniem może być umieszczenie
urządzenia tuż przy przyssawce celem zmniejszenia objętości powietrza do usunięcia.
Firma Bosh opracowała bezstykowe układy chwytaków wykorzystujące powstawanie siły
przyciągającej dwie powierzchnie podczas wypływu powietrza spomiędzy nich. Pozwala to przenosić
przedmioty o nieregularnych kształtach oraz delikatnych powierzchniach gdy niedopuszczalne jest
dotykanie powierzchni.
Pompę próżniową wykorzystywaną do napędu przyssawek nazywamy eżektorem.
Do chwytania elementów ferromagnetycznych można z powodzeniem wykorzystywać chwytaki
elektromagnetyczne (o ich budowie autor postanawia nie wspominać, gdyż głęboko wierzy, że
jesteście w stanie wyobrazić sobie budowę oraz zasadę działania elektromagnesu, bądz
chociaż
wpisać owo zagadnienie w google ).
Należy jednak pamiętać o podstawowych wadach tego typu chwytaków:
�� Wydzielanie się ciepła w uzwojeniu elektromagnesu
�� Magnetyzm szczątkowy przenoszonych przedmiotów
�� Gwałtowne przyspieszenia chwytanego obiektu
�� Trudności w regulacji siły chwytania elementów, zmienność warunków pracy podczas
zabrudzeń i obecności n.p wilgoci.
�� Możliwość powstawanie zakłóceń pracy innych urządzeń elektronicznych (w szczególności
czujników bezstykowych)
Systemy szybkiej wymiany chwytaków- zintegrowane systemy, pozwalające na szybką wymianę
narzędzia robota, tak jak ma to miejsce w obrabiarkach ( nie chce mi się pisać, odsyłam do sprawka z
robotyki )
3. Głowice technologiczne robota/ narzędzia
Głowica technologiczna robota, po uzbrojeniu jej w konkretne narzędzia (ostrza, końcówki itd.) służy
do wykonywania przez robota różnych zabiegów technologicznych lub całych operacji. Głowice
technologiczne podobnie jak chwytaki mogą być szybko wymienne.
Przykłady zabiegów technologicznych mogących być realizowane przez głowice technologiczne
robota:
�� Spawanie i zgrzewanie
�� Praca laserem przemysłowym
�� Nakładanie lakieru i warstw zabezpieczających
�� Obsługa palników
�� Narzędzia oczyszczające
�� Narzędzia pomiarowe- czujniki
�� Polerowanie i czyszczenie karoserii
�� Nakładanie klejów
�� Dostarczanie chłodziwa
4. Urządzenia współpracujące z robotem
Urządzeniami współpracującymi (peryferyjnymi) nazywamy wszystkie maszyny, których praca
związana jest z praca robota, i niejako pomagają one robotowi wykonywać jego zadanie. Urządzenia
współpracujące mogą być indywidulane, bądz
mogą pracować z kilkoma robotami naraz.
Rodzaje urządzeń współpracujących
�� Podajniki (magazynkowe, zasobnikowe, przenośnikowe)
�� Odbiorniki
�� Urządzenia orientujące
o Obrotowe
o Przesuwne
o Przesuwno-obrotowe
�� Transportery
�� Tory jezdne
o Podłogowe
o Bramowe
o Podwieszane
o Suwnicowe
�� Pozycjonery
5. Robotyzacja procesu spawania
Robotyzacja procesu spawania polega na zastąpienia robotem lub kilkoma robotami operatora-
spawacza w procesie spawania (zgrzewania). Do zalet spawania zrobotyzowanego należą:
�� Wyższa jakość spoin
�� Odsunięcie pracownika od ciężkich warunków spawania
�� Wysoka powtarzalność
�� Wyższa szybkość pracy
�� A
atwość przezbrojeń
�� Możliwość dostosowania robota do różnych technologii spawania (MIG/MAG, TIG)
Należy jednak pamiętać że inwestycja w stanowiska zrobotyzowane jest opłacalna jedynie w
przypadku produkcji seryjnej- dla produkcji jednostkowej nie opłaca się programować pracy robota,
które to programowanie wymaga wykfalifikowanego pracownika i dużej ilości czasu
Wymagania stawiane robotom dla procesu spawania:
�� Możliwość programowania skomplikowanych ścieżek ruchu
�� Możliwość zamocowania głowicy spawalniczej, poprowadzenia przewodów i przyłączenia
jednostki sterującej spawaniem- warunek konieczny
�� Dodatkowe funkcje spawalnicze oferowane przez producenta USR
�� Dokładność i powtarzalność pracy
�� Odporność na trudne warunki spawania
W skład podstawowej konfiguracji robota spawalniczego należą:
�� Dysza spawalnicza
�� Uchwyt dyszy spawalniczej
�� Przewody dostarczające drut i zasilające
�� Jednostka zasilająca- z
ródło prądu
�� Stacja czyszczenia i konserwacji dyszy
Parametry wymagania dla z
ródła prądu spawania
�� Analiza wymaganych pozycji spawalniczych
�� Parametry materiałowe materiałów łączonych
�� Metoda spawania
�� Sterowanie z
ródłem prądu (albo z poziomu robota, albo osobno)
Do urządzeń peryferyjnych mających udoskonalić proces spawania robota należą:
�� Pozycjonery- ich zadaniem jest pozycjonowanie spawanego detalu. Mogą być jedno, i
wieloosiowe. Jednym z bardziej popularnych i uniwersalnych rozwiązań jest pozycjoner
obrotowo uchylny, pozwalający w łatwy sposób dotrzeć do wszystkich spawów nawet bardzo
skomplikowanych detali.
�� Złącza antykolizyjne- montowane pomiędzy kiść robota a głowicę spawalniczą, w wyniku
kolizji mają zatrzymać prace robota poprzez wysłanie sygnału do USR, celem uniknięcia
uszkodzenia robota bądz
detalu
�� Stacja czyszcząca- co określoną izbę cykli wykonywana w niej jest renowacja dyszy i
czyszczenie
�� Urządzenia zabezpieczając- ochrona przed wypadkami i obrażeniami- kurtyny osłaniające,
bariery świetlne, wyłączniki krańcowe itd.
Trudne warunki spawania to przede wszystkim wydzielające się w trakcie spawania gazy i opary. W
związku z tym niezbędna jest odpowiednia wentylacja.
Wyróżniamy wentylację:
�� Ogólną (maks. Przepływ powietrza 0.4 m/s, równomierne rozmieszczenie wentylatorów, w
okresie zimowym temp. Minimalna powietrza 18 C)
�� Stanowiskową (powinna odciągać opary ze stanowiska, wyposażona w filtry i wkładki,
kierunek od pracownika)
Można wyróżnić przykładowe rozwiązania stanowisk zrobotyzowanych:
�� Wariant I (Robot spawalniczy, z
ródło prądu, dwustanowiskowy stół- np. stół obrotowy)
�� Wariant II (Jeden lub kilka robotów spawalniczych, pozycjoner jedno lub dwu osiowy)
�� Wariant III (jak w wariancie II, z tym że mamy pozycjoner 3- osiowy)
�� Wariant IV (rolę pozycjonera pełni dodatkowy robot)
Dodatkowe funkcje i technologie ułatwiające proces spawania zrobotyzowanego:
�� RTPM- korygowanie odległości elektrody od materiału celem utrzymania optymalnej długości
łuku. Korekcja następuje na podstawie informacji ze z
ródła prądu o wartości napięcia i
natężenia.
�� Bezodpryskowe zapalanie łuku i kończenie spawania- LIFT-SATR i LIFT-END. Polega ono na
takim prowadzeniu drutu przy zapalaniu łuku, aby unikać przywierania drutu do powierzchni
spawanej i co za tym idzie uniknąć odprysków.
Współczynnik wykorzystania łuku elektrycznego- współczynnik procentowy obliczany jako stosunek
czasu jarzenia łuku elektr. Do czasu wszystkich operacji związanych ze spawaniem elementu (także
operacji mocowania i wymocowania, czasu zapalania łuku, oczyszczania spoiny itd.)