Budowa, działanie i programowanie robota przemysłowo-edukacyjnego L2
Budowa, działanie i programowanie robota
przemysłowo-edukacyjnego L2
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie budowy zespołów napędowych i działania robota L2, jak
również poznanie zasad programowania przebiegu automatycznej pracy robota..
2. Zastosowanie robota
Robot przemysłowo-edukacyjny L2 produkowany przez Ośrodek Badawczo-Rozwojowy
Urządzeń Sterowania Napędów w Toruniu przeznaczony jest do automatyzacji procesów
uciążliwych, trudnych, wykonywanych w warunkach szkodliwych lub niebezpiecznych dla
zdrowia i życia człowieka.
Dokładność pracy, łatwość programowania oraz duża ruchliwość części mechanicznej
umożliwia wykorzystanie robota do różnych zadań tzn. do montażu drobnych części
mechanicznych, zgrzewania punktowego, wiercenia, malowania natryskowego itp., a także do
transportu przy obsłudze pras, wtryskarek i obrabiarek sterowanych numerycznie.
Stanowisko z robotem L-2 umożliwia zapoznanie się z budową manipulatora i układów
sterowania napędów oraz naukę programowania przebiegu automatycznej pracy robota. Możliwa
jest także symulacja wykonywania wielu takich zadań manipulacyjnych, jak montaż, paletyzacja,
obsługa maszyn i urządzeń technologicznych, transport międzyoperacyjny, a także czynności
technologicznych wymagających posługiwania się narzędziami.
Końcówka kiści
Kiść
Ramię górne
RamiÄ™ dolne
Kolumna
Podstawa
Rys. 1 Schemat i główne wymiary robota L2
Opracowanie: mgr inż. Sławomir Lawda, mgr inż. Justyna Tołstoj-Sienkiewicz
1
Katedra Automatyki i Robotyki, Laboratorium Robotyki
Budowa, działanie i programowanie robota przemysłowo-edukacyjnego L2
3. Budowa robota.
Robot L-2 zbudowany jest z 3 podstawowych układów:
- napędowego,
- sterowania,
- mechanicznego.
Układ napędowy pojedynczej osi zawiera sterownik mocy, silnik krokowy i czujniki
krańcowe.
Układ sterowania stanowi komputer klasy IBM PC.
Układ mechaniczny zawiera elementy kinematyczne robota oraz elementy transmisji
napędu, które przekształcają ruch silników na odpowiednie ruchy ramion.
3.1 Struktura kinematyczna manipulatora.
Manipulator robota L2 zbudowany jest z pięciu zespołów ruchu obrotowego:
trzech zespołów składających się na tzw. strukturę pozycjonowania, czyli ramię
manipulatora:
- obrót wokół osi podstawy  X
- pochylenia ramienia dolnego  Y
- pochylenie ramienia górnego  Z
dwóch zespołów tworzących tzw. strukturę orientowania, czyli tzw. kiść
- pochylenie kiści  ą
- obrót koÅ„cówki kiÅ›ci  ²
Manipulator robota L2 w wersji standardowej przytwierdzony jest do stolika, może być
też przymocowany do konstrukcji urządzenia (maszyny) lub do toru jezdnego. Do końcówki
kiści manipulatora można przymocować chwytak lub narzędzie.
Rys. 2 Wymiary przestrzeni roboczej manipulatora L2.
Opracowanie: mgr inż. Sławomir Lawda, mgr inż. Justyna Tołstoj-Sienkiewicz
2
Katedra Automatyki i Robotyki, Laboratorium Robotyki
Budowa, działanie i programowanie robota przemysłowo-edukacyjnego L2
3.2 Dane techniczne robota.
Parametr Wartość
Liczba stopni swobody
5°
Obrót wokół osi podstawy
320°
Maksymalna prędkość obrotu kolumny 0,3 rad/s
KÄ…t pochylenia ramienia dolnego
100°
Maksymalna prędkość pochylenia ramienia dolnego 0,5 rad/s
Kąt pochylenia ramienia górnego
270°
Maksymalna prędkość pochylenia ramienia górnego 0,5 rad/s
Kąt pochylenia głowicy
170°
Maksymalna prędkość pochylenia głowicy 12 rad/s
Kąt obrotu końcówki wyjściowej głowicy
340°
Maksymalna prędkość obrotu końcówki wyjściowej głowicy 24 rad/s
Dokładność pozycjonowania dla każdej osi
Ä…0,05 mm
Dokładność pozycjonowania końcówki wyjściowej
Ä…0,05 mm
Dopuszczalne obciążenia (z chwytakiem) 3,2 kg
Maksymalna długość chwytaka z obciążeniem 75 mm
Masa manipulatora 18 kg
3.3 Budowa zespołów napędowych.
y
ródłem napędu każdej osi manipulatora jest silnik krokowy o rozdzielczości 200
kroków/ obrót, którego ruch obrotowy jest przekazywany przez układ transmisji napędu na
odpowiednie człony manipulatora.
W korpusie podstawy umieszczono silnik krokowy, który ma zębata przekładnie pasową,
przenoszącą napęd na wałek ślimaka. Ślimacznica wraz z kolumną (przedramieniem) robota
wykonuje obrót wokół osi pionowej (rys. 3).
Rys. 3 Napęd kolumny robota L2
W przymocowanej do podstawy kolumnie znajdują się zespoły napędowe ramienia
dolnego (rys. 4). Z silnika krokowego poprzez zębatą przekładnię pasową, ruch obrotowy
przekazywany jest na przekładnię ślimakową i łożysko toczne, na którym zawieszone jest dolne
ramiÄ™ manipulatora.
Napęd ramienia górnego mieści się w korpusie ramienia dolnego (budowa napędu
analogiczna, jak poprzednio). W ramieniu górnym umieszczono dwa silniki krokowe, służące do
poruszania głowicy manipulatora.
Napęd z silników przekazywany jest poprzez zębata przekładnię pasową na wałki
współosiowe, a następnie przez stożkowe koła zębate na korpus kiści i wałek wyjściowy. Silniki
umieszczone w końcowej części ramienia górnego pełnia dodatkowo funkcję przeciwwagi w
stosunku do zewnętrznego obciążenia robota.
Opracowanie: mgr inż. Sławomir Lawda, mgr inż. Justyna Tołstoj-Sienkiewicz
3
Katedra Automatyki i Robotyki, Laboratorium Robotyki
Budowa, działanie i programowanie robota przemysłowo-edukacyjnego L2
Rys. 4 Przekrój kolumny (przedramienia) manipulatora
3.4 Chwytak robota L-2.
Do wałka wyjściowego głowicy robota można mocować chwytaki lub odpowiednie
narzędzia. Chwytaki służą do uchwycenia, trzymania i uwolnienia przedmiotu manipulacji w
trakcie zadań transportowych, narzędzia są wykorzystywane w zależności od potrzeb do
realizacji konkretnych zadań technologicznych.
Chwytaki lub narzędzia są przyłączane na stałe za pomocą sztywnego elementu
pośredniego lub przez elastyczne złącze antykolizyjne do wałka wyjściowego głowicy
manipulatora.
Robot L-2 zainstalowany w laboratorium wyposażony jest w chwytak z napędem
elektrycznym. Jest on zbudowany z układu dz
wigni (czworobok przegubowy), który umożliwia
równoległe przemieszczanie końcówek chwytnych, niezbędnych do chwytanie przedmiotów o
powierzchniach równoległych. Rozwarcie końcówek chwytnych wynosi ok. 28-36 mm.
Chwytanie przedmiotów płaskich o innych wymiarach lub o innych kształtach jest możliwe po
zamontowaniu odpowiednich nakładek; dane techniczne chwytaka elektrycznego:
- masa  0,25 kg,
- udz
wig 10 N,
- napięcie zasilania 24 V,
- pobór prądu 0,1 A,
- czas zamykania 0, 74 sek.
Opracowanie: mgr inż. Sławomir Lawda, mgr inż. Justyna Tołstoj-Sienkiewicz
4
Katedra Automatyki i Robotyki, Laboratorium Robotyki
Budowa, działanie i programowanie robota przemysłowo-edukacyjnego L2
3.5 Układ sterowania robota.
System sterowania robota składa się z elementów przedstawionych na rysunku 5 oraz
programu użytkowego. Komputer IBM PC wchodzący w skład systemu służy do edycji i
przechowywania programów użytkowych a także do wysyłania poleceń do sterownika silników
krokowych ISEL poprzez Å‚Ä…cze transmisji szeregowej RS 232C. Transmisja prowadzona jest z
następującymi parametrami:
Prędkość transmisji  9600 baud
Ilość bitów danych  8 bitów
Ilość bitów stopu  1 bit
Kontrola parzystości  brak
Komputer PC
karta karta
I/O 825 I/O MULTI
COM 2
COM 1
do urządzeń peryferyjnych
ISEL ISEL
sterownik sterownik
silników silników
sygnały we / wy
krokowych krokowych
do osi robota
Rys. 5 Schemat układu sterowania
3.5.1 Karta sterownika silników krokowych
1 sterownik ISEL obsługuje 3 napędy silników krokowych i wymaga jednego łącza RS
232C. Wobec tego, że robot jest pięcioosiowy, stosuje się dwa komplety sterowników ISEL
umieszczonych w jednej kasecie, a co za tym idzie komputer musi być wyposażony w dwa
łącza szeregowe. Karta sterownika silników krokowych ISEL zbudowana jest na bazie
mikroprocesora Intel 8032. W przestrzeni adresowej mikroprocesora znajduje siÄ™ 32 KB
pamięci RAM, która służy do przechowywania programu użytkowego w postaci zbioru
makroinstrukcji wybranych z listy rozkazów karty sterownika.
Możliwe jest również sterowanie, w którym każda makroinstrukcja jest kolejno
odbierana z łącza RS 232C i realizowana na bieżąco. Na płycie czołowej karty sterownika
znajdują się 3 następujące przyciski:
1. µP RESET  reset zewnÄ™trzny mikroprocesora 8032
2. STOP  służy do zatrzymania programu oraz ruchu osi obsługiwanych przez
kartÄ™
3. START  służy do ponownego uruchomienia programu po przyciśnięciu STOP
Opracowanie: mgr inż. Sławomir Lawda, mgr inż. Justyna Tołstoj-Sienkiewicz
5
Katedra Automatyki i Robotyki, Laboratorium Robotyki
Budowa, działanie i programowanie robota przemysłowo-edukacyjnego L2
3.5.2 Połączenia
W tylnej ścianie sterownika znajdują się dwa gniazda zasilania 220V.
Umieszczone obok nich przełączniki należy zapamiętać jako wyłączniki awaryjne
systemu w sytuacji zagrożenia użytkownika lub sprzętu.
Wtyki oznaczone numerami 7 i 8 znajdujące się w płycie czołowej sterownika służą do
wymiany informacji z komputerem poprzez Å‚Ä…cza szeregowe.
Wtyki oznaczone numerami od 1 do 5 znajdujące się w płycie czołowej sterownika
służą do dwukierunkowej komunikacji z napędami poszczególnych osi robota.
4. Instrukcje programu pracy robota L2
1. MOVE
2. MOVE TO
3. SPEED
4. NULL X-Y-Z
5. NULL Ä…-²-Å‚
6. INTERPOL X-Y-Z
7. REPEAT
8. REPEAT END
9. OUTPUT ON
10. OUTPUT OFF
11. WAIT
12. END
************
MOVE [dx, dy, dz, dÄ…, d², dÅ‚] (przemieszczenie wzglÄ™dne osi manipulatora)
Parametry: dx, dy, dz [o]
dÄ…, d² [o]
Prędkości przemieszczania poszczególnych osi należy ustalić za pomocą instrukcji SPEED.
Jednoczesne składanie ruchów w dwóch osiach ustala instrukcja INTERPOL.
************
MOVE TO [x, y, z, Ä…, ², Å‚] (przemieszczenie absolutne osi manipulatora)
Parametry: x, y, z [o]
Ä…, ² [o]
Prędkości przemieszczania poszczególnych osi należy ustalić za pomocą instrukcji SPEED.
Jednoczesne składanie ruchów w dwóch osiach ustala instrukcja INTERPOL.
************
SPEED [sx, sy, sz, sÄ…, s², sÅ‚]
Parametry: sx, sy, sz, sÄ…, s², sÅ‚ [21  9000]
Ustalenie maksymalnych prędkości, z jakimi wykonywane będą przemieszczenia osi robota
zadane poleceniami MOVE i MOVE TO. Ustalenie dla którejkolwiek osi prędkości 21
spowoduje wyłączenie jej z ruchu, niezależnie od zadanego przemieszczenia.
************
NULL XYZ
Wykonanie instrukcji powoduje przemieszczenie początku układu współrzędnych xyz do
punktu, w którym aktualnie znajdują się osie x, y, z robota. Ustalenie tego wirtualnego punktu
odniesienia ma sens tylko dla instrukcji MOVE TO (przemieszczenia absolutne). Po
uruchomieniu systemu punkt odniesienia znajduje siÄ™ w pozycji fizycznego bazowania robota.
************
Opracowanie: mgr inż. Sławomir Lawda, mgr inż. Justyna Tołstoj-Sienkiewicz
6
Katedra Automatyki i Robotyki, Laboratorium Robotyki
Budowa, działanie i programowanie robota przemysłowo-edukacyjnego L2
NULL Ä…²
Wykonanie instrukcji powoduje przemieszczenie poczÄ…tku ukÅ‚adu współrzÄ™dnych Ä…² do
punktu, w którym aktualnie znajdujÄ… siÄ™ osie Ä…, ² robota. Ustalenie tego wirtualnego punktu
odniesienia ma sens tylko dla instrukcji MOVE TO (przemieszczenia absolutne). Po
uruchomieniu systemu punkt odniesienia znajduje się w pozycji fizycznego bazowania kiści
robota.
************
INTERPOL XYZ (ustalenie interpolacji ramienia robota)
Użytkownik ma możliwość jednoczesnego złożenia dwóch spośród trzech ruchów (xyz),
decydując tym samym o drodze po jakiej ma nastąpić przemieszczenie. Możliwymi parametrami
sÄ…
0  interpolacja XY
1  interpolacja XZ
2  interpolacja YZ
Domyślnym parametrem jest 0 (X-Y).
Osie wytypowane do złożenia ruchu wykonują przemieszczenie w pierwszej kolejności a
następnie wykonywany jest ruch w osi trzeciej
************
REPEAT (początek pętli programowej)
Parametr: ilość powtórzeń
Koniec pętli oznacza się instrukcją REPEAT END. Ilość pętli w programie jest dowolna. Pętle
mogą być zagnieżdżane, jednakże nie mogą się zazębiać. Uwaga! Operator musi zadbać aby
ilość instrukcji REPEAT i REPEAT END była w programie jednakowa.
************
REPEAT END
Zakończenie pętli rozpoczętej przez najbliżej umieszczoną instrukcję REPEAT.
************
OUTPUT ON [nr wyjścia] (włączenie wyjścia)
Parametr: numer wyjścia (0-7)
Załączenie wyjścia sterującego przyłączonymi do systemu urządzeniami peryferyjnymi (np.
załączenie chwytaka  wyjście 0).
************
OUTPUT OFF [nr wyjścia] (wyłączenie wyjścia)
Parametr: numer wyjścia (0-7)
Wyłączenie wyjścia sterującego przyłączonymi do systemu urządzeniami peryferyjnymi (np.
wyłączenie chwytaka  wyjście 0).
************
WAIT [czas] (postój programowy)
Parametr: czas postoju, w zależności od rodzaju procesora dla 30 jednostek wynosi ok. 1s.
************
END (koniec programu)
Zakończenie programu. Jeśli instrukcja ta znajdzie się wewnątrz tekstu programu, to podczas
jego wykonywania spowoduje jego zatrzymanie
************
Opracowanie: mgr inż. Sławomir Lawda, mgr inż. Justyna Tołstoj-Sienkiewicz
7
Katedra Automatyki i Robotyki, Laboratorium Robotyki
Budowa, działanie i programowanie robota przemysłowo-edukacyjnego L2
Przykładowa struktura programu:
Program Komentarz
Zalecane ustawienie maksymalnych prędkości osi robota
SPEED [4000, 4000, 4000, 100, 100]
Zapamiętanie aktualnej pozycji osi XYZ jako zerowej
NULL XYZ
ZapamiÄ™tanie aktualnej pozycji osi Ä…² jako zerowej
NULL Ä…²
Obrót wokół osi pionowej o +45 stopni
MOVE [45.00, 0.00, 0.00, 0.00, 0.00]
Zamknięcie szczęk chwytaka
OUTPUT ON [0]
Powrót do pozycji zerowej
MOVE TO [0.00, 0.00, 0.00, 0.00, 0.00]
Otwarcie szczęk chwytaka
OUTPUT OFF [0]
Koniec programu
END
Praktyczne uwagi dotyczÄ…ce bazowania robota L2:
Pod żadnym pozorem nie wolno wydawać polecenia  Bazowanie z menu Start.
W razie stwierdzenia, że którakolwiek z osi stoi na wyłączniku krańcowym (stan
taki jest sygnalizowany świeceniem kontrolki HOME w sterowniku) lub znajduje się
poza obszarem pracy (rys. 2), należy rozpocząć sprowadzanie członów manipulatora
do położenia wyjściowego. Niezbędne przemieszczenia członów należy realizować za
pomocą krótkich programów dostępnych w bieżącym katalogu (np. plus10x.rl5,
minus10y.rl5 itp.).
W trakcie testowania programu realizującego określone zadanie w żadnym
wypadku nie wolno ignorować zapalenia się kontrolki HOME na płycie czołowej
sterownika lub pojawienia się na ekranie PC komunikatu o załączeniu krańcówki.
W takim przypadku należy przerwać testowanie programu i sprowadzić manipulator
do położenia wyjściowego, a następnie wznowić testy po skorygowaniu programu.
UWAGA! W przypadku osi kiÅ›ci Ä… i ² wystÄ™puje sprzężenie. Ruch Ä…
o 1o (+) powoduje jednoczesny obrót ² o 2o(-). Przy programowaniu
konieczne jest praktyczne przeanalizowanie tej zależności i
wprowadzenie poprawki w odpowiednich poleceniach.
Opracowanie: mgr inż. Sławomir Lawda, mgr inż. Justyna Tołstoj-Sienkiewicz
8
Katedra Automatyki i Robotyki, Laboratorium Robotyki
Budowa, działanie i programowanie robota przemysłowo-edukacyjnego L2
Bezpieczeństwo i higiena pracy na stanowisku z robotem L2
Obowiązują ogólne zasady BHP przy obsłudze urządzeń zasilanych z sieci 220V
Niedozwolone jest przebywanie w przestrzeni roboczej manipulatora, w trakcie realizacji
przemieszczeń jego członów
W przypadku, gdy robot wykona błędne przemieszczenie i dojdzie do jakiejkolwiek
kolizji lub wystąpią objawy nienormalnej pracy zespołów napędu lub sterowania, należy
natychmiast wyłączyć zasilanie sterowników robota.
W tylnej ścianie sterownika znajdują się dwa gniazda zasilania 220V. Umieszczone
obok nich przełączniki należy zapamiętać jako wyłączniki awaryjne systemu w sytuacji
zagrożenia użytkownika lub sprzętu.
o KonsolÄ™ programisty na komputerze PC [D:\L2\rl240.exe] uruchamia siÄ™ po uprzednim
załączeniu zasilania sterowników robota.
o Nie należy próbować ręcznego przemieszczania osi robota przy włączonym zasilaniu.
o Przed wyłączeniem sterowników należy wyjść z konsoli programisty.
o NIGDY NIE wolno wykonywać automatycznego bazowania robota (Start -->
Bazowanie).
o Każdy program należy rozpoczynać od polecenia określającego maksymalne prędkości
poszczególnych osi robota: SPEED[3000, 3000, 3000, 100, 100]
Zakres ćwiczenia
1. Zapoznać się z budową robota przemysłowo-edukacyjnego L2. Zidentyfikować
poszczególne zespoły manipulatora.
2. Zapoznać się z budowa i funkcjonowaniem układu sterowania robota.
3. Uruchomić robota L2. Nauczyć się sterowania ruchami poszczególnych jednostek
napędowych.
4. Zaprogramować robota w celu wykonania zadania wskazanego przez prowadzącego zajęcia.
5. Wykonać sprawozdanie z ćwiczenia.
Sprawozdanie powinno zawierać:
1. Temat ćwiczenia
2. Datę wykonania ćwiczenia
3. Imiona i nazwiska studentów oraz numer grupy laboratoryjnej
4. Raport z wykonania wszystkich punktów planu ćwiczenia.
" cel ćwiczenia
" zakres ćwiczenia
" opis zadania i przyjętej metody jego rozwiązania
" (zad.1) szkic rozmieszczenia podajnika i półek wraz z wymiarami (odległość. m.
półkami, maks. niedokładność położenia w płaszczyz
nie pionowej)
" (zad.2) szkic symulowanego stanowiska zrobotyzowanego
" wydruk programu z komentarzami opisujÄ…cymi etapy procesu
5. Wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia.
Opracowanie: mgr inż. Sławomir Lawda, mgr inż. Justyna Tołstoj-Sienkiewicz
9
Katedra Automatyki i Robotyki, Laboratorium Robotyki
Budowa, działanie i programowanie robota przemysłowo-edukacyjnego L2
Zadania do wykonania
Zadanie 1  symulacja paletyzacji / operowania materiałem
Materiał pobierany z podajnika w pozycji bazowej manipulatora powinien trafiać kolejno
na trzy półki położone jedna pod drugą (patrz rysunek). W zadaniu należy tak dobrać kąty x, y,
z, Ä… , ², aby przedmioty ukÅ‚adane byÅ‚y w jednej (pionowej) pÅ‚aszczyz
nie. Należy zachować
poziome ustawianie chwytaka podczas pobierania i odkładania przedmiotu.
widok boczny widok z tyłu
Opracowanie: mgr inż. Sławomir Lawda, mgr inż. Justyna Tołstoj-Sienkiewicz
10
Katedra Automatyki i Robotyki, Laboratorium Robotyki
Budowa, działanie i programowanie robota przemysłowo-edukacyjnego L2
Zadanie 2  symulacja transportu międzyoperacyjnego
Podajnik części
Obrabiarka
Paleta nr 1
Paleta nr 2
Widok z góry na stanowisko robota L2
Opis procesu:
1. Podajnik przynosi zorientowane pionowo części typu wałek (na przemian  czarne i
 białe )
2. Uchwycenie i przeniesienie wałka  czarnego z podajnika do uchwytu obrabiarki
(zmiana orientacji na poziomÄ…).
3. Powrót do podajnika i uchwycenie wałka  białego
4. Przeniesienie wałka  białego z zachowaniem pionowej orientacji na paletę nr 1
5. Przejście do obrabiarki i odebranie wałka  czarnego  przeniesienie na paletę nr 2 bez
angażowania osi X (w momencie ustawiania na palecie wałek musi być zorientowany
pionowo)
6. Powrót do podajnika i realizacja punktów od 2 do 5.
Literatura:
1. Dokumentacja techniczno-ruchowa  Robot przemysłowo-edukacyjny L2  Ośrodek
Badawczo-Rozwojowy Urządzeń Sterowania Napędów, Toruń 1991
2. Jan Żurek   Laboratorium podstaw robotyzacji  Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej,
Poznań 1996
Opracowanie: mgr inż. Sławomir Lawda, mgr inż. Justyna Tołstoj-Sienkiewicz
11
Katedra Automatyki i Robotyki, Laboratorium Robotyki