ZROBOTYZOWANE STANOWISKO Z KONTROLĄ SIŁY
Andrzej Burghardt
1a, Krzysztof Kurc
1b,
Magdalena Muszyńska
1c, Dariusz Szybicki
1d2Katedra Robotyki Katedra Mechaniki Stosowanej i Robotyki, Politechnika Rzeszowska
aandrzejb@prz.edu.pl, bkkurc@prz.edu.pl,cmagdaw@prz.edu.pl, ddszybicki@prz.edu.pl
Streszczenie
Tematem artykułu jest zrobotyzowane stanowisko służące do zatępiania krawędzi elementów o zmiennym kształcie, z wykorzystaniem systemu automatycznej adaptacji trajektorii narzędzia. Zmienna geometria obrabia- nego detalu wynika z dokładności wykonania form odlewniczych i zjawiska skurczu. Fakt ten skutkuje konieczno- ścią stosowania ręcznej obróbki, brak możliwości powtarzalnego określenia ścieżki narzędzia. W proponowanym rozwiązaniu wykorzystany zostanie robot z pozycjonerem wyposażony w aktywne narzędzia oraz układ sterowanie siłą interakcji przedmiot-narzędzie. Proponowane rozwiązanie dotyczy analizy układów z kontrolą siły docisku.
Propozycja przetestowania aplikacji kontroli siły, która ułatwia interakcje robota z otoczeniem. Bazuje na strate- gii sterowania, gdzie ruchy robota są dostosowywane do informacji zwrotnych z czujników siły.
Słowa kluczowe: manipulatory, zrobotyzowana obróbka, kontrola siły, stanowisko z robotami
ROBOTIC STATION WITH FORCE CONTROL
Summary
The article presents the conception problem solution of robots machining mechanical parts whose shape is randomly changed. Inaccurate shape is the result of cast technology. The author’s propos robot station equipment positioner, force control, active tool. Option Force Control makes the robot possess the capability of quickly and accurately adapting machining to the surface contour and consistency of the materials and component parts to be processed. The proposed solution has been simulated in a virtual environment RobotStudio. Additionally in this approach I proposed the communication system between elements stations and built user library.
Keywords: manipulators, robotic machining, force control, robotized station
1. WSTĘP
Problem analizowanej w tym artykule zrobotyzowa- nej obróbki z kontrolą siły związany jest z metodą wytwarzania dyfuzorów silników lotniczych, na których elementy (rys.1) mogą być losowo przesunięte lub obró- cone w pewnym zakresie. Dzieje się to dlatego, gdyż stosowana w wytwarzaniu tych elementów metoda odlewania powoduje zmienną geometrię detali w zależno- ści od skurczu oraz precyzji wykonania form odlewni- czych. Powoduje to problemy z dokładnym określeniem kształtu detalu, co skutkuje brakiem możliwości precy- zyjnego określenia ścieżki narzędzia, to z kolei uniemoż- liwia obróbkę z wykorzystaniem obrabiarek sterowanych
numerycznie. W procesie zatępiania krawędzi stosuje się zatem obróbkę ręczną. Jest ona obciążona dużym ryzy- kiem ze względu na czynnik ludzki i związane z nim błędy spowodowane stresem, zmęczeniem itd. Proces zatępiania występuje jako jeden z ostatnich etapów obróbki, więc pojawienie się w tym wypadku braku spowodowałoby bardzo duże koszty. W artykule przed- stawiono metodę z obróbki tego typu elementów z wyko- rzystaniem zrobotyzowanej stacji obróbczej. Głównym obszarem zastosowań manipulatorów realizujących obróbkę ślusarską są operacje zatępiania krawędzi detali lub usuwanie nierówności powierzchni elementów odle-
wanych [6]. W odniesieniu do obróbki skrawaniem wiele publikacji dotyczących różnego rodzaju problemów występujących podczas jej robotyzacji,
procesu skrawania [4], poprawy dokładno
nia drgań narzędzia [3]. Istnieje szereg publikacji [1,9]
dotyczących kontroli siły podczas współpracy robot powierzchnia obrabiana, bardzo rzadko mają one chara ter aplikacyjny, a prezentowane w nich rozwiązania nie znajdują bezpośredniego zastosowania w pracy produ cyjnej. Jednym z nielicznych, ale bardzo istotnym mat riałem źródłowym, jest opracowanie dotyczące zrobot zowanej obróbki skrawaniem z wykorzystaniem układów z kontrolą siły zweryfikowane na przykładzie pracy przemysłowej [7]. Odmiennym problemem jest przyjęcie metodologii programowania robota, stosowane są tu rozwiazania on-line i of-line [2,8] oraz programowanie przez pokazywanie [5].
Zaproponowane rozwiązanie sprzętowo
pozwoliło na wykonanie prac badawczych dotyczących robotyzacji operacji ślusarskich, wymaganych narzędzi, otrzymanej dokładności, możliwych do obr
oraz materiałów.
Rys.1. Elementy detalu przeznaczone do zatępienia Prowadzone prace badawcze polegające na oprac waniu technologii obróbczych z wykorzystaniem manip latorów przyczynią się do zmniejszenia kosztów wykon nia detali, poprawią dokładność oraz powtarzalność zatępiania. Zaprezentowane w artykule zrobotyzowane stanowisko składające się z dwóch manipulatorów, pozycjonera oraz systemu Force Control pozwoliło na wykonanie prac badawczych, dobranie niezbędnych parametrów oraz wykonanie bardzo istotnego elementu jakim jest zaawansowane oprogramowanie sterujące.
Innowacyjne stanowisko pozwoliło na prowadzenie prac o charakterze poznawczym, dotyczących zrobotyzowanych operacji , gdzie trajektoria automatycznie adaptuje się do zmiennego kształtu elementu.
wanych [6]. W odniesieniu do obróbki skrawaniem jest iele publikacji dotyczących różnego rodzaju problemów np. modelowania procesu skrawania [4], poprawy dokładności czy tłumie-
stnieje szereg publikacji [1,9]
dotyczących kontroli siły podczas współpracy robot bardzo rzadko mają one charak-
towane w nich rozwiązania nie znajdują bezpośredniego zastosowania w pracy produk-
Jednym z nielicznych, ale bardzo istotnym mate- jest opracowanie dotyczące zroboty- zowanej obróbki skrawaniem z wykorzystaniem układów
weryfikowane na przykładzie pracy Odmiennym problemem jest przyjęcie metodologii programowania robota, stosowane są tu line [2,8] oraz programowanie
Zaproponowane rozwiązanie sprzętowo-programowe pozwoliło na wykonanie prac badawczych dotyczących robotyzacji operacji ślusarskich, wymaganych narzędzi, otrzymanej dokładności, możliwych do obróbki detali
Rys.1. Elementy detalu przeznaczone do zatępienia badawcze polegające na opraco- waniu technologii obróbczych z wykorzystaniem manipu- latorów przyczynią się do zmniejszenia kosztów wykona- nia detali, poprawią dokładność oraz powtarzalność
w artykule zrobotyzowane ce się z dwóch manipulatorów, Force Control pozwoliło na , dobranie niezbędnych oraz wykonanie bardzo istotnego elementu, jakim jest zaawansowane oprogramowanie sterujące.
pozwoliło na prowadzenie prac o dotyczących zrobotyzowanych gdzie trajektoria automatycznie adaptuje się
2. BUDOWA STANOWISKA
Zrobotyzowanie stanowisko z kontrolą siły
wykorzystuje rozwiązanie Robot Ware Machining FC (ang. Force Control) firmy ABB.
się z następujących elementów:
• kontrolera IRC5 robota ABB z szybkim fejsem służącym do komunikacji z czujnikami;
• środowiska programowania pozwalaj automatyczne znajdowanie optymalnej traje torii przez robota;
• pętli sprzężenia zwrotnego do regulacji prę kości posuwu narzędzia;
• pętli sprzężenia zwrotnego do sterowania nac skiem narzędzia;
• czujnika sił i momentów.
Zastosowanie takiego rozwiązania umożliwia intera cje robota z otoczeniem. Strategia sterowania pozwala na dostosowanie ruchów robota do informacji zwrotnych z czujników siły. Elementy składowe pakietu Force Control ą to:
A. skrzynka pomiaru napięcia B. przewody łączące szafę steru
rem;
C. przewód ochronny i płyta oddzielająca korpus zaworu;
D. czujnik sterowania siłą;
E. kołnierz między czujnikiem siły a robotem
Rys.2. Elementy pakietu Force Control
Zastosowane rozwiązanie zapewnia dwie podstawowe funkcje, tj. FC Pressure oraz FC SpeedChange.
z nich (rys.3) wykorzystuje pętle sprzężenia zwrotnego i umożliwia manipulatorom polerowanie lub szlifowanie elementów odlewanych z zachowaniem stałego nacisku narzędzia na powierzchnię obrabianego detalu.
BUDOWA STANOWISKA
Zrobotyzowanie stanowisko z kontrolą siły (rys.2) wykorzystuje rozwiązanie Robot Ware Machining FC firmy ABB. Rozwiązanie to składa
kontrolera IRC5 robota ABB z szybkim inter- fejsem służącym do komunikacji z czujnikami;
programowania pozwalającego na automatyczne znajdowanie optymalnej trajek-
sprzężenia zwrotnego do regulacji pręd- kości posuwu narzędzia;
sprzężenia zwrotnego do sterowania naci-
sił i momentów.
rozwiązania umożliwia interak- obota z otoczeniem. Strategia sterowania pozwala na dostosowanie ruchów robota do informacji zwrotnych czujników siły. Elementy składowe pakietu Force
cia;
przewody łączące szafę sterującą z manipulato-
przewód ochronny i płyta oddzielająca korpus
kołnierz między czujnikiem siły a robotem.
Rys.2. Elementy pakietu Force Control
Zastosowane rozwiązanie zapewnia dwie podstawowe FC Pressure oraz FC SpeedChange. Pierwsza pętle sprzężenia zwrotnego umożliwia manipulatorom polerowanie lub szlifowanie elementów odlewanych z zachowaniem stałego nacisku
owierzchnię obrabianego detalu.
Rys.3. Zasada działania funkcji FC Pressure
Funkcja ta przeznaczona jest przede wszystkim do procesów, gdzie istotna jest wysoka jakość wykończenia powierzchni. Dzięki czujnikowi siły i zaawansowanemu układowi sterowania manipulator utrzymuje kontakt z powierzchnią detalu, dostosowując swoją pozycję tak by przyłożyć zadaną siłę do powierzchni, nawet gdy je dokładna pozycja nie jest znana. Zadany stały docisk powoduje, że występujące zadziory usuwane są do tej samej głębokości. Zastosowanie tej funkcji umożliwia obróbkę materiału ze stałą prędkością
prostopadłą do obrabianej powierzchni. Ści
narzędzia (rys.4) dostosowywana jest do krzywizny powierzchni.
Rys.4. Ścieżka ruchu narzędzia w funkcji FC Pressure Zastosowanie tej funkcji pozwala na uzyskanie p wierzchni wysokiej jakości, umożliwia obróbkę pomimo niedokładności odlewów, ogranicza ryzyko uszkodzenia powierzchni. Funkcję tę można zastosować w operacjach gdzie uzyskana powierzchnia ma być równa i gładka w takich jak np:
• szlifowanie i polerowanie felg aluminiowych;
• polerowanie obudów do urządzeń elektronic nych, tj. laptopy, telefony komórkowe itp.
• polerowanie zderzaków samochodowych,
• polerowanie zlewów lub stalowych szaf, tj. z mrażarki, lodówki itp;
• szlifowanie zaworów, turbin lub łopat śmigieł.
Funkcja FC SpeedChange (rys.5) pozwala manipul torowi na gratowanie odlewu lub usuwania naddatków z prędkością zależną od występujących si
się ją w sytuacjach, kiedy istotna jest dokładność odtw rzania trajektorii, a celem obróbki jest uzyskanie zad nych wymiarów. Po zastosowaniu tej funkcji manipulator
Zasada działania funkcji FC Pressure
Funkcja ta przeznaczona jest przede wszystkim do gdzie istotna jest wysoka jakość wykończenia powierzchni. Dzięki czujnikowi siły i zaawansowanemu układowi sterowania manipulator utrzymuje kontakt z powierzchnią detalu, dostosowując swoją pozycję tak by przyłożyć zadaną siłę do powierzchni, nawet gdy jej dokładna pozycja nie jest znana. Zadany stały docisk powoduje, że występujące zadziory usuwane są do tej Zastosowanie tej funkcji umożliwia materiału ze stałą prędkością i kontrolą siły prostopadłą do obrabianej powierzchni. Ścieżka ruchu narzędzia (rys.4) dostosowywana jest do krzywizny
. Ścieżka ruchu narzędzia w funkcji FC Pressure pozwala na uzyskanie po- wierzchni wysokiej jakości, umożliwia obróbkę pomimo
ranicza ryzyko uszkodzenia można zastosować w operacjach, gdzie uzyskana powierzchnia ma być równa i gładka,
polerowanie felg aluminiowych;
polerowanie obudów do urządzeń elektronicz- telefony komórkowe itp.;
polerowanie zderzaków samochodowych, polerowanie zlewów lub stalowych szaf, tj. za-
orów, turbin lub łopat śmigieł.
pozwala manipula- usuwania naddatków prędkością zależną od występujących sił oporu. Stosuje kiedy istotna jest dokładność odtwa- a celem obróbki jest uzyskanie zada- nych wymiarów. Po zastosowaniu tej funkcji manipulator
przemieszcza się po zadanej trajektorii
dziem materiał ze stałą wydajnością. Zrobotyzowana obróbka wykonywana jest z maksymalną prędkością, przy czym prędkość obróbki manipulatorem jest zmnie szana przez układ sterowania,w
podczas obróbki przekraczają założone wartości.
Rys.5. Zasada działania funkcji FC SpeedChange Zastosowanie tej funkcji ogranicza niepożądaną zmianę wymiarów na skutek odchylenia ramienia robota oraz pozwala na uniknięcie uszkodzenia detalu lub narzędzia w wyniku nadmiernego naprężenia i ciepła.
Dzięki stałej sile nacisku i kontrolowanej prędkości (rys.6) funkcję tę stosuje się do oczyszczania lub grat wania części.
Rys.6. Ścieżka ruchu narzędzia w funkcji FC SpeedChange Inne typowe zastosowanie FC SpeedChange:
• usuwanie pozostałości po wcześniejszej obrób
• frezowanie wzdłuż krawędzi obrabianego el mentu;
• usuwanie nierównomiernie rozmieszczonych nadmiarów materiału po odlewie;
• szlifowanie nierównomiernie rozłożonego mat riału na powierzchni odlewów.
Pakiet Force Control oraz obydwie omówione funkcje badano oraz dobierano niezbędne parametry na zapr jektowanym i zbudowanym stanowisku badawczym.
Stanowisko to składało się z następujących elementów:
• manipulatora IRB 140 z Pakietem Force Co trol;
• manipulatora IRB 1600 ze GOM Atos II e;
• dwuosiowego pozycjonera
się po zadanej trajektorii, usuwając narzę- dziem materiał ze stałą wydajnością. Zrobotyzowana
na jest z maksymalną prędkością, przy czym prędkość obróbki manipulatorem jest zmniej-
,wkiedy siły występujące bróbki przekraczają założone wartości.
Rys.5. Zasada działania funkcji FC SpeedChange Zastosowanie tej funkcji ogranicza niepożądaną
odchylenia ramienia robota oraz pozwala na uniknięcie uszkodzenia detalu lub nadmiernego naprężenia i ciepła.
Dzięki stałej sile nacisku i kontrolowanej prędkości (rys.6) funkcję tę stosuje się do oczyszczania lub grato-
Rys.6. Ścieżka ruchu narzędzia w funkcji FC SpeedChange ypowe zastosowanie FC SpeedChange:
usuwanie pozostałości po wcześniejszej obróbce;
frezowanie wzdłuż krawędzi obrabianego ele-
usuwanie nierównomiernie rozmieszczonych nadmiarów materiału po odlewie;
szlifowanie nierównomiernie rozłożonego mate- riału na powierzchni odlewów.
oraz obydwie omówione funkcje badano oraz dobierano niezbędne parametry na zapro- jektowanym i zbudowanym stanowisku badawczym.
Stanowisko to składało się z następujących elementów:
manipulatora IRB 140 z Pakietem Force Con-
manipulatora IRB 1600 ze skanerem optycznym
dwuosiowego pozycjonera IRBP A250 o mak-
Jako narzędzie do obróbki wykorzystano
no (rys.7) produkcji włoskiej o maksymalnej prędkości obrotowej 60000 [obr/min], mocy 400 [W] sterowane z falownika firmy KEB.
Rys.7. Elektrowrzeciono stosowane jako narzędzie manipulatora IRB140
Zrobotyzowane stanowisko zostało
przed zestawieniem w oprogramowaniu RobotStudio.
Jest to oprogramowanie pozwalające na budowę wirtua nych stanowisk zrobotyzowanych, programowanie oraz symulację pracy robotów w trybie off-
komputera klasy PC z systemem operacyjnym Microsoft Windows. By umożliwić programowanie off
gramowanie RobotStudio wykorzystu VirtualRobot, opracowaną przez firmę ABB.
zastosowaniu tej technologii możliwe jest pełne odwz rowanie rzeczywistego kontrolera robotów w wirtualnym środowisku. Pozwala to na wykonywanie realistycznych symulacji przy użyciu wybranych typów robotów, plików konfiguracyjnych, rzeczywistych programów oraz modeli obrabianych detali. Wykonywanie modeli obrabianego detalu, narzędzi, elementów stanowiska typu mocowania robotów, w środowisku RobotStudio jest możliwe znacząco utrudnione przez brak rozbudowanych narzędzi modelowania CAD. Problem ten rozwiązano
obrabiany detal, narzędzia, mocowania robotów oraz inne elementy stanowiska w oprogramowaniu CAD następnie je eksportując do RobotStudio
przenośnych plików *.SAT. Zamodelowane zostało całe laboratorium z robotami widoczne na rys.8.
Rys.8. Model CAD zrobotyzowanego stanowiska z kontrolą siły Jako narzędzie do obróbki wykorzystano elektrowrzecio-
łoskiej o maksymalnej prędkości /min], mocy 400 [W] sterowane
Rys.7. Elektrowrzeciono stosowane jako narzędzie manipulatora
Zrobotyzowane stanowisko zostało zamodelowane w oprogramowaniu RobotStudio.
a budowę wirtual- nych stanowisk zrobotyzowanych, programowanie oraz
-line przy użyciu komputera klasy PC z systemem operacyjnym Microsoft programowanie off-line, opro- gramowanie RobotStudio wykorzystuje technologię
opracowaną przez firmę ABB. Dzięki zastosowaniu tej technologii możliwe jest pełne odwzo- rowanie rzeczywistego kontrolera robotów w wirtualnym środowisku. Pozwala to na wykonywanie realistycznych typów robotów, plików konfiguracyjnych, rzeczywistych programów oraz modeli Wykonywanie modeli obrabianego detalu, narzędzi, elementów stanowiska typu mocowania w środowisku RobotStudio jest możliwe, ale ez brak rozbudowanych narzędzi rozwiązano, modelując obrabiany detal, narzędzia, mocowania robotów oraz inne elementy stanowiska w oprogramowaniu CAD, a następnie je eksportując do RobotStudio za pomocą Zamodelowane zostało całe laboratorium z robotami widoczne na rys.8.
Rys.8. Model CAD zrobotyzowanego stanowiska z kontrolą siły
Po imporcie tych modeli możliwe było dobranie odp wiedniego usytuowania robota IRB 140 w
obróbkę, pozycjonera IRBP A250 wano detal oraz robota IRB 1600
Wzajemne ustawienie robotów jest bardzo istotne ze względu na skomplikowane ścieżki obróbki. Należy je tak dobrać, by wszystkie punkty ścieżki był
manipulator. Po przeprowadzeniu testów zadanych trajektorii robotów okazało się, że w stosunku do modelu CAD (rys.8) konieczne jest obrócenie i rozsunięcie robotów. Ostateczne ustawienie robotów w oprogram waniu RobotStudio widoczne jest
Rys.9. Zrobotyzowane stanowisko z kontrolą siły w oprogram waniu RobotStudio
Zaprojektowane stanowisko zrealizowano w laboratorium (rys.10).
Rys.10. Zdjęcie zrobotyzowanego stanowiska z kontrolą siły Dokładne odwzorowanie zaprojektowanego w Robo Studio stanowiska w rzeczywistości umożliwiło gener wanie ścieżek robota na podstawie modelu CAD oraz zapewniło realizację ścieżek obróbki wszystkich założ nych elementów detalu.
Po imporcie tych modeli możliwe było dobranie odpo- wiedniego usytuowania robota IRB 140 wykonującego
IRBP A250, na którym zamoco- wano detal oraz robota IRB 1600 ze skanerem GOM.
Wzajemne ustawienie robotów jest bardzo istotne ze względu na skomplikowane ścieżki obróbki. Należy je tak by wszystkie punkty ścieżki były osiągalne przez Po przeprowadzeniu testów zadanych że w stosunku do modelu obrócenie i rozsunięcie robotów. Ostateczne ustawienie robotów w oprogramo-
na rys.9.
Rys.9. Zrobotyzowane stanowisko z kontrolą siły w oprogramo- waniu RobotStudio
Zaprojektowane stanowisko zrealizowano w laboratorium
Rys.10. Zdjęcie zrobotyzowanego stanowiska z kontrolą siły Dokładne odwzorowanie zaprojektowanego w Robot- Studio stanowiska w rzeczywistości umożliwiło genero- wanie ścieżek robota na podstawie modelu CAD oraz zapewniło realizację ścieżek obróbki wszystkich założo-
3. PROGRAMOWANIE ROBOT Z KONTROLĄ SIŁY
Programowanie robota z pakietem Force Control m że być realizowane zarówno on-line jaki i off gramowanie on-line może być zrealizowane
czujnika siły, który służy do definiowania trajektorii manipulatora. Programowaniem steruje się z poziomu panelu FlexPendant oraz dedykowanego modułu aplik cji przeznaczonego do generowania programu obróbki opartego na sterowaniu siłą (rys.11).
Rys.11. Dedykowany moduł aplikacji do programowania Force Control
Oprogramowanie to pozwala ope
przemieszczać końcówkę manipulatora i uczyć go prz bliżonej trajektorii. Oprogramowanie ,,podpowiada"
w jaki sposób narzędzie obróbki ma dojechać do obr bianej powierzchni, jak prowadzone ma być po p wierzchni oraz jak zakończyć obróbkę (rys.12).
Rys.12. Etapy ręcznego uczenia trajektorii obróbki w module Force Control
Po wykonaniu tzw. uczenia trajektori
automatycznie wykorzystuje przybliżone informacje do ruchu wzdłuż trajektorii i w sposób automatyczny gen ruje program robota. Wygenerowana trajektoria przedstawiana jest w graficznie w różnych widokach umożliwia edycję oraz zadanie wybranych wartości sił.
PROGRAMOWANIE ROBOTA
Programowanie robota z pakietem Force Control mo- line jaki i off-line. Pro- line może być zrealizowane za pomocą czujnika siły, który służy do definiowania trajektorii uje się z poziomu panelu FlexPendant oraz dedykowanego modułu aplika- cji przeznaczonego do generowania programu obróbki
Rys.11. Dedykowany moduł aplikacji do programowania
Oprogramowanie to pozwala operatorowi ręcznie przemieszczać końcówkę manipulatora i uczyć go przy- bliżonej trajektorii. Oprogramowanie ,,podpowiada",
jaki sposób narzędzie obróbki ma dojechać do obra- bianej powierzchni, jak prowadzone ma być po po- wierzchni oraz jak zakończyć obróbkę (rys.12).
Rys.12. Etapy ręcznego uczenia trajektorii obróbki w module
Po wykonaniu tzw. uczenia trajektorii manipulator automatycznie wykorzystuje przybliżone informacje do sposób automatyczny gene- ruje program robota. Wygenerowana trajektoria (rys.13) przedstawiana jest w graficznie w różnych widokach, co umożliwia edycję oraz zadanie wybranych wartości sił.
Rys.13. Przykładowa trajektoria robota wygenerowana w module Force Control
Poza omówionym programowaniem on jest programowanie z kontrolą siły off
mowania off-line niezbędny jest dokładny model narz dzia, detalu oraz stanowiska w oprogramowaniu Robo Studio. Sposób wykonania takiego modelu zost omówiony. Do programowania wykorzystuje się narz dzia dostępne w oprogramowaniu RobotStudio
możliwość generowania punktów trajektorii robota na podstawie np. krawędzi modelu CAD
Rys.14. Generowanie trajektorii manipulatora off gramowaniu RobotStudio
Otrzymane w ten sposób punkty trajektorii obróbki należy uzupełnić o niezbędny w przypadku pakietu Force Control wjazd oraz wyjazd narzędzia.
Rys.15.Trajektoria manipulatora w oprogramowaniu RobotSt dio z uwzględnieniem wjazdu oraz wyjazdu narzędzia Dzięki znajomości języka Rapid oraz jego rozszerz nia do kontroli siły możliwe jest uzupełnienie instrukcji
jektoria robota wygenerowana Control
Poza omówionym programowaniem on-line możliwe jest programowanie z kontrolą siły off-line. Do progra-
line niezbędny jest dokładny model narzę- dzia, detalu oraz stanowiska w oprogramowaniu Robot- Studio. Sposób wykonania takiego modelu został już omówiony. Do programowania wykorzystuje się narzę- dzia dostępne w oprogramowaniu RobotStudio, takie jak możliwość generowania punktów trajektorii robota na podstawie np. krawędzi modelu CAD (rys.14, rys.15).
Rys.14. Generowanie trajektorii manipulatora off-line w opro- gramowaniu RobotStudio
Otrzymane w ten sposób punkty trajektorii obróbki niezbędny w przypadku pakietu Force Control wjazd oraz wyjazd narzędzia.
ora w oprogramowaniu RobotStu- dio z uwzględnieniem wjazdu oraz wyjazdu narzędzia Dzięki znajomości języka Rapid oraz jego rozszerze- nia do kontroli siły możliwe jest uzupełnienie instrukcji
ruchu manipulatora o parametry związane z pakietem Force Control.
Przykładowy kod języka Rapid z funkcjami kontroli siły:
MoveL Nab1_A1,VFm,z1,Frez_\WObj:=Na MoveL Nab1_A2,VFm,z1,Frez_\WObj:=
MoveL Nab1_A3,VFm,z1,Frez_PRz_2\
FCPress1LStart Nab1_T1, v5 \Fx:= n1ForceX n1ForceY \Fz:= n1ForceZ,35 \ForceFrameRef:=
FC_REFFRAME_PATH \ForceChange:=50
\DampingTune:=150 \TimeOut:=5, \UseSpdFFW,
\PosSupvDist:=9e9, z1, Frez\WObj:=Na FCPressL Nab1_T2,VF,F,z1,Frez_\WObj:=
FCPressC
Nab1_T3,Nab1_T4,VF,F,z1,Frez\WObj:=Na FCPressL Nab1_T5,VF,F,z1,Frez_\WObj FCPressL Nab1_T6,VF,F,z1,Frez_\WObj:=Na FCPressL Nab1_T7,VF,F,z1,Frez_\WObj:=Na
W języku Rapid można zdefiniować siłę
rzędzie porusza się po zadanej trajektorii, prędkości ruchu pomiędzy punktami, parametry wjazdu i wyjazdu narzędzia. Bardzo istotne są wartości parametrów tł mienia, zmian siły i pozostałe związane z sterowaniem siłą. Od ich dobrania zależy jakość otrzymanej p wierzchni po obróbce, ilość zebranego materiału oraz różnice w punktach wjazdu i wyjazdu narzędzia w st sunku do pozostałej trajektorii. W celu dobrania wszys kich wymienionych parametrów konieczne było wykon nie wielu prób na różnych materiałach oraz z różnymi narzędziami skrawającymi. Przykład takiej próbki w doczny jest na rys.16.
Rys.16. Przykładowy element, na którym dopierano parametry obróbki z wykorzystaniem Force Contol
Wykonano wiele próbek o zróżnicowanych kszta tach, dobierając wszystkie niezbędne parametry. Do oceny otrzymanych powierzchni bardzo przydat
się manipulator ze skanerem GOM. Po
róbce robot IRB 1600 automatycznie skanował wykon ną próbkę, a oprogramowanie skanera gen
widoczny na rys.17.
Pracę wykonano w ramach realizacji projektu badawczego INNOTECH ruchu manipulatora o parametry związane z pakietem
Przykładowy kod języka Rapid z funkcjami kontroli siły:
WObj:=Na;
WObj:= Na;
\WObj:= Na;
Fx:= n1ForceX \Fy:=
ForceFrameRef:=
ForceChange:=50 UseSpdFFW, WObj:=Na;
WObj:= Na;
WObj:=Na;
WObj:=Na;
WObj:=Na;
WObj:=Na;
zdefiniować siłę, z jaką na- rzędzie porusza się po zadanej trajektorii, prędkości
punktami, parametry wjazdu i wyjazdu narzędzia. Bardzo istotne są wartości parametrów tłu- mienia, zmian siły i pozostałe związane z sterowaniem siłą. Od ich dobrania zależy jakość otrzymanej po- wierzchni po obróbce, ilość zebranego materiału oraz
u narzędzia w sto- trajektorii. W celu dobrania wszyst- kich wymienionych parametrów konieczne było wykona- nie wielu prób na różnych materiałach oraz z różnymi
Przykład takiej próbki wi-
na którym dopierano parametry obróbki z wykorzystaniem Force Contol
Wykonano wiele próbek o zróżnicowanych kształ- dobierając wszystkie niezbędne parametry. Do oceny otrzymanych powierzchni bardzo przydatny okazał e skanerem GOM. Po wykonanej ob- róbce robot IRB 1600 automatycznie skanował wykona- a oprogramowanie skanera generowało raport
Rys.17. Raport z oprogramowania skanera GOM Na otrzymanym raporcie widoc
na krawędzi próbki po wykonanej obróbce.
pokazuje, czy otrzymane zatępienie mieści się w przyj tych granicach tolerancji. W trakcie wykonanych badań dobrano wartości zadanej siły, prędkości oraz param trów niezbędnych do sterowania siłą w zależności od obrabianego materiału, narzędzia i kształtu detalu.
Przetestowano funkcje FC Pressure oraz FC SpeedCha ge i ze względu na ich charakter zdecydowano się stos wać tę pierwszą.
4. WNIOSKI
W artykule przedstawiono zrobotyzowane st z kontrolą siły przeznaczone do
elementów o zmiennym kształcie. Omówiona została problematyka obróbki detali o niezdefiniowanym kszta cie. Zaproponowano rozwiązanie w postaci manipulatora z kontrolą siły, pozycjonerem oraz mani
skanerem optycznym. Zrobotyzowane stanowisko zostało najpierw zamodelowane w oprogramowaniu CAD. N stępnie w oprogramowaniu RobotStudio dopracowano wzajemne rozmieszczenie elementów i przeprowadzono testy trajektorii manipulatora. Zaprojektowa
sko zostało zbudowane oraz omówiono możliwości jego programowania z wykorzystaniem pakietu Force
Zaawansowany proces programowania z kontrolą siły został omówiono tutaj pokrótce ze względu na bardzo dużą liczbę parametrów i sposobów ich
Wykonane testy na różnego typu materiałach oraz przy różnych narzędziach pozwoliły dobrać parametry obróbki oraz niezbędne parametry sterowania siłą w taki sposób by otrzymać powierzchnię o zadanych
cji. Otrzymane pozytywne wyniki zrobotyzowanej o róbki detali o niezdefiniowanym kształcie przełożą się na wdrożenie zaproponowanego rozwiązania do przemysłu.
Pracę wykonano w ramach realizacji projektu badawczego INNOTECH-K2/IN2/66/182991/NCBR/13
aport z oprogramowania skanera GOM Na otrzymanym raporcie widoczne są wielkości fazy na krawędzi próbki po wykonanej obróbce. Raport czy otrzymane zatępienie mieści się w przyję- cach tolerancji. W trakcie wykonanych badań dobrano wartości zadanej siły, prędkości oraz parame-
sterowania siłą w zależności od narzędzia i kształtu detalu.
Przetestowano funkcje FC Pressure oraz FC SpeedChan- ge i ze względu na ich charakter zdecydowano się stoso-
zrobotyzowane stanowisko z kontrolą siły przeznaczone do zatępiania krawędzi elementów o zmiennym kształcie. Omówiona została problematyka obróbki detali o niezdefiniowanym kształ-
w postaci manipulatora z kontrolą siły, pozycjonerem oraz manipulatorem ze skanerem optycznym. Zrobotyzowane stanowisko zostało najpierw zamodelowane w oprogramowaniu CAD. Na- stępnie w oprogramowaniu RobotStudio dopracowano wzajemne rozmieszczenie elementów i przeprowadzono testy trajektorii manipulatora. Zaprojektowane stanowi- sko zostało zbudowane oraz omówiono możliwości jego programowania z wykorzystaniem pakietu Force Control.
Zaawansowany proces programowania z kontrolą siły został omówiono tutaj pokrótce ze względu na bardzo parametrów i sposobów ich definiowania.
Wykonane testy na różnego typu materiałach oraz przy pozwoliły dobrać parametry obróbki oraz niezbędne parametry sterowania siłą w taki sposób, o zadanych granicach toleran-
wyniki zrobotyzowanej ob- róbki detali o niezdefiniowanym kształcie przełożą się na wdrożenie zaproponowanego rozwiązania do przemysłu.
K2/IN2/66/182991/NCBR/13
Literatura
1. Alici G., Shirinzadeh B.: Enhanced stiffness modeling identification and characterization for robot manipulators.
IEEE “Transactions on Robotics” 2005, Vol. 21, No. 4, p. 554-564.
2. Basanez L., Rosell J.: Robotic polishing systems - from graphical task specification to automatic programming.
IEEE “Robotics & Automation Magazine” 2005, Vol. 12, No. 2, p. 35-43.
3. Budak E., Altintas Y.: Analytical prediction of chatter stability conditions for multi-degree of systems in milling.
Part I: Modeling, Part II: Applications. "Transactions of ASME, Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control” 1998, Vol.120, p.22-36.
4. Kim S., Landers R., Ulsoy A.: Robust machining force control with process compensation. “Journal of Manufac- turing Science and Engineering” 20003, Vol. 125, p. 423-430.
5. Pan Z.: Intelligent robotic machining with force control. Stevens Institute of Technology, NJ, USA, Ph.D. disser- tation, 2006.
6. Pan Z., Zhang H. et al.: Chatter analysis of robotic machining process. “Journal of Material Processing Technolo- gy” 2006, Vol. 173, Iss. 3, p. 301-309.
7. Pan Z., Zhang H.: Robotic machining from programming to process control. “ Industrial Robot: An International Journal” 2008, Vol. 35, Iss. 5, p. 400-409.
8. Pires J. et al.:, CAD interface for automatic robot welding programming. “Industrial Robot: An International Journal”,2004, Vol. 31, p.71-76.
9. Siciliano B., Villani L.: Robot force control. Kluwer Academic Publisher 2000.
