Robotok programozásának módszerei

A robotok vezérlésére több programozási módszer is ismert.

Elektromechanikus programozás: Az előre huzalozott program csak hardveres úton változtatható. Egyszerű feladatokra használható robotoknál alkalmazzák. Mára már jelentőségét vesztette.

Mozgás programozása visszajátszással: A tanító végigjátssza a TCP mozgatását, amelyet rögzítünk. A program futása során a mozgás PTP vezérlés útján történik.

Master Slave programozás: A programozó a robotot áttétel segítségével mozgatja. A Master minden tevékenységét tárolja és azonos időfelbontásban, azonnal le is játssza a slave (szolga) számára. Mivel a módszer bonyolult, ezért csak ott használják ahol a betanító módszer nem lehetséges. pl.: atomerőművek aktív övezete
A hidraulikában és pneumatikában is használják mikor egy henger több hengert is vezérel.

Betanító (Teach-in) programozás: Ez a módszer használható majdnem minden ipari robothoz. A programozó a robotot mozgatón keresztül vezérli a programozási helyek durva beállításával. Ilyenkor biztonsági okokból a robot csak csökkentett sebességgel üzemeltethető. A programba kerülnek a helyzetek, interpoláció, gyorsulások, sebességek, késleltetés idők, szenzor utasítások.

Off-line programozás: A programozás szöveges formában történik. Az off-line programozás feladatorientált, míg az on-line mozdulatorientált. A módszer előnye hogy a programozás a tervezési szakaszban lehetséges. Számítógéppel leírható a munkatér és a feladat is. Hátránya hogy a hibák csak az első próbafutás alatt derülnek ki. A hibajavítás csak ismételt futások során végezhető. Hasznos ha a program futtatását szimulálni tudjuk.

Robotok programozása

Ipari feladatoknál ismert a mozgás környezete. Így a robotnak nincs szüksége működés közben a terep feltérképezésére. Ilyenkor a területről térkép adatbázist készíthetünk, ahol kijelölhetők a jellegzetes pontok. A valós térben is elhelyezhetők ezek a jelzők (markerek). A robot ezeket a pontokat megkeresi, majd a tőlük mért távolságból kiszámítja a saját helyzetét. (Két jelzőtől mért távolság meghatározza a háromszög két oldalát, a harmadik oldal a jelzők távolsága)
A robot a tájékozódásra használhat ultrahangos vagy lézeres jeladót is.

A robotkéz és az effektor helyzetét TCP-vel (Tool Center Point) jellemezzük. Ez a pont a megfogószerkezet típusától függ. pl.: hegesztőpisztolynál az elektróda csúcsok közötti felezőpont, kétujjas megfogónál az ujjak közötti szimmetria pont.

A munkaterület WS (Working Space) azoknak a pontoknak az összessége a térben amelyet a TCP elérhet. A WS-t a robot szerkezeti kialakítása határozza meg.

A robotok mozgatása során alapvető feladat a TCP mozgatása a kiindulási helytől a végpozíciókba. A mozgás vezérlésnek két módja van PTP (Point-to-point)ahol a mozgás kiinduló és végpontja alapvető, míg a TCP által bejárt útvonal másodrendű. CPC (Continuous Path Control) útvonal vezérlésnél a bejárt útvonal első rendű, A TCP amennyire csak lehet az előre meghatározott útvonalon mozog.
PTP vezérlés esetén a mozgás kiinduló és véghelyzetét a robottengelyek körüli forgásszögek értékeinek megadásával jellemezzük.

Tiszta TPT vezérlés esetén a motorok egymástól függetlenül végrehajtják a hozzájuk tartozó tengely körüli forgást. A mozgás szaggatottá válik. Nehéz terhek mozgatásakor az áttételek gyorsabban kopnak.
Szinkron TPT vezérlésnél az összes tengely azonos időpontban végzi a mozgást. Egyenes helyett egyenletes ívű mozgást kapunk.

CPC vezérlésnél a szerszám a megadott térbeli görbe mentén, megadott sebességgel halad. pl.: vonalhegesztés, ragasztás, festékszórás
CPC vezérlésnél az útvonal pillanatnyi jellemzői a helyzet, sebesség és gyorsulás.

Robotok végrehajtóegységei

A szervomotorokat igen széles körben használják. Elsősorban a különböző vezérlő és szabályozó rendszerekben alkalmazzák pozícionálási célból, de ismeretesek egyéb alkalmazások is.

Szabályozástechnikai szempontból a villamos szervomotorok bemenőjele villamos feszültség vagy áram, kimenőjelük szögelfordulás vagy mechanikai elmozdulás. Jellemzőjük a rendkívül gyors indulás és forgásirányváltás valamint egy adott pozícióba történő pontos beállás.

A szervomotorokkal szemben az alábbi követelményeket támasztjuk:

• A fordulatszám változtatása tág határok között folyamatosan biztosítható legyen (akár 1:100, 1:10000 arány is megvalósítható legyen). Ez természetesen különleges táplálást és motor kialakítást igényel.
• A forgásirányváltás gyorsan és egyszerűen legyen megvalósítható. Ez csak különleges forgórész kialakítással biztosítható (kis átmérőjű de hosszú forgórész vagy nagy átmérőjű és rövid forgórész).
• A motor gyors működésű legyen, más szavakkal nagy legyen az indítónyomaték.
• A fordulatszám-nyomaték jelleggörbe stabil működést biztosítson széles határok között.

A szervomotorok a léptetőmotorok nagyteljesítményű alternatívái. A szervomotor nagy precizitású forgó-működtető (vagy lineáris működtető) berendezés, amely a sebesség és gyorsulás szabályozásával pontos szög-, vagy egyenes vonalú pozicionálást tesz lehetővé. Minden szervomotorban van egy beépített pozícióérzékelő szenzor. A szénkefe nélküli szervomotor kiváló sebesség- és nyomatékszabályozást, valamint pontos pozicionálást tesz lehetővé.

A szervomotorhoz a motor mellett tartozik még a vezérlőegység, a kimeneti érzékelő és a visszacsatoló rendszer.

Általában 90° fordul mindkét irányba tehát az elfordulása összesen 180°.

 

 

Robotok megfogószerkezete

A céltárgyat vagy munkadarabot a robot a megfogószerkezetével (effektor) fogja meg. Ez gyakran kényes feladat, mert bizonyos tárgyaknál csak korlátozott szorítóerőt lehet alkalmazni. Sok esetben elegendő egyetlen univerzális megfogó kialakítása, de gyakran célszerűbb egy egyszerűbb megoldás alkalmazása. A merev megfogó hátrányait küszöbölik ki a különféle csuklós megfogók, amelyekkel a robot keze vízszintes és függőleges síkban elfordítható úgy, hogy a tárgy a megfogásához szükséges irányból legyen megközelíthető. A csuklószerkezetbe három léptetőmotort építenek be. A felső motor az 1 tengely körül végez forgómozgást. A középső motor a 2 tengely körül billent oly módon, hogy a motor külső háza peremes felfogással a csuklóvázhoz, a tengelye pedig a billenő-kerethez van mereven rögzítve. Az alsó motor a 3 tengely körül forgat. E változat előnye, hogy a léptetőmotorok fordulatszáma tág határok között szabályozható, és szükség szerint megvalósítható az egy lépésen belüli irányváltás. A léptetőmotorok az elmozdulásérzékelőket is helyettesítik.

A tervezők leginkább arra törekednek, hogy olyan megfogókat tervezzenek, amelyek lehetőleg minél több fajta munkadarab megfogását teszik lehetővé. Természetesen az emberi kéz ügyességét reprodukálni képes „robotkéz” kifejlesztése gazdaságilag alig indokolható, annál célszerűbb viszont olyan alapkonstrukciókat szerkeszteni, amelyek cserélhető elemekkel (ujjakkal) megteremtik egy-egy megfogótípus rugalmas használatát.

A mozgatandó tárgy és a megfogó szerkezet kapcsolata alakkal, erővel és tapadással
biztosítható. A tárgyak megfogásánál általában az első két megoldás kombinációját alkalmazzák. A megfogó szerkezet fontos jellemzõje és elõnyös tulajdonsága, hogy a manipulálandó munkadarab halmaz minél szélesebb tartományát képes legyen megfogni. A nyers és a kész (megmunkálás utáni) felületet is lehetőség szerint meg tudja fogni.
Széles megfogási tartomány biztosítható:
– a csuklópontok állíthatóságával
– a megfogó ujj betétek (pofák) cseréjével
– a megfogó ujjak cseréjével
– univerzális megfogó szerkezettel

Az ipari robotok megfogószerkezeteinek leggyakoribb típusai:

• megfogók merev ujjakkal
• vákuumos megfogók
• mágneses megfogók
• megfogó célkészülékek
• megfogók rugalmas ujjakkal
• érzékelőkkel felszerelt megfogók

Megfogó merev ujjakkal. A megfogószerkezetek zöme ebbe a csoportba tartozik. Általában két merev ujj végzi a megfogást, néhány változatban csak az egyik ujj mozog, de szerkezeti okok miatt gyakoribb a két ujj együttes, tükörképszerű mozgatása. A csuklós szerkezet lehet hidraulikus, pneumatikus, villamos működtetésű vagy rugalmas szorítású.

Alakzáró megfogás.

Mechanikus megfogó szerkezetek.

A vákuumos megfogó meglehetősen közismert: gumiból vagy műanyagból készült tapadókorongok , vagy a feladathoz illeszkedő profilú „szippancsok”. Előnye, hogy könnyű, egyszerű, és az aktív erőt az igénybe vett felületen jól elosztja. Különösen célszerű és elterjedt azokon a területeken, ahol sérülékeny, törékeny tárgyakat kell mozgatni.

 

A mágneses megfogóban elektromágnes vagy állandó mágnes helyettesíti a tapadókorongot, és vákuum helyett a szükséges erőhatást mágneses erő adja. Állandó mágnest ritkán alkalmaznak, mert a megfogott tárgyat a mozgatás befejezésekor külső erő segítségével kell leválasztani a megfogóról.

Megfogó célkészülék. Számos robotkéz alapmodellje viszonylag egyszerűen átalakítható szerszámok és készülékek kezelésére. (hegesztőkészülék, gázégőfej, műanyag vagy festékszóró készülék, mérőkészülék)

Vannak kettős feladatot ellátó megfogókészülékek is. pl.: A robot megfogószerkezete a rúd megfogásakor egyidejűleg a rúd átmérőjét is méri.

Megfogók rugalmas ujjakkal. A megfogáskor működésbe lépő szorítóerő szabályozásának egyik módja a pneumatikus mozgatás, amikor is a szorítóerőt egy nyomásszabályozóval egyszerűen be lehet állítani. A másik, még egyszerűbb módszer, ha nem merev, hanem rugalmas vagy jobb erőelosztást adó ujjakkal szerelik a robotot.

A megfogó merev ujjai rugózó kerethez kapcsolódnak, ezzel a robot helyezési pontatlansága kiküszöbölhető.

Érzékelőkkel felszerelt megfogó. Ha a robotoknak érzékelőberendezésük van, visszacsatoló vezérlésiszabályozási körökkel, valamint a vezérlőberendezéseket ellátták érzékelőket kiszolgáló szoftverrel, akkor emberi felügyeletre alig van szükség. Ez természetesen jóval bonyolultabb feladat mert az érzékelendő jelenségek köre, kiértékelésének módszere, a szükséges érzékelési pontosság és még számos egyéb jellemző alkalmazási területenként változik. A robotok alkalmazása során gyakori igény annak érzékelése, hogy az adott tárgy az ujjakkal megfogható-e, a végrehajtott megfogás elég szilárd-e, a szorítóerő pedig a megadott határokon belül van-e.

A fizikai jellemzők gyakran egyszerű mechanikus, villamos vagy pneumatikus érzékelőkkel megállapíthatók, pl. erő-, nyomatékérzékelők fúvókák, mikrokapcsolók stb. segítségével. Komolyabb nehézséget jelent viszont a vizuális érzékelés és azonosítás, bizonyos területeken a hőmérséklet, a mozgásállapot, a sebesség, a gyorsulás, az anyag- és felületi jellemzők érzékelése.

 

Felhasznált irodalom:

1. Hervay Péter: Gyártórendszerek a gépiparban
2. Ipari robotok megfogószerkezetei: https://docplayer.hu/18861982-Ipari-robotok-megfogo-szerkezetei.html