Ruch robota z wyczuciem
| Prezentacje firmowe ArtykułyFirma ABB otworzyła nowy rozdział w historii zastosowań robotów. W przeszłości zaprogramowanie robota do delikatnych, precyzyjnych operacji było zadaniem żmudnym i czasochłonnym. Teraz jednak roboty potrafią same nauczyć się możliwie najlepiej wykonywać takie operacje. To innowacyjne podejście może skrócić łączny czas programowania robotów nawet o 80% w przypadku zastosowania tych nowych możliwości, między innymi do obróbki odlewów czy wykańczania połączeń spawanych, a tym samym ogromnie zwiększyć ich produktywność.
FORCE CONTROL, CZYLI SIŁA POD KONTROLĄ
Wprowadzenie nowego narzędzia Robot Ware Machining FC (Force Control - sterowanie siłą) rozwijanego przez dział FlexFinishing firmy ABB likwiduje jedną z ostatnich poważnych przeszkód na drodze do poprawy wydajności w tym sektorze.
Inżynierowie zajmujący się zastosowaniami robotów od dawna zmagali się z problemem osiągnięcia szybkiego ruchu robota z jednoczesnym zapewnieniem stabilnego kontaktu z przedmiotem obrabianym. Kilka lat temu firma ABB stała się pionierem badań w tej dziedzinie, konstruując roboty nadające się do delikatnych zadań montażowych w branży motoryzacyjnej. Postęp był możliwy dzięki wykorzystaniu czujników do pomiaru siły nacisku oraz pętli sprzężenia zwrotnego do sterowania siłą i powiązania jej z ruchem ramienia robota. Roboty z funkcją sterowania siłą pracowały z kontrolerem robota S4C plus i pozwalały skrócić montaż układu napędowego aż o 75%.
Kolejny krok w wykorzystaniu robotów ze sterowaniem siłą wykonano niedawno w klasie bardziej złożonych zastosowań, obejmującej szlifowanie, gratowanie i polerowanie elementów wyprodukowanych np. w odlewni. W przeciwieństwie do montażu części sterowanie siłami w tych zastosowaniach stawia dużo większe wymagania i jak dotąd nie było możliwe. Większa złożoność ma kilka przyczyn: narzędzia zużywają się, części różnią się wymiarami, a wykonanie uchwytów obróbkowych nie jest w 100% dokładne ani powtarzalne, co powoduje ryzyko znacznych przemieszczeń i odmiennych wyników.
ROBOTY I OBRÓBKA WYKOŃCZENIOWA
Od dawna obróbka wykończeniowa wymagała dużo pracy, a przy ręcznym szlifowaniu, gratowaniu i polerowaniu gotowe wyroby różniły się pod względem jakości. Dotychczas prace te wymagały programowania w oparciu o definiowanie każdej pozycji robota oraz wykorzystanie podatnych narzędzi i uchwytów obróbkowych. Roboty przemieszczały się wzdłuż zdefiniowanych trajektorii i z zadaną prędkością. Czasami ich działanie wspomagał dodatkowy serwonapęd do niwelowania różnic w wymiarach.
W tym trybie pracy, nawet jeśli robot nie może osiągnąć zadanej trajektorii na skutek nieprawidłowej pozycji części, wciąż będzie próbował ją przeciąć. W efekcie robot zatrzyma się, narzędzie pęknie albo przedmiot obrabiany zostanie uszkodzony. Aby ograniczyć takie usterki, konwencjonalne roboty do czyszczenia odlewów zwykle uruchamia się z mniejszą prędkością, a co za tym idzie - z ograniczoną wydajnością.
Konieczność zadawania określonej pozycji sprawia, że inżynierowie muszą programować te roboty z bardzo dokładnym odtwarzaniem trajektorii, co pochłania mnóstwo czasu. Wszystkie te wady - duże nakłady pracy przy programowaniu, dodatkowe oprzyrządowanie i serwonapędy oraz znaczne ryzyko uszkodzenia - hamowały wzrost popularności robotów w tej branży.
|
Technologia wykorzystywana jest między innymi w zadaniach:
|
PIĘĆ KROKÓW DO ZNACZNEJ INNOWACJI
W wyjątkowym systemie robota, wprowadzonym do oferty ABB w 2007 roku, pojawiło się pięć innowacyjnych elementów:
- wykorzystanie najnowszego kontrolera robota ABB, IRC5, z szybkim interfejsem do komunikacji z czujnikami;
- środowisko programowania umożliwiające samodzielne znajdowanie optymalnej trajektorii przez robota;
- pętla sprzężenia zwrotnego do sterowania naciskiem narzędzia;
- pętla sprzężenia zwrotnego do regulacji prędkości posuwu narzędzia;
- oferta łatwych w użyciu wstępnie przygotowanych produktów.
Kontroler IRC5 przygotowano na bazie najbardziej zaawansowanego w branży systemu operacyjnego do sterowania robotami i urządzeniami zewnętrznymi. System RobotWare OS, obsługujący język RAPID i funkcję Motion Technology and Communication firmy ABB, to najbardziej wydajny dostępny obecnie system operacyjny kontrolera.
Kontroler IRC5 ma dwa kanały Ethernet: sieci LAN oraz połączenia lokalnego, a także dwa kanały szeregowe do komunikacji typu punkt-punkt z czujnikami. Decydujące znaczenie dla prawidłowego działania i czasu reakcji robota przy korygowaniu i dostosowaniu pozycji ma przepustowość zapewniana przez kontroler IRC5. Aby zapewnić częstotliwość próbkowania umożliwiającą dynamiczne dostosowanie pozycji robota, a tym samym skuteczność tej innowacyjnej aplikacji, czujnik musi być w znacznym stopniu zintegrowany z elektroniką kontrolera.
Kontroler IRC5, wyposażony w system Motion Technology MultiMove firmy ABB, wyznacza światowy standard, umożliwiając sterowanie jednocześnie aż czterema robotami (36 osiami). Roboty mogą pracować równocześnie na tych samych obrabianych przedmiotach, co pozwala na stosowanie złożonych skoordynowanych ścieżek. System MultiMove ułatwia również dynamiczne przełączanie między ruchami niezależnymi a skoordynowanymi. Wyjątkowa wydajność umożliwia wykonywanie złożonych zadań szlifowania, gratowania i polerowania.
NOWY WYMIAR PROGRAMOWANIA
Środowisko programowania, które wspomaga użytkownika tej innowacyjnej aplikacji, stanowiło całkowitą nowość, oferując nowy wymiar programowania.
Umożliwia on proste i wydajne programowanie przy użyciu samego czujnika siły w celu zdefiniowania trajektorii ruchu robota. Programowaniem kieruje się z poziomu panelu FlexPendant oraz ze specjalnego modułu aplikacji do tworzenia programu obróbki opartego o możliwości sterowania siłą. Koncepcja ta umożliwia operatorowi ręczne przemieszczanie robota i uczenie go przybliżonej trajektorii. Następnie robot automatycznie wykorzystuje przybliżone informacje do ruchu wzdłuż trajektorii, a jednocześnie automatycznie rejestruje dokładną trajektorię i generuje program robota.
Udoskonalona funkcja sterowania robotem skraca cykl pracy robota o około 20%, natomiast trwałość narzędzi do szlifowania może z kolei wzrosnąć o 20%.
Funkcja FC Pressure, obsługująca pętlę sprzężenia zwrotnego, umożliwia robotom szlifowanie lub polerowanie odlewów z zachowaniem stałego nacisku narzędzia na powierzchnię przedmiotu obrabianego. Oprogramowanie FC Pressure jest przeznaczone w szczególności do procesów wymagających wysokiej jakości wykończenia powierzchni. Dzięki niemu robot jest w stanie z powodzeniem "wyczuć" swoje otoczenie i utrzymywać kontakt z powierzchnią odlewu, zmieniając swoją pozycję tak, aby przykładać stały nacisk na powierzchnię, nawet jeśli jej dokładna pozycja nie jest znana. Stały nacisk powoduje, że zadziory są usuwane do tej samej głębokości.
Efektami są lepsze wykończenie powierzchni, zdolność do radzenia sobie z niedokładnością odlewów, ograniczenie do minimum ryzyka uszkodzenia powierzchni odlewu oraz przewidywalne zużycie narzędzia. Ponieważ nacisk jest uzyskiwany przez ruch trajektorii robota, funkcja ta szczególnie nadaje się do operacji polerowania, szlifowania i czyszczenia, w których powierzchnia musi być równa i gładka.
Druga funkcja oprogramowania, FC SpeedChange, umożliwia robotowi gratowanie odlewu lub usuwanie nadlewów ze stałą prędkością, przy czym maleje ona po natknięciu się na wyjątkowo duży opór. W procesach, w których ważna jest dokładność odtwarzania trajektorii, a obróbka musi prowadzić do uzyskania konkretnych wymiarów, funkcja FC SpeedChange sprawdza się najlepiej.
Funkcja FC SpeedChange realizuje sterowanie pozycją robota, który przemieszcza się zgodnie z zaprogramowaną trajektorią, zapewniającą stałą wydajność usuwania materiału. Obróbka jest wykonywana z maksymalną prędkością, przy czym robot jest automatycznie spowalniany, kiedy siły obróbkowe są zbyt duże, tak aby można było ograniczyć zmianę wymiarów na skutek odchylenia ramienia robota lub uniknąć uszkodzenia części lub narzędzia w wyniku naprężenia i ciepła. Podobnie jak w przypadku funkcji FC Pressure efektami są skrócenie cyklu, zdolność do radzenia sobie z niedokładnością odlewów, ograniczenie do minimum ryzyka uszkodzenia odlewów oraz przewidywalne zużycie narzędzi.
Finalnie produkt obejmuje zaawansowane układy przetwarzania sygnałów z czujników, rozwiązania matematyczne i logiczne oraz graficzny interfejs użytkownika.
Nowość: YuMi - dwuramienny robot do pracy z ludźmi
Dzięki swojej bezpiecznej konstrukcji YuMi może wykonywać operacje w bezpośrednim otoczeniu człowieka. Ma on lekki i sztywny szkielet magnezowy, plastikową obudowę pokrytą miękkim materiałem amortyzującym wstrząsy i uderzenia. YuMi jest kompaktowym robotem wielkości człowieka i poruszającym się jak człowiek, dzięki czemu osoby z nim współpracujące mogą czuć się bezpiecznie i komfortowo - to cecha, dzięki której YuMi otrzymał prestiżową nagrodę Red Dot "best of the best" w kategorii Design Concept. Gdy YuMi wykryje nieoczekiwane oddziaływanie, takie jak zderzenie ze współpracownikiem, jest w stanie zatrzymać się w ciągu milisekund, a ruch robota może zostać wznowiony w tak prosty sposób jak proste jest wciśnięcie przycisku "play" w pilocie. YuMi nie ma miejsc, w których może dojść do przypadkowego zaciśnięcia zewnętrznych obiektów, dzięki czemu nic delikatnego nie może zostać uszkodzone w trakcie ruchu ramion robota. |
GRAFICZNY INTERFEJS UŻYTKOWNIKA NA PANELU FLEXPENDANT, CZYLI ŁATWOŚĆ EDYCJI
Trajektoria jest przedstawiana w widoku trójwymiarowym, co ułatwia graficzną reprezentację i edycję, umożliwiając szybkie, łatwe i dokładne programowanie. W jego trakcie czujnik pozwala operatorowi ręcznie kierować robotem i intuicyjnie bezpośrednio go programować. Oferta produktów "podłącz i pracuj" obejmuje wszystkie potrzebne podzespoły - czujnik, układy elektroniczne i okablowanie są już zamontowane i przetestowane na robocie, a jedyne, co pozostaje integratorowi lub klientowi, to dostosowanie procesu.
ZORIENTOWANIE NA SUKCES
Podobnie jak w przypadku większości istotnych innowacji, rozwijanie tego systemu było efektem wspólnego wysiłku. To złożone, interdyscyplinarne zadanie wymagało udziału wielu badaczy z kręgów akademickich i ABB, inżynierów ABB oraz klientów końcowych.
Pierwsze wspólne prace podjęła firma ABB i uniwersytet w Lund w celu określenia i zaimplementowania podstawowych funkcji czujników i sterowania. Konieczne okazało się lepsze poznanie aplikacji i znalezienie optymalnego interfejsu użytkownika. Receptą na sukces było zaangażowanie zasobów ABB z całego świata. Wykorzystano również wyniki praktycznych testów dostarczone przez partnerów branżowych.
