Industriële Robots. VDL Steelweld Training Robottechniek

Transcriptie

1 Industriële Robots VDL Steelweld Training 1

2 Inhoudsopgave Voorwoord. 4 Hoofdstuk 1: Inleiding Wat is een Industriële Robot (IR) Wanneer een Robot toepassen Toepassingen in de praktijk Bewegingsassen en vrijheidsgraden Verschillende robotconfiguraties. 9 Hoofdstuk 2: Mogelijkheden in de praktijk Werkbereik van een Robot Beïnvloeden van het werkbereik van een Robot Robot op een sokkel (pedestal) Robot ondersteboven opgesteld Shelf mounted Robot (Shelfrobot) Robot op slede/track (Robotslide) Beïnvloeden van werkbereik door tool aan de robot Toepassen van een toolchanger Toepassen van een anti collision. 21 Hoofdstuk 3: Randvoorwaarden Maximale last aan de pols van een robot Maximale snelheid, versnelling en vertraging Nauwkeurigheid Vloerbelasting Beperkingen van de bewegingsvrijheid door het kabelpakket Toepassen van een draaikoppeling (swivel). 24 Hoofdstuk 4: Bewegen met een Robot Coördinatenstelsels Tool Center Point (TCP) Extern of Stationary TCP (External TCP) Bewegen met een Robot (Joggen). 28 VDL Steelweld Training 2

3 Hoofdstuk 5: Programmeren van een Robot Methoden van programmeren van een Robot Aanmaken van posities in de ruimte (loacations) Point To Point beweging (PTP) Lineaire beweging Voorkomen van het in lijn staan van bewegingsassen (singulariteit) Aanmaken van fly-by posities (via-locations) Beïnvloeden van de stand van een gereedschap Problemen met betrekking tot asconfiguratie. 37 Hoofdstuk 6: Communicatie met randapparatuur Hoofdprogramma s en subroutines in de robotbesturing Communicatie met een PLC Communicatie tussen robots onderling Communicatie met specifieke applicatie apparatuur. 39 Hoofdstuk 7: Veiligheid Richtlijnen Werken in de nabijheid van een Robot. 41 VDL Steelweld Training 3

4 Voorwoord. In dit naslagwerk worden veel Engelse termen gebruikt die zo goed mogelijk worden uitgelegd. Deze termen zijn vaak in het Nederlands overgenomen omdat het niet altijd mogelijk is een goede eenduidige vertaling te geven en over het algemeen in de voertaal geaccepteerd zijn. Het doel van dit naslagwerk is de mensen kennis te laten maken met robots die steeds meer gebruikt worden bij automatisering in de industrie. Voor een groot gedeelte wordt aandacht geschonken aan de bewegingsprincipes van een robot die de basis vormen voor de bewegingsprogramma's van de robot. Daarnaast wordt nog een stuk veiligheid dat ligt op het grensvlak tussen mens en machine toegelicht. VDL Steelweld Training 4

5 Hoofdstuk 1: Inleiding. 1.1 Wat is een Industriële Robot (IR). De Tsjechische auteur Karel Capek liet in 1922 voor het eerst robots in een toneelstuk optreden. Daarin was de robot een schepping van de mens, bedoeld om slavenarbeid te verrichten. De term robot is afgeleid van het Tsjechische woord "robota", wat"zware arbeid" betekent. In 1954 werd in Amerika de eerste programmeerbare robot voor industrieel gebruik gebouwd. Het duurde echter tot 1961 voordat de eerste successen werden geboekt. De automobiel industrie en met name General Motors heeft met betrekking tot het gebruik van robots een belangrijke rol daarin gespeeld. Definitie van een Industriële Robot (IR). Een industriële robot is een hanteermachine die voorzien is van gereedschappen en/of grijpers met minimaal vier vrijheidsgraden en een repeteerbare positioneer nauwkeurigheid, terwijl iedere vrijheidsgraad vrij programmeerbaar is. Industriële robots kunnen er heel verschillend uitzien. De volgende figuur toont een modelvoorbeeld van een robot van het merk ABB (IRB6600). Figuur 1.1: Een modelvoorbeeld van een robot De manipulator in de figuur bestaat uit een beweeglijke arm met pols en hand (of grijper). VDL Steelweld Training 5

6 1.2 Wanneer een Robot toepassen. Er zijn altijd andere machines of installaties nodig om het gebruik van een robot functioneel te maken. De robot is en blijft een hulpmiddel. Een hulpmiddel waarvan het programma regelmatig wisselt, en waarbij de cyclustijden en omsteltijden over het algemeen kort zijn. Enige redenen om tot het inzetten van een robot over te gaan in een productieomgeving zijn: Verhoging van de productiviteit. Verbetering van de kwaliteit van een product. Verhoging van de continuïteit van de productiestroom. Vermindering van voorraden. Verhoging van flexibiliteit. Verlaging van omsteltijd. Verbetering van arbeidsomstandigheden. Opheffing van een tekort aan geschoold personeel. 1.3 Toepassingen in de praktijk. Een robot kan voor verschillende doeleinden worden toegepast, onder te verdelen in drie groepen: 1. Het hanteren van een werkstuk. 2. Het assembleren/samenstellen van een werkstuk. 3. Het hanteren van een of meerdere gereedschappen. Ook zijn combinaties mogelijk van bovenstaande 3 groepen. Voorbeelden van het hanteren van een werkstuk (robot met werkstuk in grijper): Uitnemen van producten uit een spuitgietmatrijs (pick & place robot). Uitnemen en inleggen van producten onder een pers (handlingsrobot). Met een (sub)samenstelling langs een of meerdere bewerkingsmachines (handlingsrobot). Voorbeeld van het assembleren/samenstellen van een werkstuk (robot met grijper): Verschillende afmetingen transistoren steken in printplaten (pick & place robot). Voorbeelden van het hanteren van een of meerdere gereedschappen: Lakspuiten van producten (spuitrobot). Lijm aanbrengen op een deelprodukt (lijmrobot). Puntlassen/booglassen van werkstukken (lasrobot). VDL Steelweld Training 6

7 1.4 Bewegingsassen en vrijheidsgraden. De termen bewegingsassen en vrijheidsgraden worden gebruikt wanneer men spreekt over de geometrische kenmerken van de robot. Het aantal en type vrijheidsgraden bepalen het werkbereik en de bewegelijkheid van de robot. Hoe meer bewegingsassen des te groter is de wendbaarheid en flexibiliteit. Figuur 1.2: Een voorbeeld van de bewegingsassen bij een robot. De bewegingsassen van de robot in de voorgaande figuur zijn rotatie-assen. Sommige robots hebben bewegingsassen die rechtlijnig bewegen. Deze worden translatie-assen genoemd. Combinaties van translatie- en rotatie-assen zijn mogelijk binnen een robotconfiguratie. VDL Steelweld Training 7

8 De term vrijheidsgraden heeft te maken met het aantal onafhankelijke richtingen waarin het gereedschap op het uiteinde van de manipulator kan bewegen. In principe wordt de positie van een voorwerp bepaald door zes vrijheidsgraden. Figuur 1.3: De zes vrijheidsgraden. Drie vrijheidsgraden in de figuur zijn rechtlijnige bewegingen (X, Y en Z). De andere drie zijn draaiende bewegingen (Rx, Ry en Rz). Indien het gereedschap op het uiteinde van de manipulator al deze zes vrijheidsgraden heeft, kan het op iedere gewenste positie binnen het robotbereik geplaatst worden. Figuur 1.4: De zes vrijheidsgraden gereedschap. VDL Steelweld Training 8

9 1.5 Verschillende robotconfiguraties. Onder een robotconfiguratie wordt verstaan, het aantal en soort bewegingsassen waaruit een robot is opgebouwd. De bewegingsassen kunnen daarbij onderverdeeld worden in hoofd- en bij-assen. De hoofdassen zijn de eerste drie assen gezien vanaf de basis (voet) van de robot. De hoofdassen kunnen bestaan uit iedere mogelijke combinatie van drie translatie- of rotatie-assen. De positie van de pols wordt hiermee grotendeels bepaald. De bij-assen zijn de assen die volgen op de hoofdassen. Deze assen vormen meestal de pols. De pols zorgt voornamelijk voor de stand (oriëntatie) van het gereedschap. Figuur 1.5 laat een pols zien met drie bewegingsassen. Figuur 1.5: De bewegingsassen van een robotpols De robotpols toont veel gelijkenis met onze eigen pols. In figuur 1.5 zijn deze bewegingen aangegeven met de technische (engelse) termen: Roll Rollen, vergelijk dit met slagzij bij een schip. Pitch Vergelijk dit met het stampen van een schip, het bewegen om een horizontale as lood recht op de lengte-as van een schip. Yaw Vergelijk dit met een slingering in de vaarrichting van een schip. Uit het aantal mogelijke combinaties van rotatie- en translatie-assen voor de hoofdbewegingsassen worden er in de praktijk slechts een beperkt aantal toegepast. Deze zijn te herleiden tot de volgende robotconfiguraties: TTT met een robotbereik voor te stellen als een balk (cartesisch werkgebied). RTT met een robotbereik voor te stellen als een holle cilinder (cilindrisch werkgebied). RRT met een robotbereik voor te stellen als de schil van een bol (sferisch werkgebied). RRR met een robotbereik voor te stellen als een donut (torusvormig werkgebied). Figuur1.6: Voornaamste robotconfiguraties VDL Steelweld Training 9

10 De TTT Robotconfiguratie: Robotconfiguraties met een cartesisch werkgebied kunnen alleen bewegingen uitvoeren in de drie translatie richtingen. De robot kan door de toepassing van rechtgeleidingen alleen bewegen in de richtingen van de X, Y en Z-as, en beschrijft daardoor een balkvormig werkgebied. Figuur 1.7: Een TTT robotconfiguratie. Kenmerken van een TTT robotconfiguratie: Beperkt werkgebied. Hoge nauwkeurigheid. Toe te passen bij zware belasting. Eenvoudig te programmeren. Het beperkte werkgebied wordt vaak opgelost door de robot aan een portaalframe (traverse) op te hangen. Figuur 1.8: Een TTT robotconfiguratie aan een portaalframe. VDL Steelweld Training 10

11 Toepassingen van een TTT robotconfiguratie: Zwaardere pick & place toepassingen (laden en lossen van gereedschapwerktuigen). Montage toepassingen (elektronica). De RTT robotconfiguratie: Robotconfiguraties met een cilindrisch werkgebied hebben een rotatie-as en twee translatie-assen. De configuratie bestaat uit een horizontale arm die gemonteerd is op een verticale kolom. Deze kolom staat op een draaiende basis. De horizontale arm kan rechtlijnig omhoog en omlaag bewegen langs de verticale kolom. Hierdoor wordt het robotbereik beschreven als een holle cilinder. Figuur 1.9: Een RTT robotconfiguratie Kenmerken van een RTT robotconfiguratie: Hoge nauwkeurigheid alleen mogelijk met een zeer stijve verticale kolom. Toepassingen van een RTT robotconfiguratie: Lichte pick & place toepassingen (overzetten van producten tussen bewerkingsstations of afnemen van producten van een lopende band). VDL Steelweld Training 11

12 De RRT robotconfiguratie: Robotconfiguraties met een sferisch werkgebied hebben twee rotatie-assen en 1 translatie-as. In tegenstelling tot de RTT robotconfiguratie kan de horizontale arm bij een RRT configuratie scharnieren ten opzichte van de verticale kolom. Hierdoor wordt het robotbereik beschreven als de schil van een bol. Figuur 1.10: Een RRT robotconfiguratie Kenmerken van een RRT robotconfiguratie: Beperkt werkgebied. Moeilijk te programmeren Toepassingen van een RRT robotconfiguratie: Pick & place toepassingen (laden en lossen van machines). Een bijzondere RRT robotconfiguratie, de SCARA configuratie: De SCARA is een RRT robotconfiguratie waarbij de beide rotatie-assen verticaal gericht zijn. SCARA betekent: Selective Compliance Assembly Robot Arm (compliance is vering). De arm beweegt in het horizontale vlak. Hierdoor wordt hetzelfde robotbereik gecreëerd als bij een RTT robotconfiguratie: een holle cilinder. Figuur 1.11: Een SCARA robotconfiguratie VDL Steelweld Training 12

13 Kenmerken van een SCARA robotconfiguratie: Beperkt werkgebied door de voornamelijk horizontale bewegingen. Door de bijzondere constructie is de arm zeer stijf in verticale richting. Moeilijk te programmeren Toepassingen van een SCARA robotconfiguratie: Pick & place toepassingen in de elektronica. De RRR robotconfiguratie: Robotconfiguraties met een torusvormig werkgebied bestaan uit een zogenaamde knikarm die op een draaiende basis geplaatst is. De knikarm bestaat uit twee rotatie-assen, het schoudergewricht en de elleboog. Hierdoor wordt een robotbereik beschreven dat is voor te stellen als een donut. Kenmerken van een RRR robotconfiguratie: Groot robotbereik vooral in verticale richting. Door de flexibiliteit breed toepassingsgebied. Door complexiteit minder nauwkeurig. Moeilijk te programmeren. Toepassingen van een RRR robotconfiguratie: Complexere pick & place toepassingen mogelijk (assembleren). Booglassen, puntlassen, verfspuiten, lijmen. Figuur 1.12 Een RRR robotconfiguratie VDL Steelweld Training 13

14 Hoofdstuk 2: Mogelijkheden in de praktijk. 2.1 Werkbereik van een Robot. Robots komen er in allerlei soorten en maten. De benodigde robot wordt uitgekozen aan de werkzaamheden die hij moet gaan verrichten. Er wordt gekeken wat de bereikbaarheid van de robot moet zijn en hoeveel payload ( gewicht die aan de robot komt ) de robot moet hebben. Hier onder is een voorbeeld gegeven van een IRB6600 over zijn specificaties. Figuur 2.1: De ABB IRB6600 met 6 bewegingsassen De maximale asstanden voor de robot zijn. Type beweging Bereik van de beweging As 1 Rotatiebeweging +180 tot -180 As 2 Armbeweging +85 tot -65 As 3 Armbeweging +70 tot -180 As 4 Polsbeweging +300 tot -300 As 5 Buigbeweging +120 tot -120 As 6 Draaibeweging +300 tot -300 As 1 heeft een bereik van ±180 ten opzichte van zijn Home Positie. Dit betekent dus dat de robot een dode hoek heeft. Men dient hiermee rekening te houden bij het opstellen van de robot in een celomgeving. VDL Steelweld Training 14

15 In Figuur 2.2 ziet u het werkbereik van de IRB 6600 ten opzichten van het polscentrum. Figuur 2.2: Werkbereik IRB Beïnvloeden van het werkbereik van een Robot. Door een bepaalde lengte van de bovenarm van de robot te kiezen, kan een gunstiger werkbereik voor een bepaalde toepassing verkregen worden. Echter afhankelijk van de toepassing van de robot in de praktijk kan het ook noodzakelijk zijn het werkbereik te verleggen in bepaalde richtingen. Als bijvoorbeeld in een werkcel meerdere stations binnen het werkbereik van de robot moeten vallen, moet de ideale positie van de robot in de ruimte gekozen worden. Dit kan in verticale en horizontale richting, in starre (stationaire) of bewegende opstelling van de robot. Mogelijkheden met betrekking tot het beïnvloeden van het werkbereik in verticale richting: Robot op een sokkel. Robot ondersteboven hangend opgesteld. Aparte robotconfiguratie: Shelf mounted robot. Mogelijkheden met betrekking tot het beïnvloeden van het werkbereik in horizontale richting: Robot staand op een slede. Robot ondersteboven hangend aan een slede. In de volgende paragrafen worden bovenstaande oplossingen verder toegelicht VDL Steelweld Training 15

16 2.3 Robot op een sokkel (pedestal). Wanneer bijvoorbeeld de robot iets moet pakken op 2,5 meter hoogte van de werkvloer blijkt al snel dat slechts een klein gebied van het werkbereik gebruikt kan worden. Door de robot op een verhoging te zetten verschuift het werkbereik met de robot mee omhoog, zodat een groter deel van het werkbereik beschikbaar is. Zie figuur 2.3 Figuur 2.3: Robot op een sokkel 2.4 Robot ondersteboven opgesteld. Wanneer de robot ondersteboven hangend wordt opgesteld wordt het werkbereik omgedraaid. Dit kan een uitkomst bieden voor het voorbeeld beschreven in het vorige hoofdstuk. Ook kan dit toegepast worden indien de basis van de robot op de werkvloer in de weg zou staan voor bepaalde handelingen. Zie figuur 2.4. Figuur 2.4: Robot ondersteboven aan slede. VDL Steelweld Training 16

17 2.5 Shelf mounted Robot (Shelfrobot). Een shelf mounted robot is een robot die als het ware op een boekenplank staat en het werkbereik onder zich heeft. In figuur 2.5 is het werkbereik weergegeven t.o.v. het polscentrum. Figuur 2.5: Een shelfrobot van ABB 2.6 Robot op slede/track (Robotslide). Door de robot te plaatsen op een slede wordt het werkbereik uitgebreid. Dit heeft meerdere voordelen: Er kunnen bijvoorbeeld producten gelast worden die groter zijn dan het werkbereik van de robot. Er kunnen bijvoorbeeld meerdere producten gelast worden die in verschillende stations naast de slede zijn opgesteld. Figuur 2.6: Robotslede met een Kuka Robot VDL Steelweld Training 17

18 2.7 Beïnvloeden van werkbereik door tool aan de robot. In de voorgaande hoofdstukken is het werkbereik besproken van de robot ten opzichte van het polscentrum (as 5). Het daadwerkelijke bereik van een robot wordt door het tool bepaald dat aan de montageflens van as 6 bevestigd zit. Deze tool kan bijvoorbeeld een grijper zijn of een gereedschap. Figuur 2.7: Voorbeeld invloed van werkbereik door bevestiging van een tool De beperkingen die door de robotleverancier zijn bepaald, met betrekking tot de belasting van de pols van de robot, hebben te maken met de combinatie van de massa en het zwaartepunt van de tool ten opzichte van de montageflens. Het zwaartepunt van de tool mag niet te ver van de montageflens liggen als de massa van de tool hoog is. In hoofdstuk 3 wordt hierop verder ingegaan. VDL Steelweld Training 18

19 2.8 Toepassen van een toolchanger. Om de flexibiliteit en/of toepassingsgebied van de robot te verhogen kunnen aan de montageflens van de robot ook meerdere tools tegelijkertijd bevestigd zitten, bijvoorbeeld: Twee of meer grijpers. Twee of meer gereedschappen. Combinatie van een grijper met een gereedschap. Dit legt vaak wel beperkingen op aan de bewegingsvrijheid van de pols van de robot. Het is namelijk best mogelijk dat de niet gebruikte tool bij een bepaalde bewerking in conflict komt met het werkstuk of met de robotarm. Ook wordt de totale massa hoger en afhankelijk van het zwaartepunt mag de maximale belasting van de pols van de robot niet overschreden worden. Voorgaande problemen kunnen opgelost worden door een automatisch tangwisselsysteem toe te passen, een zogenaamde "toolchanger". Hierdoor kan de robot tussen verschillende tools wisselen tijdens de cyclus. Aan de montageflens zit een opnamekoppeling bevestigd en elke tool is uitgevoerd met een opnamehuis. De tools hebben een vaste positie in de ruimte, zodat de robot precies de specifieke tool kan pakken voor een bepaalde bewerking. Elke tool kan zodanig op de robot worden bevestigd, met een zo gunstig mogelijke positie en oriëntatie ten opzichte van de montageflens, dat een zo groot mogelijke bewegingsvrijheid wordt verkregen. Het wisselen van de ene tool naar de andere kost ongeveer 12 seconden. Dit kan problemen geven wanneer de robot de bottleneck vormt voor de cyclustijd. Praktijkvoorbeeld: Een robot met een toolchanger voert in een cel lasbewerkingen uit aan een werkstuk in een mal en heeft daarvoor twee puntlastangen nodig. Wanneer de mal handmatig ontladen en gevuld wordt, staat de robot te wachten. Door het verwisselen van de lastangen tijdens de lascyclus wordt de totale cyclustijd 12 seconden langer. De robot moet voor aanvang van de volgende cyclus weer met de eerste lastang klaar staan. Indien het handmatig ontladen en vullen van de mal langer duurt dan 12 seconden dan vindt het wisselen naar de eerste lastang plaats in deze tijd. Maar als het ontladen minder dan 12 seconden in beslag neemt gaat dit ten koste van de totale cyclustijd. Een toolchanger wordt als eerste gemonteerd op de montageflens en neemt ongeveer 10 cm in beslag. Hierdoor schuift het zwaartepunt van de tool ook op. Hiermee moet rekening gehouden worden met betrekking tot de maximale belasting van de robot. Door de toolchanger kunnen, afhankelijk van de toepassing van de tool, de volgende voorzieningen worden doorgevoerd: Voedingsspanning. Elektrische signalen (I/O). Perslucht Koelwater(aanvoer/afvoer). Beschermgas. De connectoren voor vloeibare of vluchtige stoffen zijn zodanig uitgevoerd dat na het loskoppelen van een tool de kanalen afgesloten worden zodat er geen lekkages zijn. VDL Steelweld Training 19

20 Hier is een voorbeeld van een walther-praezision toolchanger. Hier is goed te zien waar de connectoren en luchtaansluiting Figuur 2.8: Robotside Toolchanger van Walther-praezision Toolside Figuur 2.9: Toolchanger van Walther-praezision mogelijke indeling VDL Steelweld Training 20

21 2.9 Toepassen van een anti collision. Een robot zal altijd stoppen bij overbelasting van de bewegingsassen, echter bij een crash wordt schade aan de robot of zijn omgeving daardoor nauwelijks voorkomen. Het meest kwetsbare deel is vaak de tool aan de pols van de robot. Door tussen de montageflens en het tool een zogenaamde "anti collision" te monteren, stopt de robot zodra de tool ten opzichte van de montageflens verplaatst wordt. Dit voorkomt niet alleen erger in geval van een crash, maar ook bij het programmeren van de robot bijvoorbeeld tijdens het aanmaken van bewegingspaden voor het booglassen. Er zijn diverse uitvoeringen verkrijgbaar, afhankelijk van de toepassing en het gewicht van de tool, van simpelweg een veer tot complexe koppelingen. Figuur 2.10: Een lasrobot van ABB met anti collision bij de robotflens VDL Steelweld Training 21

22 Hoofdstuk 3: Randvoorwaarden 3.1 Maximale last aan de pols van een robot. In de onderstaande figuur is een voorbeeld weergegeven van de maximum toegelaten bevestigen van een last op de montageflens, bij verschillende posities (zwaartepunt). Figuur 3.1: Voorbeeld van maximum toegelaten massa, bij verschillende posities 3.2 Maximale snelheid, versnelling en vertraging. Snelheid per as van enkele IRB6400 robottypen (en overage) As /s 90 /s 90 /s 100 /s As /s 90 /s 90 /s 100 /s As /s 90 /s 90 /s 100 /s As /s 120 /s 120 /s 210 /s As /s 120 /s 120 /s 150 /s As /s 190 /s 190 /s 210 /s De motoren worden automatisch begrensd indien de tempratuur te hoog mocht oplopen. VDL Steelweld Training 22

23 In de praktijk: Minimale tijd voor positioneren tot op 0,4 mm van de positie: IRB6400/ : sec. (op een lineair pad van 35 mm). IRB : sec. (op een lineair pad van 350 mm). Overige robottypen: sec. (op een lineair pad van 35 mm). Overige robottypen: sec. (op een lineair pad van 350 mm). 3.3 Nauwkeurigheid. De prestaties van een robot worden gemeten volgens ISO 9283 met de nominale last. Bij een snelheid van 1 m/s op een hellend vlak, zodat alle 6 de assen in beweging worden gebracht. De herhaalnauwkeurigheid van een positie: IRB6400/ : 0,1 mm. IRB6400/ : 0.15 mm. Overige robottypen: 0,2 mm. De nauwkeurigheid van een lineair pad: IRB6400/ : 2,1-2.5 mm. Overige robottypen: 2,5-3,0 mm. De herhaalnauwkeurigheid van een lineair pad: IRB6400/ : 0,5-0,8 mm. Overige robottypen: 0,8-1,4 mm. 3.4 Vloerbelasting. De fundering van de vloer moet een dusdanige stijfheid bezitten om het dynamische gedrag van de robot te kunnen weerstaan. In de onderstaande figuur zijn de richtingen van de spanningskrachten weergegeven. Figuur 3.2: De richtingen van de spanningskrachten VDL Steelweld Training 23

24 Permanente belasting Piek belasting (tijdens normaal bedrijf) (in geval van noodstop) Kracht XY ± N ± N Kracht Z ± N ± N Moment XY ± Nm ± Nm Moment Z ± 6.000Nm ± Nm "Kracht XY" en "Moment XY" zijn vectoren die om het even iedere richting in het xy-vlak kunnen hebben. 3.5 Beperkingen van de bewegingsvrijheid door het kabelpakket. Om de tool aan de pols van de robot te kunnen laten functioneren, is het noodzakelijk de nodige voorzieningen via een kabelpakket toe te voeren, bijvoorbeeld: Voedingsspanning. Elektrische signalen (I/O). Perslucht. Koelwater(aanvoer/afvoer). Lasdraad, lijm, lak. Beschermgas. Figuur 3.3: Kabelpakket op een Kuka De bewegingsvrijheid van de robot wordt vaak tenietgedaan door het kabelpakket. Doordat as 4 en 6 een grote verdraaiing kunnen maken ten opzichte van elkaar, bestaat het gevaar dat het kabelpakket rond de robotarm stropt. De keuze van de bevestigingspunten aan de robot en de bevestiging aan de tool is dus erg belangrijk. In de praktijk wordt vaak de volgende richtlijn aangehouden tijdens het programmeren om het opstroppen van het kabelpakket te voorkomen: Maximale verdraaiing van as 4 mag zijn +90. Maximale verdraaiing van as 6 mag zijn Toepassen van een draaikoppeling (swivel). De beperkingen die het kabelpakket oplegt aan de bewegingsvrijheid van de robot kunnen opgelost worden door het toepassen van een draaikoppeling, een zogenaamde "swivel". Een swivel bestaat uit twee delen die ten opzichte van elkaar kunnen draaien en te allen tijde vast met elkaar verbonden zijn. Het "bewegende" deel wordt gemonteerd op de montageflens en draait dus mee met as 6, het "vaste" deel wordt verbonden met as 5. Aan het bewegende deel van de swivel wordt het tool bevestigd. Door de swivel kunnen de volgende voorzieningen worden doorgevoerd: o Voedingsspanning. o Elektrische signalen (VO). o Perslucht. o Koelwater(aanvoer/afvoer). o Beschermgas. Figuur 3.4: swivel van Kuka VDL Steelweld Training 24

25 Hoofdstuk 4: Bewegen met een Robot. 4.1 Coördinatenstelsels. Coördinatenstelsels worden toegepast om het joggen en programmeren van de robot te vereenvoudigen. In de onderstaande figuur zijn de belangrijkste coördinatenstelsels weergegeven. Figuur 4.1: De coördinatenstelsels om het joggen en programmeren te vereenvoudigen Het base- en het pols coördinatenstelsel kunnen niet aangepast worden. Echter ten opzichte van het basecoördinatenstelsel kunnen in de "vaste wereld" verschillende hulpstelsels aangemaakt worden. Ten opzichte van het polscoördinatenstelsel kunnen met de robot meebewegende gereedschapscoórdinaten worden gedefinieerd. De coördinatenstelsels kunnen worden geprogrammeerd door numerieke waarden te specificeren of door de robot langs een aantal posities te joggen. Hieronder volgt een omschrijving van de belangrijkste stelsels en hun toepassing. Baescoördinatenstelsel(BASE of Baseframe ): Het basecoördinatenstelsel bevindt zich in de basis van de robot: Het begin bevindt zich in het snijpunt van as 1 en het sokkeloppervlak. Het XY-vlak is hetzelfde als het sokkeloppervlak. De X-as wijst naar voren. De Y-as wijst naar links (vanuit de robot gezien). De Z-as wijst naar boven. VDL Steelweld Training 25

26 Worldcoördinatenstelsel (WORLD of Worldframe): Als de robot op de vloer gemonteerd is, kan men simpel weg programmeren in het basecoördinatenstelsel. Maar als de robot ondersteboven opgehangen is wordt het programmeren in het basecoördinatenstelsel moeilijker omdat de richtingen van de assen niet hetzelfde zijn als de hoofdrichtingen in de werkruimte. Het kan gemakkelijk zijn een gemeenschappelijk worldframe te definiëren wanneer meerdere robots in een werkruimte moeten samenwerken. Indien een robot op een slede wordt gebruikt kan het eveneens gemakkelijk zijn een worldframe aan te maken. Het worldcoördinatenstelsel valt samen met het basecoördinatenstelsel indien het niet specifiek is bepaald. Usercoördinatenstelsel (UserFrame): Een robot kan werken met verschillende bevestigingen of werkoppervlakken die verschillende posities en oriëntaties hebben. Voor elke bevestiging kan een usercoördinatenstelsel worden gedefinieerd. Indien alle paden ten opzichte van dit usercoördinatenstelsel zijn opgeslagen, hoeft niet opnieuw geprogrammeerd te worden als een bevestiging wordt verplaatst of verdraaid. Door het usercoördinatenstelsel even veel te verplaatsen of te verdraaien zullen alle geprogrammeerde posities de bevestiging volgen. Objectcoördinatenstelsel: Indien een bevestiging of werkoppervlak meerdere werkobjecten bevat die door de robot moeten worden verwerkt of behandelt, is het raadzaam gebruik te maken van objectcoördinatenstelsels. Op deze manier is het programma gemakkelijk aan te passen indien het object wordt verplaatst of indien een nieuw object, hetzelfde als dat van daarnet, op een andere plaats moet worden geprogrammeerd. Het objectcoördinatenstelsel wordt gedefinieerd ten opzichte van het Usercoördinatenstelsel. Als een bevestiging wordt verplaatst/verdraaid, kan dit worden gecompenseerd door het usercoördinatenstelsel aan te passen. De geprogrammeerde posities noch de gedefinieerde objectcoördinatenstelsels hoeven te worden veranderd. Indien het werkobject wordt verplaatst/verdraaid ten opzichte van de bevestiging, kan dit gecompenseerd worden door het objectcoördinatenstelsel te verplaatsen/verdraaien. Als het usercoördinatenstelsel verplaatsbaar is door middel van door de robot gecoördineerde externe assen, dan verplaatst het objectcoördinatenstelsel zich samen met het usercoördinatenstelsel. VDL Steelweld Training 26

27 Toolcoördinatenstelsel ( TOOL of Toolframe ) : In een eenvoudige toepassing kan het toolcoördinatenstelsel worden gebruikt om de oriëntatie van het gereedschap te definiëren. Dit coördinatenstelsel kan niet worden gewijzigd en is als volgt geprojecteerd ten opzichte van de montageflens van de robot. Het begin bevindt zich in het midden van de montageflens. De x-as wijst in tegengestelde richting van het gat voor de paspen. De z-as valt samen met as 6 van de robot en komt uit de montageflens. Z Y X Figuur 4.2: Het toolscoördinatenstelsel 4.2 Tool Center Point (TCP). De bewegingen die een robot maakt zijn in principe bewegingen van het gereedschapmiddelpunt, of te wel het Tool Center Point. Het TCP wordt normaal ergens gedefinieerd op het gereedschap, bijvoorbeeld in het mondstuk van een lijmpistool of in het midden van een grijper. De positie en oriëntatie van het TCP liggen vast ten op zichten van het toolcoördinatenstelsel van de robot, en het TCP beweegt mee met de hand van de robot. Indien geen TCP gedefinieerd wordt door de programmeur ligt dit op het toolcoördinatenstelsel. Het is mogelijk meerdere TCP's vast te leggen voor een robot. Echter een daarvan kan slechts actief zijn. Meerdere TCP's zijn belangrijk en gemakkelijk wanneer een robot verschillende bewerkingen of werkzaamheden moet uitvoeren met verschillende gereedschappen. Toepassing in de praktijk: Bij booglastoepassingen wordt het uiteinde van de lasdraad, die uit de lastoorts steekt als TCP gedefinieerd Bij puntlastoepassingen wordt vaak de tip van vaste elektrode (of de theoretische positie van de laslens) gedefinieerd als TCP. Op deze manieren kan met het gereedschap om het TCP geroteerd worden zonder te transleren. Figuur 4.3: De beste positie voor een tcp ligt vaak op het virtuele raakvlak van het gereedschap en werkstuk. VDL Steelweld Training 27