Roboti KUKA LBR iiwa

LBR iiwa roboti se používají v průmyslu při přesných a citlivých úkonech, právě díky jejich schopnosti měřit sílu působící proti pohybu a patřičně na ni reagovat. V průmyslu se začaly používat v zaběhnutých technických procesech, kde by z prostorových důvodů nebylo možné použít průmyslového robota s oplocením.

Velká snaha je o zavedení těchto robotů do oblasti medicíny. Nynější pokusy s rehabilitací pomocí robotů jsou pozitivní, čímž by se mohla v budoucnu navýšit kapacita pacientů v rehabilitačních centrech. Princip je takový, že robot působí silou na postiženou partii pacienta a provádí ho tréninkem pro zlepšení mobility.

1.3.1 Konstrukce

Iiwa robot má oproti standartním průmyslovým robotům o jednu osu více. Má tedy sedm stupňů volnosti, které mu dovolí nejen se dostat na jakékoli místo v jeho pracovním prostoru, ale hlavním účelem 7. osy je odstranit „střihový“

úhel. To znamená, že ať je robot v jakékoli pozici pod libovolným úhlem, tak vzdálenost mezi jeho jednotlivými rameny není tak malá, aby mezi nimi došlo k sevření nějakého objektu. Na obrázku Obr. 4 vidíme rozmístění jednotlivých os, které jsou označeny A1 – A7.

Každá osa je vybavena snímačem polohy, momentové síly a teploty. Oproti standartním robotům, je robot vybaven osou A3. To je již výše zmiňována sedmá osa, která je umístěna na rameni robota.

Robot je vyroben z hliníku a jeho oranžové části ukrývají pohonné jednotky. Jednotlivé kabely pro napájení jednotek jsou schovány uvnitř robota a z jeho paty jsou vyvedeny pouze konektory. Taktéž je uvnitř robota vedena pneumatika a slaboproudé vodiče pro připojení efektoru.

Obr. 4 - Osy LBR iiwa [2]

Efektory, které se připevňují na hlavu robota (osa A7), se liší podle svého tvaru, velikosti a použití. V laboratoři, kde jsem vypracovával tuto práci, je robot vybaven Media flange Touch pneumatic.

1.3.2 Media flange Touch pneumatik

Tento efektor disponuje několika prvky: digitální vstupy/výstupy, tlačítko pro (hand guiding) ruční vedení (2) a umožňuje i zapojení pneumatiky pro ovládání manipulačních kleští nebo přísavek.

Dále obsahuje spínač, který lze použít pro aplikační účely (3) a LED pásek, který je opět programově ovladatelný (1). [12]

Obr. 5 – Media flange Touch pneumatik[12]

Světlený LED kroužek v sobě obsahuje dva LED proužky. První z nich je modrý a dá se konfigurovat dle potřeb uživatele. Druhý červený/zelený je vyhrazený pro interní hlášení.

Přepínací rychlost mezi stavy je minimálně 25 ms. [12]

Tlačítko 2 pro ruční vedení má tři pozice: uvolněná poloha, prostřední poloha a plně zmáčknuté. Pro ruční vedení je nutné držet spínač v prostřední poloze, tedy „napůl zmáčknutý“. [12] Je to dáno kvůli bezpečnosti, protože obsluha při zaleknutí z nebezpečí reaguje šokem a sevře ruku nebo ji naopak uvolní.

Aplikační tlačítko 3 je volně programovatelné a má dva stavy: zapnuto, vypnuto. Stav tohoto aplikačního tlačítka je snímán každých 25 ms. [12]

1.3.3 Vlastnosti

Na Obr. 6 je zobrazen nárys a půdorys pracovního prostoru LBR iiwa 7 R800, na kterém byla tato práce vypracována. Kótování je uvedeno v milimetrech. MF zakótované v nárysu prodlužuje rameno robota a tím i jeho pracovní prostor.

Obr. 6 - Pracovní prostor LBR iiwa [2]

Obr. 7 – Rozsah osy A1 [3]

Na tomto obrázku vidíme příklad aplikace robota LBR iiwa, jehož pracovní prostor je z části oplocen. Zelená zóna 1 je považovaná za bezpečnou. V této oblasti se robot pohybuje plnou rychlostí a nemusí ani kontrolovat kolize s okolím, protože se předpokládá, že v této zóně nemůže dojít k žádné dojít. Zóna 3 je méně bezpečnou, kde robot zpomalí svůj pohyb. V zóně 4 se už robot pohybuje v těsném kontaktu s lidmi, takže rychlost ještě sníží a je připraven reagovat na kolize.

Tab. 2 - Parametry LBR iiwa 7 R800 [2]

LBR iiwa 7 R800

váha 23.9 kg

max. váha nákladu 7 kg

řídící systém KUKA Sunrise Cabinet

rozsah pohybu rychlost s max. nákladem

Robot při své práci působí na tělesa určitou silou. Velikost této síly je programově volitelná. Avšak robot musí vyvinout sílu takovou, aby vykompenzoval vlastní tíhu.

Tab. 3 nám ukazuje, jakou kompenzační sílu vyvolává robot LBR iiwa 7 R800 v jednotlivých směrech naznačených na Obr. 8.

Vertikální síla 524 N Horizontální síla 240 N moment naklánění 310 Nm moment kolem A1 156 Nm

Obr. 8 – Působící síly [2]

1.3.4 Kuka Sunrise OS

Obr. 9 - Kuka Sunrise OS [2]

Celou sestavu pro robotický systém vidíme na Obr. 9 a je tvořena robotickým ramenem (3), které je blíže popsáno v kapitole (1.3.1).

KUKA Sunrise Cabinet řídicím systémem (2), který se skládá z ovládacího počítače, smartPAD kontrolního panelu a propojovacího panelu. Funkce jednotlivých částí řídicího systému jsou patrné z jejich názvů. Napájení je jednofázové z klasické rozvodné sítě pro ČR 230 V. Všechny prvky OS jsou propojeny přes řídicí systém pomocí různých rozhraní.[2]

Dále sestava obsahuje KUKA smartPAD ovládací panel (4), ten disponuje dotykovým displejem, nouzovým stop vypínačem, joistickem, který ale u KUKA LBR iiwa nemá žádnou funkci, a dalšími tlačítky pro řízení pohybu i rychlosti manipulátoru. Ze zadní části jsou na více místech rozmístěna povolovací tlačítka (enabling switch) a start tlačítko.

Pro spuštění pohybu musí být současně sepnuto povolovací i start tlačítko, přičemž start je ještě zabezpečený třemi polohami sepnutí stejně jako tlačítko pro ruční vedení viz (1.3.2)[2]. Posledním prvkem je počítač s nainstalovaným softwarem KUKA Sunrise Workbench (1).

U tohoto systému je kladen důraz na oddělení programové a uživatelské části. Na rozdíl od běžných robotů, které se programují přímo přes ovládací panel, se KUKA lbr iiwa roboty programují softwarově ve vývojovém prostředí KUKA Sunrise Workbench.

SmartPAD dále slouží pouze pro uživatele jako ovládací prvek.