Robotické tváření plechů

Liberec 2017

Robotické tváření plechů

Diplomová práce

Studijní program: N2612 – Elektrotechnika a informatika Studijní obor: Mechatronika

Autor práce: Bc. Radek Pažout Vedoucí práce: Ing. David Lindr, Ph.D.

Poděkování

Na tomto místě bych rád poděkoval Ing. Davidu Lindrovi, Ph.D. za cenné připomínky, odborné rady, kterými přispěl k vypracování této práce a zapůjčení vybavení, díky kterému jsem mohl zrealizovat praktickou část.

Abstrakt

Cílem práce je vytvořit návrh automatizovaného pracoviště pro tváření a svařování plechů. Pro vyřešení zadání byly použity dva roboty ABB, které pracují v synchronním módu. Práce obsahuje popis tvorby programu, volby vhodných nástrojů a layoutu pracoviště. Protože je program řešen formou simulace, není jisté, zda budou časy cyklů přesně odpovídat realitě. Simulací se podařilo přiblížit na 1,3 s k požadovanému kritickému času 6,7 s na celou operaci, ne však ho dosáhnout.

Za stávajících podmínek v zadání investora se tedy zdá, že je projekt neřešitelný. Pokud by ale bylo možné rozšířit pracoviště o pomocný jednoúčelový stroj pro ohýbání plechů, dal by se čas potřebný na jeden cyklus i snížit.

Klíčová slova:

synchronizace robotů, automatizace výroby, průmyslový robot, ABB, RobotStudio, tváření plechu

Abstract

The aim of the thesis is to outline a design of an automated workplace for shaping and welding metal sheets. Two ABB robots were used in synchronous mode. The thesis includes also the programme work description, choice of appropriate tools and also the layout of the workplace. Since the programme was created as a simulation, it was not certain, whether the individual work cycles will correspond with real world, or not. Cycles in simulation were managed to approach for 1,3 second to the critical time of 6,7 seconds for the whole operation, but reaching it was unfeasable. In current condition, according to the client's assignment, the project has no solution. However, if there was a possibility of enhancing the workplace with a dedicated bending machine, it would be possible to shorten the time of the cycle.

Key words:

robot synchronization, production automation, industry robot, ABB, RobotStudio, shaping metal sheet

6

Obsah

1. Úvod ... 9

2. Specifikace zadání automatizovaného pracoviště ... 10

3. Souhrn znalostí robotů a jejich synchronizace ... 12

3.1 Vývoj synchronizace dvou a více robotů ... 12

3.2 Přední výrobci 6osých robotů a jejich technologie ... 13

3.2.1 ABB ... 13

3.2.2 KUKA ... 16

3.3 Základy 6osých robotů ... 18

3.4 Řídicí modul IRC5 ... 22

3.5 FlexPendant IRC5P ... 23

3.6 Robot IRB 2600 ... 25

3.7 RobotStudio... 29

4 Postup automatizace výrobního pracoviště ... 31

4.1 Nástroje – efektory ... 31

4.2 Návrh layoutu pracoviště ... 35

4.3 Základní nastavení RobotStudia pro synchronizaci robotů ... 38

4.4 Tvorba programu v RobotStudiu ... 40

4.5 Popis chodu aplikace ... 41

5. Závěr ... 44

Seznam použité literatury ... 45

Obsah přiloženého CD ... 46

7

Seznam obrázků

Obrázek 1: Stávající výrobní pracoviště ... 10

Obrázek 2: Finální produkt ... 11

Obrázek 3: Vstupní díly ... 11

Obrázek 4: Synchronizace povelů KUKA robotů [4], str. 76,100 ... 17

Obrázek 5: Manipulátor a řídicí modul [1] ... 18

Obrázek 6: Zobrazení os pohybu [6], str. 11... 19

Obrázek 7: Singularita 6osého robota [8], str. 5-45 ... 20

Obrázek 8: Vztažné body pro pohyb robota [1] ... 21

Obrázek 9: Řídicí modul IRC5 [5], str. 1 ... 22

Obrázek 10: IRC5 – hlavní ovládací panel [1] ... 23

Obrázek 11: Ovládání robota – FlexPendant [1] ... 24

Obrázek 12: Robot IRB 2600 [1] ... 25

Obrázek 13: Reálný pracovní prostor IRB 2600 [6], str. 54 ... 26

Obrázek 14: Kalibrační body manipulátoru IRB 2600 [7], str. 31,33,34 ... 27

Obrázek 15: IRB 2600 – uživatelská připojení [6], str. 60 ... 28

Obrázek 16: RobotStudio – vzhled prostředí ... 30

Obrázek 17: Pneumatické chapadlo – deformace materiálu ... 31

Obrázek 18: Elektromagnetický nástroj ... 32

Obrázek 19: Pneumatické přísavky... 33

Obrázek 20: Speciální chapadlo ... 34

Obrázek 21: Layout pracoviště – verze 1 ... 35

Obrázek 22: Layout pracoviště – verze 2 ... 36

Obrázek 23: Layout pracoviště – konečné verze ... 37

Obrázek 24: Flexpendant – zobrazení úspěšné synchronizace ... 39

Obrázek 25: Fáze jednoho cyklu programu ... 42

Obrázek 26: Fáze ohýbání plechu ... 43

8

Seznam použitých symbolů, zkratek a slov

A = ampér (jednotka elektrického proudu) BackUp = zálohování systému

bar = jednotka tlaku

CD = Compakt disk

hardware = fyzicky existující technické vybavení

IP adresa = číslo, které jednoznačně identifikuje síťové rozhraní v síti JUS = jednoúčelový stroj

kg = kilogram (jednotka hmotnosti)

m = metr (jednotka délky)

Master = zařízení zajišťující komunikaci se Slave mm = milimetr (jednotka délky)

mm·s^-1 = milimetr za sekundu (jednotka rychlosti)

MultiMove = funkce v aplikačním software pro synchronizaci robotů RobotStudio = software pro vytváření programů robotů ABB

s = sekunda

Slave = zařízení řízené od Master software = programové vybavení

TotalStop = bezpečnostní tlačítko sloužící k okamžitému zastavení stroje

TUL = Technická univerzita v Liberci V = volt (jednotka napětí)

% = procento

9

1. Úvod

Téma diplomové práce jsem si vybral zejména proto, že řeší reálnou úlohu z výrobního provozu a je zaměřeno na programování průmyslových robotů. Odvětví automatizace výroby mne velice zajímá a provází téměř denně v pracovním procesu.

Práce je zaměřena na vytvoření vhodného návrhu automatizovaného pracoviště, výběr vhodných nástrojů a tvorbu programu robotů se synchronizovanými pohyby.

Při realizaci jsou využity roboty od společnosti ABB, protože by je zadavatel případně preferoval.

Teoretická část se věnuje synchronizaci 6osých robotů a porovnání řešení konkurence. Následující část obsahuje základní informace o použitém hardwaru a softwaru. Praktická část je již zaměřena na samotnou realizaci projektu a její popis.

10

2. Specifikace zadání automatizovaného pracoviště

Zadavatel oslovil TUL s přáním zautomatizovaní výrobního procesu. Jedná se o pracoviště, kde operátor výroby odebírá plechové pláty z jednoúčelového ohýbacího stroje (viz Obrázek 1 vpravo), zakládá je do svařovacího stroje (viz Obrázek 1 vlevo) a odkládá je na dopravníkový pás. Přínosem má být nejen zefektivnění výroby, ale také bezpečnost v provozu, protože při manipulaci s plechy dochází ke zraněním o ostré hrany.

Obrázek 1: Stávající výrobní pracoviště

Časy, které jsou normovány pro zvládnutí operací, byly investorem nastaveny velmi kriticky.

• odběr z JUS pro ohýbání + usazení do svařovacího stroje: 2,20 s

• čas sváření: 3,04 s

• odložení na dopravníkový pás: 0,90 s

• návrat operátora do počáteční pozice: 0,56 s

• celkem: 6,70 s

Z důvodu omezení nákladů na realizaci projektu se v řešení nepočítá s již zastaralým JUS pro ohýbání plechů.

Výsledným produktem je plechové koleno pro rozvody vzduchotechniky (viz Obrázek 2), které se skládá z jednotlivých vstupních dílů.

11

Obrázek 2: Finální produkt

Vstupní díly jsou zobrazeny na následujícím obrázku (viz Obrázek 3). Konečný produkt se skládá ze čtyř vstupních dílů, které jsou svařeny do kruhového tvaru (každý tvar je použit 2x).

Obrázek 3: Vstupní díly

12

3. Souhrn znalostí robotů a jejich synchronizace

3.1 Vývoj synchronizace dvou a více robotů

3.1.1 Historie

Ještě před cca 10 lety se průmyslové roboty využívaly individuálně, tj. v každé aplikaci (ať už pro pouhou manipulaci, řezání, vrtání, atd.) byl instalován jeden samostatný robot. Již zde fungovala určitá forma synchronizace s okolním hardwarem (vstřikovací lis, periferie (např. dopravníkový pás), operátorské panely (např. tlačítko pro informaci, že byl díl založen), atd.). Komunikace byla zajištěna propojením digitálních vstupů a výstupů použitých členů, kdy jeden člen informoval druhý tím, že mu na vstup poslal logickou hodnotu ze svého výstupu. Složitější aplikace mohl řídit samostatný PLC řídicí systém, který fungoval na stejném principu sběru logických hodnot a dávání povelů mezi užitým hardwarem.

Postupem času začalo být třeba využívání dvou a více robotů na jednom robotizovaném pracovišti. K tomu převážně vedlo zvyšování taktů, kdy samostatný robot již nezvládal obsloužit výrobní proces v kritickém čase. Využívalo se stejného principu, jako u dopravníků a ovládání. V podstatě došlo k vzájemnému propojení digitálních karet robotů (výstup jednoho na vstup druhého a naopak). Logické hodnoty potom informovaly jednoho robota, v jakém stavu se nachází druhý (např. že dokončil určitou operaci). Takové programování však bylo složité, zdlouhavé a nemohlo zaručovat bezchybné fungování za jakýchkoliv podmínek. Záleželo hodně na šikovnosti samotného programátora, jak vše promyslel a ošetřil.

3.1.2 Synchronizace dnes

Potřeby průmyslových aplikací čím dál více nutily k využití více průmyslových robotů v jednom pracovním prostoru. Nešlo již o pouhé předávání vyrobených dílů a jednoduchou spolupráci, ale např. o synchronizované vrtání či společné přenášení břemene (zde je třeba skutečně přesného a jednotného pohybu). Přední výrobci proto rozšířili samotný řídicí systém robota o funkci synchronizované spolupráce dvou a více robotů. Díky této funkci mohou roboty vykonávat plně koordinovaný pohyb s přesnými

13

rozestupy nástrojů a my můžeme zkracovat časy výrobních cyklů a provádět složité operace.

3.2 Přední výrobci 6osých robotů a jejich technologie

Dnešní trh nabízí 6osé roboty několika firem, které se vlivem vývoje průmyslové automatizace zabývají také synchronizovaným pohybem více robotů.

Princip funkčnosti bývá vždy stejný. Dva a více robotů se pohybují synchronně, kdy buď kopírují své pohyby v pracovním prostoru (vhodné pro manipulaci), nebo se pohybují synchronně v čase avšak každý po jiné trajektorii (případ řešení této diplomové práce).

Mezi nejvýznamnější výrobce průmyslových robotů patří firmy ABB a KUKA, od kterých je níže vypracován stručný přehled jejich historie a řešení kooperovaného pohybu více robotů v reálném čase.

Hlavním rozdílem v přístupu k tomuto řešení je systém řízení samotných robotů.

Jak bude uvedeno v následujících odstavcích, roboty ABB jsou propojeny do jednoho řídicího systému, který vypočítává všechny pohyby. Rozdílně to pojala společnost KUKA, kde má každý robot své vlastní řízení, která komunikují s ostatními po datové lince.

3.2.1 ABB

Historie

Společnost ABB se sídlem ve švýcarském Curychu vznikla v roce 1988 sloučením dvou firem, Stockholmské Elektriska Aktiebolaget ASEA (založena 1883) a švýcarské BBC Brown Boveri (založena 1891). V počátcích se výroba zaměřovala na elektrické osvětlení, transformátory, motory a generátory. Později přibyla produkce parních turbín a lokomotiv. Pyšnit se mohou také vytvořením prvního syntetického diamantu v roce 1953. Za zmínku ještě stojí výroba silových kabelů (včetně podmořských a na dlouhé vzdálenosti), stavba jaderných elektráren, generátory pro vodní elektrárny a výrova polovodičů. Svého prvního průmyslového robota firma spouštěla v roce 1978, tehdy ještě jako společnost ASEA.

14

Produkty ABB se v ČR vyskytují již od roku 1970, formálně zde však bylo ABB s.r.o. založeno až v roce 1992. ABB dnes zaměstnává kolem 135.000 lidí ve více než 100 zemích světa a působí ve čtyřech průmyslových odvětvích:

• elektrotechnické výrobky,

• robotika a pohony,

• průmyslová automatizace,

• energetika.

Ve třetím zmíněném odvětví ABB nabízí širokou škálu průmyslových robotů pokrývající rozsah maximálního zatížení a limitního dosahu robotu. Programování může probíhat offline díky vlastnímu software RobotStudio pro programování průmyslových robotů. Ke snadnému řízení robotu společnost nabízí řídicí systémy.

Představitelem poslední generace těchto systémů je IRC5, který obsahuje jedinečné uživatelsky přívětivé funkce pro docílení maximálního výkonu a rychlosti (včetně funkce MultiMove pro synchronní pohyb). Systém rovněž umožňuje snadnou integraci periferií k robotu [1].

Funkce ABB MultiMove

Funkcionalita MultiMove představuje obor synchronizace až čtyř robotů ve společnosti ABB. Tato funkce je dostupná v softwaru řídicího systému IRC5, který je aktuálně distribuovaným řízením a dokáže současně vypočítávat dráhy až pro 36 servosystémů. Všechny roboty a periferie však musí být propojeny do jednoho řídicího systému IRC5 (starší řízení funkci MultiMove nepodporovala). Synchronizace se nemusí týkat pouze robotů, ale také dalších periferií, jakými mohou být třeba pracovní polohovač, otočný stůl, atd.

Princip MultiMove se využívá pro koordinaci pohybu zařízení, která jsou vztažena k jednomu souřadnicovému systému. Definujeme tedy fyzickou vzdálenost jednotlivých robotů a vytvoříme vazbu mezi jejich koncovými body (včetně nástroje).

V případě dvou robotů se jeden pohybuje dle souřadnicového systému toho druhého.

Při využití funkce MultiMove je sice nutné projekt naplánovat předem, aby všechna zúčastněná zařízení byla schopna obsáhnout celý společný pracovní prostor, je ale relativně snadné díky němu program vytvořit (se základními znalostmi

15

RobotStudia). Klíčové pro snadnou implementaci je vytvoření samostatných programů pro každého robota zvlášť. Díky programovatelným funkcím jsou potom potřebné pohyby vykonávány souběžně. Tato koncepce oddělených programů v jednom řídicím systému pro synchronní pohyb robotů je jedinečná a využívá ji právě firma ABB.

MultiMove je zcela flexibilní díky možnosti kombinování synchronních a nezávislých činností robotů. Není totiž třeba celý program tvořit v duchu kooperace robotů. Ty mohou libovolnou část cyklu pracovat individuálně a jen pro potřebné úkony spolupracovat. V případě využití více robotů současně máme opět právo volby, zda budou pracovat individuálně, synchronně, nebo kombinovaně. Pro programátora to tedy umožňuje volnost přístupu k projektu. Jsou-li roboty v koordinovaném pohybu, tak musí začít a skončit současně. Zároveň musí současně provádět stejný počet instrukcí. To je podmínka, která musí být dodržena.

Dalším prvkem využití může být posun více robotů plně koordinovaně pomocí joysticku na ovládacím zařízení FlexPendant (více informací v kapitole FlexPendant IRC5P). Při změně polohy robota typu Master se ostatní roboty typu Slave vůči sobě pohybují s konstantní polohou. Roboty tedy mohou společně manipulovat s jednou tabulí skla a nerozbijí ji.

Nesporné výhody provozu více robotů připojených na jednom řídicím systému IRC5.

• Zvýšená produktivita díky efektivnější komunikaci a rychlosti navazování spojení (tzv. handshaking).

• Rychlost cyklu a kvalita výroby zajištěna více spolupracujícími roboty (simultánní obloukové svařování (eliminace rizika zkreslení v důsledku nerovnoměrného smrštění)).

• Při zvedání těžkých břemen (více robotů si může rozložit váhu mezi sebe a nepotřebují mít nosnost vyšší než je váha břemene).

• Definování bezpečnostního prostoru, ve kterém se může pohybovat pouze jeden z robotů (zabrání kolizi v rizikových místech).

• Kratší dodací lhůty [2].

16 3.2.2 KUKA

Historie

Společnost KUKA byla založena v německém Augsburgu roku 1898. V počátku se firma zabývala produkcí acetylénu pro výrobu domácího a pouličního osvětlení.

Později se zájmy společnosti ubíraly ke sváření, výrobě pletacích a psacích strojů, než se v roce 1973 začala zabývat robotikou. Vyvinuli prvního průmyslového robota s šesti elektromechanickými poháněnými osami. V dnešní době je jméno společnosti spjato s pojmem průmyslové automatizace. Koncern má podporu cca 100 společností v mezinárodním zastoupení.

Pro vytváření programů k využití průmyslových robotů firma KUKA vyvinula software s názvem KUKA System Software. Pro časové a geometrické spojení robotů slouží funkce KUKA.RoboTeam (KUKA.CR Motion Cooperation zpřístupněné díky software KUKA.CR Program Cooperation) [3].

Funkce KUKA.Motion Cooperation

Tato funkce slouží pro synchronní řízení robotů společnosti KUKA. Jak je již zmíněno výše, každý robot KUKA má vlastní řídicí systém, který je založen na základu PC řízeným Microsoft Windows. V aplikaci s více spolupracujícími roboty jsou tato řízení propojena datovým kabelem a předávají si tak potřebné informace. Vždy musí být stanoveno jedno zařízení typu Master, všechny zbylé jsou potom typu Slave (všechna zařízení musí být reprezentována unikátní IP adresou). Pro ovládání a programování stačí připojit ovládací panel KCP2 (KUKA Control Pendant) pouze k jednomu řídicímu systému a tím ovládat celou sestavu.

Časové spojení robotů probíhá dle dvou konceptů:

• Synchronizace programu (zahájení pohybu dvou a více robotů): jde o sjednocené spuštění části programu, kdy všechny roboty vykonávají svůj vlastní program, než dojdou k synchronizačnímu bodu (viz Obrázek 4), ve kterém čekají, než tohoto bodu docílí poslední z nich a teprve potom pokračují dále v běhu programu nezávisle na sobě.

• Synchronizace pohybů (synchronizovaná doba pohybu robotů): vychází z principu prvního konceptu, jen je navíc po spuštění synchronizační fáze

17

deklarován společný vyměřený čas, během kterého roboty zároveň vykonávají jednotlivé povely (kroky programu). Dosáhnou tedy dalšího bodu ve stejném čase (viz Obrázek 4).

Obrázek 4: Synchronizace povelů KUKA robotů [4], str. 76, 100

V levé části předchozího obrázku (viz Obrázek 4) je zobrazen pohyb dvou robotů, kteří se v čase t1 a t2 synchronizují díky povelu č. 2 (R2 vyčkává, až splní stejnou podmínku R1). Následně se však pohybují každý dle svého programu nezávisle na sobě. Pravá část téhož obrázku (viz Obrázek 4) oproti tomu znázorňuje pohyb obou robotů ve stejném čase (∆t1 až ∆t5).

Roboty se mohou pohybovat synchronně díky sjednocení jejich kinematických systémů. To znamená, že je přesně definováno fyzické posunutí robota typu Slave vůči Masteru a zároveň se specifikuje rozdíl mezi koncovými body jednotlivých robotů (včetně nástroje). Jsou-li splněny předchozí podmínky, můžeme využívat roboty v plně synchronizovaném pohybu, kdy Slave přesně kopíruje trajektorii Masteru a zachovává stále stejný rozestup (forma kooperace vhodná pro přenášení břemene). Pokud bychom nepotřebovali striktní kopírování pohybů, můžeme synchronizovat pouze čas, během kterého roboty vykonají vlastní povely, avšak každý další krok programu začnou společně, dokud neukončíme kooperovaný pohyb (využití např. v aplikaci, kdy jeden robot manipuluje dílem a druhý zároveň na tomto neseném dílu provádí svařování).

18

Jednotlivé formy kooperace můžeme také kombinovat (i s externími periferiemi).

Způsob využití záleží zcela na programátorovi a potřebách aplikace.

Kooperace robotů se dá také dobře využít pro zabezpečení rizikových zón, kde by mohlo dojít ke srážce robotů. Pokud bude jeden z robotů v této zóně, ostatní vyčkají, dokud ji neuvolní [4].

3.3 Základy 6osých robotů

Robota můžeme rozdělit základně na dvě části. Manipulátor a řídící modul, jak je zobrazeno na následujícím obrázku (viz Obrázek 5). Řídicí modul obsahuje měniče pro řízení pohonů, komunikační sběrnice a řadiče PC. V řídicím modulu vytváříme programy, díky kterým nám následně zajišťuje vykonávání cyklů řízením manipulátoru. Programy můžeme tvořit díky speciálním softwarům anebo využitím přenosných ovládacích panelů, kdy reálně najíždíme do pozic a ukládáme je.

Manipulátor už jen vykonává námi požadovanou práci. Funkci a pohyb robotů lze vidět na videu na přiloženém CD.

Obrázek 5: Manipulátor a řídicí modul [1]

3.3.1 Třídění manipulátorů Podle využití:

• manipulátory (stroje používané na přepravu, přemísťování),

• roboty vykonávající určitou činnost (svářecí, stříkací (v lakovnách), ořez laserem (plasty, textilní materiály), atd.).

19 Podle počtu stupňů volnosti:

• v poslední době je nejběžnějších šest stupňů volnosti, protože spolehlivě pokryjí pohyb v pracovním prostoru,

• méně os než šest by nemuselo pokrýt celý pracovní prostor,

• dnes se setkáváme také se 7osými roboty, které disponují dvěma chapadly (působí jako trup člověka s dvěma rukama, používají se spíše pro drobnou manipulaci),

• pro zajímavost: lidská ruka (od ramene po konečky prstů) má 27 stupňů volnosti (pokud bychom brali pohyb od ramene po pohyb jednoho prstu, získali bychom 11 stupňů volnosti).

K realizaci této práce byl použit šestiosý robot IRB 2600 od firmy ABB.

Má tedy 6 os, které jsou všechny rotační. Získáme tím 6 stupňů volnosti.

Obrázek 6: Zobrazení os pohybu [6], str. 11

Z tohoto obrázku (viz Obrázek 6) je potom zřejmé, že osa jedna je hned u paty robota, na rozdíl od osy 6, která je umístěna až na konci ramene robota. Šipky u názvů os nám zároveň znázorňují, kterými směry se osy pohybují.

20 3.3.2 Singularita

Některá místa pracovního prostoru robota mohou být dosažena nekonečným počtem možností kombinací natočení jednotlivých os. Takovým místům říkáme singulární body. Převážně se tento problém týká koncových os robota. Bude-li mít osa č. 5 nulový úhel a zároveň budou osy č. 4 a č. 6 osově souměrné (viz Obrázek 7), nebude robot vědět, jak tímto místem projet a zastaví se (robot vypočítá nekonečně mnoho možností, jak natočit jednotlivé osy). Před zahájením programování je nutné, aby se rozmístění pracoviště pečlivě naplánovalo a tím se pohyb singulárními body eliminoval. Není-li to možné, je třeba taková místa objet a do pozic najíždět mimo tato místa.

Obrázek 7: Singularita 6osého robota [8], str. 5-45

3.3.3 Pohyb manipulátoru

• ruční pohyb,

• automatický pohyb (běh v programu).

Robot se může pohybovat také v různých souřadnicových systémech.

Např. lineární pohyb přepočítává natočení os manipulátoru tak, že nástroj přejíždí po přímce. Nebo přeorientovaný pohyb, ten nám naopak zaměří bod na konci nástroje a následně se pohybuje kolem něj. Další možností, je pohybování každou osou zvlášť.

Zapneme si tuto funkci a potom již navolíme osu, kterou chceme pohybovat (osa 1 až osa 6).

21 3.3.4 Vztažný bod pro pohyb manipulátoru

Při realizaci pohybu manipulátoru musíme navolit k jakému prostoru či bodu bude pohyb vztažen:

• k patě robota (základně),

• k nástroji (na šesté ose na konci ramene manipulátoru),

• k workobjektu.

Obrázek 8: Vztažné body pro pohyb robota [1]

První dva koordinační body jsou znázorněny na předchozím obrázku (Obrázek 8). Workobjektem se myslí prostor, který si definujeme, a řídicí systém si jej sám přepočítává. Pokud máme takto vytvořený workobjekt, můžeme ho použít jako koordinační oblast pro pohyb manipulátoru.

22

3.4 Řídicí modul IRC5

3.4.1 Popis řídicího modulu IRC5

Obrázek 9: Řídicí modul IRC5 [5], str. 1

IRC – Industrial Robot Controller

Jedná se o poslední řídicí modul firmy ABB, který lze kombinovat s různými typy robotů. Vyrábějí se ve třech velikostech (viz Obrázek 9), aby bylo možné zvolit tu nejvhodnější variantu. Pro jednoduché aplikace poslouží kompaktní modul řízení, který ušetří místo na pracovišti. Pokud bychom naopak vytvářeli složitý projekt, můžeme zvolit větší skříň, do které se potom vejdou ostatní komponenty. Řídicí modul totiž v sobě obsahuje veškeré řízení, komunikační karty (analogové i digitální (vstupní i výstupní)), měniče pro řízení pohonů, zdroje, atd.

Robota můžeme ovládat pomocí dvou přístrojů, jedním je FlexPendant, druhým je ovládací panel.

23 3.4.3 Hlavní ovládací panel

Pro přímé ovládání robotu ABB slouží již zmíněný řídicí systém IRC5. Na jeho hlavním ovládacím panelu nalezneme následující funkce a konektory (viz Obrázek 10).

Obrázek 10: IRC5 – hlavní ovládací panel [1]

.

• A – hlavní vypínač,

• B – TotalStop (nouzové zastavení),

• C – světelná indikace o zapnutých motorech,

• bílé přerušované světlo – pohony jsou aktivovány stiskem tlačítka a mohou být ovládány v ručním režimu,

• bílé nepřerušované světlo – pohony zapnuty pro automatický chod,

• D – přepínání klíčkem mezi automatickým chodem, omezeným ručním režimem a ručním režimem s neomezenou rychlostí,

• zbylá písmena označují konektory pro komunikaci, napájení, motohodiny, atd. [5].

3.5 FlexPendant IRC5P

Slouží k ovládání robota jako operátorský panel. Díky němu můžeme vytvářet programy, spouštět je, nastavovat hodnoty pro vstupy a výstupy, provádět zálohy systémů (tzv. BackUp), pohybovat robotem v ručním režimu, kalibrovat, atd.

24

Obrázek 11: Ovládání robota – FlexPendant [1]

FlexPendant, který je na obrázku (Obrázek 11), obsahuje:

• display - grafický a dotykový,

• joystick - ovládáme jím robota (buď lineárně, podle nástroje, každou osou zvlášť),

• tlačítko pohonů - musí být smáčknuto, pokud chceme v ručním režimu ovládat robota,

• multifunkční tlačítka - vpravo od displeje (obsahují také ovládání pro spuštění programu, přerušení, nebo krokování),

• tlačítko TotalStop - díky němu lze vyřadit okamžitě robota z pohybu (např. ve zdraví nebezpečných případech, kvůli zabránění nárazu, atd.).

Programátor může využít pro přizpůsobení zobrazení na displeji FlexPendantu software ABB Application Builder. Jedná se o nástroj pro navržení vizualizace operátorům výroby (aktivní tlačítka, textová pole, obrázky, atd.), aby operátoři mohli bezpečně a efektivně využívat vytvořený program.

25

3.6 Robot IRB 2600

Obrázek 12: Robot IRB 2600 [1]

3.6.1 Parametry IRB 2600

Robot IRB 2600 (viz Obrázek 12) je jedním z poslední generace 6osých robotů firmy ABB spadající do střední třídy. Je využíván v průmyslové automatizaci převážně pro manipulaci s materiálem, obloukové svařování, lakování, k nástřiku lepidla, atd.

Pro jeho řízení se využívá modul IRC5, který je zmíněn v samostatné kapitole. Díky bezpečnostnímu krytí IP67 může pracovat v jakémkoliv vlhkém a prašném prostředí.

Instalován může být na podlaze, zdi, nakloněné rovině i inverzně zavěšený na strop.

Zvolená varianta nese přesné označení IRB 2600-12/1.65, což znamená, že robot disponuje nosností 12 kg a délkou ramene 1,65 m. Není možné, aby robot obsáhl úplně celý pracovní prostor, protože je limitován kombinací natočení všech 6 os. Jeho reálné pracovní prostředí bez nástroje je zobrazeno na následujícím obrázku (viz Obrázek 13).

Přidáním nástroje se tento prostor samozřejmě upraví dle možností instalovaného zařízení (svářecí kleště, chapadlo osazené přísavkami a kleštěmi pro manipulaci, apod.).

Pracovní prostor se dá také posunout a to díky pevným a pohyblivým podstavcům.

Mezi řešení s pohyblivým podstavcem patří např. umístění na pojezd či na polohovadlo.

26

Obrázek 13: Reálný pracovní prostor IRB 2600 [6], str. 54

Pohybovat se dokáže rychlostí až 1000 mm·s^-1 a při tom si dokáže uchovat přesnost 0,04 mm (při cyklickém lineárním opakování 0,16 mm).

3.6.2 Rozsah pohybu os

Manipulátor IRB 2600 má 6 os. Každá z nich disponuje určitým rozsahem možnosti pohybu s přesností 0,001° až 0,005°.

Tabulka 1: Volnost os robota ve stupních a maximální rychlosti os

Osa Typ pohybu Rozsah Maximální rychlost 1 rotace +180° - -180° 175°/s

2 pohyb ramene +155° - -95° 175°/s 3 pohyb ramene +75° - -180° 175°/s 4 otáčivý pohyb +400° - -400° 360°/s 5 pohyb ohnutí +120° - -120° 360°/s 6 otáčivý pohyb +400° - -400° 500°/s

Když víme, že pohyb kolem osy o jednu otáčku činí 360°, tak vidíme, že čtvrtá a šestá osa disponují pohybem přes dvě otáčky (z nulové pozice o více než otáčku

27

na každou stranu). Pokud pohyb kterékoliv osy překročí limitní úhel, řídicí systém nás na to sám upozorní. Dojde k zastavení pohybu manipulátoru, dokud vychýlenou osu nevrátíme o nějaký úhel zpět do jejího rozsahu. Proto je dobré si na počátku programování provést kalibraci, protože nemůžeme vědět, v jakých pozicích nechal manipulátor někdo před námi. Předejdeme tím následným potížím [6].

3.6.3 Kalibrace

Jedná se o uvedení všech os do nulových pozic. Pokud jsme tak učinili, na FlexPendantu provedeme softwarové dokončení kalibrace. Řídicí systém si totiž dokáže vyhledat přesnou pozici sám díky našemu hrubému přiblížení. U každé osy jsou aretační body, které jsou znázorněny na následujícím obrázku (Obrázek 14). Jednotlivá písmena A až F odpovídají osám 1 až 6 [7].

Obrázek 14: Kalibrační body manipulátoru IRB 2600 [7], str. 31, 33, 34

28 3.6.4 Uživatelská připojení

Třetí osa robota je vybavena konektory a výstupem pro připojení ke zdroji stlačeného vzduchu (viz Obrázek 15). Díky tomu není třeba po robotu rozvádět kabeláž a pneumatické hadice. Uživatel má tyto možnosti připraveny a může je využívat dle potřeby jeho aplikace.

Obrázek 15: IRB 2600 – uživatelská připojení [6], str. 60

Konektor (A) přivádí čtyři napájení 300 V s maximálním proudem 2 A.

Pro přivedení vstupních a výstupních signálů slouží konektor (B), který umožňuje připojení až 23 analogových či digitálních signálů s hodnotami do 50 V a 0,5 A. Výstup s přivedeným stlačeným vzduchem (C) je omezen maximálním tlakem 8 barů [6].

3.6.5 Motory manipulátoru IRB 2600

Každá z šesti os má vlastní motorovou jednotku. Ta zahrnuje:

• synchronní motor,

• brzdu (vestavěna do motoru),

• odezvové zařízení.

Ke každé motorové jednotce jsou taženy signálové a silové vodiče zvlášť.

29 Princip jednotky

Kardanová hřídel elektromotoru tvoří část převodovky osy manipulátoru. Brzda (ovládaná elektromagneticky) je instalována na zadním konci hřídele motoru. Hřídel je usazena na rotoru motoru. Brzda je stále spuštěna, aby byl manipulátor aretovaný ve stálé poloze a nedocházelo k jeho pohybu. Uvolní se až tehdy, když je dodávána elektrická energie do elektromagnetů.

Brzda ještě zapůsobí v momentu, kdy se rameno robota přetíží. Každý manipulátor může mít jinou nosnost, záleží na jeho konstrukci. Manipulátor IRB 2600 má nosnost 12 kg. Pokud tuto nosnost překročíme při pohybu robota, dojde k jeho okamžitému zastavení.

3.7 RobotStudio

RobotStudio je software společnosti ABB určený k offline programování průmyslových robotů (náhled prostředí - Obrázek 16). Tento program obsahuje přesný virtuální programovací model řídicího systému robotů. V případě virtuálního zprovoznění je výsledná simulace naprosto shodná s reálným provozem. Při spuštěné simulaci je v okně aplikace dostupný programový kód řídicí jednotky a lze tedy i přímo zasáhnout do programu a ladit jej. V aplikaci je zpracován kompletní simulační 3D model s knihovnou všech průmyslových robotů, včetně jednotlivých bezpečnostních a logistických prvků. Nestandardní části výrobní linky či speciální nástroje se dají importovat z programů typu CAD ve standardních formátech. Mezi další vlastnosti patří automatické generování pozic robotu pro sledování křivky (nástroj AutoPath), automatické analyzování manipulačního dosahu robotu pro optimalizaci umístění v pracovní buňce (nástroj AutoReach) a nástroje pro detekci možných kolizí. Velkým přínosem je i možnost rozšíření aplikace prostřednictvím specializovaných nástrojů (PowerPac’s) pro bodové a obloukové svařování, manipulaci s výrobky, atd.

30

Obrázek 16: RobotStudio – vzhled prostředí

Rapid

Rapid je programovací jazyk užívaný v RobotStudiu. Programy lze vytvářet přímo v simulační části software, nebo psaním zdrojového kódu právě za využití jazyka Rapid. Uživatel má k dispozici sadu instrukcí, které jsou velice dobře popsány v helpu RobotStudia, případně existují manuály, které jsou volně ke stažení na stránkách výrobce.

31

4 Postup automatizace výrobního pracoviště

4.1 Nástroje – efektory

V první řadě bylo třeba najít nástroj, kterým bude možné mastné plechy efektivně uchopit. Muselo být zajištěno pevné fixování plechových dílů, aby bylo možné docílit přesné pozice hran před svářením. Bylo tedy vykonáno několik testů pro výběr vhodného nástroje.

4.1.1 Pneumatické chapadlo

Pneumatické chapadlo patří do kategorie aktivních úchopových mechanických prvků. K sevření kleští dochází po přivedení stlačeného vzduchu. Chapadla disponují velkou uzavírací silou a dovedou uchopit všechny ploché předměty (pro větší rozměry se vyrábějí kleště se širokými čelistmi).

Při testování se však ukázalo, že pneumatická chapadla nebudou ideální.

Při ohýbání plechových plátů došlo k ohnutí materiálu v místě stisku čelistí (viz Obrázek 17). Navíc nebylo snadné udržet hrany plechu v přesné vodorovné poloze.

Od tohoto řešení bylo upuštěno, protože optická deformace nebyla přípustná.

Obrázek 17: Pneumatické chapadlo – deformace materiálu

32 4.1.2 Elektromagnetický nástroj

Aktivní magnetické úchopové hlavice využívají elektromagnetů, převážně napájených stejnosměrným proudem. K uvolňování součástek není třeba hrubé síly jako u pasivních magnetů, ale mělo by stačit odpojení proudu do elektromagnetu. Působením stejnosměrného magnetického pole se objekt při uchopení zmagnetuje. To může působit potíže při jeho uvolňování. Proto se většinou po přerušení přívodu proudu provádí odmagnetování krátkodobým obrácením směru proudu v magnetických cívkách.

Využití tohoto nástroje však provázely dva problémy. V jednom případě docházelo k slabému přichycení, protože uchopovaný plech je velice slabý a vyvolané magnetické pole ho dostatečně silně nepřidrželo (mohlo by být nahrazeno jiným typem elektromagnetu). V případě druhém však docházelo k prosmeknutí ohýbaného materiálu a tudíž k posunutí pozice, v jaké byl plech uchopen. Z tohoto důvodu nebylo možné zajistit přesné založení do svařovacího stroje a využití elektromagnetu jako nástroje (viz Obrázek 18) je tedy pro tuto aplikaci nevhodné.

Obrázek 18: Elektromagnetický nástroj

33 4.1.3 Pneumatické přísavky s ejektorem

Mezi aktivní úchopové nástroje patří podtlakové systémy, které slouží jako podtlakové komory, využívající ke své činnosti vývěvy či ejektory. Ejektor je odsávací tryskové zařízení, které je poháněno proudem vzduchu. U úchopových hlavic s ejektorem se používá jednak připojení několika podtlakových komor na společný ejektor, nebo je každá komora vybavena samostatným ejektorem. Předností ejektorových podtlakových hlavic vzhledem k řešení s vývěvou je nesrovnatelně nižší cena, na druhé straně je ale nepříznivě veliká spotřeba stlačeného vzduchu.

Společným problémem při použití podtlakových hlavic při manipulaci s plechy je oddělování jednotlivých plechů po uchopení. Řešením může být zařazení do manipulačního cyklu pohyb v kolmém směru, v němž se horní plech sesune.

Případně je možné do projektu přidat magnetický separátor plechů, který nám jednotlivé vrstvy plechů oddělí (tento krok je však spojený s vícenáklady na projekt).

Řešení pomocí pneumatických přísavek bylo pro tuto aplikaci nejvhodnější.

Byly vybrány speciální ploché savky pro manipulaci s mastnými kovovými materiály.

Tyto savky mají v průměru 80 mm, čímž zaručují velkou plochu pro vytvoření silného podtlaku (viz Obrázek 19).

Obrázek 19: Pneumatické přísavky

34 4.1.4 Speciální chapadlo

Jako jedna z dalších možností se nabízela stavba speciálního chapadla.

Je to často užívaný postup při realizaci složitých zakázek. Využitím tohoto návrhu by odpadla nutnost synchronizace dvou robotů (což je stěžejní pro tuto práci), na druhou stranu by se snížila pořizovací cena hardware právě o jednoho robota. Výroba takového chapadla by sice byla komplikovaná, ale výsledek by mohl být efektní.

Obrázek 20: Speciální chapadlo

Na předchozím obrázku (Obrázek 20) je naznačen princip, jak by takové chapadlo mohlo být realizováno. Pro rozevírání kleští je použit šroubový převod, protože by bylo snazší přesné nastavení koncových poloh než u pneumatických lineárních pohonů (ty by ale zase dosahovaly vyšší rychlosti). Samotný plech by byl upínán za pomoci podtlakových přísavek, které se již osvědčili v předchozích testech. Pro zlepšení ohýbání plechů by bylo vhodné zařadit malé lineární pohony na konce kleští tak, aby usměrňovaly pootočení přísavek (kvůli přehlednosti je tento detail naznačen

35

ve zvětšené části obrázku). Takovéto chapadlo by bylo neseno jako nástroj na koncové ose robota.

4.2 Návrh layoutu pracoviště

Protože známe požadavky zadavatele, je zapotřebí specifikovat, jak bude aplikace fungovat a podle toho sestavit layout pracoviště. Jelikož víme, že pro realizaci budeme používat dva kooperující roboty, nabízí se v podstatě pouze jedno uspořádání layoutu. Roboty jsou stejně orientované, odebíraný plech a svařovací stroj musí být umístěn v ose půlící prostor mezi nimi. Odkládací dopravník potom umístíme vedle jednoho z robotů, aby mohl být zkompletovaný plechový díl odložen. Dle zmíněného výčtu by mohl funkční layout vypadat následovně (viz Obrázek 21).

Obrázek 21: Layout pracoviště – verze 1

Původní myšlenkou bylo, že manipulátory v synchronizovaném pohybu odeberou plechový díl, přetočí ho vzhůru, ohnou ho společným půlkruhovým pohybem a usadí do svařovacího stroje (červeně jsou vyznačeny svařovací čelisti). Po ukončení sváření měl být dokončený díl odložen levým robotem na dopravníkový pás a tím by se

36

uzavřel jeden cyklus. Rozložení se zdálo být ideální, avšak při vytváření programu se vyskytovalo mnoho singularit. Pojem singularita je vysvětlen na začátku práce (Singularita).

Problém se singularitou tedy nastává při přetáčení plechu směrem vzhůru ihned po jeho odebrání. Navíc by celá operace trvala téměř dvojnásobně, než byl vyměřený čas 7 s. V programu by se totiž muselo vykonávat mnoho zbytečných pohybů pro přetáčení os robota. Z těchto důvodů došlo k úpravě layoutu a k změnám v programu (viz Obrázek 22).

Obrázek 22: Layout pracoviště – verze 2

V tomto uspořádání již bylo možné zamezit vzniku nežádoucích singularit.

Cyklus nyní trval 10 s, což stále nesplňovalo požadavky zadavatele. Zároveň je vidět na půdorysu, že by bylo ještě vhodné posunout dopravníkový pás více vpravo, to by ale ještě prodloužilo délku taktu.

37

Na současném pracovišti operátor výroby nemusí odkládat svařené plechy nijak zvlášť opatrně. Spíše je odhazuje na příslušné dopravníkové pásy. To vedlo k myšlence, že by mohl robot postupovat obdobným způsobem a nemusel by ztrácet čas precizním odkládáním výrobku. Došlo tedy k poslední úpravě rozvržení pracoviště (viz Obrázek 23), po které vznikla již finální verze layoutu.

Obrázek 23: Layout pracoviště – konečné verze

Změna v tomto layoutu je v posledním kroku, kdy levý robot odloží svařený plech na skluzavku, od které je výrobek odvážen po dopravníkovém pásu. Takováto úprava s sebou přinesla úsporu 2 s, takže se výsledný takt jednoho cyklu zkrátil na 8 s.

Podrobný popis průběžných operací je popsán v následující kapitole (viz Popis chodu aplikace).

38

4.3 Základní nastavení RobotStudia pro synchronizaci robotů

Nejprve je třeba si uvědomit, že princip synchronizace od ABB spočívá v tom, že jsou všechny roboty připojeny k jednomu řídicímu systému. Následující odstavce budou pojednávat o správném založení projektu v RobotStudiu, aby vše fungovalo jak má.

V první řadě si založíme nový projekt. Je vhodné zvolit prázdný projekt, aby nedošlo k přidání více řídicích systémů (synchronizace by nešla nastavit). Následně si importujeme potřebný počet robotů, prozatím bez řídicího systému. Na ten přijde čas až ve chvíli, kdy máme v projektu vloženy všechny manipulátory (kompletní nabídka je k nalezení v menu „Home“ pod složkou „ABB library“. Pokud jsme tak již učinili, tak ve stejném menu otevřeme složku „Robot system“ a v ní zvolíme

„From Layout“.

Tímto jsme vyvolali okno pro vytvoření společného řídicího systému, které nám zároveň umožní synchronizaci nastavit. Klikneme-li na „Další“, otevře se nám možnost volby, které roboty by měly být připojeny právě k tomu jednomu řízení (ne vždy totiž chceme do synchronizace zahrnout všechny roboty v projektu). Pokud jsme označili ty správné manipulátory, můžeme potvrdit výběr a přeskočit hned další okno.

Zde vybereme robota, který bude fungovat jako Master a otevřeme menu „Options“, ve kterém se skrývá podrobnější nastavení.

V tomto nastavení můžeme nakonfigurovat různé druhy periferií (dopravníkové pásy, vstupní a výstupní karty, atd.), připojení, komunikací, funkce vizualizací na FlexPendant, atd. Položek je tam mnoho a až na dvě výjimky toto nastavení s MultiMove nesouvisí. Kompletní nastavení bude vždy záležet přímo na konkrétní aplikaci. Je tedy vhodné, aby si programátor předem vše dobře promyslel a naplánoval.

Pro synchronní pohyb je nutné zaškrtnout v záložce „MultiMove Processes“ jedinou proměnnou „MultiProcess“ a v záložce „Motion Coordination“ zvolit, zda budeme chtít primárně Multimove systém koordinovaný či nezávislý. Tyto varianty jdou při programování zaměňovat v RobotStudiu a na FlexPendantu (i na virtuálním). Potom už jen zbývá okno zavřít a dokončit vygenerování řídicího systému.

Déle je zapotřebí už jen nastavit pro robota typu Slave „Workobject“ (případně přidat nový), který se nastaví tak, že je řízen robotem Master (v nastavení „Modify

39

Workobject“ změnou hodnoty „Moved by mechanica unit“). Posledním krokem je synchronizování objektů v řídicím systému do Rapid kódu.

Pokud se vše podařilo správně, tak na FlexPendantu uvidíte následující obrazovku (viz Obrázek 24).

Obrázek 24: Flexpendant – zobrazení úspěšné synchronizace

Na obou robotech musí být nastavený lineární pohyb a orientace vůči Workobjectu. Potom se nám střídavě rozbliká ikona robotů a dole na FlexPendantu se objeví nové tlačítko pro vypnutí koordinovaného pohybu.

Nebyl-li pro Vás psaný text srozumitelný, nebo si nevíte rady, v příloze na CD je podrobný obrázkový návod, kde je postup řešen krok za krokem.

40

4.4 Tvorba programu v RobotStudiu

Robot se dá programovat několika způsoby. Fyzické programování díky FlexPendantu, virtuálně v RobotStudiu a psaním kódu v jazyce Rapid. Pokud vytváříme program pro synchronizované roboty, je přístup k programování totožný. Záleží na každém, jaká varianta mu více vyhovuje.

Uživatelsky nejpříjemnější je asi přímé nastavování robota do pozic a ukládání těchto bodů (tzv. Targetů). Programátor tak může sledovat natáčení jednotlivých os robota a vyvarovat se tak případným singularitám. Pokud je program složitějšího charakteru, bývá zvykem využít uložených bodů a program dokončit v podobě strukturovaného kódu Rapid. Pro představu následuje část kódu vyjmutá z programu.

PROC Path_10()

MoveJ Target_rob1_take_offset,v1000,fine,tool0\WObj:=wobj0;

WaitSyncTask sync1, all_tasks;

SyncMoveOn sync2, all_tasks;

MoveL Target_rob1_take\ID:=20,v200,fine,tool0\WObj:=wobj0;

WaitTime 0.5;

MoveL Target_rob1_take_offset\ID:=30,v200,z1,tool0\WObj:=wobj0;

MoveL Target_rob1_weld_start\ID:=100,v400,z1,tool0\WObj:=wobj0;

MoveL Target_rob1_weld_finish\ID:=110,v400,fine,tool0\WObj:=wobj0;

WaitTime 2;

MoveL Target_rob1_weld_start\ID:=120,v600,fine,tool0\WObj:=wobj0;

WaitTime 0.2;

MoveL Target_rob1_bend6\ID:=130,v1500,z1,tool0\WObj:=wobj0;

SyncMoveOff sync3;

MoveL Target_50,v2000,fine,tool0\WObj:=wobj0;

WaitTime 0.2;

MoveJ Target_rob1_take_offset_2,v1000,fine,tool0\WObj:=wobj0;

UNDO

SyncMoveUndo;

ENDPROC

Výše uvedený kód je část procedury, která řídí pohyb robota. Jako názornou ukázku si rozebereme jeden příkaz:

• ^MoveL - lineární pohyb,

• Target_rob1_weld_start - název předdefinovaného bodu,

• ^\ID:=100 - synchronizační číslo,

• ^v400 - rychlost pohybu robota,

• ^z1 - zóna (zda robot najede přímo do pozice),

• ^tool0 - zvolený nástroj robota,

• WObj:=wobj0 - zvolený workobject.

41

Číslo ID páruje instrukce, které jsou vykonávány současně v synchronizované části běhu programu. ID tedy budou mít v tu chvíli oba roboty stejné. Pokud se neprovádí kooperovaný pohyb, tak se číslo ID nepoužívá.

Při programování synchronního pohybu je třeba myslet na fakt, že se roboty pohybují v plně synchronizovaném pohybu. Potřebujeme-li přidat další bod (Target), budou se nám oba roboty pohybovat současně. Pokud budeme potřebovat změnit trajektorii jednoho z nich, musíme pro nastavení pozic vypnout synchronizaci (FlexPendant – tlačítko „Turn coordination off“ viz Obrázek 24). Umístíme-li roboty do požadovaných míst, musíme opět synchronizaci zapnout dříve, než budeme ukládat pozice bodů. Ty by následkem takové chyby nebyly propojeny a program by nefungoval.

Na základní obrazovce RobotStudia je umístěné tlačítko „MultiMove“, které otevře menu a umožní vkládat do běhu programu synchronizační funkce. I tak musí být předem dokončené nastavení systému (viz kapitola Tvorba programu v RobotStudiu).

Protože má RobotStudio přehledný a obsáhlý help, je možná přehlednější takové funkce vkládat přes textovou část Rapid.

4.5 Popis chodu aplikace

Tato část textu popisuje funkčnost vytvořeného programu. Protože je toto téma provázané se sestavováním layoutu pracoviště (viz kapitola Návrh layoutu pracoviště), rozebereme si tu pouze finální řešení aplikace.

42

Obrázek 25: Fáze jednoho cyklu programu

Celý program je sestaven z několika bodů, které robota provedou po požadované trajektorii. Ukážeme si zde pouze šest z nich (viz Obrázek 25), protože jsou stěžejní pro vysvětlení částí cyklu.

• 1. okénko zobrazuje začátek cyklu, kdy oba roboty synchronním pohybem odebírají plechový vstupní díl.

• Na 2. okénku již dochází při pohybu směrem vzhůru k ohýbání plechu (stále v synchronizovaném módu).

• 3. část obrázku (Obrázek 25) znázorňuje moment, kdy je plech již ohnutý. Roboty nyní nasadí díl do svařovacího stroje. I v tento moment je jejich pohyb kooperovaný.

• Svařování probíhá v okénku č. 4. Jakmile se dokončí proces svařování, roboty vyjmou svařený díl ze stroje a od této chvíle ukončují synchronizovaný pohyb.

• V okénku č. 5 je ukázáno, jak levý robot Master odkládá díl na skluz (z kterého díl sjede na dopravníkový pás) a pravý robot Slave se již vrazí do základní pozice a čeká na návrat levého robota.

43

• Poslední okénko č. 6 zobrazuje roboty opět v počáteční pozici, čímž splnily synchronizační podmínku a cyklus se může opakovat.

Pro jednodušší vysvětlení, jak dochází k ohýbání plechového dílu, je přidán následující nákres (Obrázek 26). Z tohoto obrázku je zřejmé, že roboty skutečně musejí vykonávat kooperovaný pohyb. Bez toho by k ohnutí dílu nemohlo dojít.

Obrázek 26: Fáze ohýbání plechu

Pokud by vstupní díly byly doplňovány obsluhou na odběrné místo robotů, bylo by vhodné osadit pravého robota odměřováním, protože se vrací do počáteční pozice dříve, než levý robot. Levý by potom mohl dojet do pozice rychleji, protože by již znal výšku vstupních dílů, což by ušetřilo čas cyklu.

Elegantnější řešení by bylo, pokud by jednoduchý JUS v každém cyklu připravil jeden plech do přesné pozice a roboty jej mohly odebírat stále ze stejné pozice.

44

5. Závěr

Výstupem práce je simulace automatizovaného pracoviště vytvořená ve vývojovém prostředí RobotStudio a tato technická zpráva, ve které jsou zpracovány informace k teoretické i praktické části diplomové práce.

Dle požadavků zadavatele měl čas jednoho cyklu dosáhnout hodnoty 6,7 s, aby byl zajištěn objem produkce. Tento čas je velmi kritický a jen těžko si lze představit, že pracovník nastavený takt udrží po celou pracovní směnu.

V současném stavu má operátor výroby k dispozici jednoúčelový ohýbací stroj, který mu plech připraví a pracovník tento díl již pouze založí do svařovací stanice. Zmíněný jednoúčelový stroj je již zastaralý a nevykazuje 100% funkčnost, proto s ním zadavatel do budoucna nepočítá. Obnovu tohoto stroje zároveň zamítl z důvodu snížení nákladů na pořízení investice.

Upravováním pracoviště a optimalizací operací se podařilo docílit taktu 8 s i přesto, že roboty musí v synchronním módu nahrazovat práci ohýbačky. Je třeba si totiž uvědomit, že z času jednoho cyklu se spotřebují celé 3 s na svaření vstupních dílů.

Předem definovaného času se tedy nakonec dosáhnout nepodařilo, avšak přiblížení se taktu na rozdíl 1,3 s můžeme považovat jako dobrý základ pro další jednání. Pokud by došlo k úpravě zadání a mohla by být do projektu zařazena obdoba ohýbacího jednoúčelového stroje, tak by došlo k velké úspoře času v každém cyklu.

Následkem toho by bylo reálné dosáhnout požadovaného času a možná ho i překonat.

45

Seznam použité literatury

[1] ABB Group - Leading digital technologies for industry [online]. Zurich, Switzerland: ABB Asea Brown Boveri, 2017 [cit. 2017-05-21]. Dostupné z:

http://new.abb.com/

[2] ABB MultiMove functionality. Zurich, Switzerland, 2004, 4 s. Dostupné také z:

https://library.e.abb.com/public/734fb908d1c8ee50c12576dd005b69d0/ABB%2 0MultiMove%20functionality.pdf

[3] KUKA AG [online]. Augsburg: KUKA Aktiengesellschaft, 2016 [cit. 2017-05- 21]. Dostupné z: https://www.kuka.com/

[4] KUKA Roboter GmbH: KUKA.CR Motion Cooperation 2.1. [Product literature]. Augsburg, 2007, 147 s.

[5] IRC5 Industrial Robot Controller. Zurich, Switzerland, 2014, 4 s. Dostupné také z:https://library.e.abb.com/public/bedd1769ea1e4bb9c1257da10037e215/IRC5_I ndustrialRobotController_ROB0295EN.pdf

[6] Product specification IRB 2600. Zurich, Switzerland, 2014, 78 s. Dostupné také z:http://www.imrobotic.com/data/goods_doc/ABB/Product_Manual/IRB_2600.p df

[7] Operating manual Calibration Pendulum. Zurich, Switzerland, 2016, 138 s.

Dostupné také z:

https://library.e.abb.com/public/8d238d470d7d4e259a27be138c0a5b61/3HAC16 578-en.pdf

[8] RAPID Reference Manual. Sweden, 2003, 186 s. Dostupné také z:

http://rab.ict.pwr.wroc.pl/irb1400/datasys_rev1.pdf

46

Obsah přiloženého CD

• text diplomové práce

• diplomova_prace_radek_pazout.docx

• diplomova_prace_radek_pazout.pdf

• kopie_zadani_diplomova_prace.pdf

• zdrojový kód programu

• sysMultimove_DP_RP.rspaq

• video

• synchronizace_DP_RP_front.wmv

• synchronizace_DP_RP_rear_wmv

• manuál (netištěná příloha)

• manual_nastaveni_synchronizace_ABB.docx

• manual_nastaveni_synchronizace_ABB.pdf