POLITECHNIKA ŚLĄSKA
WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY
KATEDRA MECHATRONIKI
Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Przedmiot:
Roboty i Manipulatory
Symbol ćwiczenia:
RiM1
Tytuł ćwiczenia:
Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy
obsługi i programowania
SPIS TREŚCI
Spis rysunków
2
1.
Cele ćwiczenia
3
2.
Podstawowe wiadomości
3
3.
Laboratoryjne stanowisko badawcze
7
3.1.
Obiekt badany
7
3.2.
Urządzenia dodatkowe
7
3.3.
Oprogramowanie
7
4.
Program ćwiczenia - wykaz zadań do realizacji
8
5.
Przykład realizacji zadania – programowanie określonej trajektorii ruchu
8
6.
Raport
9
7.
Pytania
9
Literatura
10
ROBOTY I MANIPULATORY – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy obsługi i programowania
2
SPIS RYSUNKÓW
1.
Kartezjańskie układy współrzędnych robota Kuka KR3.
4
2.
Układ współrzędnych FLANGE związany z kołnierzem robota.
4
3.
Metoda XYZ czteropunktowa wyznaczania położenia początku układu TOOL
względem układu FLANGE.
5
4.
Ruch TCP typu PTP pomiędzy punktami P1 i P2.
6
5.
Ruch TCP typu LIN pomiędzy punktami P1 i P2.
6
6.
Ruch TCP typu CIRC pomiędzy punktami P
START
i P
END
przez punkt pośredni
P
AUX
.
6
7.
Elementy składowe systemu robota przemysłowego Kuka KR3.
7
8.
Widok okna oprogramowania KSS sterującego pracą robota KR3.
7
9.
Przykładowa pożądana trajektoria ruchu punktu centralnego TCP narzędzia robota.
8
ROBOTY I MANIPULATORY – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy obsługi i programowania
3
1. CELE ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z następującymi zagadnieniami:
Podstawowa obsługa robota przemysłowego z poziomu panelu programowania.
Ręczne sterowanie ruchem robota w różnych układach współrzędnych.
Procedura pomiaru narzędzia.
Programowanie robota przez uczenie.
Bezpieczne testowanie i uruchamianie programu sterującego ruchem robota.
2. PODSTAWOWE WIADOMOŚCI
Robot przemysłowy jest to manipulator wielofunkcyjny, skonstruowany do przenoszenia
materiałów, części, narzędzi lub specjalnych przyrządów mający programowane ruchy w celu
wykonania różnorodnych zadań [1]. Zakres zastosowań robotów przemysłowych obejmuje
między innymi takie dziedziny jak spawanie, zgrzewanie, manipulację, paletyzację, montaż,
malowanie i wiele innych.
Robot typu Kuka KR3 jest robotem napędzanym elektrycznie (serwonapędy) o strukturze
kinematycznej typu RRR. Robot KR3 jest robotem o sześciu stopniach swobody. Kiść robota
jest kiścią sferyczną (trzy osie przecinające się w jednym punkcie). Robot wyposażony jest w
chwytak dwupalcowy o napędzie pneumatycznym.
W systemach robotów przemysłowych definiuje się kilka przydatnych - z punktu widzenia
praktycznych aplikacji - układów współrzędnych. W robotach firmy Kuka definiuje się
następujące układy współrzędnych (rys. 1):
o
Układ współrzędnych uniwersalnych (globalny) WORLD,
o
Układ współrzędnych podstawy robota ROBROOT,
o
Układ współrzędnych podstawowych (stanowiska) BASE,
o
Układ współrzędnych narzędzia TOOL.
Układ współrzędnych uniwersalnych WORLD jest zdefiniowanym na stałe układem
współrzędnych kartezjańskich. Służy on za wyjściowy układ współrzędnych dla układów
współrzędnych BASE i ROBROOT. Domyślnie układ współrzędnych WORLD znajduje się
w stopie robota. Układ współrzędnych ROBROOT jest kartezjańskim układem
współrzędnych znajdującym się zawsze w stopie robota. Służy do opisu pozycji robota w
stosunku do układu współrzędnych WORLD. Domyślnie układ ROBROOT pokrywa się z
układem WORLD. Układ współrzędnych BASE jest kartezjańskim układem współrzędnych
ROBOTY I MANIPULATORY – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy obsługi i programowania
4
opisującym pozycję elementu obrabianego. Układ odnosi się do układu współrzędnych
WORLD. Układ BASE jest przesuwany przez użytkownika do elementu obrabianego.
Rys. 1. Kartezjańskie układy współrzędnych robota Kuka KR3 [3].
Układ współrzędnych narzędzia TOOL jest kartezjańskim układem, którego początek leży w
narzędziu. Układ ten odnosi się do układu BASE. Środek układu współrzędnych TOOL (TCP
– Tool Center Point) znajduje się domyślnie w punkcie środkowym kołnierza (nazywany jest
on wtedy układem współrzędnych FLANGE). Układ współrzędnych TOOL jest przesuwany
przez użytkownika do punktu roboczego narzędzia (rys. 2).
W robocie KR3 użytkownik może zdefiniować maksymalnie 16 różnych układów typu
TOOL, związanych z różnymi narzędziami oraz 32 różne układy współrzędnych typu BASE.
Rys. 2. Układ współrzędnych FLANGE związany z kołnierzem robota [3].
Układ współrzędnych TOOL związany z narzędziem trzeba definiować oddzielnie dla
każdego narzędzia, którym posługuje się robot. Definiowanie układu TOOL polega na
ROBOTY I MANIPULATORY – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy obsługi i programowania
5
określeniu położenia początku układu TOOL względem układu FLANGE oraz orientacji
układu TOOL względem układu FLANGE. Układ TOOL można zdefiniować metodami
numerycznymi bądź pomiarowymi. Metodą pomiarową określania położenia początku układu
TOOL jest metoda 4-ro punktowa XYZ, polegająca na czterokrotnym najeżdżaniu punktu
referencyjnego z różnych kierunków (rys. 3).
Rys. 3. Metoda XYZ czteropunktowa wyznaczania położenia początku układu TOOL względem
układu FLANGE [3].
Orientację układu TOOL również można wyznaczyć pomiarowo (metoda ABC World lub
metoda 2-punktowa ABC).
Podstawowym zadaniem związanym z wykorzystaniem robota przemysłowego jest
zaprogramowanie jego ruchów. Roboty firmy Kuka programuje się z wykorzystaniem
specjalnego języka programowania KRL (Kuka Robot Language). Generalnie
pozycjonowanie (osiąganie punktów docelowych) robota można wykonywać na trzy sposoby:
o
Pozycjonowanie typu PTP (z punktu do punktu), w którym punkt centralny narzędzia
TCP jest prowadzony po najszybszej trajektorii (rys. 4). W czasie pozycjonowania
PTP dokładny kształt trajektorii jest nieokreślony.
ROBOTY I MANIPULATORY – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy obsługi i programowania
6
Rys. 4. Ruch TCP typu PTP pomiędzy punktami P1 i P2 [3].
o
Pozycjonowanie typu LIN (liniowe), w którym punkt centralny narzędzia TCP jest
prowadzony z zadaną prędkością do punktu docelowego P2 po najkrótszej trajektorii,
będącej linią prostą (rys. 5).
Rys. 5. Ruch TCP typu LIN pomiędzy punktami P1 i P2 [3].
o
Pozycjonowanie typu CIRC (kołowe), w którym punkt centralny narzędzia TCP jest
prowadzony ze zdefiniowaną prędkością do punktu docelowego po trajektorii będącej
cięciwą okręgu (rys. 6). Okrąg ten definiuje się poprzez podanie punktu początkowego
P
START
, punktu docelowego P
END
i dodatkowego punktu pomocniczego P
AUX
.
Rys. 6. Ruch TCP typu CIRC pomiędzy punktami P
START
i P
END
przez punkt pośredni P
AUX
[3].
Najbardziej powszechną metodą programowania ruchów robotów przemysłowych jest
programowanie przez uczenie. Metoda ta polega na ręcznym – z wykorzystaniem panelu
ROBOTY I MANIPULATORY – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy obsługi i programowania
7
programowania - przemieszczaniu robota w pożądane pozycje i ich zapamiętywanie, a
następnie ich programowe odtwarzanie.
3. LABORATORYJNE STANOWISKO BADAWCZE
3.1. Obiekt badany
System robota przemysłowego Kuka KR3, na który składają się: panel programowania,
szafa sterująco-zasilająca i manipulator (rys. 7).
Rys. 7. Elementy składowe systemu robota przemysłowego Kuka KR3.
3.2. Urządzenia dodatkowe
Brak
3.3. Oprogramowanie
Kuka System Software KSS (rys. 8).
Rys. 8. Widok okna oprogramowania KSS sterującego pracą robota KR3.
ROBOTY I MANIPULATORY – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy obsługi i programowania
8
4. PROGRAM ĆWICZENIA – WYKAZ ZADAŃ DO REALIZACJI
Zapoznanie się z elementami składowymi robota przemysłowego.
Zapoznanie się z obsługą panelu programowania.
Przeprowadzenie pomiaru narzędzia metodą 4-punktową XYZ.
Napisanie programu wykorzystującego instrukcje pozycjonowania typu PTP, LIN i CIRC
według wskazówek prowadzącego.
Uruchomienie i przetestowanie napisanego programu.
5. PRZYKŁAD REALIZACJI ZADANIA – PROGRAMOWANIE OKREŚLONEJ
TRAJEKTORII RUCHU
Na rys. 9 przedstawiono przykładową trajektorię, po której ma poruszać się punkt centralny
TCP narzędzia robota. Trajektoria obejmuje 4 punkty główne (P1-P4), które punkt TCP musi
osiągać dokładnie. Ponadto punkt TCP w trakcie ruchu ma znajdować się na stałej wysokości
50mm nad podłożem. Opracować program robota realizujący taką trajektorię.
Rys. 9. Przykładowa pożądana trajektoria ruchu punktu centralnego TCP narzędzia robota.
Tak postawione zadanie można rozwiązać programując robota metodą uczenia zapamiętując
odpowiednie punkty tworzące trajektorię. Listing przykładowego programu realizującego to
zadanie jest następujący:
1 INI
2 PTP HOME Vel= 100 % DEFAULT
ROBOTY I MANIPULATORY – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy obsługi i programowania
9
3 ;Zasadnicza część programu
4 PTP P1
5 LIN P2
6 CIRC
7 LIN
8 PTP HOME Vel= 100 % DEFAULT
W programie wykorzystano wszystkie rodzaje komend ruchowych. Punkt P1 został
zaprogramowany jako PTP. Kolejny ruch – do punktu P2 - został zrealizowany jako ruch
liniowy z użyciem komendy LIN. Kolejny fragment trajektorii – od punktu P2 do P4 – jest
cięciwą okręgu o zadanym promieniu, w związku z czym ten ruch został zrealizowany jako
ruch kołowy z wykorzystaniem komendy CIRC. Komenda CIRC – oprócz punktu
początkowego i końcowego – wymaga zdefiniowania punktu pośredniego P3. Punkt pośredni
P3 pozwala na jednoznaczne określenie okręgu, po którego cięciwie ma poruszać się TCP.
Ostatni fragment pożądanej trajektorii – od punktu P4 do P5 – ma kształt linii prostej, w
związku z czym zrealizowano go z wykorzystaniem komendy LIN. Realizacja programu
kończy się przejściem robota do pozycji HOME.
6. RAPORT
Raport z przeprowadzonego ćwiczenia laboratoryjnego powinien zawierać:
Krótki opis robota.
Schemat kinematyczny robota z propozycją przyporządkowania układów współrzędnych.
Przebieg ćwiczenia (główne czynności).
Opis zadania programistycznego, które należało wykonać.
Listing napisanego programu wraz z komentarzami.
Podsumowanie i wnioski.
7. PYTANIA
1. Co znaczy zapis RRR w odniesieniu do struktury kinematycznej robota ? Jakie są inne
możliwości w tym względzie ?
2. Czym różnią się od siebie ruchy typu PTP, LIN i CIRC ? W jakich sytuacjach znajdują
one zastosowania ?
3. Jakie układy współrzędnych definiuje się standardowo w systemach robotów
przemysłowych ? Jakie są ich zastosowania ?
ROBOTY I MANIPULATORY – instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Robot przemysłowy Kuka KR3 – podstawy obsługi i programowania
10
4. W jaki sposób możliwe jest (jakie obliczenia są niezbędne w systemie robota)
wyznaczenie położenia początku układu współrzędnych TOOL względem układu
FLANGE metodą 4-punktową XYZ ?
5. Na czym polega metoda programowania robotów przemysłowych przez uczenie ? Jak
inaczej można programować roboty przemysłowe ?
LITERATURA
1. Honczarenko J.: Roboty przemysłowe. Budowa i zastosowanie. Wydawnictwa Naukowo-
Techniczne, Warszawa 2004.
2. Craig J. J.: Wprowadzenie do robotyki. Mechanika i sterowanie. Wydawnictwa Naukowo-
Techniczne, Warszawa 1995.
3. Oprogramowanie KUKA System Software. Instrukcja obsługi i programowania. Kuka
Roboter GmbH 2005.
4. Oprogramowanie KUKA System Software. Programowanie – użytkownik. Kuka Roboter
GmbH 2005.
Opracowanie: Damian Krawczyk
Gliwice, 2010