🦾 Průmyslové roboty

Jako lidská ruka

O čem to je

Zkus vzít hrnek ze stolu. Pohneš ramenem, loktem, zápěstím a prsty. Průmyslový robot to dělá stejně – jen bez únavy, 24 hodin denně a s přesností na desetiny milimetru. V automobilce svařuje karoserie, v potravinářství balí sušenky, v elektronice osazuje desky.

Nové pojmy

Průmyslový robotPodle normy ISO 8373 automaticky řízený, přeprogramovatelný a víceúčelový manipulátor programovatelný ve třech nebo více osách. Jednoduše: stroj, který umí pohybovat nástrojem po prostoru a jehož práci jde změnit novým programem.Šestiosý robot, který dnes svařuje a zítra po přeprogramování lakuje.

Osa (kloub)Jedno místo, kde se robot může pohybovat: buď se otáčí (rotační osa), nebo posouvá (lineární osa). Každou osu pohání vlastní motor.Rameno robota se otáčí v ose 2 jako lidské rameno.

Stupně volnostiKolik nezávislých pohybů těleso může udělat. Volné těleso v prostoru má 6: posun ve směru x, y, z a natočení kolem těchto tří os.Aby robot dal šroubovák do libovolné polohy a libovolného natočení, potřebuje 6 os.

Koncový efektorNástroj na konci ruky robota, kterým robot pracuje.Chapadlo s prsty, přísavka, svařovací hořák, lakovací pistole.

Pracovní prostorVšechna místa, kam robot svým koncovým efektorem dosáhne.U kloubového robota má tvar zhruba části koule.

Robot jako ruka

Část robota	U člověka	Úkol
základna (osa 1)	trup, otočení v pase	otočí celým robotem
rameno (osa 2)	rameno	zvedá a spouští paži
loket (osa 3)	loket	přibližuje a oddaluje ruku
zápěstí (osy 4, 5, 6)	zápěstí	natočí nástroj
chapadlo	prsty	drží předmět

Takovému robotu se říká kloubový (angulární). Je nejrozšířenější, protože dosáhne do většiny míst kolem sebe a nástroj natočí libovolně.

Jiné stavby robotů

kloubový (angulární) – obvykle 6 rotačních os, univerzální: svařování, manipulace
SCARA – obvykle 4 osy, pohyb hlavně ve vodorovné rovině, rychlá montáž a osazování
kartézský (portálový) – 3 lineární osy x, y, z, velký pracovní prostor do kvádru, paletizace
delta – paralelní kinematika, tři ramena nad pásem, velmi rychlé uchopování lehkých předmětů

Otoč kartičky a ke každému typu si vymysli jednu práci, kterou by v továrně dělal.

Bezpečnost

Robot je silný a rychlý a nevidí, že vedle něj stojí člověk. Proto se klasický robot uzavírá do oplocení s dveřmi, které jsou hlídané bezpečnostním spínačem. Vstupy chrání světelné závory a bezpečnostní skenery. Všude musí být dostupné nouzové zastavení (červené hřibové tlačítko na žlutém podkladu).

Kolaborativní robot (cobot)Robot navržený pro práci vedle člověka bez oplocení. Omezuje rychlost a sílu, při nárazu do člověka se zastaví. Požadavky popisuje norma ISO 10218 a podrobnosti technická specifikace ISO/TS 15066.Cobot podává díly dělníkovi u montážního stolu.

Robot má dopravit krabice z pásu na paletu, která je 3 × 2 m. Jaký typ zvolíš?

Pracovní prostor je velký a ve tvaru kvádru, natočení krabic je jednoduché. Hodí se kartézský (portálový) robot se 3 lineárními osami, případně ještě jednou rotační osou pro otočení krabice. Kloubový robot s velkým dosahem by také šel.

Proč šestiosý robot zvládne položit díl do libovolné polohy, ale tříosý ne?

Libovolná poloha a natočení = 6 stupňů volnosti (3 posuny + 3 natočení). Tři osy dají nanejvýš 3 nezávislé pohyby, tedy třeba jen polohu bez natočení. Šest os pokryje všech 6 stupňů volnosti.

✗Cobot je bezpečný sám od sebe, takže u něj nemusí být posouzení rizik.

✓I u kolaborativního robotu se musí posoudit rizika celé aplikace.

Nebezpečný může být nástroj nebo díl, např. ostrý plech nebo hořák. Bezpečná musí být celá aplikace, ne jen samotný robot.

Průmyslový robot je přeprogramovatelný manipulátor se třemi a více osami. Nejčastější je šestiosý kloubový, dále SCARA, kartézský a delta. Klasický robot pracuje za oplocením se světelnými závorami a nouzovým zastavením; cobot smí pracovat s člověkem, ale jen po posouzení rizik.

Souřadnice a program

O čem to je

Když kamarádovi řekneš „podej mi to vlevo“, záleží, čí levá strana to je. Robot má stejný problém. Aby přesně věděl, kam jet, programátor musí určit, v jakém souřadném systému zadává polohu. Bez toho se nedá robot naprogramovat ani bezpečně ovládat.

Nové pojmy

Průmyslový robotAutomaticky řízený, přeprogramovatelný manipulátor se třemi a více osami.Robot, který přenáší díly mezi dvěma stroji.

OsaJeden pohyblivý kloub robotu s vlastním motorem. Rotační osa se otáčí, lineární se posouvá. Šestiosý robot má šest takových kloubů.Osa 1 otáčí celým robotem kolem svislé osy.

Souřadný systémPočátek (nulový bod) a tři na sebe kolmé osy x, y, z, podle kterých se určuje poloha bodu.Bod [200; 50; 300] mm je 200 mm ve směru x, 50 mm ve směru y a 300 mm ve směru z od počátku.

TCP (Tool Center Point)Pracovní bod nástroje – místo, kterým nástroj skutečně pracuje. Robot řídí právě jeho polohu.Špička svařovacího drátu, střed mezi prsty chapadla.

Teach pendant (programovací panel)Ruční ovládací panel s displejem, tlačítkem nouzového zastavení a povolovacím tlačítkem. Slouží k pohybu robotu a k zápisu programu.Programátor robotem dojede k dílu a bod uloží.

Povolovací tlačítkoTlačítko na boku panelu se třemi polohami: puštěné = stop, středně stisknuté = pohyb povolen, zmáčknuté naplno = stop. Při leknutí člověk tlačítko buď pustí, nebo zmáčkne, a robot se zastaví.Bez držení povolovacího tlačítka se robot v ručním režimu nehne.

Souřadné systémy robotu

Systém	Kde má počátek	K čemu
osový (kloubový)	žádný – zadávají se úhly jednotlivých os	pohyb jednou osou, výchozí poloha
světový	pevný bod v buňce	společný systém pro více robotů a zařízení
bázový	v základně robotu	poloha vůči robotu
nástrojový	v TCP nástroje	posun a natočení ve směru nástroje
uživatelský (objektový)	na obrobku nebo přípravku	program zůstane platný i po posunutí přípravku

Roztřiď pojmy do tří skupin. Pokud nevíš, vrať se k tabulce.

Jak se robot programuje

On-line (učením): programátor v ručním režimu se sníženou rychlostí dojede robotem k bodům a uloží je panelem.
Off-line: program vznikne v počítači na 3D modelu pracoviště (simulace) a do robotu se nahraje hotový. Výroba mezitím nemusí stát.

Zkontroluj, že nikdo není v nebezpečném prostoru a nouzové zastavení funguje.

Přepni robot do ručního režimu se sníženou rychlostí.

Zvol správný nástroj (TCP) a souřadný systém.

Drž povolovací tlačítko a dojeď k prvnímu bodu, ulož ho.

Ulož další body a zvol typ pohybu mezi nimi (přímka, kloubový pohyb).

Program vyzkoušej krok po kroku sníženou rychlostí, teprve pak v automatu.

Přípravek s dílem se posunul o 20 mm. Program byl naučený v uživatelském souřadném systému přípravku. Co musíš udělat?

Body programu jsou zadané vůči přípravku, ne vůči robotu. Stačí znovu zaměřit uživatelský souřadný systém (3 body na přípravku). Všechny body programu se posunou s ním a není nutné je učit znovu.

Bod je v bázovém systému [500; 0; 400] mm. Robot má jet o 100 mm výš. Jaké budou souřadnice?

Výška je osa z bázového systému. Přičtu 100 mm k z: 400 + 100 = 500. Nový bod je [500; 0; 500] mm.

✗Po výměně chapadla za delší stačí pustit starý program.

✓Po výměně nástroje se musí změřit a nastavit nový TCP.

Robot řídí polohu TCP. S delším nástrojem by špička byla jinde, než si robot myslí, a mohl by narazit.

Robot jede podle zvoleného souřadného systému: osového, světového, bázového, nástrojového (TCP) nebo uživatelského. Programuje se učením přes teach pendant s povolovacím tlačítkem nebo off-line v simulaci.

🎛️Regulátory P, PI, PID🌐Průmyslové sítě a Průmysl 4.0