TEMA 4: PROGRAMACIÓN DE ROBOTS

Transcripción

1 Robótica TEMA 4: PROGRAMACIÓN DE ROBOTS Martin Mellado Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática (DISA) Facultad de Informática de Valencia (FIV) Universidad Politécnica de Valencia (UPV) 1

2 Tema 4 OBJETIVOS Reconocer los posibles problemas inherentes de la programación de robots Saber distinguir i y las ventajas que aporta cada método de programación de robots Entender las funciones que hay que realizar para resolver la programación de robots Comprender los parámetros de la programación de movimientos de robots Ser capaz de programar aplicaciones prototipo de robots 2

3 Tema 4 CONTENIDOS 1. Problemática y evolución 2. Métodos de la programación de robots 3. Funciones de la programación de robots 4. Programación de movimientos 5. Programación genérica de aplicaciones prototipo 3

4 Problemática y evolución Rendimiento de un sistema robotizado programación Problemática: Complejidad del sistema Representación tridimensional y visión espacial Diversidad de marcas, modelos y configuraciones Vertientes específicas de cada aplicación concreta Integración con otros dispositivos Aplicaciones con sensorización externa 4

5 Problemática y evolución Usuarios: Operarios Personal de Mantenimiento Programador del sistema de fabricación Programador de aplicaciones Programador del sistema Cortesía Reis Cortesía Fanuc 5

6 Problemática y evolución 4ª Generación 1ª Generación Desarrollo de lenguajes de programación independientes del robot: AL, ROBEX 3ª Generación Progreso a sistemas de programación textual compleja basados en estándares internacionales: ió i IRL 2ª Generación Amplia aplicación industrial de lenguajes de control de robots: VAL-II, V+, BAPS,... Desarrollo de herramientas gráficas de programación: ROBCAD, IGRIP,... Sistemas gráficos caros y complejos: IGRIP, ROBCAD,... 5ª Generación Desarrollo de lenguajes implícitos: RAPT Primeros intentos de estandarización: IRDATA Lenguajes simples y elementales. l Específicos de robots: VAL, HELP, SIGLA Primeras aproximaciones a lenguajes implícitos: AUTOPASS Búsqueda de sistemas de programación amigables basados en técnicas visuales: OPERA, AMIGA,... Alta integración con sensorización

7 Métodos de programación de robots Primera clasificación: Programación directa o en línea (on-line) Programación indirecta o fuera de línea (off-line) Programación híbrida Segunda clasificación: Programación por guiado Programación textual Nivel de Robot Nivel de Objeto Nivel de Tarea 7

8 Métodos de programación de robots Programación por Guiado Proceso de enseñanza y repetición Uso de la unidad de control a pie de robot enseñanza pasiva maestro-esclavo enseñanza activa 8

9 Métodos de programación de robots Programación Textual Programas de robot escritos Diferentes Niveles: Nivel de Robot programación explícita Nivel de Objeto programación implícita Nivel de Tarea Programación Gráfica Programación Automática o Manual 9

10 Métodos de programación de robots DIRECTA (ON-LINE) INDIRECTA (OFF-LINE) HÍBRIDA A pie de robot Desde Ordenador Enseñanza-Repetición Guiado Pasiva Maestro-Esclavo Activa Textual Program 1 Home Reset Outputs Explícita Instrucciones Gráfica Simulación Gráfica Implícita Nivel Robot Nivel Objeto Nivel Tarea Move P1 Pick A Assembly A & B Open Gripper Place A on B Weld B to C Move P2 Pick C Assembly D & E Acciones Robot Acciones Objetos Resolución Tareas 10

11 Funciones de la programación de robots Funciones básicas a cumplir: Control de Movimiento del Robot: Sistemas de Coordenadas Definición i ió de Localizaciones i Parámetros de los Movimientos Control de las Acciones de Utillaje Control de Sensores Control de Dispositivos Externos Control Virtual del Entorno Control de Programas Cálculos Aritméticos y Lógicos Control de Interacción con el Operario 11

12 Programación de movimientos Sistemas de Coordenadas: Programación en el Espacio de Articulaciones: DRIVE(articulacion,valor) DRIVE(vector_valores) Puede ser obsoluta o relativa 12

13 Programación de movimientos Sistemas de Coordenadas: Programación en el Espacio Cartesiano Uso de sistemas de coordenadas: del robot (RobotFrame) de la herramienta (ToolFrame) Transformación = RobotFrame T ToolFrame Vector de posición (x,y,z) y: ángulos de Euler de orientación (α,β,γ) cuaternión de orientación (q 1, q 2, q 3, q 4 ) matriz de rotación R 3 3 Matriz de transformación homogénea T

14 Programación de movimientos Sistemas de Coordenadas: Movimientos Absolutos y Relativos Sistema de coordenadas de la herramienta (ToolFrame) Punto Centro de Herramienta (TCP) Sistema de coordenadas: de objeto, auxiliar o base (ObjectFrame) del mundo (WorldFrame) 14

15 Programación de movimientos Sistemas de Coordenadas WorldFrame T RobotFrame : dónde se sitúa el robot WorldFrame T Base1Frame : dónde se sitúa la pieza ToolFrame T WeldToolFrame : dónde se sitúa la herramienta de soldadura 15

16 Programación de movimientos Sistemas de Coordenadas Sistema de Coordenadas (Frame) Robot Herramienta Características Único y difícilmente modificable Uno origen en la brida y nuevos definibles respecto a éste Función Referencia de movimientos y localización del robot respecto al del mundo Sistema móvil del robot y referencia de movimientos Base o Referencia de movimientos i y Definibles respecto al del Auxiliar localización de objetos respecto al mundo del mundo Mundo Idéntico al del robot pero Referencia de movimientos, robots modificable y objetos 16

17 Programación de movimientos Definición de Localizaciones: Manualmente mediante su medición Incómodo o inviable Mediante el uso del propio robot Por guiado. Precisión Visual Mediante un modelo del entorno del robot en un sistema CAD Requiere calibración sensorial entre el modelo virtual y el modelo real Mediante el uso de sensores (visión por computador) Dificultad para la orientación y poca precisión 17

18 Programación de movimientos Parámetros de Movimiento Velocidad Parámetro nominal (porcentaje respecto a una velocidad básica) Vl Velocidad iddlineal, lno velocidad iddangular Velocidad no uniforme, con rampas de aceleración/deceleración Vl Valor aproximado Importante para movimientos largos Aceleración Aceleración de arranque y la deceleración de parada (rampas) Poco intuitivos Importante para movimientos muy cortos 18

19 Programación de movimientos Parámetros de Movimiento Tipo de Movimiento Libre o Punto a Punto (PTP) Interpolación lineal en el espacio de articulaciones (independiente di o coordinada) d (incluida id en la muñeca) Movimiento garantizado y sencillo Posible Movimiento PTP Posicionamiento Destino Exacto Inicio Destino Inicio Posible Movimiento PTP Posicionamiento Exacto Destino 19

20 Programación de movimientos Parámetros de Movimiento Tipo de Movimiento Rectilíneo Orientación con interpolación en las variables de articulación de muñeca, orientación fija o interpolación en los ángulos de Euler Posiciones intermedias pueden ser inalcanzables Destino Movimiento Rectilíneo Inicio Posicionamiento Exacto Destino Inicio Movimiento Rectilíneo Posicionamiento Exacto Destino 20

21 Programación de movimientos Parámetros de Movimiento Tipo de Movimiento Circular Localización actual y dos más Discretización en segmentos rectilíneos Orientación fija o variable respecto al espacio o a la trayectoria circular Movimiento Circular Intermedio Destino Inicio Destino Inicio Movimiento Circular Intermedio Destino 21

22 Programación de movimientos Parámetros de Movimiento Precisión Posicionamiento Exacto Velocidad cero Arranques y paradas Movimiento Continuo Rango de aproximación Parámetro de vuelo (fly) Error según parámetro y velocidad Movimientos más rápidos Destino Destino Inicio Posible Movimiento PTP Movimiento Rectilíneo Inicio Destino Rango de Aproximación Inicio Posible Movimiento PTP Destino Movimiento Destino Circular Intermedio Posicionamiento Exacto Rango de Aproximación Inicio Destino Movimiento Rectilíneo Posicionamiento Exacto Rango de Aproximación Inicio Destino Destino Inicio Movimiento Circular Intermedio Destino 22

23 Programación de movimientos Parámetros de Movimiento Selección de la Configuración Control usuario: bits de control, variables de las articulaciones o comandos o instrucciones especiales Sistema de control: selecciona la configuración más adecuada (la más cercana o económica, en términos de menor energía consumida en el movimiento) 23

24 Programación de movimientos Parámetros de Movimiento Selección de la Configuración 8 soluciones para el robot angular 24

25 Programación genérica de aplicaciones prototipo p Aspectos a Contemplar Seleccionar la herramienta Sistema de coordenadas, parámetros, carga Determinar operaciones de herramienta Apertura/cierre de pinza, soldadura,... Determinar localizaciones de la herramienta (y localizaciones relativas) Determinar las precisiones Sólo se indicará un requisito de precisión cuando sea necesario Determinar las velocidades de movimientos Se utilizará una velocidad d alta siempre que sea posible Determinar tipo de movimientos Movimiento libre o restringido (lineal, circular, ondular,...) Se utilizarán movimientos libres mientras no sea necesario controlar la trayectoria que debe realizar la herramienta 25

26 Programación genérica de aplicaciones prototipo p PROGRAMA GENÉRICO DE ROBOT: Inicialización: Inicialización de constantes, variables y estructura de datos Determinación de parámetros globales (velocidad, aceleración,...) Selección, configuración e inicialización de herramienta Inicialización de señales de salida Mover el robot a configuración de reposo Repetir siempre Espera a condición de inicio del ciclo de trabajo Realización de un ciclo de trabajo Avisar de ciclo terminado TIPOS DE TAREAS BÁSICAS: Basadas en una única localización de trabajo: Coger o dejar una pieza, taladrar una pieza, aplicar un punto de soldadura,... Basadas en una trayectoria con control continuo, con secuencia de localizaciones de trabajo: Trayectoria de soldadura al arco, fresado, mecanizado continuo, pintura, lijado, aplicación de pegamento,... 26

27 Programación genérica de aplicaciones prototipo p Región Libre Sin restricciones de precisión Movimientos libres Velocidades altas Localización de ataque Localización de retirada rol de precisión, Contro d y movimiento velocidad Región de trabajo Objetos Frontera Secuencia de movimientos Regiones de Trabajo Localizaciones de trabajo Localizaciones de ataque, trabajo y retirada 27

28 Programación genérica de aplicaciones prototipo p entrada aproximación precisión media movimientos libres velocidad alta evacuación precisión media salida sin restricciones de precisión movimientos lineales Aplicación genérica de agarre o dejada de una pieza 28

29 Programación genérica de aplicaciones prototipo p COGER PIEZA Abrir pinza Aproximar pinza a la pieza Movimiento libre si no hay peligro de colisión Localización de ataque a una distancia de seguridad de la pieza Máxima velocidad Precisión media Situar pinza en posición de agarre Movimiento i en línea recta para controlar colisiones i Velocidad lenta Precisión alta Cerrar pinza Espera Actuar señal pinza Espera Retirar pinza con pieza a una localización de evacuación Movimiento i enlínea recta para controlar colisiones i Posición de evacuación a una distancia de seguridad de soporte pieza Velocidad media Precisión media 29

30 Programación genérica de aplicaciones prototipo p DEJAR PIEZA? Aproximar pinza con pieza a localización final Movimiento libre si no hay peligro de colisión Localización de ataque a una distancia de seguridad de soporte final de pieza Máxima velocidad Precisión media Situar pinza con pieza en localización de dejada Movimiento i en línea recta para controlar colisiones i Velocidad lenta Precisión alta Abrir pinza Espera Actuar señal pinza Espera Retirar pinza a una localización de evacuación Movimiento i enlínea recta para controlar colisiones i Posición de evacuación a una distancia de seguridad de la pieza Velocidad media Precisión media 30

31 Programación genérica de aplicaciones prototipo p inicio localizaciones intermedias salida aproximación evacuación aproximación evacuación cerrar pinza abrir pinza Aplicación genérica de pick & place 31

32 Programación genérica de aplicaciones prototipo p PICK & PLACE Esperar pieza lista para manipular Coger pieza Enviar señal de pieza cogida Movimientos intermedios Movimientos libres si no hay peligro de colisión Máxima velocidad d Sin requisitos de precisión Dejar pieza Enviar señal de pieza dejada para su evacuación 32

33 Tema 4 CONCLUSIONES Se han presentado los métodos de programación de robots Se han mostrado las funciones de la programación de robots Se han visto los parámetros necesarios en los movimientos de un robot Se ha estudiado la programación genérica de una aplicación de ensamblado 33