Robot Cartesiano XY. Guía aplicativa

Transcripción

1 Robot Cartesiano XY Guía aplicativa

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3 ADVERTENCIA Los productos presentados en este manual son susceptibles de evolución en cuanto a sus características de presentación, de funcionamiento o de utilización. Su descripción en ningún momento puede revestir un aspecto contractual. El Instituto Schneider Electric de Formación, acogerá favorablemente cualquier solicitud con fines didácticos exclusivamente, de utilización de gráficos o de aplicaciones contenidas en este manual.

4 Guía aplicativa del Robot cartesiano XY Creado: Instituto Schneider Electric de Formación Bac de Roda 52, Edificio A 1ª Planta Fecha: 11 de Diciembre del 2008 Versión: 1.3 SCHNEIDER ELECTRIC ESPAÑA

5 Guía aplicativa Robot Cartesiano XY Índice Página 1 Introducción Objetivos Seguridad Garantías y responsabilidades Robótica y Manipulación Conceptos generales Qué se desea manipular? Componentes generales de un sistema de posicionamiento Módulos lineales Motores Interruptores finales de carrera Sistemas de múltiples ejes Robot cartesiano XY Descripción Áreas de trabajo Composición Condiciones previas Puesta en marcha Configuración y parametrización Configuración de los servoaccionamientos Lexium Descripción del software de programación Motion Pro Configuración de la comunicación Ethernet con la Lexium Controller Configuración de las librerías necesarias para el sistema de posicionado Configuración del Robot Cartesiano XY en el Motion Pro

6 Instituto Schneider Electric de Formación 5 Programas de control Programación de la potencia a los servomotores Programación del viaje de referencia Programación del reset de errores Programación del módulo de monitorización Programación del programa principal Programación de un movimiento absoluto Programación de una secuencia de movimientos no interpolados Programación de una trayectoria definida (movimientos interpolados) Pantallas de supervisión Opciones de visualización en el Motion Pro Descripción de la pantalla de visualización Modo de funcionamiento del Robot cartesiano XY Mantenimiento y Diagnóstico Diagnóstico del Lexium Diagnóstico de la Lexium Controller Glosario Guía de conocimientos

7 Guía aplicativa Robot Cartesiano XY 1. Introducción 1.1 Objetivos. El robot cartesiano XY se ha diseñado para la formación y el estudio de sistemas de manipulación y robótica industrial. Los equipos que se han utilizado son componentes de tipo industrial, para que el alumnado tenga un mayor acercamiento al entorno industrial real. Con este sistema se pueden abordar las fases reales de desarrollo y explotación de un sistema de posicionado cartesiano, las prácticas de formación se pueden realizar dentro de todos los ciclos de vida de un sistema de manipulación industrial, como son: o Análisis de los Requisitos del sistema. o Diseño o Montaje o Programación o Puesta a punto o Funcionamiento o Mantenimiento Además el sistema de manipulación está compuesto de por diferentes tecnologías implicadas en un sistema automatizado. Por lo que se pueden enseñar las diferentes tecnologías que componen el equipo por separado y la interrelación para la creación de sistemas automatizados complejos, las tecnologías y contenidos didácticos que puede cubrir este equipo son los siguientes: o Mecánica (diferentes componentes mecánicos en un manipulador). o Montaje y ajuste mecánico. o Electrotecnia. o Interpretación de los esquemas eléctricos. o Sensores (Ajuste de los sensores). o Uso de los finales de carrera (cálculo del área de trabajo real). o Servomotores (Composición de un sistema de posicionamiento). 7

8 Instituto Schneider Electric de Formación o Ejes eléctricos o Servoaccionamientos (Configuración) o Ajuste de los elementos. o Autómatas (Programación y uso de un PLC) o Puesta a punto o Puesta a punto de un sistema de producción o Localización de averías 1.2 Seguridad. Para la utilización del robot cartesiano XY, es necesario que tanto el profesorado como el alumno que lo utilizan sigan unas recomendaciones de seguridad. Además, deben respetarse las normas y regulaciones sobre prevención de accidentes, aplicables localmente. El responsable del funcionamiento del robot cartesiano XY deberá asegurarse de informar de las normas básicas de seguridad y de utilización a aquellas personas que lo utilicen. Las normas de utilización serán tenidas en cuenta en todo momento para la realización de cualquier práctica o puesta en marcha del equipo, la utilización del equipo de manera no adecuada, puede comportar un riesgo y ocasionar daños físicos o lesiones al usuario o a terceras partes, o de causar daños a la máquina o a otros bienes materiales. Normas de utilización del robot cartesiano XY. o Aspectos generales: Los alumnos sólo deben trabajar en la estación bajo la supervisión de un instructor. Nadie estará interactuando en la zona de trabajo cuando se estén realizando pruebas de movimiento o cargando programas. 8

9 Guía aplicativa Robot Cartesiano XY Tener en cuenta de poner los frenos en las ruedas de la mesa, ya que se pueden provocar movimientos bruscos que hagan desplazarse todo el equipo provocando golpes a usuarios o rotura de cables. o Riesgos Eléctricos: Siempre que se interactue en el cuadro de control o se realice algún tipo de modificación o verificación de algunos de los elementos, asegurarse de tener el sistema totalmente aislado de la red eléctrica de distribución. Verificar siempre que las tomas de tierra estén operativas. o Riesgos Mecánicos: No intervenir manualmente a no ser que la máquina se halle totalmente parada. Para ello siempre es necesario tener el botón de paro de emergencia pulsado, de esta manera nos aseguramos de que la potencia entre el driver y el servomotor está aislada. 1.3 Garantías y responsabilidades Las reclamaciones de la garantía y responsabilidad por daños a personas y materiales quedan excluidas si estas pueden imputarse a una o varias de las siguientes causas: Uso de la instalación con fines que no son los previstos. Montaje de la máquina, puesta a punto, funcionamiento o mantenimiento incorrectos. Funcionamiento de la instalación utilizando equipos de seguridad defectuosos o mal montados, o dispositivos protectores fuera de servicio. Modificaciones constructivas no autorizadas en la instalación. 9

10 Instituto Schneider Electric de Formación Supervisión inadecuada de la instalación o de componentes sometidos a desgaste. Reparaciones llevadas a cabo incorrectamente. El Instituto Schneider Electric de Formación declina cualquier responsabilidad por daños a los alumnos, a la organización, a terceras partes, o a todos ellos, como resultado del uso o aplicación de los equipos fuera de la situación de pura formación. 10

11 Guía aplicativa Robot Cartesiano XY 2. Robótica y Manipulación Debido a las exigencias de calidad, cada vez mayores, de los productos generados por los sistemas de producción actuales, los elementos que los componen tienen que disponer de una mayor precisión, versatilidad y fiabilidad. La robótica y manipulación son dos de las tecnologías integradas en estos sistemas, con mayor proyección en nuestros días. 2.1 Conceptos generales: Muchas labores de manipulación se pueden automatizar de forma sencilla con módulos lineales, accionados por servomotores. Tanto el posicionamiento como el perfil de movimiento de los módulos lineales se pueden controlar con exactitud para adaptarlo a las diferentes necesidades. La combinación de dos o tres módulos lineales en dirección "y", "x" y/o "z" permite un movimiento libre en el plano vertical y horizontal o en el espacio. Esto hace posible, múltiples soluciones de robótica. Las herramientas de trabajo tales como herramientas de agarre, soldadura o pegado (dependiendo de la aplicación o el proceso donde se utilice) se pueden adaptar de manera sencilla y se pueden gobernar a través de los servoaccionamientos (Drivers). Esquema de un robot cartesiano X Y 11

12 Instituto Schneider Electric de Formación 2.2 Qué desea manipular? Este tipo de robots cartesianos abordan un gran abanico de tareas de automatización tales como la manipulación y montaje de piezas y la reaización de forma fiable, rápida y económica de diversos trabajos. Esto ofrece un potencial de reacionalización enorme, gracias a los sistemas robóticos modulares. 2.3 Componentes generales de un sistema de posicionamiento: Los robots cartesianos constan de una serie de componentes generales que se repiten en todas las concepciones que existen de este tipo de robot. Del acoplamiento de servomotores y controladores de posicionamiento con sistemas de ejes surgen robots cartesianos de gran precisión y rendimiento para la realización de tareas de posicionamiento en uno o varios ejes. Esto ofrece diferentes composiciones. 12

13 Guía aplicativa Robot Cartesiano XY 2.4 Módulos lineales: Los módulos lineales son sistemas mono eje para movimientos en una dimensión. Existen tres modelos, en función del tipo de movimiento lineal que realizan. o En el eje portal se mueve sólo el carro. El cuerpo del eje cubre sin moverse el área de trabajo. o En el eje de extensión se mueve sólo el cuerpo del eje, el cual se introduce en el área de trabajo. o En el eje telescópico el carro y el cuerpo del eje se mueven fuera de la posición compacta de retracción y se introducen en el área de trabajo. Tipos de módulos lineales 13

14 Instituto Schneider Electric de Formación Cada módulo lineal está constituido por diferentes partes, los principales son: Partes generales de un módulo lineal y sección Los módulos lineales poseen una guía interior sin juego, la cual posibilita un diseño compacto que protege contra la suciedad y la influencia de las condiciones ambientales. La guía permite un movimiento silencioso, requiere poco mantenimiento y tiene una vida útil prolongada. Existen dos tipos de guías: Las guías de rodillos o guías de bolas circulantes. Guía de rodillos: La guía de rodillos sin juego está especialmente diseñada para soportar grandes velocidades. Sección de un módulo lineal de guía de rodillos 14

15 Guía aplicativa Robot Cartesiano XY Guía de bolas circulantes: Los módulos lineales que disponen de este tipo de guías supone que el accionamiento es más robusto y resistente a los momentos de inercia y fuerza que genera la carga sobre el carro. Sección de un módulo lineal de guía de bolas Por lo tanto, la elección del tipo de módulo lineal vendrá dado por las exigencias de fuerza y momento de inercia que tiene la aplicación. Datos tipo de fuerzas y Momentos de dos ejes de mismo diámetro pero diferentes guías. También se pueden clasificar los módulos lineales en función del elemento de transmisión de movimiento, este puede ser con correas dentadas o de husillo. Correa dentada: Ofrece una gran fuerza de avance a gran velocidad, dinámicas muy elevadas y carreras útiles mayores que el tipo husillo. Las correas dentadas están hechas de poliuretano con refuerzos de alambre de acero. 15

16 Instituto Schneider Electric de Formación Si el módulo lineal se coloca en la posición horizontal, la correa dentada sólo es responsable de la aceleración, mientras que en la posición vertical, este tiene que absorver, adicionalmente fuerzas gravitacionales. Correa dentada Despiece de módulo lineal de correa dentada Husillo: Los módulos lineales de husillo garantizan una gran fuerza de avance manteniendo una gran rigidez, pero en contraposición a una velocidad más baja, la precisión dependerá del paso del husillo. Husillo Despiece de módulo lineal de husillo 2.5 Motores Su función es la de transmitir el movimiento a la parte mecánica. Adicionalmente, se puede poner un reductor de diferentes reducciones entre el motor y el árbol de transmisión del eje. 16

17 Guía aplicativa Robot Cartesiano XY A la hora de escoger el motor hay que tener en cuenta el momento de accionamiento máximo admitido para el árbol de accionamiento del eje. El tipo de motor elegido lo determinará las prestaciones del tipo de aplicación, tres tipologías de motor generalmente utilizadas son: Servomotor síncrono AC (Alta dinámica y elevado par máximo), Motor DC (Elevado par de retención sin corriente) y Motor paso a paso (Elevado par de parada continua, buenas propiedades de sincronismo y alta resolución de posicionamiento, pero control lazo abierto). o Servomotor síncrono AC: En comparación con otros servomotores de CA, el momento de inercia bajo garantiza valores de aceleración importantes en combinación con la alta capacidad de sobrecarga. Además, disminuye el consumo de energía y la pérdida calorífica que se producen en el motor. El par es determinado por el bobinaje estatórico alimentado por una corriente trifásica sinusoidal en relación con el campo magnético proporcionado por los imanes del rotor. La generación del sistema de corriente trifásico se efectúa en estrecha relación con la posición del rotor en el servomotor. Despiece de las partes de un servomotor AC 17

18 Instituto Schneider Electric de Formación Dichos servomotores llevan integrado un sensor de posición llamado encoder. Los encoders se dividen en incrementales (no guardan la posición cuando se les quita tensión), o absolutos (guardan la posición cuando se les quita tensión). Con la información que nos aporta el encoder se realiza el lazo de corriente, velocidad y posición. 2.6 Interruptores de finales de carrera: Los interruptores de fin de carrera son sensores que funcionan sin entrar en contacto. Es decir, son detectores de proximidad inductivos con los que están equipados todos los módulos lineales y los sistemas de múltiples ejes estándar Los interruptores de fin de carrera se montan junto a los rieles de desplazamiento, exactamente al mismo nivel, y son del tipo "abridor": cuando el carro alcanza el interruptor de fin de carrera, éste se abre y hace que el carro se detenga. Esquema de posicionamiento de los finales de carrera Los interruptores de final de carrera cumplen dos funciones: Delimitar el área de trabajo del módulo lineal y como seguridad (Ejemplo: si en el programa se coloca una posición que sobrepasa el área de trabajo, cuando el carro llegue al final de carrera y este de señal el movimiento parará porque ha llegado al final de carrera). 18

19 Guía aplicativa Robot Cartesiano XY Hay una tercera función en la que se pueden utilizar, que es la señal para realizar el viaje de referencia (homing). Existe la posibilidad de poner otro final de carrera, llamado Final de carrera de referencia, que se utiliza para indicar el punto donde se desea que el sistema tome como 0. También se pueden encontrar otros dos finales de carrera de emergencia (generalmente electromecánicos) colocados de la zona de seguridad, si el carro lo pisa, corta directamente la potencia del servomotor. 2.7 Sistemas de múltiples ejes: Los sistemas de múltiples ejes se componen de módulos lineales y se diferencian según el tipo, tamaño y disposición de los ejes combinados. Pueden estar equipados, según las necesidades, con herramientas de agarre y de proceso y pueden funcionar autónomamente o incorporados a una línea de montaje o de producción. Los sistemas de 2 y 3 ejes se diferencian, según el área en: posicionadores lineales, en robots lineales, en robots portales o en robots portales de pared. Posicionador lineal: El posicionador lineal se encuentra encima o debajo del área de trabajo. Trabaja en dirección x/z y está diseñado especialmente para el transporte dinámico de cargas en trayectos de recorrido corto en dirección z. Robot lineal: El robot lineal se encuentra junto al área de trabajo y está diseñado para transportar cargas a gran velocidad de avance en trayectos de recorrido corto. Robot portal: El robot portal está situado encima del área de trabajo para ahorrar espacio y está diseñado para transportar cargas en trayectos de recorrido largos. 19

20 Instituto Schneider Electric de Formación Robot portal de pared: El robot portal de pared está situado junto al área de trabajo y está diseñado para el transporte en superficies verticales. Ampliando la carcasa, con cubiertas de protección adicionales y puertas aseguradas, se puede convertir en una unidad de manejo autónomo. Descripción de las áreas de trabajo de los diferentes sistemas multieje. 20

21 3. Robot cartesiano XY 3.1 Descripción: El robot cartesiano XY es un sistema de posicionamiento sobre un plano X-Y, basado en dos ejes de portal accionados por servomotores. El control de la potencia de los servos se realiza a través de dos controladores (Drivers) del tipo Lexium 05 de la marca Schneider Electric. La programación de las tareas de posicionamiento se realiza a través de una interpoladora de ejes Lexium Controller que realizará el control de todo el sistema, con la posibilidad de definir las trayectorias. El esquema de bloques del sistema es el siguiente: PC Lexium Controller Ethernet Entradas /Salidas cableadas Motion bus Lexium 05 Lexium 05 Botonera Servomotor Servomotor Eje X Eje Y Esquema de los elementos principales Robot Cartesiano XY 21

22 3.2 Áreas de trabajo: Dentro del equipo se definen tres zonas de trabajo: Área de producción: Es el área donde se realiza los movimientos de posicionado. Área eléctrica: Es la zona donde están colocados todos los elementos eléctricos y de control. Área de mando o supervisión: Es aquella donde se el operario de la maquina podrá dar los permisos de Marcha, Paro del sistema y activar la inhabilitación de la potencia en el caso que se haya producido una emergencia. Area de Producción Area de Mando o Supervisión Area eléctrica Áreas de trabajo del Robot Cartesiano XY 22

23 3.3 Composición: El robot cartesiano XY está compuesto por diferentes elementos que conforman este sistema de posicionado multieje. La descripción de la tarea de estos elementos y sus características técnicas principales son tratados a continuación. Para más información de este y otros Equipos Didácticos consulte con el Instituto Schneider Electric de Formación Bac de Roda, 52 edificio A-1ª planta Barcelona Tel: Fax: Isef.info@es.schneider-electric.com 23