1

Automaták, robotok

2

A) Automatizálás

1. Szerelő automaták

2. Automaták csoportosítása

3. Az automatizálás előfeltételei

3

Szerelő automaták

Az automatizált szerelés eszköz oldaláról tekintve, annak meghatározó eleme a végrehajtásban az automata szerelőgép.

Automata: az a szerszámgép, amely egy munkadarab elkészítésének teljes folyamata alatt a fő-, mellék- és segédmozgásokat önműködően végzi el.

Félautomata: önműködő folyamattal dolgozik ugyan, de az egyes munkaciklusok megismétléséhez emberi beavatkozásra van szükség (pl. munkadarabcserére).Segédmozgások: (sebesség- és irányváltás, szerszámcsere, anyagadagolás) gyorsítottak

Szerelőgép:

• gyakorlatban nem a teljes feladatot megoldó, (nem az egészre kiterjedő) csak a jellegzetes műveletek, műveletsorozatok automatizálását végzi és a folyamatos szerelősorba illesztik.

• egyedi eljárással előállított célgépnek tekinthető

(az esetek döntő többségében)

• költsége nagyon magas (csökkenthető, ha rugalmassá tesszük)

4

Az automatizált szerelőgépeket különböző szempontok szerint csoportosíthatjuk.

a) A munkadarabtartó továbbításának módja szerint:

- egyenes-,

- körasztalos-,

- több körpályás-,

- konvejoros továbbítási rendszerek.

b) A szerelendő egységek és a szerelő szerszámok relatív mozgása szerint:

- álló- és

- mozgó szerszámhelyes szerelőgépek.

c) A vezérlő berendezések jellege szerint:

- mechanikus,

- pneumatikus,

- elektropneumatikus,

- elektrohidraulikus,

- elektronikus,

- kombinált vezérlések.

Az automatizált szerelőgépek csoportosítása

5

d) A vezérlési rendszerek szerint:

- merev programú

- teljesen mechanikus, zavar esetén program megszakítása, az ember feltárja a hibát, elhárítja és újraindítja a gépet

(pillanatkapcsolós rendszerű)

- kétutas, műveleti egységek párhuzamos építése, átváltók segítségével a hibás oldal javítható

- hibrid rendszerű, mechanikus végrehajtószervek egy részének helyettesítése elektromos illetve pneumatikus

elemekkel

- rugalmas programú

- off-line üzemmódú, számítógép és szerelőautomata között nincs közvetlen kapcsolat

- on-line üzemmódú, számítógép és szerelőautomata közötti közvetlen kapcsolat eredményeként a programot a számítógép menetközbe is módosíthatja

Az automatizált szerelőgépek csoportosítása

Az automatákat az orsó száma és helyzete, vagy a

megmunkáló mozgások jellege szerint is rendszerezhetjük:

- egyorsós, - vízszintes,

- többorsós, - függőleges.

6

A szerelés automatizálásának előfeltételei I.a) Gazdaságos alkalmazási lehetőség:

- a megfelelően nagy darabszám,

- munkaerőhiány,

- a szerelendő gyártmány konstrukciójának stabilitása

hosszú termékváltási idő

- a beépítésre kerülő alkatrészek, egységek megfelelő ill. gazdaságosan

biztosítható minősége (felületminőség, méret- és alakhűség).

b) Automatizálásra alkalmas szerkezeti kialakítás:

- szerelési egységek bonthatósága,

- alkatrészek automatikus rendezésének, tájolásának lehetősége,

szerelendő alkatrészek alakja (méret, súly, szimmetria, központosítási

lehetőség, stb).

c) Gyártási tapasztalatok:

- adatgyűjtés,

- műveletek bonthatósága egyszerű mozdulatokra,

- szerelhetőség szempontjából alkalmas műveleti sorrend,

- ellenőrzés beiktatása a selejtképződési lehetőségekhez.

7

A szerelés automatizálásának előfeltételei II.

d) Szerelőgép tervezési és gyártási lehetősége:

- teljes részletességgel kidolgozott technológia,

- egyedi tervezés és gyártás,

- széles körű kooperáció a tervezésben és gyártásban,

- tervezés és gyártás átfutási idejének rövidnek kell lennie,

- a gép (automata) átállíthatóságának lehetősége és a gyors szerszámcsere

e) Üzemeltetési és karbantarthatósági lehetőség:

- jól képzett kezelő és karbantartó személyzet,

- zavartalan tartalékalkatrész ellátás,

- minimális kiesési idő.

f) Beruházási keret

g) Jól megszervezett alkatrészellátás:

- anyagszállítás,

- raktározás.

8

A szerelés automatizálásának előfeltételei III.

A szerelőberendezés gazdaságossága:

A gazdaságosság megítélésekor elemezni kell a berendezés teljes gyártási és üzemeltetési időszakát. A költség-idő függvényét tekintve három szakaszt különböztethetünk meg:

- befektetési szakasz,

- megtérülési szakasz,

- nyereséges szakasz.

A beruházási időtartam és a költségek csökkentésének eszköze a szerelés rendszerének és a helyes alternatívának megválasztása, valamint a típusmegoldások és modulegységek széles körű alkalmazása.

9

B) ROBOTIZÁLÁS

1. Robotok csoportosítása1.1. A robotok fogalma1.2. Az ipari robotok osztályozása1.3. Ipari robotok kiképzés (építési mód) szerinti osztályozása

2. Ipari robotok alkalmazása a szerelésben2.1. A szerelőrobotokra vonatkozó általános követelmények2.2. A szerelőrobotok legfontosabb tulajdonságai2.3. robotprogramozás és vezérlés

3. Ipari robotok programozása

10

B) Robotizálás a szerelésben

Tartalom

1. Robotok csoportosítása

- robotok fogalma

- ipari robot fogalma

- osztályozásuk

- kiképzés szerinti osztályozása

2.Ipari robotok alkalmazása

- általános követelmények

- legfontosabb tulajdonságai

3. Robotprogramoz-ás és vezérlése

- egyszerű fizikai beállítás

- betanításos módszer

- magasszintű programozás

- off-line programozás

11

Robotizálás a szerelésben

1.1. A robot fogalma

A robot

A Japán Ipari Szabvány (Japanise Industrial Standars) szerint a robot egy olyan mechanikus rendszer, amely az élő szervezetek mozgásfunkcióival analóg rugalmas mozgásfunkciókkal rendelkezik, vagy az ilyen funkciókat intelligens funkciókkal kombinálja és amely az emberi akaratnak megfelelően cselekszik. Az intelligens funkciók az ítéletalkotás, a felismerés, az adaptáció vagy tanulás elvégzésének képességét jelentik.

Az ipari robot

A Brit Robottechnikai Egyesület (British Robot Assotiation) szerint az ipari robotok olyan átprogramozható készülékek, melyeket alkatrészek, szerszámok manipulálására vagy szállítására, illetőleg különféle beprogramozott mozgásokkal meghatározott gyártási feladatok végrehajtására terveztek.

1. Robotok csoportosítása

12

Robotizálás a szerelésben

Ipari robot: az általánosan alkalmazott, több tengely mentén elmozdulást lehetővé tevő automaták amelyeknél

az egyes mozgások,

a helyzetbeállítási sorrend

az elmozdulási útszakaszok illetve szögelfordulások

szabadon programozhatók és valamilyen mérőrendszer

alkalmazásával szabályozottak.

Az ipari robotokra különféle

- megfogószerkezetek

- szerszámok

- vagy más gyártóeszközök is felszerelhetők.

1. Robotok csoportosítása

13

Ipari robotok osztályozása I.

Az iparban alkalmazott robotok osztályozása a kialakítások sokfélesége és az értelmezések különbözősége miatt nagyon sok szempont szerint történhet. Például alkalmazási terület, vezérlés, működési mód és szerkezeti felépítés szerinti csoportosítása.

A Japán Ipari Robottechnikai Egyesület (JIRA) az ipari robotok öt különböző szintjét határozta meg:

1. emberek által közvetlenül vezérelhető manipulátorok

2. szekvenciális robotok (előre rögzített mozgássor végzése)

- fix műveleti sorrend szerint működő

- változó műveleti sorrend szerint működő

3. visszajátszó robotok (betanított utasítások végrehajtása)

4. NC robotok (numerikusan tárolt információk végrehajtása)

5. intelligens robotok, amelyek valós idejű műveletek végrehajtására saját, érzékelőkre alapozott vezérlőrendszerrel rendelkeznek

14

Ipari robotok osztályozása II.

Általános a szoftver eszközökkel programozhatóság robotok fokozatos fejlesztésüknek megfelelően generációkba sorolhatók.

1. első generációs robotok:

A memóriájukban tárolt programnak megfelelően a működési ciklushoz tartozó mozgás egyszerű ismétlésére alkalmasak.

A környezettől érkező jelek csupán indítási, reteszelési illetve védelmi célokat szolgálnak.

2. második generációs robotok:

Az érzékelők visszacsatolt jelei alapján az információk gyors feldolgozására képes vezérlőegység a környezetükben lezajlott változásoknak megfelelően, célra orientált utasításokat ad a végrehajtó szerveknek.

3. harmadik generációs robotok:

Alak- és helyzetfelismerő képességük és mesterséges intelligenciájuk képessé teszi őket a döntésre és problémamegoldásra.

15

Ipari robotok kiképzés szerinti osztályozása I.

A térben egy tetszés szerinti pont eléréséhez legalább

három egymástól független mozgásirány (szabadságfok)

szükséges.

További három szabadságfokot igényel a robot által tartott munkadarab (szerszám) tájolása, azaz helyzetének térbeli beállítása.

A tér pontjainak eléréséhez szükséges

(kar-) mozgásokat főmozgásoknak,

a tájoló (csukló-) mozgásokat pedig mellékmozgásoknak nevezik.

A főmozgások lehetnek egyenes vonalú (transzlációs), vagy

forgó (rotációs) mozgások,

míg a mellékmozgások minden esetben forgó mozgások.

16

Ipari robotok kiképzés szerinti osztályozása II.

A karrendszer jellegét és ezzel összefüggésben alkalmazási lehetőségét a főmozgások lehetséges mozgásiránya (koordinátarendszere) alapvetően meghatározza. Attól függően, hogy a főmozgások közül mennyi a transzlációs és a rotációs mozgás, megkülönböztetnek:

derékszögű (Descartes) koordináta-rendszerű, (a) henger koordináta-rendszerű, (b) gömb koordináta-rendszerű, (c) csuklókaros (Humanoid) koordináta-rendszerű robotokat. (d)

A jellegzetes kinematikai láncok néhány jellemzőjét tartalmazza a következő ábra (mozgásirányok, munkatér, kinematikai lánc, példák).

17

Ipari robotok kiképzés szerinti osztályozása III.

3T+3R

2T+1R+3R

1T+2R+3R 3R+3R

derékszögű (Descartes) koordináta-rendszerű, (a)

henger koordináta-rend-szerű, (b)

(a)(b)

gömb koordináta-rend-szerű, (c)

(c)

csuklókaros (Humanoid) koordináta-rendszerű (d)

(d)

18

Ipari robotok alkalmazása a szerelésben

Az ipari robotokat két nagy csoportba sorolhatjuk:

technológiai műveleteket végző,

anyagmozgató műveleteket végző.

A szerelőrendszerekben alkalmazott ipari robotokkal szemben támasztott követelmények meghatározása szempontjából mértékadó elemi műveletek:

az alkatrész-hozzávezetés (tárolás) módja,

az alkatrészmegfogás,

a megközelítés,

az összeillesztés,

kötés megvalósítása.

19

A szerelőrobotokra vonatkozó általános követelmények

 legalább 5 szabadságfokú, nagy és kis sebességű folyamatos mozgásra egyaránt alkalmas végrehajtó mechanizmus,

útmérő-rendszerének felbontóképessége min. 0.1 mm legyen,

 kiképzése kellő merevséget biztosítson (néhányszor 10 N erőhatás a beállási pontosságot ne befolyásolja),

a csukló kialakítása:

- legyen kioldhatóan rugalmas-merev,

- tegye lehetővé a megfogók (szerszámok) cseréjét,

- rendelkezzék beépített erő, nyomaték ill. érintkezéses érzékelőkkel,

programozás és vezérlés:

- legyen képes a betanított program egyszerű ismétlésére,

- érzékelők jelei alapján a mozgás pályáját képes legyen megváltoztatni,

- legyen lehetőség a mozgási program külső jelektől függő logikai  sorrendjének magas szintű betanítására.

20

A szerelőrobotok legfontosabb tulajdonságai I.

Az előző fejezetben ismertetett követelményeknek megfelelően, elsősorban szerelésre kialakított ipari robotok jellemző tulajdonságai a sikeres szerelést nagymértékben elősegítik:

kis pozicionálási (=0.1 mm) és orientációs (=0.05 mm) hiba,

 viszonylag nagyszámú input/output jel kezelése, mely lehetőséget nyújt arra, hogy a robotprogramból különböző programozható berendezéseket vezérelni lehessen,

 valós idejű visszacsatolt jelek feldolgozási képessége

- erőmérés a befogószerkezetben,

- optikai megfigyelés,

- csúszás- és nyomatékérzékelés,

- párhuzamos adatfeldolgozási lehetőség,

21

A szerelőrobotok legfontosabb tulajdonságai II.

gyors, rezgésmentes mozgás,

 pályavezérlés (bár bizonyos egyszerű feladatok esetén pontvezérlésű robotok is megfelelnek),

nagyteljesítményű, magasszintű, moduláris programnyelv, ami lehetővé teszi paraméterezett szubrutinok megírását és nem csak vezérlőszekrényen végzett betanító jellegű programozást,

csatolási lehetőségek más berendezések felé (számítógépekhez, robotokhoz, programozható alkatrészpozicionáló és tájoló-készülékekhez szabványos adatátviteli vonalakon keresztül.

22

Robotprogramozás és vezérlés I.

A robotprogramnak tartalmaznia kell azokat az utasításokat, amelyek alapján a vezérlés meg tudja valósítani a manipulátor mozgatását, külső egységek működtetését, szenzorok jeleinek szabályozását, stb. Az elemek, modulok kapcsolatát mutatja be az alábbi ábra.

A robotvezérlés operációs rendszere hasonló feladatokat lát el, mint a személyi számítógépeké (pl. DOS rendszerek az IBM PC gépeken). Kiegészítve azzal, hogy alkalmas utasításokat tartalmaz a különböző pontok felvételére is.

A robotprogram interpreter, vagy compiler alatt futhat (az előbbire a VAL nyelv, az utóbbira az MCL a példa).

23

Robotprogramozás és vezérlés II.

KÜLSŐPERIFÉRIÁK

ÉRZÉKELŐKADATAI

OPERÁCIÓSRENDSZER

PROGRAMVÉGREHAJTÁS

PROGRAMSZERKESZTÉS

ROBOTMANIPULÁTOR

PROGRAMNYELV

BETANÍTÓEGYSÉG

pozíciók

tevékenységszekvencia

logika

ROBOTVEZÉRLŐ

Külső folyamatirányítószámítógép

OPERÁCIÓS RENDSZERPARANCS

24

Ipari robotok programozása I.

Az iparban alkalmazott robotok programozásának több módja van, attól függően, milyen feladat megoldására fejlesztették ki az adott robottípust. A megoldandó feladat bonyolultsági foka, bizonyos gazdasági megfontolások és a tudományos fejlődés hozta létre az alábbi robotprogramozási módszereket.

1. Egyszerű fizikai beállítás

A roboton, vagy környezetében elhelyezett ütközők, végállás kapcsolók, stb. határozzák meg a végrehajtandó programot. A legtöbb esetben ezek a robotok kizárólag egyszerű megfogási és darab mozgatási műveletekre alkalmasak, bár rendkívül jó hatásfokkal működhetnek akkor, ha például szerelőgépeken, szerszámgépeken szerszámok és alkatrészek cseréjére alkalmazzák.

25

Ipari robotok programozása II.

2. Betanításos módszer

A gépkezelő a robotvezérléshez csatlakoztatott kézi kezelőről irányítva végigviszi a robotot az összes kívánt helyzeten (programozott ponton). Ebben az esetben a robotkart mint háromdimenziós digitalizáló eszközt használják és fizikailag végigviszik az összes kívánt mozgáson. A digitalizált pontokat tárolják, s a későbbiekben a vezérlés visszaemlékszik mindazokra a pozíciókra és kézorientációs vektorra, amelyen keresztül a robotkart végigmozgatták. E módszerrel matematikailag nehezen definiálható bonyolult háromdimenziós mozgáspályát is végig tud járni a robot. Tipikus alkalmazási területei a festékszórás, az ívhegesztés és a munkadarab ellenőrzés.

26

Ipari robotok programozása III.

3. Magas szintű robotprogramozási nyelvek

Ebbe a csoportba tartoznak olyan robotprogramozási nyelvek tartoznak, amelyek elősegítik, hogy a gépkezelő nyelvezetéhez idomuljon a programozás nyelvezete (az Unimation cég VAL, az IBM cég (AML, a DEA cég HELP vagy a BOSCH cég BAPS programnyelvei). A robotprogramok íly módon a robottól függetlenül egy külön számítógépen is generálhatók, majd a vezérlés adatátviteli vonalán keresztül a robot vezérlésébe betölthetők.

27

Ipari robotok programozása IV.

4. Az off-line programozás a "külvilág modellezésé"-vel

Az off-line programozás leíró programnyelv formájában, vagy modell jellegű formában lehetséges. A leíró programozás mozgásokhoz kapcsolódó utasításokat tartalmaz, míg a "külvilág modellezése" a programozó számára olyan lehetőséget nyújt, hogy a szoftver környezet segítségével leírhatja az anyagmozgatási feladatot a feladattal járó problémákkal együtt. Ez utóbbi módszer kétségtelen előnye, hogy a mozgatni kívánt tárgyat az adatbázisban csak egyszer kell leírni és tárolni. A "külvilág modell" ugyanis változatlan marad még a termelési folyamat megváltozása esetén is. Az ilyen rendszerek fejlesztése jelenleg is folyamatban van, viszonylag kevés működik, de igen nagy jelentőséggel bír különösen a szerelőiparban.