Jak zweryfikować pracę robotyka?

W czasie automatyzacji procesów produkcyjnych istotnym elementem jest robot. Często wzbudza on największe niepewności dotyczące jego odpowiedniego zaprogramowania. Robotyzacja dla wielu wydaje się bardzo trudnym zadaniem, które wymaga szerokiej wiedzy. W tym artykule chciałabym podzielić się kilkoma radami, jak osoby odpowiedzialne za projekt, nie znające się na robotach przemysłowych, mogłyby zweryfikować prace wykonywane przez programistów robotów. Z drugiej strony mam nadzieję, że pomoże on także samym programistom, sprawdzać czy nie zapomnieli o którymś z elementów.

Całość zagadnienia jest bardzo obszerna. Każdy z wymienionych poniżej punktów można by rozpisać na wiele etapów. Tak więc jestem pewna, że ten artykuł nie wyczerpie całości zagadnienia. Głównym celem jest jednak kompaktowe wyposażenie project menagerów w podstawowe informacje, ułatwiające prace i komunikację z programistami.

Prace nad stacją automatyczną, w której pracuje robot przemysłowy to bardzo kompleksowy proces. Moje sugestie podzieliłam na poszczególne etapy.

Założenia i pierwsze symulacje stacji

Pierwszą i najbardziej istotną sprawą, która pojawia się już na etapie analizy kosztów przyszłej stacji, jest odpowiedni dobór robota. Do tego celu należy jak najbardziej dokładnie i wszechstronnie określić jego otoczenie i zadanie jakiemu będzie służyć. Do najbardziej istnych elementów, które trzeba wziąć pod uwagę należą:

1. Udźwig: należy określić położenie środka ciężkości oraz wagę całego układu, jaki robot będzie dźwigać (np. chwytak wraz z przenoszoną częścią). Do tych danych najlepiej dodać kilkanaście procent, w ramach bezpieczeństwa i porównać je z tabelami producenta pokazującymi rozkład środka ciężkości.
2. Zasięg: do określenia odpowiedniej wielkości robota należy wziąć pod uwagę zarówno punkty w przestrzeni daleko oddalone od robota, jak i te które są bardzo blisko.  Warto też sprawdzić, czy orientacja z jaką robot będzie musiał wykonywać trajektorie jest osiągalna (np. kąt nakładania kleju lub położenia spawu).
3. Specyfika i warunki pracy: przy procesach, które odbywają się w trudniejszych środowiskach (np. duża wilgotność, wysoka temperatura) lub które powodują powstawanie np. pyłów, warto skonsultować się z producentem odnośnie wersji robota. Czasem też wystarczy doposażyć go w specjalne okrycie, izolujące go od warunków środowiskowych.
4. Prędkości w cyklu: specyfika niektórych procesów może wymuszać zastanowienie się nad doborem robota, także pod kątem jego możliwości szybkiej pracy. Warto na to zwrócić uwagę szczególnie przy szybkich cyklach produkcyjnych.

Wymienione kryteria to tylko podstawy do dokładnego wybrania modelu robota. Niemniej warto zweryfikować, czy każdy z nich został odpowiednio przemyślany.

Projektowanie stacji

Kolejnym etapem jest szczegółowe projektowanie całej stacji. Na tym etapie konieczna jest ścisła współpraca kilku działów. Zazwyczaj rozpoczyna się od rozmieszczenia maszyn i urządzeń niezbędnych do wykonania procesu, aby ustalić:

1. dokładne dobranie pozycji robota:
   1. unikanie osobliwości: roboty ze względu na swoją budowę mają punkty, które pomimo, że występują w obszarze zasięgu, posiadają nieskończona liczbę rozwiązań matematycznych; powoduje to, że w czasie pracy nie będzie można wykonać do nich dojazdów liniowych. Robotyk na symulacji powinien upewnić się, że obsługa maszyn nie będzie wymagała przejazdu przez takie punkty.
   2. optymalizowanie rozmieszczenia maszyn, które pozwoli skrócić czasy cyklu oraz dostosować stację pod modyfikacje lub rozbudowę. Najlepiej wypróbować kilka konfiguracji i przetestować je w wirtualnym środowisku.

b. Element wykonawczy na kiści:

1. 1. 1. Kołkowanie każdego elementu zakładanego na kiść robota: w dokumentacjach do danego typu robota jest określone pasowanie oraz rozstaw i wielkość kołków; bezwzględnie należy się do tego stosować ? wtedy demontaż tego elementu nie będzie powodował konieczności ponownego przeuczania punktów.
      2. Montaż pod kątem: często w celu uniknięcia osobliwości na stacji wystarczy zmienić kąt montażu chwytaka o 7-10^o;
      3. Kalibracja robota: niektóre typy robotów mają znaczniki pozycji kalibracyjnych umieszczone na płaszczyźnie flanszy; należy wtedy brać pod uwagę przeniesienie ich na element wykonawczy. Dobrze jest też przeanalizować możliwości ustawienia robota w pozycji kalibracyjnej i w miarę możliwości takie zaplanowanie stacji by było to osiągalne bez demontażu narzędzi.
      4. Dodatkowe osprzęty: warto przemyśleć na tym etapie mocowanie odpowiedniego elementu do przeuczania TCP, jego dobre umiejscowienie w przyszłości ułatwi programowanie trajektorii robota. W naszej firmie stosuje się zazwyczaj otwory gwintowane, w które wkręcamy odpowiedniej długości zaostrzone piny).

Należy też przemyśleć prowadzenie przewodów z mediami niezbędnymi dla robota (często poszerzają one wymagane przez robota miejsce pracy).

Pamiętajmy, że etap projektowania to również projekt elektryczny oraz blisko z nim związany ? projekt bezpieczeństwa. Najczęściej powtarzającym się błędem instalacji bezpieczeństwa na stacjach, to brak warunków do programowania robota. Na każdym robocie jest odpowiedni tryb pracy ręcznej, który musi być dostępny przy otwartych drzwiach wejściowych do stacji. Dodatkowo należy przeanalizować media niezbędne do poprawnego przeuczania robota: może się zdarzyć, że niezbędne jest sprężone powietrze (np. w celu ustabilizowania pozycji produktu). Pamiętajmy, żeby nigdy nie dopuszczać do sytuacji, gdzie taka procedura nie jest przewidziana.

Programowanie robota offline

Modele przygotowane na etapie projektowania warto wykorzystać do stworzenia symulacji. Pozwoli ona na wykrycie ewentualnych problemów jeszcze na etapie, gdy projekt jest tylko w wersji wirtualnej oraz pomoże w opracowaniu programów robota.

Projektowanie programów:

1. TCP oraz układy współrzędnych: dobrą praktyką jest zaplanowanie co najmniej jednego punktu definiującego narzędzie (tzw. Tool Center Point) oraz wykonanie oddzielnych układów współrzędnych dla każdego z etapów pracy robota (np. pobieranie i odkładanie) lub dla każdego typu; znacznie ułatwia to późniejsze przeniesienie wirtualnych trajektorii na rzeczywiste obiekty.
2. Pisanie optymalnego kodu:
   1. Wykorzystywanie funkcji wszędzie tam, gdzie kod programu się powtarza lub poprawi to jego czytelność.
   2. Uszablonowanie programu robota (np. wykorzystywanie jednej struktury logiki do zarządzania programem oraz różnymi typami występującymi na stacji).
   3. Wykorzystywanie opisowych i znaczących nazw zmiennych oraz sygnałów.
   4. Jeśli w zakładzie już pracują roboty przemysłowe, to w miarę możliwości napisanie programów na ich podstawie. Znacznie ułatwia to późniejszą pracę utrzymania ruchu.

c. Optymalna trajektoria:

1. 1. 1. wykorzystanie ruchów point ? to ? point (PTP) do jak największej ilości przejazdów; przejazdy w ruchach liniowych wyłącznie tam, gdzie są niezbędne (np. linia prosta spawu, wjazd chwytakiem w mocowanie itd.)
      2. używanie zaokrągleń ? ?kwadratowe? ruchy to duża strata czasowa oraz przyspieszone serwisy
      3. wykorzystywanie offsetów (wektorów przesunięcia) jako punktów dojazdowych (dużo mniej punktów do przeuczenia w razie zmian
      4. zaplanowanie automatycznego powrotu do pozycji początkowej ? niezbędne w sprawnej obsłudze stacji
      5. dodanie trajektorii serwisowych do często wykonywanych czynności np. trajektoria do zmiany chwytaka przy przezbrojeniu produkcji na inny typ

Przygotowanie stacji i testy

Po złożeniu mechanicznym stacji, wykonaniu całej instalacji elektrycznej można przejść do etapu łączenia w całość wszystkich elementów wraz z przygotowanymi programami PLC i robota.

Ważnym elementem jest prawidłowe pierwsze uruchomienie robota:

1. Sprawdzenie pary robot ? szafa elektryczna: przy większej ilości robotów należy upewnić się, że szafa elektryczna należy do danej jednostki mechanicznej. Nie należy też załączać szaf elektrycznych robotów bez podłączonych do nich ramion mechanicznych.
2. Sprawdzenie poprawności działania systemu operacyjnego, zainstalowanych pakietów aplikacji, panelu robota oraz jednostki mechanicznej (brak wycieków, brak nieprawidłowych dźwięków w czasie poruszania osiami).
3. Kalibracja / sprawdzenie pozycji zerowych (uwaga: przy robotach KUKA najlepiej mieć dedykowany przyrząd, który pozwoli jednoznacznie skalibrować robota).
4. Zgrubne sprawdzenie zasięgów pracy: warto przed ostatecznym zakotwieniem robota sprawdzić, czy rzeczywistość pokrywa się z założeniami konstrukcyjnymi (najczęściej stosujemy tymczasowe zabezpieczenie, tak żeby nie doprowadzić do upadku robota, ale móc zgrubnie sprawdzić dojazdy).

Kolejny etap to wykonywanie testów uruchomieniowych na wgranych programach. W najbardziej idealnej sytuacji należy przeuczyć TCP oraz układy współrzędnych, które zostały określone w symulacji, po tych czynnościach trajektoria robota powinna być gotowa. Niestety różnego typu niedoskonałości powodują, że nie zawsze jest to aż tak proste.

Warto na tym etapie stworzyć listę kontrolnych procedur, jak stacja powinna reagować na pewne zakłócenia cyklu: np. co powinno się stać po wbiciu przycisku awaryjnego/ przecięciu kurtyn? Jak są obsługiwane błędy np. brak ciśnienia powietrza, czy nieosiągnięcie w zadanym czasie pozycji na siłowniku? Takie tabele pozwolą nie tylko na łatwiejszą weryfikację wykonanych zmian, ale też będą gotowe, gdy stację trzeba będzie uruchomić u klienta.

Przy testowaniu trajektorii ważnym elementem jest stopniowe zwiększania prędkości robota. Naszym zaleceniem jest najpierw wykonanie wszystkich ruchów w trybie ręcznym, z każdym cyklem zwiększając prędkość pracy robota. Następnie można rozpocząć testy w trybie automatycznym stacji ? ale i tutaj zalecamy wykonanie testów od bardzo małych prędkości, stopniowo dochodząc do 100%. Daje to ewentualny czas na reakcję i zatrzymanie stacji, jeśli występują jakieś nieprzewidziane w programie zdarzenia.

Uruchomienie stacji w pełnym trybie automatycznym u klienta końcowego zazwyczaj kończy proces automatyzacji. Tutaj ważnym jest zrobienie ostatecznych kopii programów (tzw. ?backapy?), wydrukowanie ewentualnych raportów ustawień bezpieczeństwa, a jeśli to możliwe ? wykonanie obrazów dysków.

Przedstawione tutaj wybrane punkty mogą być pomocne przy wdrażaniu robotów. Oczywiście w żadnym stopniu nie jest to pełna wiedza odnośnie przygotowania programów. Z naszego doświadczenia wynika jednak, że im gruntowniej przemyślany i przeanalizowany początek projektu, tym łatwiejsza implementacja całej maszyny.

ROBOTYCY.COM