Priemyselný robot je súčasťou robotického systému použitého na výrobu rôznych dielcov. Takýto robot je autonómny, programovateľný a schopný pohybu v troch alebo viacerých osiach. Robot sa používa na stereotypnú a opakovateľnú prácu, pri ktorej by človek nebol naplno využitý. Typická aplikácia týchto robotov zahrňuje zváranie, striekanie, manipuláciu, montáž atď. Priemyselné roboty a automatizácia výroby priniesli mnoho benefitov pre priemysel, pričom jedným z najdôležitejších je zvýšenie efektivity procesov. Roboty dokážu pracovať s vyššou rýchlosťou ako manuálne pracujúci človek. Ak je robot správne naprogramovaný, dokáže pracovať bez prestávky a tým masívne zvýši produkciu a zníži množstvo nepodarených výrobkov [1]. Aj keď je prvotná investícia vysoká, dokážu túto investíciu obrátiť na zisk v pomerne krátkom čase. Vďaka efektivite, konzistentnosti a znižovaniu ceny výroby si získavajú obľubu u výrobcov dielov pre rôzne oblasti priemyslu. Trh priemyselných robotov je veľký a stále rastie, predovšetkým v menej vyspelých krajinách. Technológie sa stále menia, preto je ťažké udržať krok s rýchlo sa meniacimi zmenami v tejto oblasti [2], [3]. Najväčší podiel na trhu s robotmi má Čína, Japonsko, Južná Kórea, USA a Nemecko.
V rámci Katedry robotiky využívame na montážne činnosti robot firmy Motoman Yaskawa SDA 10F. Je to dvojramenný robot, ktorý má 15 rotačných kĺbov – 7 kĺbov na jednu ruku a jednu os otáčania celej základne. Má vysokú obratnosť a voľnosť pohybu na malom pôdoryse. Vďaka obratnosti a veľkému počtu kĺbov sa najčastejšie používa na montáž, manipuláciu, obsluhu strojov, balenie alebo iné práce, ktoré prevažne vykonávajú ľudia [4].
Jeho základne parametre sú v tab. 1.
| názov | parametre |
| hmotnosť | 220 kg |
| nosnosť | 2 x 10 kg |
| horizontálny/vertikálny dosah | 720/1 440 mm |
| rýchlosť | 130 – 400°/s |
| opakovateľnosť polohovania | ±0,1 mm |
Tab. 1 Parametre robota SDA 10F [5]
Aktuálny stav na pracovisku
V súčasnosti sa robot SDA 10F využíva predovšetkým na ukážky návštevám a v procese výučby. Študenti sa na robote učili vytvoriť program, pri ktorom bolo nutné súčasne využívať v manipulačnom procese dve ramená osadené elektrickými chápadlami. Použité chápadlá sú od firmy Schunk. Prvé chápadlo je model PG 70 vybavený dvoma prstami pohybujúcimi sa paralelne [6]. Druhé chápadlo má označenie EZN 64 a využíva tri prsty vzájomne pootočené o 120° [7]. Dvojprstové chápadlo je vhodné na prichytávanie nerotačných, prípadne rotačných objektov za vonkajšiu plochu. Trojprstové chápadlo je určené na prichytávanie objektov za vnútornú kruhovú dieru, kde možno využiť schopnosť centrovania objektu manipulácie. Na obr. 1 je zobrazené súčasné pracovisko s robotom SDA 10F, dvojicou chápadiel a šikmým zásobníkom dielov, ktorý využíva gravitáciu na polohovanie rúrok s rozmermi 50 x 100 mm [8].
Väčšina študentov stredných škôl, ako aj domáce a zahraničné návštevy, ktoré prichádzajú do priestorov Ústavu automatizácie, mechatroniky, robotiky a výrobnej techniky SjF Technickej univerzity v Košiciach, nepoznajú logo našej univerzity. Preto sme použili toto logo ako podklad na vytvorenie dvoch prípravkov na ukladanie dielov. Ide o integrovanie loga do pracovného prostredia robota a zároveň sa logo dostane do povedomia študentov. Pomôže to aj pri exkurziách alebo pri ukážke študentom, ktorých zaujíma odbor robotiky, kde pracuje dvojramenný robot pri vykonávaní rôznych činností.
Návrh robotizovaného pracoviska
Keďže bol daný robot už naprogramovaný na úkon, pri ktorom presúva valčeky po naklonenej rovine v nekonečnej slučke (obr. 1), nebudeme do tohto programu zasahovať. Snažíme sa ho zachovať, aby bol stále funkčný v prípade použitia na názornú ukážku. Z tohto dôvodu sme vymedzili novu pracovnú plochu, kde bude realizovaný navrhovaný manipulačný proces. Nová pracovná plocha ma rozmer 400 x 700 mm a nachádza sa na pravej strane ukotveného robota. To znamená, že ak chceme realizovať programovanie a ukážku práce robota, treba robot presunúť do novej východiskovej polohy podľa obr. 2, a to rotáciou trupu robota o 90° v smere hodinových ručičiek.
Na novu pracovnú plochu bolo nutné navrhnúť a vyrobiť pracovný stôl, ktorého výška od zeme je 560 mm, rozmery stola sú 390 x 690 mm. Stôl je vyrobený zo systémových hliníkových profilov Bosch 50 x 50 mm. Na vrchnej strane stola je biela laminovaná doska s hrúbkou 16 mm, do ktorej možno vytvoriť otvory na prichytenie prípravkov. Prípravky sú vytvorené z antikorových plechov hrubých 1,5 mm a s rozmermi 208 x 253 mm. Pri návrhu prípravkov sme vychádzali s loga univerzity, ktoré pozostáva z dvoch písmen „TU“ a ma tvar zobrazený na obr. 3.
Na okrajoch plechov sú vytvorené otvory na prichytenie závitových tyčí M5. Prvý plech má vytvorený otvor v tvare písmena „T“ a druhý plech otvor v tvare písmena „U“. Na jednotlivých plechoch sú následne prilepené dve písmená z modrej samolepiacej fólie, ktoré majú tiež tvár písmen „TU“. Modrá farba bola zvolená zámerne, keďže logo Strojníckej fakulty Technickej univerzity v Košiciach, kam patrí aj naše pracovisko, je tiež modré [9].
Výsledný tvar navrhnutého prípravku pozostávajúceho z dvoch odberných/ukladacích miest umiestnených na pracovnom stole je zobrazený na obr. 4. Do ľavej časti prípravku (výrez v tvare písmena T) možno umiestniť maximálne päť valcových dielov. Do pravej časti prípravku (výrez v tvare písmena U) možno umiestniť až sedem valcových dielov. Pri výučbe s využitím uvedených prípravkov je možné, aby učiteľ určil, koľko kusov dielov bude na vytvorenie programu potrebných. Okrem počtu môže učiteľ určiť ich umiestnenie či smer odoberania a ukladania. To vedie k viacerým kombináciám, čo umožňuje individuálne zadanie pre každého študenta
Vytvorenie ukážkového programu
Po zapnutí riadiacej jednotky a ak máme správne zapojený pendant, po chvíli nabehne hlavné menu na pendante. Tu nás zaujíma hlavne sekcia „Job“, kde si vieme pozerať už existujúce programy, mazať programy alebo si vytvárať vlastné, nové programy. Pri výbere „Create new job“ sa nám otvorí okno, kde si vieme vytvoriť a pomenovať náš vlastný, nový program. Displej je dotykový, takže sa na ňom dokážeme ľahšie pohybovať. To je najviac využiteľné hlavne pri písaní. Následným stlačením tlačidla ENTER výber názvu potvrdíme. Ak sme vytvorili program, treba v položke „Control Group“ zmeniť ovládanie ramien, aby sme boli schopní pohybovať s oboma ramenami naraz. V našom programe musíme vidieť označenie „R1+R2:R1“. Na obr. 5 je zobrazená ukážka programu, kde je v červenom rámčeku označenie, ktoré indikuje, že v programe môžeme využívať obidve ramená robota [10].
Riadok s číselnými označeniami v hornej časti predstavuje stavový riadok robota. Ako prvé je znázornené momentálne používané rameno robota. Medzi ramenami sa prepíname tlačidlom ROBOT. Ako druhý je zobrazený aktuálne používaný súradnicový systém, ktorým je osový súradnicový systém. Medzi súradnicovými systémami sa prepíname tlačidlom COORD. Ďalej môžeme vidieť rýchlosť pohybu robota, aktuálne nastavenú na „High“, čiže vysokú. Ďalšia ikona symbolizuje úroveň používateľa – operátor, programátor alebo servisný pracovník. Na každej úrovni dokážeme nastavovať niečo iné, máme aj iné privilégiá. Ikona s číslom 5 predstavuje režim prehrávania: krokový cyklus alebo kontinuálny režim. Používame ich, ak chceme vidieť, ako program funguje. Predposledná ikona zobrazuje, čo momentálne robí manipulátor. Zobrazuje aj alarm alebo núdzové zastavenie. Posledná ikona udáva, aký režim používame [11]. Buď je to režim ručný, alebo automatický. V ručnom režime dokážeme ovládať robot pomocou pendantu. V automatickom režime program funguje samostatne. Zelenou farbou je znázornený jeden riadok programu, pričom obsahuje kód pre obe ramená označené oranžovou a žltou farbou. MOVJ predstavuje pohyb po kĺboch, MOVL je pohyb po priamke, VJ je rýchlosť pohybu, ktorá sa pohybuje od 0 – 100 %. Momentálne je nastavená rýchlosť na 0,78 % pre jedno rameno a 11 % pre druhé rameno.
Základnú pozíciu pri začatí programu, ako aj celkový pohľad na pracovisko možno vidieť na obr. 6. Ide o polohu, ktorú zaujme robot vždy pri začatí programu.
Následne sa robot vytočí o 90° a postupne začne odoberať valčeky z prípravku v tvare písmena „U“ pomocou trojbodového úchopu; chytí valček do druhého úchopu a uloží ho do loga v tvare písmena „T“ (obr. 7).
Záver
Cieľom návrhu a realizácie novej časti robotizovaného pracoviska bolo zlepšiť a optimalizovať výučbový proces s dvojramenným robotom SDA 10F. Navrhnuté riešenie vytvorilo predpoklad zadávania individuálnych úloh študentom počas semestra. Učiteľ sa zmenil na konzultanta, ktorý vedie študentov pri vytváraní programu na robote. Výsledkom je zvýšenie kompetencií a sebavedomia študenta, čo môže študent využiť pri uplatnení sa v praxi. Finančná náročnosť uvedeného riešenia sa pohybovala okolo 70 €, keďže väčšina komponentov bola použitá zo zásob Katedry robotiky, ktorá je zároveň výučbovým pracoviskom. Sekundárnym prínosom je možnosť využitia navrhnutého pracoviska na prezentačné úlohy. Počas akademického roka sa v laboratóriu priemyselnej robotiky na rôznych exkurziách zúčastní viac ako 200 študentov a pracovníkov škôl, čo vedie k zviditeľneniu fakulty a univerzity.
Literatúra
[1] VAGAS, M. et al.: Methodological process for creation of palletizing – assembly workplace. In: Technical sciences and technologies: Scientific journal, 2016, Vol. 6, no. 4, p. 189 – 193. ISSN 2411-5363.
[2] SEMJON, J. – KOSTKA, J. – MAKO, P.: Návrh a optimalizácia robotizovanej výrobnej linky. In: Atp Journal: priemyselná automatizácia a informatika, 2019, roč. 26, č. 4, s. 44 – 46. ISSN 1335-2237.
[3] SEMJON, J.: Design of robotised workstation for handling concrete products. In: Scientific Letters of Academic Society of Michal Baludansky, 2018, roč. 6, č. 6A, s. 90-94. ISSN 1338-9432.
[4] Yaskawa: https://www.motoman.com/en-us/products/robots/industrial/assembly-handling/sda-series/sda10d.
[5] Yaskawa: www.yaskawa.eu.com/index.php?eID=dumpFile&t=f&f=11546&token=0ae89d4b680b5867c1e0cda552dfc6eff9ce3529.
[6] Schunk: https://schunk.com/de_en/gripping-systems/series/ezn/.
[7] Schunk: https://schunk.com/sk_sk/uchopovacie-systemy/product/2493-0306095-pg-70/.
[8] VAGAŠ, M.: Metodika navrhovania robotizovaného pracoviska pre paletizáciu. Automatizácia a robotika v 21. storočí. Košice: TU Košice, s. 38 – 43. ISBN 978-80-553-2820-1.
[10] SUKOP, M. et al.: Robot ABB IRB 360 applications in the learning process. In: Journal of Automation and Control, 2017, Vol. 5, no. 2, p. 73 – 75. ISSN 2372-3033.
[11] BALAZ, V. – VAGAS, M.: Programming of robots for education of teachers at secondary vocational schools in CAD systems. In: Journal of Technology and Exploitation in Mechanical Engineering, 2017, Vol. 3, no. 2, p. 12 – 16. ISSN 2451-148X.
Poznámka:
Tento príspevok vznikol vďaka podpore grantového projektu VEGA 1/0389/18: Výskum a vývoj kinematicky redundantných mechanizmov.
Ing. Peter Marcinko
peter.marcinko@tuke.sk
doc. Ing. Ján Semjon, PhD
jan.semjon@tuke.sk
Ing. Peter Ferenčík
peter.ferencik.student@tuke.sk
Technická univerzita v Košiciach
Strojnícka fakulta, Katedra robotiky
Park Komenského 8, 042 00 Košice
www.sjf.tuke.sk/kr