Robotyka od podstaw z Astorino

Wstęp

Witamy Cię drogi uczniu w podróży do świata nowoczesnej robotyki — fascynującej dziedziny, która łączy mechanikę, elektronikę i informatykę w praktyczne i zautomatyzowane rozwiązania. Książka, którą trzymasz w rękach, została napisana z myślą o osobach, które dopiero zaczynają swoją przygodę z programowaniem robotów przemysłowych. Jej głównym bohaterem jest robot edukacyjny Astorino, na którym opieramy wszystkie przykłady.

Dlaczego właśnie Astorino? To kompaktowy, bezpieczny i intuicyjny w obsłudze robot szkoleniowy, który dzięki swojej prostocie i elastyczności doskonale sprawdza się w edukacji technicznej – zarówno w szkołach średnich, jak i na studiach inżynierskich. Jednocześnie posiada wiele cech typowych dla prawdziwych robotów przemysłowych, co czyni go doskonałym narzędziem do nauki w realistycznym środowisku.

Zanim rozpoczniemy programowanie, poświęcimy nieco miejsca na solidne podstawy teoretyczne. Dowiesz się, czym jest robot, jakie są jego główne cechy i rodzaje, jak klasyfikuje się roboty przemysłowe oraz jak działają poszczególne komponenty systemu robotycznego. Omówimy również podstawowe pojęcia z zakresu układów współrzędnych, kinematyki, osi, trajektorii ruchu i bezpiecznej pracy z robotem. Taka wiedza stanowi fundament, bez którego trudno byłoby świadomie i odpowiedzialnie korzystać z możliwości współczesnej robotyki.

Następnie przeprowadzimy Cię krok po kroku przez uruchomienie i obsługę robota Astorino. Nauczysz się, jak prawidłowo podłączyć i uruchomić system, korzystać z teach pendanta, jak poruszać robotem w trybie manualnym oraz jak tworzyć pierwsze, proste programy. Zadbaliśmy o to, aby wszystko było jasno opisane i ilustrowane – tak, byś mógł samodzielnie wykonywać kolejne czynności, nawet jeśli wcześniej nie miałeś kontaktu z tego typu urządzeniami.

Warto podkreślić, że wszystkie materiały, opisy i ćwiczenia zawarte w książce są bezpośrednio związane z robotem Astorino — nie uczymy robotyki „na sucho”, ale od razu w kontekście konkretnego urządzenia, z którym pracujesz w rzeczywistości. Dzięki temu nauka jest nie tylko skuteczna, ale i satysfakcjonująca.

Na zakończenie chcemy zaznaczyć, że niniejszy podręcznik to dopiero początek. Już teraz pracujemy nad kolejnymi tomami serii. Tom II będzie poświęcony językowi programowania i tworzeniu kompletnego projektu programowania np. paletyzacji. Z kolei Tom III wprowadzi Cię w świat integracji z kamerami wizyjnymi, taśmociągami i innymi urządzeniami peryferyjnymi – tematami niezbędnymi na zaawansowanym poziomie automatyzacji.

Mamy nadzieję, że lektura tej książki nie tylko dostarczy Ci wiedzy i umiejętności, ale także rozbudzi ciekawość i chęć dalszego zgłębiania tajników współczesnej robotyki. Powodzenia!

Po zakończonej lekturze tej książki powinieneś/powinnaś umieć:

• wyjaśniać terminy związane z robotyką,
• określić zastosowania robotów w różnych dziedzinach życia,
• rozpoznać roboty ze względu na budowę jednostki kinematycznej,
• rozpoznać roboty ze względu na obszar zastosowań,
• omówić budowę robota Astorino,
• omówić interfejs podłączeń elektrycznych,
• omówić parametry techniczne robota Astorino,
• posługiwać się teach pendantem,
• wykonywać proste i złożone ruchy przy pomocy teach pendanta,
• poruszać się robotem w różnych układach współrzędnych,
• definiować punkty pracy robota,
• ustawiać proste i zaawansowane sekwencje ruchu robota,
• napisać program do sterowania robotem i umieścić go w pamięci robota.

I. ROBOTYCZNY ASPEKT TEORETYCZNY

1. Definicje

Manipulator – mechanizm przeznaczony do realizacji niektórych funkcji analogicznie do kończyny górnej człowieka. Należy wyróżnić dwa rodzaje funkcji manipulatora: manipulacyjną, wykonywaną przez chwytak i wysięgnikową, realizowaną przez ramię manipulatora.

Otoczenie robota – przestrzeń, w której robot jest usytuowany i się porusza. Dla robotów stacjonarnych otoczenie ogranicza się do przestrzeni roboczej.

Pedipulator – kończyna dolna, “noga” maszyny kroczącej. Pedipulator może być układem jedno- lub kilkuczłonowym.

Pozycja HOME – pozycja domowa. Jest to punkt, z którego robot zwykle rozpoczyna realizację programu. Punkt ten powinien znajdować się w bezpiecznym miejscu, z którego robot może w łatwy i bezpieczny sposób rozpocząć realizację swojego zadania. Dla niektórych robotów, pozycja HOME jest również instrukcją ruchową, która porusza robota do tego punktu.

Przegub robota – ruchome połączenie między elementami ramienia robota, które umożliwia obrót i nadaje robotowi swobodę ruchów w przestrzeni.

Punkt kartezjański – punkt w trójwymiarowej przestrzeni, którego pozycje można zapisać za pomocą współrzędnych X, Y i Z, a orientację za pomocą kątów obrotu wokół osi układu współrzędnych.

Punkt złączowy – punkt w przestrzeni trójwymiarowej, którego pozycja i orientacja jest zapisana za pomocą pozycji kątowej poszczególnych przegubów robota.

Punkty osobliwe – takie położenia robota, w których jego ramię traci zdolność do poruszania się w określonych kierunkach; jest to sytuacja kiedy na skutek przybrania jednej z kilku określonych pozycji robot nie jest w stanie poprawnie wykonać zadanej trajektorii. Zjawisko to jest związane z utratą stopnia swobody spowodowanego tym, że dwie z osi obrotu przegubów pokrywają się i uniemożliwiają obliczenie kinematyki. Może to prowadzić do utraty precyzji, niekontrolowanych ruchów lub błędów w działaniu robota.

Robot – mechaniczne urządzanie wykonujące automatycznie pewne zadania. Działania są kontrolowane przez człowieka lub przez wprowadzany program.

Robot przemysłowy – automatyczne, programowalne urządzenie wieloosiowe, wykorzystywane do wykonywania zadań w środowisku produkcyjnym. Jego zadaniem jest zastąpienie lub wspomaganie człowieka w pracach powtarzalnych, precyzyjnych lub niebezpiecznych. Robot powinien mieć co najmniej trzy stopnie swobody i możliwość programowania do różnych zadań.

Robotyka – dziedzina nauki i techniki zajmująca się problemami mechaniki, sterowania, projektowania, pomiarów, zastosowań oraz eksploatacji manipulatorów robotów.

Robotyka przemysłowa – dziedzina robotyki zajmująca się zastosowaniem robotów w celu robotyzacji procesów produkcji np. spawania, malowania, paletyzacji, montażu.

Stopnie swobody robota – z angielskiego degree of freedom (DOF). Określają w ilu różnych osiach może poruszać się robot. Wyróżniamy osie X, Y, Z oraz obroty wokół nich, co sumarycznie oznacza, że aby uzyskać możliwość dotarcia do dowolnego punktu w przestrzeni pod dowolnym kątem, robot musi posiadać sześć stopni swobody.

TCP (Tool Center Point) – punkt centralny narzędzia – ściśle zdefiniowany punkt w przestrzeni, który reprezentuje miejsce działania narzędzia zamocowanego na końcu robota – np. końcówki chwytaka, ostrza spawarki, dyszy kleju czy frezu. TCP jest kluczowy, ponieważ to względem niego robot wykonuje ruchy i oblicza trajektorię. Pozycja TCP w przestrzeni jest wynikiem kinematyki prostej (zależnej od pozycji wszystkich osi), a w programowaniu ruchów operator posługuje się właśnie tym punktem. Poprawne zdefiniowanie TCP pozwala na precyzyjne sterowanie ruchem robota w układzie globalnym (bazowym) i w układach lokalnych (np. względem detalu czy chwytanego elementu). Można powiedzieć, że TCP to „wirtualna końcówka” robota, która reprezentuje rzeczywiste działanie narzędzia w przestrzeni.

Teach Pendant – przenośny panel sterujący, umożliwiający ręczne programowanie i obsługę robota przemysłowego. Użytkownik może za jego pomocą wprowadzać punkty trajektorii, testować ruchy oraz monitorować stan robota w czasie rzeczywistym. Teach pendant jest bezpośrednio podłączony do kontrolera robota, posiada kompatybilne sterowanie i umożliwia elastyczną pracę przy robocie ze względu na swoją mobilność.

Układ sterowania – zgodnie z teorią sterowania zadaniem układu sterowania jest określenie sygnału sterowania, który należy podjąć wobec robota, aby otrzymać z góry założone właściwości.

Pojęcie „Robot” w literaturze wystąpiło po raz pierwszy w sztuce czeskiego pisarza Karela Čapka w roku 1920. Słowo „robot” było wiązane w języku czeskim z pracą lub służbą przymusową. Nieformalnie literatura związana z robotyką wprowadza również prawa, które powinny dotyczyć robotów przemysłowych:

Prawo zerowe: Robot nie może szkodzić ludzkości, ani nie może, przez zaniedbanie, narazić ludzkości na szkodę.

Prawo pierwsze: Robot nie może zranić istoty ludzkiej, ani nie może przez zaniedbanie narazić człowieka na zranienie, chyba, że narusza to prawo o wyższym priorytecie.

Prawo drugie: Robot musi spełniać polecenia wydawane przez człowieka, poza poleceniami sprzecznymi z prawami o wyższym priorytecie.

Prawo trzecie: Robot musi chronić samego siebie dopóki dopóty nie jest to sprzeczne z prawem o wyższym priorytecie.

Prawo czwarte: Im bogatsze wyposażenie robota w układy czujnikowe, tym może być uboższa jego konstrukcja.

2. Budowa robotów przemysłowych

Roboty przemysłowe składają się z kilku podstawowych elementów, takich jak:

manipulator (ramię robota) – jest on zbudowany jest z przegubów i członów, które pozwalają mu poruszać się w wielu osiach.

napędy – elektryczne, pneumatyczne lub hydrauliczne – umożliwiają one ruch tych przegubów.

• Napędy elektryczne – najczęściej stosowane, zapewniają wysoką precyzję i są stosunkowo łatwe w sterowaniu. Są to głównie serwomotory i silniki krokowe,
• Napędy pneumatyczne – używane w prostszych aplikacjach, szczególnie tam, gdzie wymagana jest szybka reakcja i niewielka siła.
• Napędy hydrauliczne – charakteryzują się dużą siłą i są stosowane tam, gdzie konieczne jest przenoszenie ciężkich ładunków, np. w robotach spawalniczych w przemyśle ciężkim.
• układ sterowania – odpowiada za precyzyjne wykonywanie zaprogramowanych zadań, a sensory i inne urządzenia zewnętrzne pozwalają robotowi reagować na otoczenie. Układ sterowania to „mózg” robota – odpowiada za przetwarzanie informacji, podejmowanie decyzji i wydawanie komend napędowym elementom wykonawczym. Nowoczesne roboty przemysłowe są sterowane za pomocą programowalnych sterowników przemysłowych (PLC), komputerów przemysłowych lub dedykowanych kontrolerów.

Sterowanie może odbywać się w kilku trybach:

• ręcznym – z wykorzystaniem teach pendanta, za pomocą którego operator programuje pozycje i sekwencje ruchów robota.
• automatycznym – po załadowaniu programu robot pracuje samodzielnie, wykonując zaprogramowane operacje.
• zdalnym lub zintegrowanym – w zaawansowanych systemach roboty komunikują się z innymi urządzeniami na linii produkcyjnej.
• efektor końcowy (np. chwytak) – zwany też narzędziem roboczym, to element zamontowany na końcu ramienia robota, który wykonuje właściwą operację roboczą – taką jak chwytanie, spawanie, cięcie, malowanie, montaż czy podnoszenie przedmiotów. Można powiedzieć, że to właśnie efektor decyduje o przeznaczeniu robota.

Rodzaje efektorów końcowych:

• chwytaki – najczęściej spotykane efektory, służą do manipulowania przedmiotami. Wyróżniamy następujące ich rodzaje:
• mechaniczne – wyposażone w szczęki lub sztuczne palce, które zaciskają się na chwytanym obiekcie,
• pneumatyczne lub hydrauliczne – działają z użyciem ciśnienia powietrza lub cieczy, mają szybki czas reakcji, są stosowane w szybkim montażu,
• magnetyczne – do przenoszenia elementów metalowych bez konieczności kontaktu mechanicznego,
• przyssawkowe – wykorzystują podciśnienie do chwytania np. szkła, kartonów, elementów z tworzyw sztucznych.

efektory procesowe – zamieniają robota w specjalistyczne narzędzie produkcyjne np.:

• spawarki – do automatycznego spawania,
• urządzenia do cięcia plazmowego lub gazowego,
• urządzenia malarskie/lakiernicze – do precyzyjnego nanoszenia farb/lakierów,
• narzędzia montażowe – np. wkrętarki, zgrzewarki punktowe.

efektory wielofunkcyjne i adaptacyjne

• chwytaki miękkie i adaptacyjne – mogą dopasowywać się do kształtu przedmiotu, często stosowane w robotach współpracujących (cobotach),
• efektory z funkcją „czucia” – zintegrowane z czujnikami siły i momentu, pozwalające robotowi precyzyjnie dozować nacisk lub reagować na kontakt.

Całość konstrukcji jest projektowana tak, by zapewnić szybkość, powtarzalność i bezpieczeństwo pracy w środowisku przemysłowym.

3. Jednostka kinematyczna robota przemysłowego

Jednostka kinematyczna robota przemysłowego to zespół elementów mechanicznych odpowiadający za ruch robota w przestrzeni. Można ją porównać do „szkieletu” i „stawów” robota, które umożliwiają poruszanie się w określonych kierunkach. Składa się ona z członów (elementów sztywnych) oraz przegubów (połączeń ruchomych), które wspólnie tworzą tzw. łańcuch kinematyczny. Jednostka ta definiuje zakres ruchu robota, liczbę stopni swobody oraz jego zdolności do wykonywania złożonych zadań.

Główne elementy jednostki kinematycznej:

Człony (ramiona) – sztywne odcinki konstrukcyjne łączące przeguby. Przenoszą one ruch z jednego przegubu na kolejny. Długość i liczba członów ma bezpośredni wpływ na wykonywanie złożonych trajektorii ruchowych .

Przeguby (osi obrotu/przesuwu) – miejsca, w których człony mogą się poruszać względem siebie. W zależności od konstrukcji rozróżnia się:

• przeguby obrotowe – umożliwiają obrót wokół osi,
• przeguby liniowe – pozwalają na ruch wzdłuż osi.

Manipulator składa się z członów tworzących łańcuch kinematyczny otwarty. Sąsiadujące ze sobą człony są połączone za pomocą par kinematycznych (przegubów). Na rysunku przedstawiono przykładowy schemat jednostki kinematycznej robota antropomorficznego.

Schemat robota antropomorficznego

Jednostkę kinematyczną manipulatora tworzy mechanizm kinematyczny wraz z dołączonymi napędami. Współczesne manipulatory zbudowane są w postaci szeregowo lub szeregowo-równoległego układu połączonych ruchowo członów kinematycznych (czyli sekwencji członów i przegubów tworzących strukturę robota), tworząc tzw. łańcuch kinematyczny. Może być otwarty (jak w większości robotów przemysłowych) lub zamknięty (jak np. w robotach równoległych).

Elementy kinematyczne tworzące parę kinematyczną z dołączonym napędem pozwalają na realizację ruchów względnych elementów pary kinematycznej, tworzą zespół ruchu. Dobrze zaprojektowana jednostka kinematyczna decyduje o kształcie obszaru roboczego, precyzji, elastyczności i zasięgu robota. Od niej zależy, czy robot będzie w stanie dosięgnąć do konkretnego miejsca, wykonać zadanie pod odpowiednim kątem oraz zachować odpowiednią dynamikę i powtarzalność ruchów. Znajomość kinematyki jest też kluczowa przy programowaniu robota, zwłaszcza w kontekście rozwiązywania problemów kinematyki odwrotnej (czyli ustalenia ustawień przegubów, aby narzędzie znalazło się w żądanej pozycji i orientacji).

Znajomość kinematyki pozwala określić tzw. ilość stopni swobody robota czyli liczbę niezależnych ruchów, jakie może wykonać robot. Standardowy robot przemysłowy ma zazwyczaj 6 stopni swobody – trzy translacyjne (przemieszczenia wzdłuż osi X, Y, Z) i trzy rotacyjne (obrót wokół tych osi tj. RX, RY, RZ), co pozwala mu na pełne sterowanie pozycją i orientacją efektora. Innymi istotnymi parametrami opisującymi roboty przemysłowe są dokładność i powtarzalność. Dokładność robota określa jak blisko manipulator może dojechać do zadanego punktu w przestrzeni roboczej. Powtarzalność (np. +/- 0.2 mm w przypadku robota Astorino czy +/- 0.03 mm (!) w przypadku robota Kawasaki RS007L) jest wielkością określającą jak blisko manipulator może dojechać do pozycji uprzednio osiągniętej.

Z kinematyką robotów związane są pojęcia:

• Proste zadanie kinematyki (transformacja prosta) – jego rozwiązanie polega na określeniu położenia końcówki roboczej przy zadanej konfiguracji poszczególnych przegubów. Proste zadanie kinematyki ma zawsze dokładnie jedno rozwiązanie.
• Odwrotne zadanie kinematyki (transformacja odwrotna) – jego rozwiązanie polega na określeniu konfiguracji wszystkich przegubów przy założonym położeniu końcówki roboczej. Może mieć różną liczbę rozwiązań dokonanych w sposób algebraiczny i geometryczny lub numeryczny. W celu uproszczenia matematycznego opisu połączeń mechanicznych ramion, do robotyki została wprowadzona tzw. notacja Denavita-Hartenberga. Pozwala ona na swobodne przejście od początku do końca układu kinematycznego, o ile jego wiązania posiadają wyłącznie po jednym stopniu swobody.

4. Klasyfikacja robotów

Klasyfikacja robotów przemysłowych pozwala zrozumieć ich różnorodność oraz znaleźć odpowiedni typ robota do konkretnego zastosowania. Wybór odpowiedniego robota zależy m.in. od zadań, jakie ma wykonywać, środowiska pracy, wymaganej dokładności, szybkości i możliwości integracji z innymi elementami systemu produkcyjnego. W zależności od ich budowy, sposobu działania i przeznaczenia, możemy podzielić roboty przemysłowe na różne klasy i typy.

WARTO WIEDZIEĆ I PAMIĘTAĆ: Robot przemysłowy musi być przede wszystkim zintegrowany w bezpieczny sposób ze środowiskiem, w jakim pracuje. Bezpieczeństwo jest jednym z najistotniejszych aspektów pracy z robotem i ważne jest żeby od samego początku zadbać o ten aspekt. Oprócz tego robot przemysłowy musi posiadać konstrukcję umożliwiającą mu jak najoptymalniejsze wykonywanie zadania na jego stanowisku.

Klasyfikacja robotów ze względu na budowę kinematyczną

Budowa kinematyczna robota, czyli sposób ułożenia jego przegubów i członów, wpływa na zakres ruchu, dokładność, zasięg oraz możliwe zastosowania robotów. Wyróżniamy następujące rodzaje robotów:

• Roboty kartezjańskie (XYZ)
• Poruszają się w trzech osiach liniowych (prostopadłych względem siebie – jak osie współrzędnych układu kartezjańskiego).
• Charakteryzują się prostą konstrukcją i dużą sztywnością.
• Zastosowanie: pakowanie, paletyzacja, cięcie, frezowanie.
• Roboty cylindryczne
• Wykonują ruch liniowy wzdłuż osi pionowej i poziomej oraz ruch obrotowy wokół osi pionowej.
• Używane w montażu detali i obsłudze maszyn.
• Roboty sferyczne
• Łączą ruchy obrotowe i liniowe, umożliwiając pracę w przestrzeni przypominającej wycinek kuli.
• Ich główną zaletą jest duży zasięg przy zwartej konstrukcji.
• Roboty SCARA
• Poruszają się w dwóch osiach poziomych i jednej pionowej. Mają 3 stopnie swobody.
• Cechują się dużą szybkością i sztywnością w osi pionowej.
• Idealne do montażu detali czy płytek PCB, przenoszenia lekkich elementów i wkręcania.
• Roboty antropomorficzne
• Posiadają 6 stopni swobody, co zapewnia maksymalną elastyczność robota.
• Przypominają ruchomością ludzkie ramię.
• Powszechnie stosowane w spawaniu, malowaniu, montażu, manipulacji.
• Są to w praktyce najczęściej stosowane roboty.
• Roboty delta
• Mają konstrukcję równoległą, są bardzo szybkie i lekkie.
• Przeznaczone do sortowania, pakowania i manipulacji lekkimi przedmiotami.
• Stosowane głównie w przemyśle spożywczym, elektronicznym i kosmetycznym.

Klasyfikacja według rodzaju zastosowania

Roboty przemysłowe mogą być klasyfikowane również według funkcji, które pełnią w procesie produkcyjnym:

• Roboty spawalnicze
• Wykonują precyzyjne spawy (MIG/MAG, TIG, punktowe).
• Posiadają efektory spawalnicze, czujniki łuku, układy kontroli jakości spoin.
• Stosowane w przemyśle motoryzacyjnym, maszynowym i konstrukcyjnym.
• Roboty montażowe
• Charakteryzują się wysoką precyzją, często są to roboty SCARA lub delta.
• Pracują przy montażu komponentów elektronicznych, urządzeń mechanicznych.
• Współpracują z systemami wizyjnymi i czujnikami siły.
• Roboty manipulacyjne
• Uniwersalne roboty do przenoszenia, układania, sortowania.
• Mogą współpracować z chwytakami i systemami transportowymi.
• Do takiego robota można zamontować spawarkę. Dużo zależy od konkretnego producenta i tego w ramach jakiego modelu udostępnia jakie możliwości.
• Roboty malujące
• Wyposażone w pistolety lakiernicze, dostosowane do precyzyjnego nanoszenia farb.
• Pracują w komorach lakierniczych, często w środowiskach wybuchowych.
• Roboty do obsługi maszyn
• Przenoszą detale między robotem a obrabiarką (np. tokarką, frezarką).
• Automatyzują stanowiska CNC, wtryskarki, prasy.
• Roboty do paletyzacji i depaletyzacji
• Ułatwiają i przyspieszają pakowanie, układanie towarów na paletach.
• Stosowane w logistyce, przemyśle spożywczym, budowlanym.
• Często charakteryzują się uproszczoną budową – np. 4 stopniami swobody – co pozwala na szybsze obliczenia trajektorii i minimalizację ryzyka wystąpienia osobliwości kinematycznych.
• Wykonują zadania o ściśle określonej ścieżce ruchu.

Klasyfikacja według rodzaju sterowania

Roboty z programowaniem pozycyjnym

• Operator wskazuje konkretne pozycje, które robot zapamiętuje.
• Programowanie odbywa się za pomocą teach pendanta.

Roboty adaptacyjne

• Potrafią reagować na zmieniające się warunki środowiska dzięki czujnikom i algorytmom sterowania.
• Przykład: roboty współpracujące z kamerami wizyjnymi.

Roboty autonomiczne

• Samodzielnie podejmują decyzje na podstawie danych z czujników i sztucznej inteligencji.
• Wchodzą w skład zaawansowanych systemów produkcyjnych Przemysłu 4.0.

Klasyfikacja według typu współpracy z człowiekiem

Roboty przemysłowe konwencjonalne

• Oddzielone od ludzi osłonami, barierami bezpieczeństwa.
• Pracują w zamkniętych strefach roboczych.

Roboty współpracujące (coboty)

• Przystosowane do bezpośredniej pracy z człowiekiem bez potrzeby fizycznych barier bezpieczeństwa (chyba że wymaga tego efektor i detal).
• Wyposażone w czujniki siły, systemy bezpieczeństwa i łatwy interfejs.
• Lżejsze, bardziej elastyczne, choć często o mniejszej ładowności.
• Wolniejsze od robotów przemysłowych i mniej popularne.

Klasyfikacja według stopnia mobilności

Roboty stacjonarne

• Zamontowane na stałe do podłoża lub konstrukcji.
• Najczęściej spotykane na liniach produkcyjnych.

Roboty mobilne (AMR)

• Poruszają się autonomicznie, nawigują po zakładzie produkcyjnym czy magazynie.
• Transportują komponenty, narzędzia, towary.
• Często współpracują z ramieniem robotycznym.

5. Parametry techniczne robotów przemysłowych

Roboty przemysłowe różnią się między sobą budową, przeznaczeniem i sposobem sterowania. Ich możliwości opisuje zestaw parametrów technicznych, które pozwalają ocenić, czy dany robot nadaje się do konkretnego zadania w zakładzie produkcyjnym.

Dobór robota przemysłowego to nie tylko wybór marki, ale przede wszystkim analiza parametrów technicznych. Każdy parametr ma bezpośrednie przełożenie na bezpieczeństwo, efektywność, dokładność i koszt eksploatacji. Zrozumienie tych wartości to klucz do udanej automatyzacji produkcji.

Liczba stopni swobody – oznacza liczbę niezależnych ruchów, które może wykonać robot.

Zasięg roboczy – maksymalna odległość od podstawy robota, do jakiej może sięgnąć efektor (z wykluczeniem martwych stref)

Udźwig – maksymalna masa, jaką robot może przenosić przy pełnym zasięgu, z zachowaniem dokładności i bezpieczeństwa.

Powtarzalność – dokładność, z jaką robot może powrócić do wcześniej zaprogramowanej pozycji.

Prędkość robocza – określa, jak szybko robot może wykonywać ruchy (np. w stopniach/sekundę dla osi obrotowych lub mm/sekundę dla liniowych).

Zakres ruchu dla każdej osi – dla każdej osi robota określony jest zakres ruchu (np. ±180° dla osi obrotowej, 0-700 mm dla osi liniowej).

Masa własna robota – całkowita waga robota bez efektora i dodatkowego osprzętu.

Czas cyklu – czas wykonania standardowego zadania (np. ruch z punktu A do B i powrót).

Zasilanie i pobór mocy – informacje o rodzaju zasilania (np. 230 V AC, 400 V, 3-fazowe) oraz zużyciu energii (kW).

Interfejsy komunikacyjne – protokoły, przez które robot komunikuje się z innymi urządzeniami (np. Ethernet/IP, Profinet, Modbus, RS232).

Środowisko pracy (temperatura pracy, dopuszczalna wilgotność, ciśnienie itp.).

Możliwość montażu:

• montaż na stabilnym podłożu (najczęściej),
• montaż na ścianie lub suficie,
• montaż w tzw. wersji odwróconej (do aplikacji przestrzennych).

Kompatybilność z efektorami i czujnikami

Metoda programowania:

• Z użyciem teach pendanta (w trybie „teach”),
• Offline (np. przez oprogramowanie CAD/CAM),
• Graficznie, blokowo (dla początkujących),
• W języku tekstowym (np. AS language).

6. Bezpieczeństwo pracy z robotem

Bezpieczeństwo pracy z robotami przemysłowymi to jeden z najważniejszych aspektów wdrażania automatyzacji w zakładach produkcyjnych. Choć roboty zwiększają wydajność i precyzję, mogą też stwarzać poważne zagrożenia dla zdrowia i życia ludzkiego. Z tego względu przepisy BHP, normy techniczne oraz odpowiednie procedury są nieodzowne przy projektowaniu, uruchamianiu i obsłudze stanowisk zrobotyzowanych.

Bezpieczeństwo obejmuje zarówno elementy projektowe, techniczne, jak i ludzkie. Każdy system zrobotyzowany musi być dobrze zaprojektowany, odpowiednio zabezpieczony i obsługiwany przez kompetentne osoby. Tylko wtedy możliwe jest pełne wykorzystanie potencjału robotów przy jednoczesnym zachowaniu najwyższego poziomu bezpieczeństwa pracy.

Podczas pracy robota można wyróżnić następujące zagrożenia, które wynikają z:

• szybkiego ruchu ramion – mogą uderzyć operatora,
• dużego udźwigu – przenoszony ładunek może spaść lub zostać wypuszczony,
• ostrych narzędzi – np. w aplikacjach spawalniczych, cięcia czy klejenia,
• braku świadomości otoczenia – robot nie „widzi” człowieka, jeśli nie ma odpowiednich czujników.

Dodatkowo, niebezpieczeństwa mogą wynikać z:

• błędów w programowaniu (np. nieprawidłowa trajektoria),
• awarii technicznej (np. zatrzymanie silnika, zerwanie kabla),
• nieuprawnionej ingerencji w działanie robota.
• warunków stanowiska pracy.

Dlatego bardzo ważnym aspektem w pracy z robotem przemysłowym jest zadbanie o odpowiednie środki techniczne ochraniające przed potencjalnymi zagrożeniami:

Wygrodzenia i bariery fizyczne

• Stosuje się je do odgrodzenia strefy pracy robota od przypadkowego dostępu ludzi.
• Stosuje się wygrodzenia stalowe lub przegrody akustyczne.

Bramki i wyłączniki awaryjne

• Wejście do strefy roboczej przez kurtynę, matę naciskową lub radar powinno powodować automatyczne zatrzymanie robota.
• Każde stanowisko powinno mieć łatwo dostępny fizyczny przycisk awaryjny STOP – takie obwody bezpośrednio odcinają zasilanie do robota, przez co niemożliwe jest np. softwarowe obejście takich zabezpieczeń.

Kurtyny i skanery bezpieczeństwa

• Emitują wiązki świetlne – jeśli zostaną przerwane, robot natychmiast się zatrzymuje. Pozwalają na dynamiczne monitorowanie obecności człowieka w pobliżu.

Osłony mechaniczne

• Chronią przed odpryskami, iskrzeniem czy ruchomymi częściami narzędzi.
• W przypadku spawania stosuje się ochronne szyby, które umożliwiają obserwacji pracy robota przy jednoczesnym zatrzymaniu szkodliwego światła.
• Stosuje się również inne zabezpieczenia, takie jak np. czujniki krańcowe, które umożliwiają uruchomienie cyklu robota tylko wtedy kiedy drzwi do jego klatki są zamknięte.

Zrobotyzowane stanowiska pracy są projektowane z uwzględnieniem istotnych norm bezpieczeństwa. Te normy określają standardy dotyczące projektowania bezpiecznego, środków ochrony przy współpracy z robotami przemysłowymi oraz integracji systemów robotycznych. Kluczowe normy zgodne z dyrektywą maszynową 2006/42/WE to:

• EN ISO 10218-1:2011 – dotyczy bezpieczeństwa robotów przemysłowych.

• EN ISO 10218-2:2011 – odnosi się do bezpieczeństwa systemu robotycznego i jego integracji.

Dodatkowo wykorzystuje się inne normy związane z bezpiecznym projektowaniem maszyn, systemów elektrycznych i sterowania, takie jak:

• PN-EN ISO 12100:2012 – zawiera ogólne zasady projektowania maszyn oraz ocenę i redukcję ryzyka.
• PN-EN 62061:2008/A1:2013-06 – odnosi się do funkcjonalnego bezpieczeństwa elektrycznych i elektronicznych systemów sterowania.
• PN-EN 13849-1:2016-02 – dotyczy elementów systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem.

Sprawdź swoją wiedzę

Pytania otwarte:

1. Jak brzmi definicja robota przemysłowego?

Odpowiedź: Robot przemysłowy to automatycznie sterowana, programowalna, wielozadaniowa jednostka, pracująca w trzech lub więcej osiach, przeznaczona do zastosowań przemysłowych.

2. Wymień trzy dziedziny, z których wywodzi się robotyka.

Odpowiedź: Mechanika, automatyka, informatyka

3. Jakie cechy powinien posiadać robot przemysłowy, aby mógł być nazwany robotem?

Odpowiedź: Robot powinien być automatycznie sterowany, programowalny, wielozadaniowy, z co najmniej trzema osiami ruchu.

4. Podaj przykłady zastosowania robotów przemysłowych w fabryce.

Odpowiedź: Spawanie, malowanie, paletyzacja, montaż, pakowanie, przenoszenie materiałów.

5. Wyjaśnij różnicę między robotem a maszyną CNC.

Odpowiedź: Robot jest bardziej elastyczny i uniwersalny – może wykonywać wiele różnych zadań dzięki programowaniu. Maszyna CNC wykonuje konkretne operacje obróbcze, jak frezowanie czy toczenie, według zadanego programu.

6. Czym różni się robot kartezjański od robota antropomorficznego?

Odpowiedź: Robot kartezjański porusza się wzdłuż prostych osi X, Y i Z, natomiast robot przegubowy posiada ruchome przeguby, co pozwala mu na bardziej złożone ruchy przestrzenne.

7. Jakie są główne korzyści z użycia robotów przemysłowych?

Odpowiedź: Zwiększenie wydajności, powtarzalność, precyzja, zmniejszenie kosztów pracy, bezpieczeństwo w niebezpiecznych warunkach.

8. Co oznacza programowalność robota?

Odpowiedź: Możliwość zmiany zadań robota poprzez edycję programu bez konieczności przebudowy mechanicznej.

9. W jaki sposób robot wykonuje polecenia?

Odpowiedź: Robot wykonuje polecenia dzięki zaprogramowanemu ciągowi instrukcji, które sterują jego ruchami i działaniami przez system sterowania.

10. Dlaczego roboty przemysłowe muszą mieć przynajmniej trzy osie?

Odpowiedź: Aby mogły poruszać się w przestrzeni trójwymiarowej – wzdłuż osi X, Y i Z.

11. Czym różni się teach pendant od tradycyjnego komputera sterującego?

Odpowiedź: Teach pendant to specjalny panel do ręcznego sterowania robotem, wykorzystywany do programowania i testowania ruchów bezpośrednio przy robocie.

12. Jakie znasz typy konstrukcyjne robotów przemysłowych? Wymień co najmniej dwa.

Odpowiedź: Kartezjańskie, cylindryczne, sferyczne, SCARA, przegubowe (antropomorficzne), delta.

13. W jaki sposób robot „uczy się” zadania?

Odpowiedź: Poprzez zaprogramowanie trajektorii i czynności – ręcznie lub z użyciem funkcji nauczania

14. Jakie elementy składają się na robota przemysłowego?

Odpowiedź: Manipulator (ramię robota), sterownik, teach pendant, napędy, czujniki, efektor (narzędzie robocze).

15. Co oznacza „end-effector” i podaj jego przykład.

Odpowiedź: End-effector to końcowe narzędzie robota, które wykonuje zadanie – np. chwytak, palnik spawalniczy, dysza malarska.

16. Dlaczego bezpieczeństwo pracy z robotem jest tak ważne?

Odpowiedź: Ponieważ robot działa z dużą siłą i prędkością – nieostrożna obsługa może prowadzić do poważnych wypadków.

17. Czy robot może zastąpić człowieka w każdej pracy? Uzasadnij.

Odpowiedź: Nie – roboty są dobre w zadaniach powtarzalnych i precyzyjnych, ale nie radzą sobie dobrze z niestandardowymi sytuacjami czy pracą kreatywną.

18. Co oznacza pojęcie „stopnie swobody” w kontekście budowy robota?

Odpowiedź: Stopnie swobody (ang. degrees of freedom, DoF) oznaczają liczbę niezależnych kierunków ruchu, w których robot może się poruszać. Każda oś lub przegub robota dodaje jeden stopień swobody.

19. W jaki sposób roboty przemysłowe wpływają na efektywność i jakość produkcji?

Odpowiedź: Roboty przemysłowe zwiększają efektywność produkcji dzięki szybkości działania, powtarzalności i zdolności do pracy 24/7 bez przerw. Pozwalają też na standaryzację procesów, co prowadzi do wyższej jakości produktów i mniejszej liczby błędów. Dzięki nim możliwe jest również wykonywanie precyzyjnych operacji, które byłyby trudne lub niebezpieczne dla człowieka. Robotyzacja może również obniżyć koszty produkcji w dłuższym okresie i zwiększyć konkurencyjność firmy.

Pytania testowe:

Test jednokrotnego wyboru – Poziom podstawowy

1. Które z poniższych najlepiej opisuje definicję robota przemysłowego?

A. Maszyna wykonująca tylko jedną czynność.

B. Automatycznie sterowane, programowalne, wielozadaniowe urządzenie przemysłowe posiadające co najmniej trzy osie.

C. Maszyna rolnicza stosowana w przemyśle.

D. Człowiek sterujący maszyną zdalnie.

2. Ile stopni swobody powinien mieć robot aby poruszać się w przestrzeni trójwymiarowej?

A. 2

B. 3

C. 4

D. 6

3. Który typ robota porusza się wzdłuż osi X, Y i Z z wykorzystaniem przegubów
przesuwnych?

A. SCARA

B. kartezjański

C. antropomorficzny

D. delta

4. Które zdanie najlepiej opisuje teach pendant?

A. Urządzenie chłodzące robota

B. Program komputerowy

C. Panel ręcznego sterowania i programowania robota

D. Część chwytająca robota

5. Czym jest „end-effector”?

A. Jednostką sterującą robota

B. Zasilaczem robota

C. Końcowym narzędziem robota

D. Podwoziem robota

6. Który z poniższych robotów najczęściej przypomina ludzkie ramię?

A. SCARA

B. delta

C. kartezjański

D. przegubowy

7. Dlaczego roboty przemysłowe są stosowane w przemyśle?

A. są tanie w zakupie

B. zastępują maszyny CNC

C. zwiększają wydajność, precyzję i bezpieczeństwo

D. nie wymagają obsługi

8. Które zadanie jest najczęściej realizowane przez roboty w przemyśle motoryzacyjnym?

A. malowanie ścian

B. spawanie karoserii

C. cięcie papieru

D. pomiar ciśnienia

9. Które z poniższych stwierdzeń jest prawdziwe?

A. roboty zawsze pracują szybciej od ludzi

B. roboty nie męczą się i wykonują zadania powtarzalnie

C. roboty mogą podejmować decyzje etyczne

D. roboty nie wymagają programowania

10. Dlaczego uczniowie mogą bezpiecznie uczyć się na robocie edukacyjnym Astorino?

A. Jest szybki i mocny

B. Wymaga specjalistycznej odzieży

C. Jest kompaktowy, bezpieczny i łatwy w obsłudze

D. Ma stalową obudowę

Zadania praktyczne:

1. Zadanie: Klasyfikacja robota

Polecenie: Znajdź w Internecie lub katalogu producenta dowolnego robota przemysłowego. Następnie:

– Zidentyfikuj jego typ (np. kartezjański, SCARA, antropomorficzny).

– Podaj liczbę osi, ich rodzaj i orientacje.

– Opisz jego podstawowe zastosowanie.

Efekt: Krótkie opracowanie (np. 5–6 zdań) z nazwą i zdjęciem robota.

2. Zadanie: Opis jednostki kinematycznej

Polecenie: Narysuj uproszczony schemat robota przemysłowego (np. antropomorficznego) i oznacz jego główne osie oraz człony.

Efekt: Rysunek + podpisy: osie, człony, przeguby.

3. Zadanie: Identyfikacja elementów robota

Polecenie: Na podstawie schematu budowy robota (dostarczonego przez nauczyciela lub z książki), nazwij jego główne elementy: manipulator, kontroler, efektor, teach pendant, czujniki.

Efekt: Wypełniona tabela lub podpisany rysunek.

4. Zadanie: Porównanie zastosowań robotów

Polecenie: Wypisz 3 różne branże, w których stosuje się roboty przemysłowe. Dla każdej podaj przykład konkretnego zadania wykonywanego przez robota.

Efekt: Tabela: Branża – Zadanie – Typ robota (jeśli znany).

5. Zadanie: Korzyści i ograniczenia robotyzacji

Polecenie: Napisz krótką analizę (5–6 zdań), jakie są główne korzyści z użycia robotów w produkcji oraz jakie mogą być ich ograniczenia.

Efekt: Tekst zawierający minimum 3 korzyści i 3 ograniczenia.

6. Zadanie: Symulacja stanowiska z robotem

Polecenie: Z pomocą prostych materiałów (np. pudełek, klocków, papieru) zaprojektuj model stanowiska pracy z robotem wykonującym proste zadanie (np. przenoszenie detalu). Opisz rolę każdego elementu stanowiska.

Efekt: Makieta lub rysunek + krótki opis działania.

7. Zadanie: Analiza trajektorii robota

Polecenie: Na podstawie załączonego schematu robota, wyznacz trajektorię, którą robot pokona przy założeniu, że będzie musiał przejść z punktu A do punktu B. Zidentyfikuj typ ruchu robota:

– ruch prostoliniowy,

– ruch zakrzywiony,

– ruch złożony (np. trajektoria „ósemka”).

Efekt: Rysunek trajektorii i krótki opis (np. na jakich osiach odbywa się ruch, jakie zmiany w kinematyce są wymagane).

8. Zadanie: Symulacja zadania paletyzacji

Polecenie: Załóżmy, że masz zadanie paletyzacji, w którym robot ma przenosić produkty na taśmociągu i układać je na palecie w określony sposób.

– Określ ile co najmniej stopni swobody powinien mieć robot aby skutecznie wykonać to zadanie.

– Jakie czujniki mogą być pomocne w tym procesie?

– Jakie algorytmy mogą wspierać precyzyjne ułożenie produktów?

Efekt: Krótki opis rozwiązania zadania.

II. ROBOT ASTORINO

1. Ogólne informacje o robocie Astorino

Astorino Kawasaki to 6-osiowy robot edukacyjny, który został opracowany specjalnie dla placówek i instytucji szkoleniowych. Uczniowie i studenci mogą korzystać z Astorino, aby uczyć się automatyzacji i robotyzacji procesów przemysłowych w praktyce.

Konstrukcja robota opiera się na druku 3D ze specjalnym włóknem węglowym. Programowanie i sterowanie odbywa się za pomocą oprogramowania „Astorino” i podobnie jak roboty przemysłowe, robot Astorino Kawasaki jest programowany w języku AS, co umożliwia użytkownikowi naukę programowania rzeczywistych aplikacji przemysłowych dla robotów Kawasaki Robotics.

Roboty Astorino zostały zaprojektowane do przemieszczania i pozycjonowania małych ładunków lub obiektów. Są przeznaczone do celów edukacyjnych, działając w kontrolowanym środowisku laboratoriów jako urządzenia szkoleniowe.

Podstawowe parametry:

• 6 stopni swobody,
• Wykonanie w technologii druku 3D,
• Stalowe przekładnie o obniżonym luzie,
• Programowanie w uproszczonej wersji języka AS,
• Silniki krokowe pracujące w zamkniętej pętli sterowania,
• Zerowanie osi wymagane po wyłączeniu zasilania – brak enkoderów absolutnych,
• Pliki w formacie STL dostępne po zakupie w celu samodzielnego druku części i ich wymiany,
• Pamięć nieulotna – po zaniku zasilania wszelkie dane użytkownika zostają zachowane.

Dane techniczne:

• Przekładnie z luzem <3 arcmin,
• Powtarzalność +/-0.2 mm,
• Materiał wykonania: filament PET-G – łatwo dostępny,
• Stalowe łożysko koronowe na pierwszej osi,
• CPU 600 MHz,
• Przelotowy nadgarstek oraz oś 4. oraz 6.,
• Wejścia/Wyjścia 8x 3.3V (tolerują 5V),
• Zasięg – 570 mm,
• Normalny udźwig 1kg,
• Modbus TCP oraz komunikacja szeregowa, TCP/IP oraz UDP,
• Wejścia ESTOP 24V izolowane galwanicznie – 2 kanały,
• Wejścia Safety-fence 24V izolowane galwanicznie – 2 kanały (opcja),
• Detekcja kolizji oparta o akcelerometr – w momencie wykrycia uderzenia ruch robota zostaje zatrzymany,
• 2x wejścia 24V PNP i 2x wyjścia 24V PNP na ramieniu na 6-pinowym złączu XH-2.54,Możliwość podłączenia dwóch enkoderów zewnętrznych.

Parametry ramienia:

oś	zakres	prędkość [°/s]
JT1	-158.5÷158.5	40
JT2	-90.0÷127.0	32
JT3	0.0÷159.5	32
JT4	-240.0÷240.0	140.5
JT5	-120.0÷120.0	127.5
JT6	-360.0÷360.0	216

Zasięg:

Opcje rozbudowy:

2. Ruch robota – interpolacja

W robotyce przemysłowej bardzo istotne jest nie tylko to, dokąd ma się przemieścić robot, ale również jak ma się tam poruszać. Sposób przejścia ramienia robota pomiędzy punktami nazywa się interpolacją – czyli wyznaczeniem trajektorii ruchu między dwoma punktami. Robot przemysłowy może wykonywać różne typy ruchów w zależności od zadania – np. spawania, montażu, paletyzacji czy przenoszenia elementów. W praktyce najczęściej wykorzystuje się trzy podstawowe typy interpolacji: złączową, liniową i kołową.

• Interpolacja złączowa

W tym trybie każdy przegub robota porusza się niezależnie, z własną prędkością i zakresem ruchu, tak aby końcówka narzędzia (TCP) dotarła do punktu docelowego. Trajektoria końcówki nie jest kontrolowana – może przybrać dowolny kształt.

Cechy:

• Szybki i naturalny sposób ruchu robota.
• Brak kontroli nad ścieżką końcówki narzędzia – może realizować nieprzewidywalną trajektorię.

Zastosowanie:

• Przenoszenie przedmiotów,
• Pozycjonowanie między operacjami,
• Ruchy z punktu do punktu bez przeszkód.

Przykład z zastosowaniem robota Astorino:

Robot przemieszcza się z pozycji A do B, podnosząc detal – nie kontrolujemy, jak dokładnie się porusza, ma po prostu trafić do celu.

W tym typie interpolacji robot porusza się z bieżącej pozycji do miejsca docelowego w taki sposób, że wszystkie osie kończą ruch w tym samym czasie. Ten ruch tworzy nieprzewidywalną ścieżkę TCP w przestrzeni 3D. Ruch ten pozwalana uniknąć problemu ruchu przez punkty osobliwe.

• Interpolacja liniowa

W tym ruchu robot porusza się po linii prostej między dwoma punktami, a jego końcówka zachowuje stałą prędkość i dokładną trajektorię. Wszystkie osie robota pracują jednocześnie, by zachować liniowy ruch narzędzia.

Cechy:

• Trajektoria TCP jest prostoliniowa i precyzyjna.
• Umożliwia omijanie przeszkód i dokładne prowadzenie narzędzia.
• Ruch jest płynny, ale wolniejszy niż złączowy.
• Można dodać że ruch ten jest ograniczony przez martwą strefę robota i jest podatny na osobliwości.

Zastosowanie:

• Klejenie, spawanie liniowe,
• Montaż precyzyjny,
• Prowadzenie narzędzia po linii.

Przykład z robota Astorino:

Robot prowadzi dyszę kleju od punktu A do B po prostej, aby nałożyć równą linię kleju na element obudowy.

W tego typu interpolacji robot porusza się z bieżącej pozycji do miejsca docelowego w taki sposób, że TCP porusza się po linii prostej w przestrzeni 3D.

• Interpolacja kołowa

W tym trybie robot przemieszcza się po łuku, czyli po fragmencie okręgu. Wymaga podania co najmniej trzech punktów: początkowego, środkowego (na łuku) i końcowego. Trajektoria końcówki narzędzia przebiega po dokładnie wyznaczonym łuku.

Cechy:

Ruch po precyzyjnej krzywiźnie (części okręgu).

Stosowany tam, gdzie niezbędne jest odwzorowanie kształtów zakrzywionych.

• Wymaga dokładniejszego programowania niż ruch liniowy.

Zastosowanie:

Spawanie i malowanie zakrzywionych krawędzi,

Polerowanie i czyszczenie zaokrąglonych powierzchni,

• Ruchy po obwodzie.

Przykład z zastosowaniem robota Astorino:

Robot symuluje spawanie krawędzi półokrągłej rury, poruszając się płynnie po łuku od punktu A przez B do C.

W tym typie ruchu robot porusza się z bieżącej pozycji do miejsca docelowego przez środkowy punkt w taki sposób, że TCP tworzy łuk w przestrzeni 3D.

Każdy z typów interpolacji ma inne zastosowanie w zależności od zadania. Wybór odpowiedniego trybu wpływa na dokładność, bezpieczeństwo i efektywność pracy robota. Dobrze zaprogramowany ruch nie tylko przyspiesza operacje, ale też zapobiega kolizjom i błędom w procesie produkcji.

Przykładowe pomocne instrukcje:

• HOME – ruch o interpolacji złączowej (może poruszyć się w nieprzewidywany sposób) wykonywany do określonej pozycji domowej. Domyślna pozycja domowa została przedstawiona na rysunku poniżej. Pozycję HOME można zmienić w stosunku do domyślnej, ale nie zaleca się tego.

• LAPPRO punkt, odległość – ruch o interpolacji liniowej, który charakteryzuje się tym, że jako argument oprócz punktu w przestrzeni przyjmuje odległość, na jaką ma się zatrzymać od punktu w osi Z aktywnego narzędzia. Przykład „LAPPRO P5, 20”, czyli dojazd do punktu oddalonego o 20 mm względem osi Z narzędzia. Ta instrukcja ruchowa jest niezwykle istotna przy bezpiecznym podjeżdżaniu do punktu, np. detalu na taśmociągu.
• JAPPRO punkt, odległość – ruch podobny do LAPPRO, ale posiadający interpolację złączową.
• LDEPART odległość – liniowe odsunięcie się od aktualnej pozycji o określoną odległość względem osi Z aktywnego narzędzia.
• JDEPART odległość– podobnie jak ruch wyżej; z tą różnicą, że odbywa się w interpolacji złączowej.

3. Układy współrzędnych robota

W robotyce przemysłowej jednym z podstawowych pojęć, które należy dobrze zrozumieć, są układy współrzędnych. To one pozwalają na dokładne określenie położenia i orientacji elementów robota, narzędzi oraz obiektów w jego otoczeniu. W skrócie można powiedzieć: robot nie „widzi” świata jak człowiek – on wszystko opisuje w liczbach i kątach, w odniesieniu do przyjętych układów współrzędnych.

Układ współrzędnych to nic innego jak sposób opisu położenia punktu w przestrzeni. W robotyce najczęściej używa się kartezjańskiego układu współrzędnych 3D, składającego się z trzech osi. W przypadku Astorino:

• X – oś pozioma (ruch lewo/prawo),
• Y – oś poprzeczna (ruch przód/tył),
• Z – oś pionowa (ruch góra/dół).

Dodatkowo do opisu orientacji (czyli „jak jest obrócony robot”) potrzebne są trzy kąty obrotu, zwykle oznaczane jako:

• Rx – obrót wokół osi X,
• Ry – obrót wokół osi Y,
• Rz – obrót wokół osi Z.

Taki sposób opisu nazywamy też pozycją i orientacją punktu TCP (ang. Tool Center Point).

W robocie przemysłowym istnieje kilka różnych układów współrzędnych, które współpracują ze sobą. Oto najważniejsze z nich:

• Układ bazowy – Base Coordinate System

To główny układ robota, osadzony na jego podstawie. Wszystkie inne układy odniesienia mogą być względem niego przeliczane.

Punkt (0,0,0) znajduje się zwykle w centrum podstawy robota.

• Osie X, Y, Z są ustalone fabrycznie i są stałe – oś Z zazwyczaj skierowana jest pionowo w górę, oś X w lewo/prawo, a oś Y w przód/tył.

W przypadku robota Astorino ustawienie osi wygląda następująco:

Reguła lewej ręki pomaga zapamiętać kierunki osi:

• Układy przegubowe – Joint

To sposób opisu pozycji robota nie przez jego końcówkę (TCP), ale przez kąty obrotu jego poszczególnych przegubów. Pozwala na indywidualne sterowanie każdą osią robota, zależnie od jej orientacji dodatniej lub ujemnej. Położenia są zazwyczaj wyrażane w stopniach (°), odnosząc się do kątów przegubów. Jest to idealne do zadań wymagających precyzyjnego kontrolowania ruchów poszczególnych przegubów robota.

Używany przy interpolacji złączowej (JMOVE w przypadku Astorino).

Jest to naturalny ruch dla robota, ponieważ robot wylicza swoją pozycję w przestrzeni kartezjańskiej na podstawie pozycji przegubów.

• Ważny w diagnostyce i programowaniu trajektorii.

JT = oś

Poszczególne połączenia są numerowane w porządku rosnącym, zaczynając od podstawy robota. JT oznacza oś.

• Układ narzędzia – Tool

To układ współrzędnych przytwierdzony do końcówki robota, np. chwytaka lub dyszy spawalniczej. Zmienia się dynamicznie, gdy porusza się ramię.

Punkt (0,0,0) to tzw. TCP – środek narzędzia zorientowany tak, że kierunek i zwrot osi Z jest prostopadły do flanszy robota, czy punktu TCP zdefiniowanego na końcówce narzędzia. Powoduje to, że ruch w osi Z przesuwa robota w kierunku natarcia narzędzia, umożliwiając np. łatwe pobieranie produktów umieszczonych w podajnikach, czy wjeżdżanie narzędziem do obrabiarki.

• Niezbędny przy precyzyjnych aplikacjach, np. klejeniu czy cięciu.
• Układ roboczy – Work

To układ, który użytkownik może sam zdefiniować – np. względem stołu montażowego, palety, detalu. Ułatwia to programowanie, bo zamiast myśleć globalnie (stosować punkty zdefiniowane względem podstawy robota), operujemy lokalnie (stosujemy punkty zdefiniowane np. względem krawędzi palety).

Może być ustawiony np. na rogu palety z produktami.

Pozwala łatwo przesunąć i przeliczyć cały program robota, jeśli zmieni się lokalizacja stanowiska, ponieważ wystarczy na nowo zdefiniować początek takiego układu.

• Szczególnie przydatny w paletyzacji, montażu i obsłudze maszyn.

Każdy ruch robota musi być dokładnie zaplanowany – nie tylko dokąd ma dotrzeć, ale też jaką drogą, z jaką orientacją i względem czego.

Właściwe użycie układów współrzędnych pozwala:

programować bardziej uniwersalnie i elastycznie,

łatwiej dostosowywać programy do zmian w otoczeniu (np. przesunięta paleta),

• unikać błędów i kolizji – np. narzędzie może zawsze być ustawione pod odpowiednim kątem względem detalu.

4. Tryby pracy robota

Roboty przemysłowe oraz roboty edukacyjne Astorino działają w dwóch podstawowych trybach pracy: Teach (uczenie) i Repeat (powtarzanie). Ich zrozumienie jest kluczowe dla programowania i obsługi robotów.

• Tryb Teach – uczenie robota

Tryb ten umożliwia ręczne operacje robota, takie jak poruszanie się, nauczanie. W tym trybie maksymalna prędkość jest ograniczona do 60 mm/s i 12 ^o/s dla każdej osi. Nauczanie definiuje się jako programowanie robota do wykonywania wymaganych zadań i rejestrowanie danych pozycji. W tym trybie możliwe jest:

przesuwanie ramienia robota w przestrzeni: układach kartezjańskich (base, tool, work) lub przegubowym,

zapisywanie konkretnych pozycji jako punktów programu (np. start, chwytanie, odkładanie),

testowanie trajektorii ruchu,

• edycja lub korekta istniejących programów.

Tryb Teach jest bezpieczny i powolny, ponieważ wspiera świadome sterowanie przez operatora. To w tym trybie programuje się roboty krok po kroku.

Poruszanie robotem w trybie ręcznym (Teach)

Wybierz system odniesienia: 

• BASE (współrzędne bazowe)
• TOOL (współrzędne narzędzia)
• JOINT (tryb jednoosiowy)
• CONV (synchroniczny w połączeniu z opcjonalnym enkoderem zewnętrznym – przenośnikiem)
• WORK (współrzędne układu WORK)

Ustawianie  prędkości ruchu robota. 

“▲+” i “▼-” poruszają robota w trybie uczenia z wybraną prędkością:

BASE (współrzędne kartezjańskie): X, Y, Z, RX, RY, RZ

TOOL (współrzędne kartezjańskie): x, y, z, rx, ry, rz

• JOINT (pojedyncza oś):JT1, JT2, JT3, JT4, JT5, JT6

Jeśli aktualnie wybrana prędkość wynosi 1 (krok), to po naciśnięciu przycisków JOG (+/-) robot wykonuje ruch krokowy. Ruch krokowy jest ustawiony w sekcji STEP-TEACH .

JT1: Lewy i prawy obrót ramienia

Poruszanie robotem w trybie ręcznym (Teach). W trybie Teach opartym na aktualnie wybranym trybie ruchu (Base, Joint, Tool) możliwe jest ręczne poruszanie ramieniem robota za pomocą teach pendanta lub dedykowanej aplikacji komputerowej.

• JOINT (Ruch złączowy)

JT1: Lewy i prawy obrót ramienia

JT2: Ruch ramienia w przód i w tył 

JT3: Ruch ramienia w górę i w dół 

JT4: Obrót osi nadgarstka (1) 

JT5: Obrót osi nadgarstka (2) 

JT6: Obrót osi nadgarstka (3) 

• BASE (Ruch względem podstawowego układu współrzędnych)

X: Ruch równoległy do współrzędnej bazowej X  (orientacja nadgarstka jest stała) 

Y: Ruch równoległy do współrzędnej bazowej Y (orientacja nadgarstka jest stała)

Z: Ruch równoległy do współrzędnej bazowej Z(orientacja nadgarstka jest stała)

RX: Obrót wokół współrzędnej X (TCP nie porusza się)

RY: Obrót wokół współrzędnej Y (TCP nie porusza się)

RZ: Obrót wokół współrzędnej Z (TCP nie porusza się)

• TOOL (Ruch względem układu narzędzia)

Układ współrzędnych narzędzia jest zdefiniowany na narzędziu zainstalowanym na osi 6. Operacje oparte na tym układzie współrzędnych narzędzia będą różnić się kierunkiem ruchu w zależności od transformacji współrzędnych do współrzędnych narzędzia null (zerowy). Współrzędne narzędzia zmieniają się również wraz ze zmianą orientacji nadgarstka, jak pokazano na poniższych rysunkach, mimo że tylko przedramię porusza się bez poruszania osiami nadgarstka.

x: Ruch równoległy do współrzędnej X narzędzia  (orientacja nadgarstka jest stała) 

y: Ruch równoległy do współrzędnej Y narzędzia (orientacja nadgarstka jest stała) 

z: Ruch równoległy do współrzędnej narzędzia Z (orientacja nadgarstka jest stała) 

rx: Obrót wokół współrzędnej X narzędzia  (TCP nie porusza się) 

ry: Obrót wokół współrzędnej Y narzędzia (TCP nie porusza się) 

rz: Obrót wokół współrzędnej narzędzia Z (TCP nie porusza się) 

Tryb Repeat – powtarzanie zaprogramowanych ruchów

Po zakończeniu programowania i testów, robot może pracować w trybie Repeat, czyli automatycznego odtwarzania wcześniej zapisanych ruchów.

W tym trybie prędkości nie są ograniczone, a robot może poruszać się maksymalnie z prędkością 250 mm/s. Robot wykonuje program samodzielnie, bez udziału operatora.

• Wszystkie trajektorie, prędkości i polecenia są realizowane zgodnie z zapisanym programem.
• Tryb Repeat jest używany w produkcji masowej, gdzie liczy się precyzja, szybkość i powtarzalność.
• Operator nawet nie ma możliwości ręcznego sterowania robotem, wymaga to przełączenia trybu.
• W większości robotów mamy odczynienia z cyklami, które mogą być zapętlone. Oddzielnie ustawiamy prędkość robota w trybie teach, a oddzielnie w trybie repeat.

W robocie Astorino tryb Repeat pozwala na pełną automatyzację procesów takich jak np. układanie elementów, testowanie komponentów czy inspekcja wizyjna – wszystko zależy od zaprogramowanego zadania.

5. Podstawowe polecenia języka AS

Język AS to język programowania robotów przemysłowych opracowany przez firmę Kawasaki. Astorino bazuje na nim, posiadając kilka uproszczeń, jednak większość jest bardzo do siebie podobna. Dzięki temu łatwo jest potrafiąc zaprogramować Astorino przejść na programowanie robotów Kawasaki Robotics czy innych robotów przemysłowych.

Programować robota Astorino można zarówno z poziomu teach pendanta jak i dedykowanej aplikacji. Oba te podejścia mają swoje wady i zalety.

Programowanie z użyciem teach pendanta:

• Jest dobre do szybkich, niedużych zmian, takich jak dojechanie robotem do nowego punktu i nadpisanie go,
• Teach pendant jest zawsze przy robocie, nie wymaga posiadania dodatkowego sprzętu,
• Pisanie bardziej skomplikowanych programów będzie wolniejsze i mniej wygodne niż przy użyciu dedykowanego środowiska.

Programowanie z użyciem środowiska Astorino:

• Jest bardzo wygodne, ponieważ mamy w nim łatwy dostęp do wszystkich informacji m.in. na temat zapisanych narzędzi, punktów, stanów wejść i wyjść.
• Umożliwia tworzenie programu za pomocą klawiatury komputera, co ułatwia szybkie pisanie kodu. Oprócz tego środowisko pozwala na symulacyjny podgląd robota.
• Wymaga stałej komunikacji między komputerem a robotem, np. za pomocą USB i ponownej synchronizacji plików z robotem po wprowadzeniu zmian w programie.

Należy pamiętać, że obie metody są warte poznania, natomiast przy pisaniu złożonych programów, zdecydowanie wygodniejsze do pracy jest oprogramowanie Astorino na PC/laptopa.

Na początku omówione zostanie napisanie programu z wykorzystaniem oprogramowania Astorino. Szczegółowe elementy programowania zostaną omówione w części drugiej.

Przykładowy program w języku AS

Każdy program w języku AS zaczyna się od .PROGRAM nazwa_programu oraz kończy na .END. Określamy w ten sposób, gdzie znajduje się program, który ma wykonać robot.

Komentarze

Język AS umożliwia także pisanie tzw. komentarzy, czyli linii tekstu, które nie są poleceniami dla robota, a jedynie treścią dostępną dla czytającego kod. Warto używać komentarzy w celu np. krótkiego opisu działania programu, tak żeby po dłuższym czasie nieużytkowania, operator wiedział co dokładnie zrobi robot. Aby rozpocząć pisanie komentarza należy wykorzystać znak ;.

Rodzaje instrukcji w programie

Instrukcje w programie możemy podzielić na dwa typy: te, które powodują ruch robota oraz te, które tego nie robią (np. ustawiają sygnały).

Polecenia ruchu

Polecenia ruchu to np. LMOVE, JMOVE, LAPPRO, JAPPRO, HOME. Każde z tych poleceń (z wyjątkiem HOME) przyjmuje jako argument punkt w przestrzeni roboczej robota. Punkty te mogą być zarówno kartezjańskie (X, Y, Z, RX, RY, RZ), jak i złączowe (J1, J2, J3, J4, J5, J6).

Należy pamiętać, że do punktów złączowych odwołujemy się z wykorzystaniem znaku # poprzedzającego nazwę punktu, np. #P1, #P5. Do punktów kartezjańskich można odwołać się bez znaku #, a więc: P1, P5. Trzeba zauważyć, że punkty te nie są tożsame. Jeśli nauczymy robota punktu P1, to ruch do punktu #P1 bez uprzedniego zdefiniowania go może doprowadzić do błędu programu, co za tym idzie P1 i #P1 mogą oznaczać dwa zupełnie inne miejsca w przestrzeni.

W przypadku poleceń LAPPRO, JAPPRO należy oprócz punktu podać drugi argument, jakim jest odległość w milimetrach. Robot podjedzie do podanego punktu na wskazaną odległość względem osi Z narzędzia. W zależności od polecenia można wykorzystać interpolację liniową lub złączową. Ten ruch jest bardzo przydatny do wstępnego spozycjonowania robota w pewnej odległości od celu i następnie wywołania liniowego ruchu w stronę celu.

Polecenia LDEPART i JDEPART działają bardzo podobnie – z tym, że nie przyjmują jaki jest argument punktu docelowego, a jedynie odległość, na jaką oddalą się od aktualnej pozycji TCP. Można więc zauważyć, że w sytuacji, kiedy robot znajduje się już we wskazanym punkcie np. P1, to wywołanie polecenia „LAPPRO P1, 50” będzie miało taki dokładnie taki sam skutek jak „LDEPART 50”, ponieważ w obu przypadkach robot oddali się od punktu P1 o 50 milimetrów na liniowej trajektorii.

Inny typ poleceń w języku AS to takie które nie powodują ruchu robota. Możemy do nich zaliczyć m.in. SPEED, SIGNAL, TWAIT.

Polecenie SPEED służy w domyślnym trybie do ustawienia prędkości wykonania następnego polecenia ruchowego. Możemy tutaj podać wartość w milimetrach na sekundę lub wartość procentową od 0.01% do 100%. Przykładowo: „SPEED 100” oznacza ustawienie prędkości następnego ruchu na 100%, a „SPEED 150 MM/S” oznacza ustawienie prędkości następnego ruchu na 150 milimetrów na sekundę. Należy pamiętać, że nie zawsze możliwe jest uzyskanie podanej prędkości, np. kiedy odległość między punktami jest za mała.

Może się zdarzyć, że chcemy, aby każdy ruch w programie był wykonywany ze stałą prędkością, można wtedy użyć polecenia „SPEED wartość w procentach lub mm/s ALWAYS”. Dodanie na końcu słowa ALWAYS powoduje, że ustawiona prędkość jest przypisana do wszystkich następnych poleceń ruchowych, do momentu ustawienia kolejnej prędkości (może się to tyczyć pojedynczej instrukcji ruchu lub wszystkich przy użyciu parametru ALWAYS).

Kolejnym bardzo istotnym poleceniem jest SIGNAL. Polecenie to służy do ustawiania stanu logicznego sygnału wyjściowego. Astorino w wersji B dysponuje ośmioma niezależnymi wyjściami (oraz dwoma zarezerwowanymi dla narzędzia), które mogą być wykorzystane do sterowania zewnętrznymi urządzeniami. Domyślnie, do wyjścia o numerze 57 przypisany jest chwytak, jednak oprócz niego Astorino może sterować np. taśmociągiem, siłownikami czy diodami.

Dzięki temu możemy umieścić w napisanym programie polecenia umożliwiające sterowanie takimi peryferiami. Każdy z tych sygnałów może przybrać dwa stany logiczne:

Stan wysoki – logiczna prawda; zazwyczaj oznacza podanie wysokiego napięcia na dane wyjście,

• Stan niski – logiczny fałsz; zwykle oznacza podanie zerowego napięcia na dane wyjście.

Składnia polecenia SIGNAL jest następująca: „SIGNAL numer sygnału”. Tak więc użycie „SIGNAL 57” powoduje ustawienie stanu wysokiego na wyjście 57 i tym samym zaciśnięcie chwytaka. Jeśli chcemy ustawić logiczny stan niski, to należy poprzedzić numer sygnału znakiem minus,
czyli „SIGNAL -57” spowoduje ponowne otwarcie chwytaka. Polecenie SIGNAL może przyjąć jednocześnie kilka argumentów. Można ustawić wiele sygnałów naraz np. „SIGNAL 1, 2, 5”, ustawia sygnały o numerach 1, 2 i 5 na logiczny stan wysoki, a polecenie „SIGNAL 2, -4, -6” ustawia stan wyjścia numer 2 na stan wysoki, a wyjścia 4 i 6 na stan niski.

Kolejnym istotnym poleceniem jest TWAIT. Powoduje ono wstrzymanie programu na określony czas wyrażony w sekundach. Może być to niezwykle przydatne przy sterowaniu chwytakiem. Samo ustawienie stanu sygnału na stan wysoki powoduje zamknięcie chwytaka, natomiast potrzebuje on czas na fizyczne zaciśnięcie. Chodzi o to, aby żeby robot nie zacisnął chwytaka np. wykonując kolejne polecenie ruchowe.

Astorino posiada jeszcze więcej przydatnych poleceń, które można znaleźć w dokumentacji języka AS na stronie www.astorino.com.pl w sekcji Pliki, po zalogowaniu.

Programowanie z użyciem teach pendanta

Sytuacja wygląda nieco inaczej w przypadku programowania z użyciem teach pendanta. Składnia języka AS nie ulega zmianie, jednak aby dodawać i edytować poszczególne polecenia, należy używać dedykowanych im przycisków na klawiaturze teach pendanta. Na poniższym zdjęciu przedstawiona widziany przez użytkownika ekran edycji programu.

1. Aktualna pozycja robota

2. Obszar wyświetlania programu

3. Pasek wyboru składowych instrukcji programu

4. Okno wyświetlania komunikatów

5. IO – wejścia i wyjścia

6. Kontrolki ekranu programowania

7. Kontrolki stanu robota i przyciski funkcyjne

8. Krok obecnie wykonywanego programu

9. Blok obsługi programów

Uczenie punktów na teach pendancie

Podstawowa rzecz to uczenie punktów. Kiedy robot dojedzie TCP do wskazanej pozycji, należy zapisać ten punkt na jeden z dwóch sposobów.

Pierwszy z nich to otworzenie terminala (przycisk MENU na klawiaturze teach pendanta) i wpisanie polecenia HERE nazwa punktu.

Można w ten sposób zapisać zarówno współrzędne kartezjańskie, jak i złączowe z wykorzystaniem znaku #.

Inny sposób na nauczenie robota punktu to wejście w menu AUX -> 5. Points.

W polu POINT należy wpisać numer punktu oraz zaznaczyć, czy jest to punkt kartezjański (TRANS) lub złączowy (JOINT). Przycisk TEACH POINT powoduje nauczenie aktualnej pozycji robota jako dany punkt.

Z tego samego okna, można wywołać ruch do wskazanego punktu. Typ ruchu jest określony w polu COMMAND. Przy wyborze polecenia LAPPRO możemy określić odległość odsunięcia w polu Z TOOL TRAVEL. Wciśnięcie przycisku EXECUTE przy jednoczesnym trzymaniu dead man switcha powoduje dojazd do wskazanego punktu.

Po nauczeniu robota wybranych punktów, można wpisać komendy w oknie edycji programu. Aby dodać polecenie należy wybrać to, którego potrzebujemy, klikając kombinację przycisków A+INTERP. Powoduje to przewijanie kolejnych poleceń na górnym niebieskim pasku. Po znalezieniu potrzebnej komendy, wystarczy wcisnąć przycisk REC, który dodaje na sam koniec aktualnego programu. Aby dodać linijkę nad aktualnie zaznaczone polecenie, należy wcisnąć A+INS. Można edytować wybraną linijkę kodu przez wciśnięcie A+TOOL.

Znając wcześniej omówione elementy języka AS, napisanie podobnego programu z wykorzystaniem teach pendanta nie powinno stanowić problemu.

6. Uruchamianie robota i jego oprogramowanie

Uruchamianie robota Astorino rozpoczyna się od włączenia zasilania głównego oraz kontrolera robota w postaci oprogramowania lub panelu sterującego.

Po uruchomieniu robota można przełączyć robota w tryb manualny lub automatyczny i załadować odpowiedni program. Przed rozpoczęciem pracy warto przeprowadzić testowy ruch robota z niską prędkością, aby upewnić się, że trajektoria jest poprawna i bezpieczna. Należy również sprawdzić, czy robot znajduje się w bezpiecznej pozycji startowej i czy wszystkie elementy systemu są sprawne.

Podłączenie elektryczne robota Astorino:

1.	Gniazdo M8 4-pin – zewnętrzny wyłącznik awaryjny (E-Stop)
2.	Zewnętrzny wyłącznik awaryjny SAFETY-FENCE (OPCJA)
3.	Wlot ciśnienia Ø4,0 mm
4.	Port USB-B
5.	OPCJA 2 (enkoder 2 – przenośnik taśmowy 2/JT7)
6.	OPCJA 1 (enkoder 1 – przenośnik taśmowy 1)
7.	System wizyjny/Komunikacja szeregowa (Serial) (Piny: 1-GND, 2 – 5V [Wizja], 3-TX, 4- RX)
8.	Przełącznik ON/OFF
9.	Port Ethernet (RJ45)
10.	Złącze zasilania

Po zainstalowaniu oprogramowania Astorino, należy robota przygotować do pracy – w tym celu po uruchomieniu oprogramowania (robot podłączony do komputera, port COM, do którego podłączony jest robot, powinien automatycznie pojawić się na liście rozwijanej w obszarze Połączenie w menu [Sterowanie].

Następnie po kliknięciu [Reset], gdy przycisk jest podświetlony na czerwono, należy sprawdzić przycisk zatrzymania awaryjnego.

Następnie należy włączyć silniki, klikając szary przycisk [MOTOR ON]. Po kliknięciu w żółte pole [ZEROING], zacznie się proces zerowania. Zerowanie musi być wykonywane za każdym razem, gdy robot jest odłączany od zasilania lub silniki są wyłączone. Po wykonanym zerowaniu robota jest gotowy do pracy,

Podstawowe informacje o oprogramowaniu robota Astorino

Wszystkie dane są przechowywane na wewnętrznej karcie micro SD, która znajduje się na płycie mikrokontrolera wewnątrz podstawy robota. Jeśli robot jest wyłączony, dane użytkownika nie są usuwane.

Przegląd okna głównego
1. Status	Aktualny status podłączonego robota
2. Kontrola aplikacji	Zamykanie lub minimalizowanie aplikacji astorino
3. Karty operacji	Przełączanie między różnymi kartami operacji

Obszar statusu
1. Connected	Podłączony do oprogramowania Astorino
2. Error	Wystąpił błąd
3. Ready	Jeśli nie ma zatrzymania awaryjnego i nie występują żadne błędy, napędy są załączone i zerowanie zostało zakończone
4. Motors	Napędy są załączone
5. EMERGENCY STOP	Wyłącznik awaryjny jest wciśnięty i aktywny
6. SAFETY FENCE	Zatrzymanie ogrodzenia ochronnego jest aktywne
7. Cycle	gdy sekwencja programu jest aktywowana
8. Hold	kiedy robot został zatrzymany
9. Home	robot znajduje się w pozycji domowej
10. EXT_IT	gdy robot został zatrzymany przez zewnętrzny sygnał

Karta Control / Sterowanie
1. MOTORS	Stan silników i kontrola nad silnikami
2. CONTROL	Sterowanie trybem pracy, zatrzymanie robota lub przejście do pozycji początkowej, potwierdzenie błędu i zerowanie
3. ROBOT-TYPE	Wersja oprogramowania sprzętowego robota i numer seryjny
4. Connection	Wybór połączenia i konfiguracja interfejsu, ustanowienie połączenia lub rozłączenie
5. Language	Wybór języka wyświetlanego języka

Karta JOG
1. Jogging	Wybierz tryb ruchu i prędkość
2. Current Position	wybór narzędzia (Tool), wyświetlanie kątów*, aktualna pozycja robota
3. STEP-TEACH	ustaw rozmiar kroku i prędkość kroku
4. JT7 – JOG	przesuń oś liniową (JT7) – jeśli jest dostępna
5. Execute Motion Command	Przemieszczenie do zaznaczonego punktu z sekcji Teach Points
6. Teach Point	Wybierz punkt, do którego chcesz się uczyć lub do którego chcesz się przenieść
7. Control	Zduplikowana funkcjonalność z karty Sterowanie

Tworzenie nowego programu

Ładowanie programu do robota

Więcej szczegółów w dokumentacji – „Astorino – instrukcja obsługi i programowania” dostępnego na stronie www.astorino.com.pl w sekcji Pliki, po zalogowaniu.

Sterowanie za pomocą teach pendanta

Inny sposób sterowania robotem Astorino to ręczny sposób sterowania za pomocą teach pendanta. Teach Pendant to przenośny panel sterujący, który umożliwia ręczne programowanie i obsługę robota Astorino. Za jego pomocą operator może poruszać robotem w trybie ręcznym ustawiać punkty trajektorii, edytować programy oraz uruchamiać je w trybie testowym.

Teach Pendant wyposażony jest w przyciski kierunkowe, wyświetlacz oraz przycisk awaryjny, co zapewnia bezpieczeństwo i precyzję podczas programowania. Po podłączeniu do robota należy w pierwszej kolejności zapoznać się z przyciskami oraz klawiaturą.

1. TeachLock (Blokada programatora) – przełącznik dwustanowy zmiany trybu pracy robota:

– tryb pracy TEACH

– tryb pracy REPEAT

1. Przycisk awaryjnego zatrzymania (ang. Emergency Stop)
2. Deadman Switch (Przycisk zezwolenia) – przełącznik trójstanowy, jedynie położenie w stanie „środkowym” umożliwia poruszanie robotem w trybie TEACH. Przełącznik w kolejnych pozycjach jest wyłączony – załączony – wyłączony.

Strzałki	Nawigacja pośród opcji ekranów, przewijanie programu
MENU	Otwarcie menu szybkiego wyboru
ENTER	Potwierdzenie wyboru
R	Cofnięcie do poprzedniego ekranu
A	ALT – aktywacja dodatkowych opcji przycisków
SPEED/TEACH SPEED	Zmiana parametru prędkości ruchu robota w trybie TEACH  (+ALT) Zmiana parametru dodawanej do programu instrukcji
INTERP	Zmiana układu ruchu robota w trybie TEACH  (+ALT) Zmiana parametru instrukcji ruchu dodawanej do programu instrukcji
GO/CHECK	Wykonanie kolejnej instrukcji w trybie pracy STEP ONCE lub uruchomienie pojedynczej linijki programu w trybie Teach
MotorON/JOG	Włączenie/Wyłączenie napędów robota  (+ALT) Chwilowa zmiana prędkości robota w trybie TEACH na wartość 5
CycleStart/CONT	Zmiana trybu ciągłości wykonywania programu  (+ALT) Rozpoczęcie cyklu pracy robota od aktualnie zaznaczonej linijki
INS	Dodanie instrukcji do programu ponad obecnie wskazaną linią
DEL	Usunięcie obecnie wskazanej linii programu (+ALT)
POS MOD	Zmiana pozycji w aktualnej zaznaczonej linijce ruchu, (+ALT) otwiera tekstowy edytor zaznaczonej linijki programu
REC	Dodanie instrukcji do programu na jego końcu
Chwytak	Załączenie 1 sygnału clamp i wyłączenie sygnału 2 clamp (sygnały dedykowane chwytaka)   (+ALT) wyłączenie sygnału 1 i załączenie sygnału 2
RUN/HOLD	Wstrzymanie obecnie wykonywanego cyklu pracy  (+ALT) Wznowienie cyklu pracy
Klawiatura numeryczna	Wprowadzanie wartości numerycznych w odpowiednich funkcjach
ON	Załączenie wybranego sygnału
OFF	Wyłączenie wybranego sygnału
TOOL/BS	Backspace – kasowanie ostatniego znaku  (+ALT) – zmiana wybranego narzędzia
CC	N/A – nie przypisano
ZERO	Uruchomienie procedury ruchu do pozycji domowej  (+ALT) Uruchomienie procedury zerowania
Reset	Resetowanie błędu robota
Potwierdź	Powoduje zapis/potwierdzenie ustawień
Osie (+/-)	Realizacja ruchu robota wzdłuż danej osi (zależnie od wybranego układu)

Szczegóły na temat obsługi i poszczególnych ekranów teach pendanta znajdują się w dokumencie „Astorino. Teach pendant – instrukcja obsługi” dostępnego na stronie www.astorino.com.pl w sekcji Pliki, po zalogowaniu.

Sprawdź swoją wiedzę

Pytania otwarte:

1. Czym jest robot Astorino?

Odpowiedź: Astorino to edukacyjny robot przemysłowy, zaprojektowany do nauki podstaw robotyki, programowania oraz automatyzacji w szkołach i na uczelniach technicznych.

2. Jakie środki bezpieczeństwa są stosowane podczas pracy z robotem Astorino?

Odpowiedź: Stosuje się osłony ochronne, wyłączniki awaryjne (emergency stop), ograniczenia prędkości oraz tryb nauczania z niską prędkością.

3. Do czego służy teach pendant w robocie Astorino?

Odpowiedź: Teach pendant służy do ręcznego sterowania robotem, ustawiania pozycji oraz tworzenia i edycji programów.

4. Jakie ruchy potrafi wykonać robot Astorino?

Odpowiedź: W zależności od wersji może wykonywać ruchy liniowe, obrotowe oraz złożone trajektorie przestrzenne.

5. Jakie komponenty mogą współpracować z robotem Astorino?

Odpowiedź: Może współpracować z chwytakami, czujnikami, kamerami wizyjnymi, przenośnikami taśmowymi oraz innymi urządzeniami automatyki.

6. Czym różni się robot przemysłowy od robota edukacyjnego takiego jak Astorino?

Odpowiedź: Robot edukacyjny ma uproszczoną konstrukcję, mniejszą moc i jest dostosowany do bezpiecznego użytku w warunkach szkolnych.

7. Jakie umiejętności rozwija praca z robotem Astorino?

Odpowiedź: Praca z robotem rozwija umiejętności techniczne, programistyczne, logiczne, analityczne oraz związane z bezpieczeństwem pracy.

8. Co oznacza, że robot Astorino ma kilka stopni swobody?

Odpowiedź: Oznacza to, że jego ramię może poruszać się w kilku niezależnych kierunkach, co zwiększa zakres jego ruchów i możliwości operacyjne.

9. Jakie są ograniczenia robota Astorino w porównaniu z dużymi robotami przemysłowymi?

Odpowiedź: Astorino ma mniejszy zasięg, udźwig i moc, jednak jego funkcjonalność w aspekcie nauczania jest bardzo zbliżona.

10. Jakie są przykładowe zadania, jakie można realizować na robocie Astorino?

Odpowiedź: Przenoszenie przedmiotów, paletyzacja, sortowanie, montaż elementów, obsługa stanowisk testowych.

Pytania testowe:

Test jednokrotnego wyboru – Poziom podstawowy

1. Jakiego typu robotem jest Astorino?

A) mobilnym robotem gąsienicowym

B) edukacyjnym robotem przemysłowym

C) dronem inspekcyjnym

D) podwodnym robotem inspekcyjnym

2. Do czego służy teach pendant?

A) do drukowania dokumentów

B) do ręcznego sterowania robotem

C) do ładowania baterii robota

D) do przechowywania narzędzi

3. Co należy zrobić przed uruchomieniem robota Astorino?

A) sprawdzić stan techniczny i bezpieczeństwo oraz wyzerować robota

B) włączyć muzykę relaksacyjną

C) wydrukować raport z ostatniego programu

D) naoliwić silniki ręcznie.

4. Jak nazywa się przycisk służący do natychmiastowego zatrzymania robota?

A) Start

B) Reset

C) Emergency Stop

D) Exit

5. Ile osi może mieć robot przemysłowy?

A) 2

B) 4

C) 5

D) 6

6. Co oznacza tryb Teach w robocie Astorino?

A) automatyczne wykonanie programu

B) samodzielna naprawa robota

C) ręczne ustawianie pozycji

D) czyszczenie chwytaka

7. Od czego zależy zasięg robota Astorino?

A) liczby śrub

B) konstrukcji mechanicznej i długości ramienia

C) koloru przewodów

D) temperatury otoczenia

8. Kiedy należy użyć trybu niskiej prędkości?

A) podczas transportu robota

B) w czasie wakacji

C) podczas testowania nowych trajektorii

D) gdy robot jest niepodłączony

III. ZADANIA PRAKTYCZNE – PODSTAWY PRACY Z ROBOTEM ASTORINO

Przykład 1. Układ ruchu – układu współrzędnych BASE

Uruchomienie zakładki JOG oraz wybór układu współrzędnych BASE.
Sterowanie robotem – osiągnięcie różnych położeń robota.

Sterowanie przyciskami: Przyciski „▲+” oraz „▼-” poruszają robotemnw trybie BASE: X, Y, Z, RX, RY, RZ

• Sterowanie robotem przy różnych prędkościach SPEED.
• Dla każdego stopnia swobody określenie punktów krytycznych
• Sprawdzenie zakładki POINT, aby zapoznać się z określonym punktami ustawionej pozycji robota.
• Ustawienia robota w różnych pozycjach – zwrócenie uwagi na precyzję oraz szybkość
• Ustawienie w różnych miejscach elementów typu kostka sześcienna i sterowanie robotem w taki sposób, aby ukierunkować robota nad element – zacząć od najmniejszej prędkości i zwiększając do maksymalnej.
• Ustawienie kilku elementów w różnych miejscach (wieża) np. z 3 elementów i sterowanie robotem w taki sposób, aby ukierunkować robota nad element – zacząć od najmniejszej prędkości i zwiększając do maksymalnej.

Przykład 2. Układ ruchu – Układy współrzędnych JOINT

Uruchomienie zakładki JOG oraz wybór układu współrzędnych BASE.
Sterowanie robotem – osiągnięcie różnych położeń robota.

• Sterowanie robotem – osiągnięcie różnych położeń robota
• Przyciski „▲+” oraz „▼-” poruszają robotem w osiach JOINT JT1..6
• Sterowanie robotem przy różnych prędkościach SPEED.
• Dla każdego stopnia swobody określenie punktów krytycznych.
• Sprawdzenie zakładki POINT, aby zapoznać się z określonym punktami ustawionej pozycji robota.
• Ustawienia robota w różnych pozycjach – zwrócenie uwagi na precyzję oraz szybkość.
• Ustawienie w różnych miejscach elementów typu kostka sześcienna i sterowanie robotem w taki sposób, aby ukierunkować robota nad element – zacząć od najmniejszej prędkości i zwiększając do maksymalnej.
• Ustawienie kilku elementów w różnych miejscach (wieża) np. z 3 elementów i sterowanie robotem w taki sposób, aby ukierunkować robota nad element – zacząć od najmniejszej prędkości i zwiększając do maksymalnej.

Przykład 3. Ustawianie punktów sterowania robotem

• Uruchomienie zakładki POINT oraz omówienie jej
• Ustawienie kilku punktów ruchów robota
• Nauczenie robota pod określonym punktem P…. określonej sekwencji ruchów

Ustalenie swojego punktu położenia robota i swojej sekwencji ruchów oraz wywołanie jej – przy różnych prędkościach.

Przykład 4. Ustawianie punktów sterowania robotem – sekwencje

• Uruchomienie zakładki POINT oraz omówienie jej
• Ustawienie elementów wg schematu rozmieszczenia elementów

1. Ustawienie punktów robota tak, aby dojeżdżał do elementu nr 1, następnie do elementu nr 2
2. Sprawdzenie pkt A przy różnych prędkościach
3. Ustawienie punktów robota tak, aby dojeżdżał do elementu nr 1, następnie do elementu nr 2 i powrotnie do elementu nr 1
4. Sprawdzenie pkt A przy różnych prędkościach
5. Ustawienie punktów robota tak, aby dojeżdżał do elementu nr 1, następnie pozycji HOME, następnie do elementu nr 2 i następnie pozycji HOME
6. Sprawdzenie pkt A przy różnych prędkościach

Przykład 5. Ustawianie punktów sterowania robotem – sekwencje zaawansowane

• Uruchomienie zakładki POINT oraz omówienie jej
• Ustawienie elementów wg schematu rozmieszczenia elementów

1. Ustawienie punktów robota tak, aby dojeżdżał do elementu nr 1, następnie do elementu nr 2, następnie do elementu nr 3. następnie do elementu nr 4.
2. Sprawdzenie pkt A przy różnych prędkościach
3. Ustawienie punktów robota tak, aby dojeżdżał do elementów 1 lub 2 lub 3 lub 4 w różnych kombinacjach sekwencji ruchu.
4. Sprawdzenie pkt C przy różnych prędkościach.

Przykład 6. Sterowanie chwytakiem – program sterowania

W tym podręczniku autor nie przedstawia języka programowania, a jedynie odtwórcze przepisanie programu i zmiany parametrów.

• Ustawić pkt P1

• Należy ustawić pkt P2

• Przepisanie przykładowego programu i wczytanie go do pamięci RAM robota

Można podjąć próbę zmiany punktów, dodawania następnych, analizy programu i dodawania sekwencji.

Przykład 7. Sterowanie ręczne robotem

Należy podłączyć do robota teach pendant i następnie sterować robotem w sposób ręczny, w pierwszej kolejności osiągając różne punkty. Następnie według powyższych przykładów lub własnych pomysłów, można generować scenariusze ruchu i przenoszenie elementów. Można również przy pomocy teach pendanta spróbować przepisać program zawarty w tym podręczniku.

Indeks

HOME, 7, 32, 45, 64

Manipulator, 7, 11

Otoczenie robota, 7

Pedipulator, 7

Przegub robota, 7

Punkt kartezjański, 7, 45, 48

Punkt złączowy, 7, 45, 48

Punkty osobliwe, 7, 30

Robot, 7, 8, 9, 13, 29, 30, 31, 32, 43, 45

Robot przemysłowy, 8, 13, 29

Robotyka, 8

Robotyka przemysłowa, 8

Stopnie swobody robota, 8, 11, 12, 13, 16, 26

TCP, 8, 27, 29, 30, 31, 32, 33, 35, 40, 42, 45, 47

Teach Pendant, 8, 10, 15, 17, 28, 38, 43, 46, 47, 48, 55, 58

Układ sterowania, 8

Zapowiedzi:

Tom II Poziom średniozaawansowany Podstawy programowania robotów na przykładzie robota Astorino

Tom III Poziom zaawansowany Integracja robota Astorino z urządzeniami peryferyjnymi

Marek Niewiadomski, konstruktor robotów Astorino:

Robotyka staje się coraz bliższa człowiekowi. Kiedyś kojarzona głównie z  przemysłem samochodowym oraz studiami wyższymi, obecnie pojawia się w małych rodzimych firmach produkcyjnych, a sama nauka  już w technikach i szkołach średnich. Astorino to krok w stronę przyszłości i ułatwienie młodym, zdolnym inżynierom oraz inżynierkom wczesny start w tej dziedzinie. Start, który nie jest już tylko teoretycznym wstępem lecz realną nauką opartą na praktyce.