Konfiguracja parametrów instalacyjnych robota UR

Jak skonfigurować nowego robota Universal Robots?

Robot firmy Universal Robots przyjeżdża zapakowany w dwa kartony. W jednym odnajdziemy ramię robota, w drugim natomiast skrzynkę sterowniczą (control box) oraz panel operatora (teach pendant) wraz z dwoma wspornikami montażowymi dla nich i kluczem służącym do otwierania control box’a. To wszystko. Skrzynka sterownicza posiada dwa gniazda: pierwsze z nich odpowiada za doprowadzenie zasilania do ramienia robota i umożliwia wymianę danych na linii sterownik – ramię robota. Drugie gniazdo zapewnia zasilanie sieciowe 230VAC. Oprócz prawidłowo przeprowadzonej instalacji mechanicznej robota, należy pamiętać o wprowadzeniu w jego oprogramowaniu właściwych parametrów konfiguracyjnych tak aby robot w połączeniu z efektorem (np. chwytak) i sterowany odpowiednim programem, mógł stać się sprawnie działającym elementem systemu produkcyjnego.

Pierwsze uruchomienie robota UR

Po pierwszym uruchomieniu robota Universal Robots przyciskiem PowerOn, na teach pendancie pojawia się tzw. Ekran Pierwsze Kroki, który pozwala nam wybrać jedną z trzech opcji:

Uruchom program,
Programuj robota,
Konfiguruj instalację robota.

Przed rozpoczęciem pracy należy więc w zakładce „konfiguruj instalację robota” skonfigurować podstawowe parametry instalacyjne robota, do których należą:

Sposób montażu robota,
Położenie punktu centralnego narzędzia (Tool Center Point – TCP)
Obciążenie robota (Payload),
Środek ciężkości dla zadanego obciążenia (Center of Gravity – CoG).

Każda zmiana parametru instalacyjnego musi zostać zapisana, aby zmiany zostały zachowane. Zapisu dokonuje się poprzez kliknięcie standardowej ikonki dyskietki, można też użyć opcji „zapisz jako…”.

Cel sposobu montażu robota UR

Ustawienie sposobu montażu robota ma dwa nadrzędne cele:

Poprawne wyświetlanie ramienia robota na ekranie,
Informowanie sterownika o kierunku działania siły ciążenia.

W przypadku nieprawidłowego montażu należy liczyć się z ryzykiem częstszych zatrzymywań ochronnych albo z samoczynnym ruchem ramienia w trybie ruchu swobodnego. Domyślnie robot ustawiony jest poziomo na płaskiej powierzchni, więc przy montażu na stole czy na podłodze nie ma potrzeby wprowadzania zmian (Rysunek 1).

Rysunek 1. Ustawianie sposobu montażu robota

Ustawienie punktu centralnego robota TCP

Punkt centralny narzędzia, zwany dalej TCP, jest punktem w narzędziu robota. Można go określić jako punkt znajdujący się w pomiędzy punktami styku narzędzia robota z przedmiotem przezeń łapanym. (Rysunek 2) Prawidłowe zdefiniowanie tego punktu jest niezbędne dla robota podczas ruchu, w przeciwnym razie nie będzie znał przesunięcia względem flanszy, co jest kluczowe podczas pracy robota. Podczas pierwszego uruchomienia robota punkt ten będzie znajdował się domyślnie na środku kołnierza. Edycji położenia TCP dokonujemy w zakładce „Instalacja” w menu TCP. Można tworzyć wiele TCP, każdemu z nich można nadawać własne nazwy.

Rysunek 2. Położenie TCP między punktami styku elementu z narzędziem

Rysunek 3. Określanie położenia TCP w układzie współrzędnych narzędzia

TCP określa się we układzie współrzędnych narzędzia (Rysunek 3), a podgląd mamy zawsze na ekranie w oknie z aktualnie wprowadzonymi współrzędnymi punktu – trzema dla pozycji x,y,z [mm] oraz trzema dla orientacji rx, ry i rz [rad]. Jest też możliwość podglądu położenia TCP w całym układzie ramienia robota (Rysunki 4-5).

Rysunek 4. Menu ustawiania położenia TCP

Rysunek 5. Ustawianie położenia TCP

W przypadku gdy nie mamy dokładnych danych technicznych dotyczących położenia TCP w przestrzeni, możemy posłużyć się funkcją automatycznego wyznaczania jego lokalizacji (Rysunek 6). Funkcję tę uruchomimy przyciskając ikonkę różdżki, znajdującą się na prawo od współrzędnych pozycyjnych. W praktyce polega na manualnym przesunięciu narzędzia do tego samego punktu czterokrotnie w różnej orientacji (Rysunek 7), a robot sam na tej podstawie wylicza współrzędne położenia TCP (Rysunek 8). Ważne tu jest, by z jak największą dokładnością wyznaczyć ten punkt, na ile pozwala nam na to ludzkie oko i ręka.

Rysunek 6. Nauka pozycji TCP

Zdefiniowanie obciążenia wejściowego – udźwig robota

Kolejnym ważnym parametrem jest zdefiniowanie obciążenia wejściowego, jakie ma robot, a jakie wynika z masy narzędzia. Trzeba o nim pamiętać, gdyż zmniejsza ono w sposób oczywisty zakres nominalnego obciążenia 3kg, 5kg czy 10kg, w zależności od robota. Oznacza to, że rzeczywisty udźwig robota to udźwig nominalny pomniejszony o masę chwytaka. Na podstawie tego parametru wyliczane są nastawy silników i są one odpowiednio wysterowane tak, aby kompensować masę narzędzia. Przy niepoprawnych parametrach robot będzie wyczuwał nacisk, co może prowadzić do awaryjnych zatrzymań. Wartość obciążenia (dla startu programu z pustym chwytakiem jest to po prostu masa chwytaka) wpisujemy w białe pole w menu ustawienia TCP, poniżej jego współrzędnych i orientacji.

Rysunek 9. Wyznaczanie obciążenia i środka ciężkości

Środek ciężkości CoG dla zadanego obciążenia definiujemy w tym samym miejscu co TCP i obciążenie robota (Rysunek 9). Określenie go poprawnie pozwala na utrzymanie stabilnej pozycji robota, a także wpływa na rzeczywisty udźwig robota. Źle zdefiniowany środek ciężkości powodowałby przeciążanie napędów robota. Przy zbyt oddalonym środku ciężkości robot generuje siły dla skompensowania większego momentu niż występujący w rzeczywistości. Domyślnie środek ciężkości narzędzia jest dla robota tożsamy z TCP. Aby to zmienić trzeba kliknąć checkbox „Środek ciężkości” i wpisać odpowiednie współrzędne określane w układzie współrzędnych narzędzia robota.

Czujnik siły w robotach UR

Najnowsza seria robotów wyposażona jest dodatkowo w czujnik siły, który umożliwia wyznaczanie obciążenia i środka ciężkości, jeżeli nie posiadamy gotowych danych i nie jesteśmy w stanie samodzielnie ich wyliczyć. Funkcja ta znajduje się pod przyciskiem różdżki po prawej stronie od obciążenia – analogicznie jak w przypadku TCP. Dalej musimy ustawić robota dowolnie w czterech różnych pozycjach, w których następuje pomiar sił, jakie wystąpią. Na tej podstawie obliczane jest obciążenie oraz położenie CoG (Rysunek 10).

Rysunek 10. Wyznaczanie położenia środka ciężkości narzędzia

Warto w tym miejscu wspomnieć jeszcze o tym, jak położenie środka ciężkości wpływa na rzeczywisty udźwig robota. Udźwig ten zmniejsza się wraz z oddalaniem się CoG. Wraz z oddaleniem rośnie moment siły potrzebny do skompensowania przez napędy przegubów. Dokładniej jest to zobrazowane na poniższych wykresach (Rysunki 11-13).

Rysunek 13. Zależność między obciążeniem robota a przesunięciem środka ciężkości w robocie UR10e

Z pewnością, od poprawnego wprowadzenia danych instalacyjnych robota zależy jego późniejsza praca, awaryjność, bezpieczeństwo. Są to więc kluczowe kwestie, nad którymi warto się pochylić na dłużej i zadbać o to, by wpisać je dobrze. Dobrze jest przeprowadzić testy i przed zasadniczą pracą robota sprawdzić, czy wszystko zostało ustawione poprawnie. Jeśli popełniono błąd, to w trybie ruchu swobodnego freedrive końcówka robota nie będzie stabilna. Będzie się samorzutnie przesuwała lub obracała, wówczas procedurę trzeba przeprowadzić ponownie.