Aula5 Program (1)

7/31/2019 Aula5 Program (1)

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Programao de Robs Industriais

Kenia Carvalho Mendes

UPE/POLI


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Estrutura de Controle de umRob Industrial


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Atrajetria de um rob definida pelo conjunto de ngulos associados aomovimento de cada um dos seus graus de movimento;

Os ngulos servem de referncia para o controlador de posio de cadajunta robtica;

O constante ajuste da trajetria feito pelo controlador, a partir dasinformaes provenientes dos transdutores de posio de cada junta;

A posio e orientao do elemento terminal de um rob definidaatravs de um sistema de coordenadas de trabalho;

O referencial desse sistema geralmente a base do rob; As informaes enviadas pelos sensores de posio so transmitidas a um

sistema de superviso do controle;

A forma como o controlador enxerga a posio atual de um manipuladorem relao ao referencial, varia de projeto para projeto.

O supervisor de controle responsvel pela gerao dos sinais dereferncia individuais ao longo do tempo para cada junta;


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1.Hardware Bsica de um Manipulador Robtico


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Estao de Trabalho Computador que implementa a interface amigvel com o operador. Permite

que este programe as tarefas a serem executadas pelo brao. atravs delaque o programa carregado no controlador do rob. Pode sercompartilhada por outras mquinas que acompanham a clula de trabalho.

Teach Pendant (Apndice de Ensino) Interface homem-mquina, que ligada por um cabo ao controlador do

rob e equipada com teclas de funes, as quais permitem que as juntas dorob sejam acionadas independentemente. A seqncia de movimentos

pode ser gravada e utilizada pelo controlador para repetir a tarefa ensinada.

Controlador do Rob Computador que interpreta o programa, executando as tarefas programadas

atravs de algoritmos de controle das juntas do rob;

Estes algoritmos comparam a posio real das da juntas fornecidas pelossensores, com a posio que estas deveriam ter para realizar as tarefasprogramadas;

Determina o esforo que deve ser aplicado pelos atuadores na correo dasposies, necessrias execuo das tarefas.


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Sensores Detectam posio e velocidade do rob ou a fora exercida pela ferramenta; Posio:

- Potencimetros : tenso proporcional ao ngulo da junta;

- Resolvers: tenso proporcional ao ngulo da junta;- Encoders: ngulo da junta codificado digitalmente.

Velocidade:- Tacmetros : tenso proporcional velocidade da junta.

Torque e Fora: detectam o torque e a fora aplicados pela garra.- Clulas de carga: tenso proporcional ao esforo na sua superfcie.Aquisio de Dados Circuito de condicionamento converso analgico/digital dos sinais

fornecidos pelos sensores; Transformam a informao provinda nos sensores num cdigo numrico

manipulvel pelo Controlador do rob;Atuadores Realizam a converso da energia disponvel em energia mecnica para

movimentar o brao.


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O CONTROLADOR DO ROB.


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Consideraes Importantes

Consideraes Gerais

O Controlador a parte do rob que opera o brao mecnico emantm contato com seu ambiente.

O dispositivo composto por hardware e software, combinadospara possibilitar ao rob executar suas tarefas. O controlador dividido em trs nveis que constituem a

hierarquia de controle.

NVEIS DE CONTROLE DO ROB.

Controle do Acionador: ou controle de cada eixo do robseparadamente. Nvel mais baixo.

Controle da Trajetria: ou controle do brao do rob comcoordenao entre os eixos para percorrer a trajetriaespecificada. Nvel intermedirio.

Controle de Coordenao com o Ambiente: o controle dobrao em coordenao com o ambiente. Nvel mais alto.


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Consideraes Importantes

Consideraes Gerais

O Controlador a parte do rob que opera o braomecnico emantm contatocom seu ambiente.

O dispositivo compostoporhardware e software, combinadospara possibilitar ao rob executar suas tarefas. O controlador dividido em trs nveis que constituem a

hierarquia de controle.

NVEIS DE CONTROLE DO ROB.

Controle do Acionador: ou controle de cada eixo do robseparadamente. Nvel mais baixo.

Controle da Trajetria: ou controle do brao do rob comcoordenao entre os eixos para percorrer a trajetriaespecificada. Nvel intermedirio.

Controle de Coordenao com o Ambiente: o controle dobrao em coordenao com o ambiente. Nvel mais alto.


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CONTROLE DO ACIONADOR Acionadores so unidades que provocam o movimento dos

eixos do rob.

Controle em malha fechada utilizado em praticamente todos

os robs industriais existentes

=

Dispositivos deTransferncia de

movimento

&

acionadorEixo + +VnculoArticulao

Unidadesidentificadoras de

posio

+

Controle de malhafechada


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Origem dos sinais de controle: Computadores; Microcontroladores; Microprocessadores.

Tipo de sinal: Digital de baixa potencia;

Realimentao: Controle de Malha Fechada Uma medida tomada no estado atualdo dispositivo a ser controlado e

comparada a um valor pr-definido; A comparao vai resultar em um erro; O controlador vai tomar as providnciasnecessria para que esse erro sejareduzido a zero.


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CONTROLE DE TRAJETRIA

Tarefa

Srie de Operaes

Movido entre pontos predefinidos

Operando como programado entre esses pontos

rgo Terminal

Controle da Trajetria


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Mtodos para Controle de Trajetria: ponto a ponto; Controle contnuo.

Conceitos Importantes: Ponto:localizao no espao em direo ou atravs do qualo rgo terminal movido por uma operao do brao dorob.

Passo:uma parte do programa operacional do rob. A cadapasso, o rob executa uma atividade. Srie: uma coleo de passos que combinados formam o

programa operacional do rob.


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Controle de Trajetria Ponto-a-Ponto Definir coleo de pontos; Construir a srie de guardar na memria do computador;

Testa a srie.

Em cada passo o rob sabe para onde ir, mas no conhece a

trajetria que traar para chegar a um certo ponto. Robs com controle ponto-a-ponto so geralmente usados em

sries onde o atuador no precisa realizar alguma funo nodecorrer do movimento.

Aplicao: Solda.

A maioria dos robs opera em controle ponto-a-ponto.


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Controle de Trajetria Contnua Mtodo A

O rob movido pela trajetria; O controlador grava em sua memria as posies das articulaes a cada

instante; Teste.

Mtodo B A trajetria definida por um determinado trajeto de movimento, tal como

uma linha reta ou um arco passando por dados pontos.

O controlador calcula e coordena o movimento a cada instante. Teste.

Robs de movimento contnuo, movimentam-se atravs de pontos compequenos incrementos entre si, dentro da trajetria previamente

estabelecida. Aplicao: Pintura. O computador controlador deve ser mais rpido e ter mais memria do

que o computador de um controle ponto-a-ponto. Robs com controle de trajetria contnua so usados em sries onde o

rgo terminal deve realizar algum trabalho enquanto o brao se move.


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Controle de Coordenao com o Ambiente

Envolve modelo do rob e do ambiente;

As coordenadas dos pontos so informadas ao controlador,que controla a o movimento de todas as juntas;

O movimento de cada junta deve ser aquele capaz de levaro rgo terminala uma determinada posio e orientao.

Usado em robs que executam tarefas mais complexas.

i d S f C l d


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Tipos de Software para Controlador

Software do Usurio

escrito pelo operador do rob para cada srie executada pelo rob. So escritos em linguagens de alto nvel. Escrever um programa de usurio tarefa simples, qualquer um

pode faz-lo com algum treino.

Software do Controlador o software do rob que escrito pelo fabricante. o responsvel pelo processamento dos comandos do programa do

usurio e pela sua converso em comandos para o rob. O grau de sofisticao do rob fortemente determinado pelo

software do controlador. Esse software em robs avanados complexo. Inclui centenas de clculos que devem ser realizados rapidamente

enquanto o rob est em movimento. Se torna mais complexo a medida que os graus de liberdade

aumentam.


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Programao de Tarefas

C i


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1.Conceitos Importantes

Programao de um Rob: consiste em descrever os procedimentos aserem tomados pelo manipulador sob ao do controlador;

As tarefas podem ser classificadas em dois tipos:- Deslocamento: seqncia de movimentos que levam o rob alocalizaes especificadas;- Operaes: interaes do rob com objetos do espao de trabalho.

Existem vrios mtodos utilizados na programao de tarefas de um rob,os quais podem ser classificados em dois tipos de programao:- Programao On-Line no pode ser aplicada com o rob em operao.- Programao Off-Line- pode ser aplicada com o rob em operao.

No malmente a p og amao de ta efas eali ada no espao das j ntas


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Normalmente a programao de tarefas realizada no espao das juntas,sem a necessidade de um modelo geomtrico, pois os sinais provenientesdos transdutores de posio j servem com referncia para o controlador;

Outras situaes exigem o conhecimento completo do modelo geomtrico e

a transformao de coordenadas;

Modelo Geomtrico o modelo que expressa a posio e a orientaoda garra em relao ao sistema de coordenadas fixo, em funo de suascoordenada generalizadas;

Essa relao pode ser expressa matematicamente por uma matriz chamadamatriz de transformao homognea do rob, a qual relaciona o sistema decoordenadas da base com o sistema de coordenadas do ltimo elemento;

Durante a programao de um rob importante o operador conhecer seus

eixos de movimentao. Os mtodos comumente utilizados na programao de robs industriais so

simples, sem muita complexidade, e permitem um tempo de programaorpido, de forma a no comprometer o tempo de produo;

2 P O li


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2. Programao On-line

Em programao on-line duas abordagens bsicas so tomadas paraensinar o rob uma trajetria desejada: Mtodos de Programao por

Aprendizagem e Programao por Linguagens Textuais; Desvantagem: necessrio parar a operao do rob durante a

programao;

2.1 Programao On-line por Aprendizagem Os mtodos de programao por aprendizagem so mais usados, e sorealizados atravs de um teach pendant, ou de um teleoperador mestre-escravo, ou mesmo atravs da prpria conduo do rob pelo programador,o qual conduz o brao robtico na execuo de movimentos e operaesnecessrias para realizar a tarefa;

Enquanto o rob se movimenta, as posies do rob, medidas pelossensores, bem como as operaes executadas, so gravadas;

As seqncias de movimentos e operaes gravadas so reproduzidasposteriormente pelo rob na linha de montagem;

A di Di t


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Aprendizagem Direta

O operador guia fisicamente o rob atravs de seu rgoterminal;

Os sensores de posio de cada junta so utilizados paramemorizar os pontos importantes da tarefa a ser executada;

Mtodo indicado para robs mecanicamente leves, commovimentos reversveis, utilizados em ambientes no hostispara os humanos;

um tipo de aprendizagem por conduo;

Bastante empregado em robs de que executem tarefas emtrajetrias contnuas, por exemplo: pintura por pulverizao,corte a jato de gua, solda a arco.

A di Si l F i


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Aprendizagem por Simulao Fsica

O operador guia um simulador fsico, que tem geometria e

sensores idnticos ao rob original;

Memorizada a tarefa, ela transferida ao sistema de controledo rob;

Indicada para robs de grande porte ou que operem emambientes onde a aproximao humana no permitida;

Tambm um tipo de aprendizagem por conduo.


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di T l d


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prendizagem por Telecomando

Dispositivos de telecomando so utilizados para mover cada

junta, isoladamente, ou fornecer a posio e orientao da garra;

Esse tipo de programao de aprendizagem envolve um joystick,um teclado comum ou um teach pendant (teach-box) para guiar

o rob ao longo de uma trajetria;

A trajetria pode ser contnua ou definida ponto a ponto, usandoo controlador para transformar as coordenas geomtricas em

coordenadas das juntas;Adequado para qualquer tipo de rob.

Teach Pendant (apndice de ensino)


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Teach Pendant (apndice de ensino)

O Teach Pendant consiste em teclas e chaves de controle atravs dasquais, pode-se movimentar os diferentes graus de movimento do rob;

Um Teach Pendant utilizado para mover o rob atravs de algumasseqncias de movimento e interaes com o processo, por intermdio deferramenta terminal;

O operador comanda as juntas do manipulador atravs das teclas doapndice de ensino, executando a tarefa desejada manualmente;

As tarefas so ensinadas movimentando o manipulador para posiesdesejadas, e registrando a seqncia de pontos intermedirios e objetivosalcanados, bem como as operaes realizadas ( abrir garra, ligar pistola,etc);

O apndice de ensino pode incluir outras teclas, como as que servem paradefinir velocidade, entrar como parmetros de trajetria, programartarefas, etc;

Os dados gravados so organizados em uma seqncia lgica, identificandoo momento de executar deslocamentos, de checar condies, de executaroperaes, etc;


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Teaching ScreenSimplified operation(Block) teaching

Program Editing ScreenOn-screen editing.

Operating Function Screen

Easy input of system data

Ao programar o rob seu controle deve estar ajustado no


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Ao programar o rob, seu controle deve estar ajustado nomodo de aprendizagem, que permite a gravao de informaode movimentao e de outros dados necessrios;

Atravs do Teach Pendant possvel fazer a correo ou amodificao de um programa j existente no rob;

Em determinados pontos de determinada trajetria, o operadorpode tambm posicionar ou programar equipamentos

perifricos, relacionados com a rea de trabalho do robs; A integrao de movimentos de um ou mais robs e perifricos

associados, dentro de uma clula de produo, possvel. Paraisso, deve-se fazer a edio de um programa implementado e

gravado por Teach Pendant, a partir da incluso de linhas decomando e rotinas, para posterior execuo em operaoautomatizada ( programao off-line);

Desvantagem: No fcil movimentar um brao ao longo de eixos de

translao e orientao por meio de teclas associadas s juntasindividuais.

2 2 Programao On line por Programao


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2.2 Programao On-line por ProgramaoTextual

Esse tipo de programao realizada de forma semelhante programaode computadores;

O programador digita o programa usando um terminal de computador na

linguagem fornecida pelo fabricante do rob ou criada por ele mesmo.

3 Programao Off Line


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3. Programao Off-Line

A programao desenvolvida sem a necessidade de dispor do brao

manipulador, no entanto precisa da existncia de um modelo terico dorob e do ambiente;

O desenvolvimento na tecnologia de robs, tanto em software como emhardware, tem possibilitado o uso da programao off-line;

Estes desenvolvimentos incluem o uso de controladores mais sofisticados esensores mais avanados;

Utiliza linguagens de programao especialmente criadas para robs, taiscomo: VAL, WAVE, AML e etc;

Modelos CAD do rob e da clula de trabalho podem ser usados para validaras tarefas programadas, checar colises e etc (simulao de ambiente e

operao);

Vantagens:


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Vantagens: No necessrio interferir no funcionamento normal do rob, nem parar a

produo da linha de montagem para realizar a programao; O programador no exposto ao ambiente do rob, potencialmente

perigoso;

Permite a programao de tarefas mais complexas; Pode ser usada para programao de uma variedade de robs, sem anecessidade de conhecer as peculiaridades de cada controlador;

Integrao com sistemas CAD/CAM para planejamento e gerenciamento dastrajetrias dos robs;

Desvantagens: No um sistema de programao generalizado que seja independente do

rob e de sua aplicaes; necessrio a definio de padres para interfaces entre o controlador e a

estao de trabalho (computador), para que se possa reduzir asincompatibilidades entre o rob e o sistema de programao;

Erros de modelagem e imprecises ( folgas e flexibilidades das partesmecnicas, resoluo e preciso numrica do controlador, erro na medioda localizao de objetos e etc) devem ser compensados de modo apossibilitar um ajuste automtico do posicionamento do rob real.

4 Procedimento Bsico de Implementao e


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4. Procedimento Bsico de Implementao eExecuo da Programao

Aspectos de Segurana

Usar o bom senso e evitar a presena humana na rea detrabalho; Utilizar travas de segurana, tais como porta com sensor,

cortina de luz, tapete com sensor e sensor de presena; Durante a aprendizagem na criao dos pontos, trabalhar

sempre com velocidade reduzida; Conhecer e lembrar onde encontra-se a chave de segurana.

Planejamento do Programa Conhecer o processo a ser automatizado; Conhecer as variveis de controle; Saber a seqncia lgica do processo; Ter como meta garantir a segurana; Definir nomes e rotinas; Verificar o sincronismo das juntas.

5 Sobre as Linguagens de Programao


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5. Sobre as Linguagens de Programao

A seqncia de tarefas definida por meio de um programa escrito em umalinguagem de programao especfica;

O programa desenvolvido em um ambiente de programao disponvel naestao de trabalho e carregado no controlador do rob para serinterpretado;

A linguagem de programao inclui comandos que implementam primitivas

de movimento e manipulao. Por exemplo: move ( junta, incremento,tempo_de_percurso), move (x,y,z, tempo_de_percurso), fecha garra, etc;

A linguagem de programao pode ser:- Uma linguagem de propsito geral, j existente, associada s bibliotecasespecficas para movimentos de robs;- Uma nova linguagem de propsito geral, desenvolvida como base deprogramao e suprida com bibliotecas especficas para movimento derobs, ex: AML (IBM), RISE (Silma, Inc.);- Linguagem especial para manipulao. Geralmente proprietria, edesenvolvida para um tipo de rob ou uma famlia especfica demanipuladores.

4 1 Classificao das LPs de Robs Industriais


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4.1 Classificao das LP s de Robs Industriais

Nvel de Junta Requerem a programao individual de cada junta do rob, para que uma

dada posio seja alcanada.

Nvel de Manipulador necessrio apenas fornecer a posio e a orientao do rgo terminal e o

sistema encarrega-se de obter, pelo modelo geomtrico inverso do rob, asposies de cada junta.

Nvel de Objeto 1 So necessrias apenas as especificaes relativas ao posicionamento dos

objetos no interior do volume de trabalho do rob. ; preciso haver um modelo matemtico que represente o ambiente de

trabalho no qual o rob se encontra.

Nvel de Objeto 2 Nvel em que a tarefa no realmente descrita, mas definida:

Ex: Montar as peas A, B e C. necessrio, alm do conhecimento do modelo do ambiente, um conjunto

de dados relativos aquela determinada tarefa.

Fabricante Linguagem Fabricante Linguagem


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Fabricante Linguagem Fabricante Linguagem

ABB ARLA, RAPID Motoman Inform 1, Inform 2

FANUC KAREL Nachi SLIMReiss IRL Panasonic Parl-1, Parl-2

Staubli V+ PSI PSI

Adept V+ Samsung FARL-II

Comau PDL2 Seiko DARL 4

Eshed ACL Toyota TL-1IBM AML/2 TQ TQ

Kawasaki AS Microsoft Plataforma Robotics StudioVisual StudioVisual basic


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6 Algoritmo Bsico de Programao


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6. Algoritmo Bsico de ProgramaoAprendizagem Ponto a Ponto Consiste na movimentao das juntas a partir de determinada posio at a

prxima por um processo de aprendizagem; No necessrio conhecer o caminho a ser executado pelo manipulador; Cada elo se movimenta numa porcentagem da velocidade mxima de cada

junta at que alcance a posio desejada; Todos os graus de liberdade iniciam e completam o movimento

simultaneamente;

Nesse tipo de programa, so gravados apenas os pontos essenciais datrajetria do rgo terminal; O movimento entre dois pontos consecutivos gravados, fica determinado

pelos algoritmos de controle utilizados nos servomecanismos das diversasligaes;

Esse mtodo adequado para aplicaes que: no requeiram o controle preciso de uma determinada trajetria; operem em velocidades intermedirias; requeiram somente a preciso de posicionamento final do rob.

Movimento angular das juntas


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Movimento angular das juntas Nesse mtodo so gravados pontos de referncia fornecidos

pelos transdutores de posio localizados em cada junta; A partir desses pontos so geradas trajetrias angulares

utilizando algoritmos de interpolao; A simplicidade do mtodo no exige o conhecimento do modelo

geomtrico do rob.

Movimento na direo cartesiana A obteno dos pontos de referncia ocorre pelo uso do

modelo cinemtico do manipulador, o que possibilita aoperao do rob seguindo as direes x, y, z;

Movimento de reorientao da ferramenta* A obteno dos pontos feita usando a orientao daferramenta em torno da rotao dos eixos x, y e z;


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BibliografiaBibliografia Rosrio, J. M., Princpio da Mecatrnica , Prentice Hall, So

Paulo, 2005. Sites:

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