11. Előadás és laboratórium Robot rendszerek modellezése Modellezés és tervezés c. tantárgy Óbudai Egyetem Neumann János Informatikai Kar Alkalmazott Matematikai Intézet Mérnöki Informatikus MSc Dr. Horváth László egyetemi tanár

A prezentációban megjelent képernyő-felvételek a Dassault V5 és V6 PLM rendsze reknek, az Óbudai Egyetem Intelligens Mérnöki Rendszerek Laboratóriumában telepített installációján készültek, valóságos működő modellekről, a rendszer saját eszközeivel. Ez a prezentáció szellemi tulajdon. Hallgatóim számára rendelkezésre áll. Minden más felhasználása és másolása nem megengedett! V5 és V6 PLM rendszer ek a Dassult Systémes Inc. é s a CAD-Terv Kft támogatásáva l üzemel nek laboratóriumunkban Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Tartalom Laboratóriumi feladat Modell definiálása a félévi feladat számára Előadás Ebben az előadásban A robot mechanikai rendszer modellezése Mérnöki kapcsolatok (csuklók) komponensek között A robot mozgásvezérlőjének ábrázolásáról Home position Jogging A robot adatprofiljai A robotmozgás profilja Mozgástervezés A robotvezérlő tulajdonságai (properties) Robotok generikus inverz kinematikája Taszk tervezés Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Ebben az előadásban A robot egy mechanikai rendszer, amely jól definiált alkalmazási folyamatot szolgál. Generikus robot modellt megfelelő paraméterezéssel példányosítanak. A robot szerszámmal és környezettel való mechanikai kapcsolatát is definiálják. A robotrendszer integrált modellezését magyarázza. Kizárólag az ipari robotok modell-rendszereiről szól. A robotokkal kapcsolatos alapismeretek meglétét feltételezi. Mozgásvezérlőt alkalmaznak egy referencia erőforráshoz (mechanizmushoz), amely inverz kinematikán alapul. A releváns alakmodellezési metodika és eljárások ismeretét feltételezzük (lásd a kurzus korábbi előadásait). A dinamikai viselkedés modellezése robotok esetében alapvető. Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

A robot mechanikai rendszer modellezése A rendszer erőforrásai Robot, amely merev testekből és azokat összekapcsoló csuklókból épül fel. Szerszámok, amelyek a feladat-környezettel kapcsolják össze a robotot. Vezérlőegység. Kinematika Inverz kinematika, amelyet Descartes-i szerszámkoordináták hajtanak meg a modellben. Egyes robotszerű modellezett megoldások igényelhetnek direkt kinematikát, amely esetében a meghajtás a modellben csuklókoordinátákkal történik. Mechanikai portok a robot erőforráson Base port, amely jelzi, hogy a robot hol kapcsolható a gyártási vagy egyéb célú rendszerben más erőforráshoz. Mount port, amely jelzi, hogy hol kell szerszámot építeni a robotra. A robot munkatere Azt a térfogatot definiálja, amelyen belül egy adott szerszámprofil esetében valamennyi pont elérhető. Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Mérnöki kapcsolatok (csuklók) komponensek között (Engineering connections, joints) A mérnöki kapcsolatok előre meghatározott csoportja definiálja a komponensek relatív mozgását. A csuklók a mechanizmus referenciái. Megoldásuk a szimuláció végrehajtása során történik. A mechanizmuson akkor végezhető el a szimuláció, amikor DOF=0. A DOF érték minden esetben módosul, amikor szög vagy hosszúság paraméter hajtású parancsot adnak a csuklóhoz. A csuklót mechanikai (Pl. elfordulás rögzített tengely körül) és geometriai kötöttségek (alkatrészen definiált felület követése) kombinációjaként modellezik. A mechanizmus konfigurálása történhet csuklók közvetlen, vagy a szerszám vezérelt pont koordinátáinak konfigurációt meghatározó manipulálásával. Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Jogging Annak ellenőrzése, szimulációval, hogy a robot el tudja-e érni valamennyi szükséges pontot. Az eljárás a parancsot manipulálja a mozgástartomány alsó és felső határértékei között. A lineáris és szög lépést meg kell adni az increment and decrement funkciók számára. A DOF ellenőrzése is megtörténik. Jogging végezhető a csuklók közvetlen manipulálásával vagy a mechanizmus home position-jeinek egyikébe történő mozgatásával is. Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

A robot mozgásvezérlőjének ábrázolásáról Gyakran kell többszörös erőforrást (Multiple resource) definiálni valamely szervezeti erőforrás (pl. munkaállomás) kontextusában. A példány erőforrás vezérlőegysége a megfelelő referencia erőforrás vezérlőegységének adatait másolja be magának. Vezérlőegységet (Control device) hoznak létre robot vagy szerszám referencia vagy példány erőforráson. A vezérlő adatai Robot profilok Home position-ok Mozgáshatárok Sebességek és gyorsulások Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

A robotvezérlő tulajdonságai (properties) Mozgásvezérlés A szingularitás tűrése: az a zóna a wrist szinguláris pozíciója körül, amely az inverz kinematika számára elérhetetlennek tekinthető. A csuklóinterpoláció módja. Időkompenzálás Válaszkésleltetés: a mozgásparancs aktiválása és a valós robotmozgás kezdete között eltelt idő. Settle Time: becsült idő értéke, amelyre egy pont elérése után a manipulátor vibrációjának csillapodásához szükség van. Gyorsulás Állandó: A sebesség értékének skálázása történik a mozgás időtartamának kívánt értékre való igazításához. Változó: A gyorsulás értékének skálázása történik a mozgás időtartamának kívánt értékre való igazításához. Sebesség korlátok A mozgás végrehajtásánál érvényesülnek. A gyorsulás módja Változó idő: a gyorsulás kötöttsége a csukló maximális gyorsítási érték. Konstans idő: a gyorsulás kötöttsége a csukló gyorsulási ideje. Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

A robot adatprofiljai A robotvezérlő adatainak része A robotprofil aspektusai: szerszám, pontosság, mozgás és objektumkapcsolat. Mozgás profilja A mozgásprofil a sebességet és gyorsulást definiálja mint a mozgás paramétereit. Pontossági profil A robot út pontossági igényét definiálja. Kétféle algoritmust alkalmaznak: Távolság: A célpont közelében a mozgás egy virtuális gömb belsejében történik. A pontosság értékét a virtuális gömb rádiuszával ábrázolják, amelynek középpontjához a TCP mozgása vezet. Amikor a TCP a virtuális gömb bármely pontját eléri, corner rounding mozgás indul. Sebesség: A pontosság értékét annak a lassulás folyamán bekövetkező sebességnek a százalékában definiálják, amelynél a művelet megindul. Szerszámprofil Szerszámadatokat definiál, közöttük a szerszámközéppont (tool center point, TCP) ofszet. A robot pozicionálását a TCP-hez viszonyítva definiálják A szerszám fix, vagy a robottal mozog. Mount port -ot definiálják a szerszámpontként. Objektumkapcsolat profil Rendszerint a munkaállomás feldolgozási tárgyát képező termékre mutató referenciát definiálja. Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Home position Előre definiált sztenderd konfigurációk és időzítési táblázat a mechanizmushoz. Parancsérték set jellemzi. Tipikusan a mechanizmus kívánt állapotainak egyikéhez definiálják (Pl., a megfogó nyitott és zárt helyzetéhez). Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

A robotmozgás profilja A mozgásvezérlőhöz mozgásprofilt definiálnak a sebesség és gyorsulás értékek mint robot mozgásparaméterek specifikálására. A profilok a vezérlő különböző aspektusainak a jellemzőit definiálják. A profil típusai sebesség és gyorsulás paramétereket állítanak be, amelyek adott mozgástípusnak felelnek meg (Pl. mozgás a hegesztési ponthoz) vagy Rendhagyó mozgást valósítanak meg (Pl. áthaladás egy ponton). Standard sebesség (velocity) – idő profil Egy adott mozgásra, trapéz alakban modellezik, azonos gyorsulást és lassulást feltételezve. Ez azonos kezdeti- és végsebesség (velocity) esetén valósul meg. A pontok közötti távolság és a specifikált TCP sebesség értékalapján a sebesség (velocity) – idő profil lehet háromszög is, amikor a maximális sebesség értéket lehet hogy sohasem érik el. Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Interpoláció A robotvezérlő mintavételezési rátájának értékét az interpoláció számítása használja. A mintavételezési ráta időlépéseket ábrázol amelyeken az interpoláció dolgozik. A mintavételezési rátát a vezérlő saját belső állapotának mintavételezésére használja. Mozgástervezés Mozgás definiálása két pont között a mozgás időtartamában kifejezve Számított mozgás-időtartam. A felhasználó beállítja a sebesség (velocity), gyorsulás és távolság paramétereket, majd a mozgástervező algoritmus kiszámítja a mozgáshoz szükséges időtartamot. Felhasználó által definiált mozgás-időtartam. A rendszer állítja be a fenti paraméterek alkalmas értékét. Szakaszai: tervezés, interpoláció, és időzítés. A teljes mozgás időtartama: T move Tervezés A tervezési szakasz célja annak az időtartamnak a kiszámítása, amely a célérték eléréséhez az egyes szabadságfokok esetében szükség van. Az időtartamok közül a a leghosszabb lesz a referencia mozgásidőtartam. A nem-referencia mozgásidőkhöz tatozó sebesség (velocity) és gyorsulás értékek skálázás után lesznek azonosak. Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Robotok generikus inverz kinematikája Paraméterek DOF funkciók és típus mindegyik csukló esetében. A robot alaplapja, amelyre épül. Működtető tér map (Taszk tér – csuklótér - működtető tér!) Ha a példány kevesebb DOF-al rendelkezik, mint a generikus, jelen lévő és hiányzó csuklók kiválasztása történik. Az Inverz kinematika a csuklóparamétereket számítja ki specifikált konfigurációhoz. A generikus robot modell a csuklók kiindulási konfigurációját adja meg generikus robot kinematikai osztályokhoz. A generikus kinematikai osztályokat robot típusokhoz definiálják. A robot modell példányt aktuális paraméter értékek beállításával definiálják. Solver-ek ( amelyek a DELMIA V6 -ban rendelkezésre állnak ) Numeric Inverse Generic Inverse Device Specific Inverse User Inverse Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Taszk tervezés Modellezés a munkacella szintjén. Robot megvalósíthatósági vizsgálatok: Mit ér el és mihez fér hozzá a robot komplex munkacellában. Termék és feldolgozási erőforrás modellek integrálása robotfolyamat definiálásához. Tag-ok hozzáadhatók taszkokhoz vagy definiálhatók a szabad térben, összekapcsoló mozgásokhoz. Taszk Erőforrás orientációjú folyamat egy adott robotprogramozásban. Műveletnek nevezett tevékenységek lineáris szekvenciája. A művelet mozgás-tevékenységből (motion activity) és akciók készletéből áll. Robot taszk és tag definíciók robotmozgáshoz. Programozás (nem témája ennek az előadásnak) A robot taszkok fordítása a robotvezérlő programozási nyelvére. Ellenkező irányban, robotvezérlő nyelvén írt programokat is konvertálnak robot taszkokká. Elérhetőség Elérhető célokat definiálnak robot taszkokban, taszk csoportokban és trajektóriákban. Ha a robot pályán mozog, ezt is figyelembe kell venni. Lehetséges helyezési lokációk a robot számára amelynek meghatározott pontokat kell elérni. Dr. Horváth László OE-NIK-AMI