Cobottens fysik
Analoge I/O systemer
Netværk
Sikkerheds interface
Encoder-systemer
En industrirobot består af en robotarm, en kontroller og en kommunikationsgrænseflade. Cobot-arme fås typisk med en håndholdt brugergrænseflade kaldet en ”teach pendant”, som bruges til at programmere og styre robotarmen. Dette afsnit omhandler den grundlæggende opbygning af industrirobotten med henblik på at give en forståelse for robotters virkemåde – herunder også cobots.
Mekanikken bag en cobot
En robotarm er opbygget af elmotorer, som sidder i serie. Sammenligner man robotarmen med en typisk 3D-printer/CNC-maskine, så sidder motorerne parallelt med hinanden og giver én bevægelse ad én enkel akse uden at påvirke positionen på de andre akser. Modsat vil en robotarm bevæge sig ad flere akser i et Kartesisk koordinatsystem, hvis kun en enkel motor roterer.
Foruden elmotorer består robotarmen også af encodere i hvert enkelt led. Encoderne fungerer som en slags vinkelmåler og bruges til at fortælle kontrolleren, hvor mange grader motoren har drejet. Leddene i robotarmen har også mulighed for at låse, da hvert enkelt led er udstyret med en bremse. Nogle robotarme – især cobots – er udstyret med momentmålere, som kan måle, hvilket moment elmotoren udsættes for. Robotarmens led er forbundet med afstandsstykker, som er med til at give robotarmen rækkevidde. I afstandsstykkerne vil der være kabler, som forsyner elmotorerne og eventuelle I/O modul ved værktøjsflangen.
På robotsprog kan centrum af værktøjsflangen oversættes til TCP. TCP står for Tool Center Point og kan forstås som værktøjets arbejdspunkt. Placeringen af TCP’et er afhængig af værktøjet og skal typisk angives af brugeren enten ved indtastning eller kalibrering. Arbejdspunktet er vigtigt at få defineret korrekt, da det er det punkt, som robotten styrer efter.
Specifikation og datablade
Når der skal vælges, hvilken cobot-arm, som skal være en del af jeres løsning, kan man starte med at kigge i de forskellige cobot-armes datasæt. Datasættet indeholder specifikationer for cobot-armen for eksempel vinkelinterval for hver motor og strømforbrug for robotkontrolleren. De forskellige specifikationer varierer, alt afhængig af, hvilken opgave der skal automatiseres. Som udgangspunkt er der dog typisk følgende tre relevante specifikationer:
- Arbejdsområde
- Nyttelast
- Nøjagtighed
Arbejdsområdet kan hurtigt forstås som rækkevidde. Men der er flere elementer, som man skal være opmærksom på. Nogle fabrikater angiver to ydre grænseværdier. Den yderste angivet grænse vil være, når cobot-armen er fuld udstrakt, hvilket vil begrænse cobot-armens bevægelighed. Den indre ydre grænse angiver et område, hvor der stadig vil være fuld bevægelighed. Nedenstående figur viser et eksempel på en robotarms arbejdsområde. En anden begrænsning, som arbejdsområdet også specificerer, er, hvor tæt på robotbasen cobot-armen kan nå. Typisk kan arbejdsområdet for en seks-akset, artikuleret robot visualiseres som en kugle med en cylinder igennem. Det som varierer, er radien på kuglen og diameteren på cylinderen.
Nyttelasten kan hurtigt forstås som den totale vægt, som cobot-armen kan bære. Den angivne nyttelast tager ikke højde for placeringen af massemidtpunktet for værktøjet og evt. også emne. Derfor kan man med fordel kigge på nyttelastkurver, som beskriver den maksimale last på baggrund af massemidtpunktsplaceringen. Når man kigger på nyttelastkurver, skal man være opmærksom på placeringen af koordinatsystemets nulpunkt. Ved nogle fabrikater er nulpunktet ved værktøjsflangen, mens det ved andre er ved motorplaceringen. Figuren nedenunder viser to eksempler på to nyttelastkurver for to forskellige robotter. Her er det tydeligt at se, at massemidtpunktets placering har en indvirkning på nyttelasten. Desto længere væk massemidtpunktet er fra værktøjsflangen, desto lavere vægt kan den løfte.
Det samme princip gør sig gældende for os mennesker, når vi for eksempel holder en hammer med langt skaft. Her føles hammeren lettere, når der holdes om hammerhovedet, end når man holder fast for enden af skaftet.
Nøjagtigheden kan ofte opdeles i to forskellige nøjagtigheder – et for gentagenøjagtigheden og et for absolutnøjagtigheden. Gentagenøjagtigheden beskriver, hvor konsekvent cobot-armen er til at bevæge sig til den samme position. Absolutnøjagtigheden beskriver, hvor præcis cobot-armen er til at bevæge sig til en position defineret af for eksempel en operatør. På nedenstående figur ses en illustration af de to nøjagtigheder. Måskiven på Figur 13 indikerer den ønskede position, som cobot-armen skal bevæge sig til. Figur 13A viser generelt en dårlig gentage- og absolutnøjagtighed, da der både er stor spredning på punkterne og en forskydning i forhold til det ønskede mål. Figur 13B viser et eksempel på god gentagenøjagtighed og dårlig absolutnøjagtighed, da punkterne ligger relativt tæt men stadig forskudt i forhold til det ønskede mål. Figur 13C viser et eksempel på god gentage- og absolutnøjagtighed, da alle punkterne er centreret omkring det ønskede mål.
Oftest er gentagenøjagtigheden den eneste nøjagtighed, som er angivet i databladet. Typisk er det også gentagenøjagtigheden, som er afgørende, da den absolutte nøjagtighed ikke har en indvirkning på programmeringen af cobot-armen, såfremt den er programmeret ved teach-in. Absolutnøjagtigheden har typisk kun en betydning ved præcisionsopgaver på større emner, når cobot-armen programmeres gennem parametrisk eller offline programmering. Der findes en god del løsninger til at formindske betydningen af absolutnøjagtigheden. For eksempel kan systemet integreres med sensorer, som adaptivt korrigerer positionen.
Robotkontroller og Elektriske systemer
Robotcontrolleren er beregningsenheden for robotsystemet og kan sammenlignes med en computer.
Nogle robotmærker benytter Windows eller Linux som grundlæggende operativsystem, mens andre har et dedikeret system udviklet til robotten.
Kontrolleren kører software til betjeningsenheden, men også forbindelsen til motorstyringerne i den fysiske robotarm samt signaler ind og ud via tilsluttet udstyr.
Når et robotprogram startes, vil instruktionerne blive fortolket og omsat til lavniveaus kommandoer for hver enkelt motor med en opdateringshastighed på typisk 100-500 Hz afhængig af robotmærke og model.
Digitale I/O systemer
Signaludveksling mellem robotten og omgivelserne kan ske på forskellig vis.
Det simpleste er anvendelse af elektriske digitale ind- og udgange, hvor en spænding symboliserer en logisk sand eller falsk værdi – 24 volts logiske signaler er det mest benyttede inden for automationsbranchen. Signalet modtages til robottens styring ved at tilslutte mekaniske kontakter, foto-aftaster, induktive følere, trykknapper mm. til de digitale indgange.
Digitale udgange på robotten benyttes til at aktivere eller styre eksternt udstyr via tilsluttede ventiler, relæer, lamper eller andet.
Analoge I/O systemer
Mange robotter har også mulighed for at tilslutte analoge signaler ude eller inde til for eksempel at måle temperaturer, afstande eller tryk.
Analoge udgange kan benyttes til at lade robotten styre variable hastigheder, mængder, positioner mm. ved tilslutning af motorstyringer eller andet til analoge udgange.
De mest anvendte standarder for analoge signaler er 0-10V spændingsstyring eller 0-20mA strømsyring.
Netværk
Anvendelse af netværkskommunikation via Ethernet – som vi kender fra computere – bliver mere og mere almindeligt inden for sammenkobling af udstyr i automationssystemer. Sensorer og aktuatore bliver mere avancerede med egne indbyggede computerchips, der kan udveksle langt flere data end bare on / off. De fleste cobots understøtter en eller flere kommunikationsstandarder for tilkobling af PLC-styringer, visionkameraer, servo- og motorstyringer, stregkodeskannere, printere, dataopsamling mm.
Leverandørerne forsøger at udvikle drivere og opsætningssoftware, således at det bliver nemt at koble disse systemer sammen med robotten.
Sikkerheds interface
Alle robotter er forberedt for tilslutning af særlige sikkerhedskomponenter (funktionel sikkerhed), hvis dette er nødvendigt i henhold til risikovurdering og CE-mærkning. Det kan være lysgitre, sikkerheds skannere, 3-punktsgreb, lågekontakter mm.
I nogle tilfælde kan automatisk genindkobling af sikkerhedsstop tillades, men det vil være op til risikovurderingen at tillade det.
Robotter er også forberedt til tilslutning af eksterne nødstop og sammenkobling af nødstop med andre maskiner. Disse signaler må kun benyttes til nødstop og ikke til funktionelt sikkerhedsstop.
Nødstop kræver altid manuel genindkobling.
Encoder-systemer
Tilslutning af eksterne encoder er oftest en mulighed for mange robotstyringer. Det gør robotarmen i stand til at bevæge sig synkroniseret med et transportbånd eller rundbord. Det benyttes, hvis robotten skal hente eller aflevere emner på et bånd, mens dette kører.
Ved at montere encoderen på båndet og tilslutte den til to digitale indgange bestemmes hastighed og retning på båndet.
3.8.1 - Visionssystemer
Kamerasystemer er blevet en meget anvendt teknologi for at give robotten ”øjne”. Det er muligt at benytte systemerne til at genkende emner og finde position og orientering inden de skal gribes af robotten.
Systemerne kan også anvendes til kvalitetskontrol, som sikrer, at det arbejde, der udføres ifm. robotcellen, opfylder ønsker til det færdige produkt.
For cobots er det ofte de såkaldte smart-kameraer, der anvendes. Her er kamera og beregningsenhed bygget sammen i én enhed, der nemt kan tilsluttes robottens styring.
Nogle cobots har indbygget kamera i armen, alternativt kan det eftermonteres og tilsluttes til styringen.
3.8.2 - Kraftsensorer
Kraft- og momentsensorer har også vundet indpas i cobotløsningerne. De benyttes til at give robotten følesans. I praksis kan det benyttes til for eksempel at lave søgebevægelser i en retning indtil robotten rammer modstand ved hent og aflevering af emner til og fra en stak.
Det kan også benyttes til proceskontrol, så robotten trykker med en bestemt kraft ved eksempelvis slibning.
Nogle cobots har kraft- og momentsensor indbygget i selve robotarmen – alternativt kan det eftermonteres mellem robot og værktøj.
Tilmeld dig vores nyhedsbrev!
Gå ikke glip af spændende nyheder fra os. Vil du også gerne være opdateret på de nyeste cases i forhold til Cobot Knowledge Lab?
