Grado en Ingeniería Electrónica y Automática Industrial Sistemas Robotizados Sistema Robot IRB120 Rafael Barea / Elena López Curso 2013/14 Índice 1. Estructura de un sistema robot 2. Sistema Robot. Conceptos 3. Familia Robots ABB. 4. Manipulador IRB120 5. Armario control IRC5 6. Unidad de Programación 7. Sistemas de seguridad del robot 8. Navegación por la Unidad de programación Sistema Robot IRB120 2 Estructura de un Sistema Robot Herramienta Armario de control Manipulador Unidad de Programación Sistema Robot IRB120 3 Conceptos de un Sistema Robot Sistema de robot • El concepto sistema de robot comprende el armario de control, el o los manipuladores y todos los equipos controlados por el controlador (herramienta, sensores, etc.). • lncluye todo el hardware y software necesario para hacer funcionar el robot. El hardware y software específico de una aplicación. Sistema Robot IRB120 4 Sistema Robot Robot - Manipulador • Robot o manipulador o unidad mecánica es el elemento del sistema encargado de realizar las tareas de manipulación y movimiento para las que ha sido programado • La configuración mecánica más común es la que tiene forma de brazo articulado y consta de un total de 6 ejes • Su base puede ser instalada directamente sobre un elemento de apoyo anclado al suelo (robot fijo), o sobre una unidad mecánica móvil corno un TRACK para dotar al robot de más movilidad (robot con desplazamiento sobre eje externo). • En la brida de sujeción del eje 6, es en donde se ubica la herramienta o útil con el que va a realizar las tareas el robot. Sistema Robot IRB120 5 Sistema Robot Robot. Manipulador Sistema Robot IRB120 6 Sistema Robot. Armario de control - Controlador IRC5 • El controlador IRC5 contiene todos los elementos y funciones para controlar y mover el robot-manipulador. • Contiene tanto el modulo de control como el módulo de accionamientos. ¾ El modulo de control contiene todos los elementos electrónicos de control, como el ordenador principal, las tarjetas de E/S y la unidad de almacenamiento. ¾ El modulo de accionamiento contiene todos los elementos electrónicos de alimentación que proporcionan la alimentación a los motores del robot. • El IRC5 puede controlar los accionamientos de los seis ejes del robot y además tres accionamientos para los ejes externos en función del modelo de robot. ¾ Para controlar más de un robot con un mismo módulo de control (opción MultiMove), es necesario añadir un módulo de accionamientos más por cada robot adicional. Sistema Robot IRB120 7 Sistema Robot. Armario de control - Controlador IRC5 • Variantes básicas de controlador IRC5 en función del armario Compact Single Dual 8 Sistema Robot IRB120 8 Sistema Robot Unidad de Programación Sistema Robot IRB120 9 Sistema Robot Unidad de Programación • Fácil de utilizar • Entorno personalizable • Puntera en tecnología • Pantalla táctil • Para diestros y zurdos • Hot Plug – Posibilidad de conectar y desconectar la unidad durante el funcionamiento • Cable de conexión reemplazable. • Sistema usuarios de fácilmente autentificación de Sistema Robot IRB120 10 Sistema Robot Unidad de Programación Sistema Robot IRB120 11 Sistema Robot ¿Qué es una herramienta? • Una herramienta es un objeto que puede montarse directa o indirectamente sobre la brida de sujeción del robot, o montarse en una posición fija dentro del área de trabajo del robot. • Todas las herramientas deben tener definido un TCP (punto central de la herramienta). ¾ El TCP es el punto respecto del cual se definen todas las posiciones del robot. ¾ El punto central de la herramienta se define respecto de la posición de la brida de sujeción del manipulador, donde se encuentra definida la herramienta “tool0”. • Cada herramienta que pueda ser utilizada por el robot debe ser definida y sus datos almacenados, para conseguir un posicionamiento exacto del punto central de la herramienta. Sistema Robot IRB120 12 Sistema Robot ¿Qué es una herramienta? • Dos tipos básicos ¾ Herramienta móvil La inmensa mayoría de aplicaciones se basan en un punto central de herramienta móvil, es decir, un TCP que se mueve en el espacio junto con el manipulador. Un punto central de herramienta típico se define respecto del sistema de coordenadas de herramienta (herramienta "tool0"), por ejemplo la punta de una pistola de soldadura al arco, el centro de una pistola de soldadura por puntos o el extremo de una herramienta de perfilado o de succión. ¾ Herramienta fija (estacionaria): En algunas aplicaciones se utiliza un punto central de herramienta fijo, por ejemplo cuando se utiliza una pistola de soldadura por puntos fija. En estos casos, el punto central de la herramienta se define respecto del sistema de coordenadas mundo. Sistema Robot IRB120 13 Sistema Robot ¿Qué es un sistema de coordenadas? • Un sistema de coordenadas define un plano o un espacio con ejes, partiendo de un punto fijo conocido como origen. • Los objetivos y las posiciones de robot se localizan mediante medidas a lo largo de los ejes de los sistemas de coordenadas. • Los robots utilizan varios sistemas de coordenadas, cada uno de ellos adecuado para tipos concretos de movimientos o programaciones. Sistema Robot IRB120 14 Sistema Robot. Sistema de coordenadas de la base • El sistema de coordenadas de la base tiene su punto cero en la base del robot, lo que hace que sus movimientos resulten predecibles. Por tanto, resulta útil a la hora de mover un robot de una posición a otra. • A la hora de programar un robot, suelen resultar más adecuados otros sistemas de coordenadas, como por ejemplo el sistema de coordenadas del objeto de trabajo. Coordenadas x,y,z Regla de la mano derecha Sistema Robot IRB120 15 Sistema Robot. Sistema de coordenadas mundo • El sistema de coordenadas mundo tiene su punto cero en una posición fija de la célula o la estación. • Es útil a la hora de manejar varios robots o robots que son movidos por ejes externos. • De forma predeterminada, el sistema de coordenadas mundo coincide con el sistema de coordenadas de la base. A Sistema de coordenadas de la base del robot 1 B Sistema de coordenadas mundo C Sistema de coordenadas de la base del robot 2 Sistema Robot IRB120 16 Sistema Robot. Sistema de coordenadas del objeto de trabajo • El sistema de coordenadas del objeto de trabajo se corresponde con la pieza de trabajo: Define el posicionamiento de la pieza de trabajo respecto del sistema de coordenadas mundo (o respecto de cualquier otro sistema de coordenadas). • El sistema de coordenadas del objeto de trabajo debe ser definido en dos bases de coordenadas: ¾ La base de coordenadas del usuario (dependiente de la base de coordenadas mundo) ¾ La base de coordenadas del objeto (dependiente de la base de coordenadas del usuario). Sistema Robot IRB120 17 Sistema Robot. Sistema de coordenadas del objeto de trabajo • Un mismo robot puede tener varios sistemas de coordenadas de objetos de trabajo, ya sea para representar a varias piezas de trabajo diferentes o se trate de varias copias de una misma pieza de trabajo en ubicaciones diferentes. • Es en estos sistemas de coordenadas de objetos de trabajo donde se crean los objetivos y trayectorias durante la programación del robot. • Con ello se consiguen varias ventajas: ¾ Al reposicionar el objeto de trabajo en la estación, sólo es necesario cambiar la posición del sistema de coordenadas del objeto de trabajo para que todas las trayectorias se actualicen a la vez. ¾ Permite el trabajo con objetos de trabajo movidos por ejes externos o tracks de transporte, dado que es posible mover la totalidad del objeto de trabajo junto con sus trayectorias. Sistema Robot IRB120 18 Sistema Robot. Sistema de coordenadas de la herramienta • El sistema de coordenadas de la herramienta tiene su origen en el punto central de la herramienta seleccionada. Define la posición y la orientación de la herramienta. • El sistema de coordenadas de la herramienta se abrevia con frecuencia como TCP ("Tool Center Point", punto central de la herramienta). • El TCP es el punto movido por el robot hasta las posiciones programadas al ejecutar el programa. • Esto significa que si se cambia en una herramienta (la orientación del sistema de coordenadas de la herramienta), los movimientos del robot cambiaran de forma que el nuevo TCP alcance su objetivo. Sistema Robot IRB120 19 Sistema Robot. Sistema de coordenadas del usuario • El sistema de coordenadas del usuario puede usarse para representar equipos como los accesorios o los bancos de trabajo. • Con ello se consigue un nivel más en la cadena de sistemas de coordenadas relacionados entre sí, lo cual puede resultar útil a la hora de manejar equipos que sostienen objetos de trabajo u otros sistemas de coordenadas. A Sistema de coordenadas del usuario B Sistema de coordenadas mundo C Sistema de coordenadas de la base D Sistema de coordenadas del usuario movido E Sistema de coordenadas del objeto, movido junto con el sistema de coordenadas del usuario Sistema Robot IRB120 20 Familia Robot ABB Sistema Robot IRB120 21 Rango Manipuladores ABB Sistema Robot IRB120 22 Rango Manipuladores ABB Sistema Robot IRB120 23 IRB120 Introduction - Main features IRB120: ABB´s smallest robot for flexible and compact production Main features IRB120 • Six axis manipulator • Payload: 3 kg • Reach: 580 mm • Fastest 6-axis robot in ABB range • Accuracy: +-0.01 mm • Weight: 25 Kg • All motors and cablings enclosed → easy to integrate • Variant: IRB 120T • Optional Clean Room ISO Class 5 Sistema Robot IRB120 24 IRB120 – Load diagram With 0.3 kg armload Up to 3Kg Sistema Robot IRB120 25 IRB120 – Working range Working range at center of 5th axis Reaching 580 mm Sistema Robot IRB120 26 IRB120 – Working range Sistema Robot IRB120 27 IRB120 Movement/Velocity Sistema Robot IRB120 28 IRB120 Performance & Accuracy • 1 kg picking cycle 25 x 300 x 25 mm IRB120 ¾ IRB 120: 0.58 s ¾ IRB 120T = 0.52s • Max TCP velocity: 6.2 m/s (calculated) • Max TCP acceleration: 28 m/s² (calculated) • Acceleration time 0-1 m/s: 0.07 s (calculated) • Accuracy: 0.01 mm (repeatability) Sistema Robot IRB120 29 IRB120 Main Dimensions Sistema Robot IRB120 30 IRB120 Flexible mounting – All angles Sistema Robot IRB120 31 IRB120 Easy to integrate • Customer interfaces Sistema Robot IRB120 32 IRB120 Easy to integrate • Mounting interfaces Sistema Robot IRB120 33 Estructura mecánica IRB120 Ejes • 6 ejes Sistema Robot IRB120 34 Estructura mecánica IRB120. Conexiones Sistema Robot IRB120 35 Estructura mecánica IRB120 Dimensiones Sistema Robot IRB120 36 Estructura mecánica IRB120 Sistema Robot IRB120 37 Estructura mecánica IRB120 Motores y cableado interno Motores 4‐5‐6 Sistema Robot IRB120 A Motor Eje 6 B Motor Eje 5 C Motor Eje 4 E Motor Eje 3 F Motor Eje 2 H Motor Eje 1 38 Estructura mecánica IRB120 Correas de temporización – ejes 3 y 5 Sistema Robot IRB120 39 Estructura mecánica IRB120 Grupo motor • Un grupo motor esta compuesto por : ¾ Un motor Brushless de 2 o 3 pares de polos. ¾ Un dispositivo de medida integrado en el motor: el resolver ¾ Un freno. ¾ Una sonda de temperatura integrada en el estator del motor. Sistema Robot IRB120 40 Estructura mecánica IRB120 Cajas reductoras Sistema Robot IRB120 41 Estructura mecánica IRB120 Cajas reductoras Eje 2 Eje 1 Piezas: • A: Carcasa de giro • B: Caja reductora del eje 2 • C: Brazo inferior • D: Tornillos de fijación (16 unidades) Sistema Robot IRB120 A: Motor eje 2 B: Caja reductora del eje 2 42 Estructura mecánica IRB120 Ubicación cajas reductoras 3 y 5 Reductora eje 3 Motor eje 3 Reductora eje 5 Sistema Robot IRB120 Motor eje 5 43 Estructura mecánica IRB120 Calibración • Cómo usar las marcas de sincronización del robot. ¾ Las marcas de sincronización se utilizan para actualizar las revoluciones del codificador moviendo cada eje a la posición de sincronización indicada por las marcas. Sistema Robot IRB120 44 Estructura mecánica IRB120 Calibración • Marcas de sincronización del robot → ejes 1-3. Sistema Robot IRB120 A Marca Eje 1 B Marca Eje 2 C Marca Eje 3 45 Estructura mecánica IRB120 Calibración • Marcas de sincronización del robot → ejes 4-6. Sistema Robot IRB120 D Marca Eje 4 E Marca Eje 5 F Marca Eje 6 46 Cálculo de la posición del robot Resolver • El resolver: Principio de funcionamiento • Información proporcionada: ¾ Posición del resolver => posición del motor ¾ Velocidad de giro ¾ Sentido de giro Sistema Robot IRB120 47 Cálculo de la posición del robot Resolver • El resolver: Principio de funcionamiento Sistema Robot IRB120 48 Cálculo de la posición del robot Resolver + Contador vueltas • Resolver: dispositivo que determina la posición angular dentro de una vuelta del motor. • Contador de vueltas: cuenta el número de vueltas del resolver. Sistema Robot IRB120 49 Familia de Controladores IRC5 Dual Sencillo Compacto Sistema Robot IRB120 50 Familia de Controladores IRC5 Sistema Robot IRB120 51 Estructura controlador IRC5 Sistema Robot IRB120 52 Conexión armario control - manipulador IRC5 compact SMB Posición de los ejes del manipulador IRB120 Potencia: Alimentación de los motores de los 6 ejes Alimentación 230 / 400V Sistema Robot IRB120 53 Panel de control Sistema Robot IRB120 54 Conectividad Sistema Robot IRB120 55 Interior del IRC5 Sistema Robot IRB120 56 Puntos conexión Computador Principal Sistema Robot IRB120 57 Buses de campo Sistema Robot IRB120 58 Modos de funcionamiento Sistema Robot IRB120 59 IRC5 Compact. Panel Frontal Sistema Robot IRB120 60 IRC5 Compact. Panel Frontal Sistema Robot IRB120 61 IRC5 Compact. Panel Frontal Sistema Robot IRB120 62 Entradas/Salidas • Las E/S son señales utilizadas por el robot para controlar otros elementos o para recibir información del estado de otros elementos del sistema: ¾ Controlar la acción de la herramienta o Apertura o cierre de un gripper o Activar/desactivar succión en una ventosa o Activar soldadura ¾ Estado de activación de un sensor externo: o Detectar que un objeto está posicionado en un punto • IRC5 → Tarjeta DeviceNet (lean) ¾ 16 entradas / 16 salidas digitales Sistema Robot IRB120 63 Entradas/Salidas Sistema Robot IRB120 64 Entradas/Salidas Sistema Robot IRB120 65 Seguridad • Objetivo: describir los principios y procedimientos de seguridad que debe tener en cuenta al utilizar un robot o un sistema de robots. • Peligros asociados al sistema robot ¾ Peligros eléctricos Descarga eléctrica ¾ Peligros por movimientos a alta velocidad Movimientos inesperados a alta velocidad con un fuerza elevada que pueden provocar colisiones con personal o con elementos de la instalación ¾ Peligros por pesos o cargas elevadas Caída del sistema de brazos (frenos de retención en mal estado) Caída de herramientas o cargas Sistema Robot IRB120 66 Sistemas de seguridad del robot • Objetivo: describir los principios y procedimientos de seguridad que debe tener en cuenta al utilizar un robot o un sistema de robots. • Peligros asociados al sistema robot ¾ Peligros eléctricos Descarga eléctrica ¾ Peligros por movimientos a alta velocidad Movimientos inesperados a alta velocidad con un fuerza elevada que pueden provocar colisiones con personal o con elementos de la instalación ¾ Peligros por pesos o cargas elevadas Caída del sistema de brazos (frenos de retención en mal estado) Caída de herramientas o cargas Sistema Robot IRB120 67 Sistemas de seguridad del robot • Los sistemas de seguridad que dispone el sistema robot son: ¾ Paro de emergencia ¾ Paro de seguridad ¾ Selector de modo ¾ Dispositivo de habilitación – DeadMan ¾ Función hold-to-run Sistema Robot IRB120 68 Sistemas de seguridad del robot Paro de emergencia • Un paro de emergencia es un estado que tiene prioridad sobre cualquier otro control del robot, desconecta la alimentación de accionamientos de los motores del robot, detiene todas las partes móviles y desconecta la alimentación de cualquier función potencialmente peligrosa controlada por el sistema de robot. • Un paro de emergencia desconecta toda la alimentación del robot excepto la de los circuitos de liberación manual de frenos. • Debe realizarse un procedimiento de recuperación para poder volver al funcionamiento normal. • Los sistemas de robot cuentan con varios dispositivos de paro de emergencia que pueden ser accionados • Existen pulsadores de paro de emergencia tanto en la Unidad de Programación como en el módulo de control. Pulsadores paro de emergencia Sistema Robot IRB120 69 Sistemas de seguridad del robot Paro de seguridad • Un paro de seguridad significa que sólo se desconecta la alimentación de los motores del robot. • No cuenta con ningún procedimiento de recuperación. Para la recuperación en caso de un paro de seguridad, sólo es necesario restablecer la alimentación de los motores Pulsador paro de seguridad Motores ON Sistema Robot IRB120 70 Sistemas de seguridad del robot Selector de modo • Es un dispositivo que se encuentra en el frontal del armario del controlador. Posee una llave que girándola permite cambiar el modo de funcionamiento del robot. Sistema Robot IRB120 71 Sistemas de seguridad del robot Dispositivo de habilitación - Deadman • Es una palanca incorporada en el lateral de la Unidad de Programación. • En el modo manual, los motores del robot son activados por el dispositivo. De esta forma, el robot sólo puede moverse siempre y cuando el dispositivo este presionado. • El dispositivo de habilitación se ha diseñado de forma que sea necesario presionar la palanca sólo hasta la mitad de su recorrido para activar los motores del robot. • 3 posiciones: tanto en la posición en la que la palanca está presionada al máximo o liberada totalmente, el robot esta inmovilizado. Dispositivo de habilitación Sistema Robot IRB120 72 Sistemas de seguridad del robot Mecanismos de protección • Protección ¾ Conjunto de medidas basadas en el uso de elementos protectores que evitan la exposición de las personas a los riesgos que no pueden ser eliminados razonablemente ni reducidos suficientemente en el diseño. ¾ Los elementos de protección evitan situaciones peligrosas al detener el robot de una forma controlada si se activa un mecanismo de protección determinado. • Un mecanismo de protección está compuesto por un conjunto de elementos de protección conectados en serie. Cuando se activa un elemento de protección, la cadena se rompe y el funcionamiento de la máquina se detiene, independientemente del estado de los elementos de protección del resto de la cadena. ¾ Su sistema de robot puede contar con una enorme gama de elementos de protección, como interbloqueos de puertas, barreras fotoeléctricas de seguridad y trampillas de contacto, etc. Sistema Robot IRB120 73 Gestión de los sistemas de seguridad Carta Panel • La gestión de los sistemas de seguridad se realiza en la Tarjeta de seguridades del robot o Carta panel. • Es el elemento del armario del robot dedicado a gestionar y controlar todas las seguridades asociadas al sistema robot (Cadena de seguridades). • Esta unidad consta de una serie de bornes donde poder conectar eléctricamente los distintos dispositivos de seguridad Sistema Robot IRB120 74 Esquema general de la Cadena de seguridades Sistema Robot IRB120 75 Navegación por la unidad de programación Sistema Robot IRB120 76 Unidad de programación Menú ABB Sistema Robot IRB120 77 Unidad de programación Menú ABB • Edición en Marcha → Permite la edición de posiciones programadas. Sólo robotarget. • FlexPendant explorer → Administrador de archivos • Entradas y Salidas → Visualización y activación de señales de E/S Sistema Robot IRB120 78 Unidad de programación Menú ABB • Editor de programas → Crear o modificar programas • Datos de programa → Opciones de visualización y utilización de tipos de datos. Sistema Robot IRB120 79 Unidad de programación Menú ABB – Movimientos • Ventana Movimientos Sistema Robot IRB120 80 Unidad de programación Menú Configuración Rápida • Menú Configuración Rápida → Selección tipo de movimientos (jogging) Sistema Robot IRB120 81 Unidad de programación Menú Configuración Rápida • Menú Configuración Rápida → Selección sistemas coordenadas Sistema Robot IRB120 82 Unidad de programación Menú Configuración Rápida • Menú Configuración Rápida → Mostrar detalles Sistema Robot IRB120 83 Unidad de programación Menú Configuración Rápida • Menú Configuración Rápida → Incremento movimiento Sistema Robot IRB120 84 Unidad de programación Menú ABB – Panel de Control • Panel de control → Funciones de configuración del sistema Sistema Robot IRB120 85 Unidad de programación Programación en RAPID • Estructura de un programa en RAPID sistema Sistema Robot IRB120 86 Unidad de programación Edición de programas en RAPID • Ventana “Editor de programas” → Añadir instrucciones Sistema Robot IRB120 87 Unidad de programación Edición de programas en RAPID • Ventana “Editor de programas” → Editar o modificar código ya existente Sistema Robot IRB120 88 Unidad de programación Ejecución de programas • Ejecución del programa → Opción Depurar Sistema Robot IRB120 89 Unidad de programación Ejecución de programas • Ejecución del programa → Modos de ejecución Sistema Robot IRB120 90 Unidad de programación Ejecución de programas • Ejecución del programa → Modos paso a paso Sistema Robot IRB120 91 Unidad de programación Ejecución de programas • Ejecución del programa → Selección de velocidad Sistema Robot IRB120 92 Unidad de programación Ejecución de programas • Ejecución del programa → Teclas de ejecución Motores ON Dispositivo Habilitación Teclas de ejecución Sistema Robot IRB120 93 Unidad de programación Herramienta de trabajo - Tooldata • Acceso al dato → Seleccionar datos del programa Sistema Robot IRB120 94 Unidad de programación Herramienta de trabajo - Tooldata • Definición automática del TCP – Método TCP Sistema Robot IRB120 95 Unidad de programación Herramienta de trabajo - Tooldata Sistema Robot IRB120 96 Unidad de programación Ventana de E/S Sistema Robot IRB120 97 Unidad de programación Calibración • Actualizar contador de vueltas ¾ Primero hay que llevar el robot a marcas manualmente Sistema Robot IRB120 98 Unidad de programación Copia de seguridad y restauración Sistema Robot IRB120 99 Unidad de programación Copia de seguridad y restauración • Estructura de la copia de seguridad Sistema Robot IRB120 100 Unidad de programación Copia de seguridad y restauración • Hacer una copia de seguridad Sistema Robot IRB120 101 Unidad de programación Robotstudio Sistema Robot IRB120 102 Bibliografía • Curso Básico Robot IRC5. ABB • Robots Industriales: Cómo son, Cómo funcionan y sus Aplicaciones. ABB • ABB’s smallest robot IRB 120 for flexible & compact production. ABB • Manual del producto IRB 120. ABB robotics • Manual del producto IRC5 Compact. ABB robotics Sistema Robot IRB120 103
