Teollisuusrobotin tietokoneohjauksen konstruointi

TEKNILLINEN KORKEAKOULU Sähköteknillinen osasto

DIPLOMITYÖ

Terho, Olli Mauno Antero

Teollisuusrobotin tietokoneohjauksen konstruointi.

Теки:!¡ison korkeakoulun Sähkötekniiii-^Ci. osaston

käsikirjasto

11 ⁾ 5 31

/Л Antti Niemi

Pekka Malinen

Annettu 16.12.1976

Jätettävä tarkastettavaksi viimeistään 31.3.1976.

Diplomityön suoritusohjeet annettu.

Seminaariesitelmä pädetty

Jätetty tarkastettavaksi Tarkastettu Arvosana

AlkalauA z

Tämä työ on tehty Tzkniiltezn korkzakoulun Aähkötzknilltezllä oAOAtolla, ja AZ Liittyy oAana Suomzn Akatzmtan rahoittamaan

kappalztavaratuo tunnon automatisotntta tutkivaan projzktiin. Työni johtajana on toiminut tutkijapro (¡ZAAori Antti Nizmi. TäAtä lausun hänzllz kiitokAzni. Erity ib ZAti haluan kiittää työni ohjaajaa

diplomi-inAinööri Pzkka Malteta hänzltä Aaamtetani monista nzuvoteta.

Säätötekniikan laboratorion hznkilökuntaa haluan kiittää mielyttäväAtä työympärtetöstä.

Otanizmi 1976-03-01

¿84

Olli Tzrho

Jämzräntaival 1 C 471 Otanizmi

Ill

SISÄLLYSLUETTELO

ALKULAUSE ü

SISÄLLYSLUETTELO iü

LIITELUETTELO v

1. JOHDANTO 1

2. ROBOTTITEKNOLOGIAA 3

2 . 1 Teollisuusrobotin määritelmä 3 2.2 Yleistä teollisuusrobotin toiminnasta 4

2.3 Perusrakenteet 9

2 . 4 Käyttövoima ja toimilaitteet 16

2.5 Mittausjärjestelmät 20

OHJAUSJÄRJESTELMÄT 26

3. 1 Yleistä 26

3.2 Ohjaustavat 27

3.3 Ohjelmamuis tit 31

3. u Ohjausjärjestelmän perusratkaisut 39

3. 5 Tietokoneohjaus 48

TIETOKONEOHJAUKSEN KONSTRUOINTI 57

4. ^ Yleistä 57

4.2 Teollisuusrobotti ASEA IRB-6 58

4. 3 Liitäntävaihtoehdot 74

4.4 Yleistä liitännän toiminnasta 7 7 -I-- 4.5 Kasettinauhoitinliitännän rakenne 80 4.6 Strömberg 1000 liitännän rakenne 86

4.7 Siirronohjausliput 90

4.8 Siirtolinjat 93

4.9 Robottiohjelman talletus tietokoneen

muistiin 94

4.10 Robottiohjelman lataus robotin ohjelma-

muistiin 97

4.11 Ohjelmisto 1 0 1

6. YHTEENVETO LÄHDELUETTELO LIITTEET

V

LIITELUETTELO

LIITE 1 Robotin kouran liikeratoja LIITE 2 Signaaliluettelo

LIITE 3 ROBTAL-ohjelman lohkokaavio LIITE 4 ROBTAL-ohj elman list aus LIITE 5 ROBLAT-ohjelman lohkokaavio LIITE 6 ROBLAT-ohj elman list aus LIITE 7 ROBLIS-ohj elman list aus LIITE 8 ROBTES-ohj elman listaus LIITE 9 ROBLAV-ohjelman list aus LIITE 10 ROBLUK-ohjelman list aus LIITE 1 1 Kytkentäkaaviot

1‘. JOHDANTO

"Kiinnostus teollis uus robot in käyttöön on kasvamassa voimak­

kaasti. Monissa sovellutuksissa robotti on todettu edulli­

seksi ratkaisuksi ihmisen vapauttajana raskaasta, pakkotah- tisesta ja vaarallisesta työstä. Туöturvallisuusmääräysten tiukkeneminen on osaltaan lisäämässä robottien käyttöä.

Robotin avulla voidaan joustavsti yhdistää erilliset auto- maattikoneet toisiinsa. Muodostuneen linjan ryhmäohjaus tietokoneella edellyttää eri koneiden liittämistä tietoko­

neeseen ja tarvittavien ohjaus funkti oiden määrittelyä. Myös erilaisten sensorien käyttö robotin ohjaukseen vaatii tieto- jenkäsitte lykapas iteettia robotin ulkopuolelta.

Tämän diplomityön ensisijaisena tavoitteena on ollut suun­

nitella ja rakentaa ASEA IRB-6 teollisuusrobotin ja Strömber 1000 proses s itietокопеen välinen liitäntä. Työ liittyy osana projektiin, jossa on tarkoituksena tutkia kehitettävän

tosiaikajärjestelmän ohjausmenetelmiä ja erilaisia sensori- ratkaisuja, joita voidaan soveltaa robotin ohjaukseen.

Alkuosassa tarkastellaan yleisesti robottiteknologian nyky­

vaihetta. Erityisenä koteena ovat ohjausjärjestelmät ja tietokoneohjaus. Tältä osin työ on kirjallisuustutkimusta, joka muodostaa pohjan tietokoneohjauksen suunnittelulle.

Lähteinä käytetään robottiahan kokousjulkaisuja ja lukuisia lehtiartikkeleja. Robottien perusratkaisuilla on monia yhtym kohtia numeerisiin työstökoneisiin, joita käsittelevää kir­

jallisuutta käytetään myös.tämän työn lähteenä.

2

Lähdeviittaukset ovat kappalekohtaisia, eikä lehtiartikke­

leista saatuja hajatietoja luetella lähdeluettelossa.

Osana työhön on kuulunut liitännän ohjaus- ja testausohjel­

mien tekeminen. Kytkentätyöt on suoritettu itsenäisesti , ja ne muodostavat merkittävän osan diplomityöhön käytetystä ajasta.

2. ROBOTTITEKNOLOGIAA

2.1 Teollisuusrobotin määritelmä

Teollisuusrobotti on lähinnä erilaisiin ihmiskäden työtä korvaaviin työvaiheisiin ohjelmoitavissa oleva laite, jonka pääosat ovat :

- liikevarsi siirtoliikkeiden aikaansaamiseksi.

- tartuntaelin tai elin työvälineen kiinnitystä varten.

- ohjaus 1ai11eisto uudelleenohjelmointia varten.

Yleensä teollisuusrobotin ohjelmointi tapahtuu työoaikalla ja se on helposti suoritettavissa /1/.

Yksinkertaisia' manipulaattoreita, joiden liikkeiden suoritus järjestys ei ole helposti muuteltavissa eivätkä liikenopeude valittavissa, ei yleensä käsitetä teollisuusroboteiksi,

vaan nimitys pyritään rajaamaan laajemmat uudelleenohj el- mointimahdollis uudet omaavilie laitteille.

Proses s i robot i1la tarkoitetaan robottia, joka osallistuu varsinaiseen jalostusvaiheeseen. Kyseeseen tuleva työ voi olla esimerkiksi ruiskumaalausta, pistehitsausta, hiomista.j

h

2.2 Yleistä teollisuusrobotin toiminnasta

Robotille asetettavien vaatimusten selvittämiseksi seuraa- vassa on tarkasteltu yleisesti robotin toimintaan liittyviä osatekijöitä.

Jotta robotti voisi siirtää kappaleita paikasta toiseen haluttua liikerataa noudattaen, kouran pitää pystyä tarttu­

maan kappaleeseen, liikevarren on siirrettävä koura loppu- pisteeseen ja lopuksi kouran on irrotettava kappale haluttuun asentoon. Lisäksi robotin toiminta on synkronoitava ympä­

röivien koneiden kanssa ja estettävä vaarallisten virhe tilanteiden synty minen./2,ЗЛ/ •

2.2.1 Kappaleen etsintä

Ennen varsinaista tarttumista robotin on paikallistettava ja tunnistettava tarttumiskohde. Etsintä voi tapahtua tie— • tystä pisteestä, suoralta, tasolta tai määrätystä osa-ava­

ruudesta. Markkinoitavat robotit pystyvät helposti tarttu­

maan kappaleeseen, joka on tietyssä pisteessä. Etsintä suo­

ralta, tasolta tai osa-avaruudesta vaatii takais inkytkentää

• erilaisten sensorien välityksellä. Jos kouraan on esimerkis.i asennettu sensori, joka ilmaisee kohteen, voidaan etsintä pitkin suoraa toteuttaa. Aluksi koura liikkuu nitkin suoraa.

Kun sensori ilmaisee kappaleen, liike pysähtyy ja koura tarttuu kohteeseen. Ohjausjärjestelmän pitää tällöin pystyä reagoimaan sensorin ilmaisuun ja jatkamaan liikesarjaa etsin­

nän jälkeen halutulla tavalla.

2.2.2 Kappaleen tunnistus

Jos robotin on pystyttävä käsittelemään erilaisia kappaleita, sen on tiedettävä ennen tarttumista kappaleen tyyppi. Mikäli eri kappaleet tulevat aina samaan pisteeseen, robotin on tunnistettava erillisillä sensoreilla kohteen tyyppi. Tun­

nistus voi tapahtua myös kohteen sijainnin mukaan. Ohjaus järjestelmältä edellytetään tällöin joustavaa ohjelmien vaihtoa.

2.2.3 Kappaleen asennon määrittäminen

Jos poimittavan kappaleen asento ei ole määrätty, vaaditaan robotilta kykyä tunnistaa kohteen asento ja kouralta riit tävää liikkuvuutta tarttumiseksi mielivaltaisessa asennossa olevaan kohteeseen. Sopivasti muotoilulla kouralla voidaan kappaleen pienet aseman ja asennon vaihtelujen vaikutukset eliminoida.

2.2 . U Tartunta

Varsinainen tartunta on muodostunut merkittäväksi ongelmaksi.

Jos käsiteltävät kappaleet poikkeavat huomattavasti muodo1 taan toisistaan, on vaikeaa suunnitella kevyttä yleiskouraa, joka pystyy hoitamaan kaikki mahdolliset tilanteet. Íleens a koura on tarkoitettu ainoastaan yhdenlaisille, tai ainakin yhdenmuotoi si11 e kappaleille. Työkappaleist a riippuen tartun­

ta voidaan toteuttaa joko puristamalla, alipaineella tai s ah k magneettisesti. Kuvassa 1 on esitetty tartuntakouran perus ratkaisuja.

6

KUVA 1. Tartuntakouran perusratkaisuja

Koska robotin on liikuteltava sekä työkappaletta että kouraa, raskas koura pienentää robotin tehollista kuormattavuutta.

Jos siirrettävä kappale on rakenteeltaan hauras, kouran on tuettava sitä siirron aikana. Kaksoiskouralla voidaan mer­

kittävästi lyhentää robotin työkierron pituutta (kuva 2.).

KUVA 2. Esimerkki kaksoiskouran käytöstä

2.2.5 Liikevarren siirto

Robotin työskentelyalue määräytyy perusrakenteen mukaan.

Liikeradat on rajattu sekä kääntymiskulman että ulottuvuuden suhteen. Robotin jalustan liikkuvuudella tai työkappaleiden kuljetusjärjestelmillä voidaan robotin tehollista ulottu­

vuutta suurentaa. Työskentelyalueella robotin liikevarsi ohjelmoidaan suorittamaan toistuvasti erilaisia liikesrajoja.

Liikesarja voidaan tallentaa pisteittäin, joihin siirtymis- j ärj estystä vaihdellaan. Tällä tavoin ohjelmoidaan robotteja joiden asemointiin käytetään kiinteitä tai siirrettäviä rajoja. Robotin ohjausjärjestelmän yksinkertaisuus ja ase­

moinnin tarkkuus saavutetaan lukumääräisesti rajoitettujen asemmointipisteiden kustannuksella.

Toinen mahdollisuus on tallentaa paikkainformaatio ja suori- tussekvenssi samaan ohjelmaan. Uudelleenohjelmointi ja ohj e 1 mien korjaus on tällöin helpompaa. Jatkuva rataohjaus edel­

lyttää myös viimemainittua tallennustapaa.

Liikevarren siirtonopeus on rajoitettu asemointi tarkkuuden ja kappaleen painon mukaan. Liikevarren rakenteen jäykkyys määrää saavutettavan tarkkuuden ja sallitut kiihtyvyydet.

Tarkkuutta huonontavat lisäksi ohjausjärjestelmän aiheuttama virheet. Kappaleen painoa voidaan suurentaa käyttämällä

kevyempää kouraa ja rajoittamalla liikenopeutta. Jos robotin kouran ranteella on monta vapausastetta, riittää yksinkertai nen ja kevyt koura, ja siten on mahdollista käsitellä

raskaampia kappaleita.

8

Siirtoliikkeissä koordi naatti aks eli n ympäri keskipakovoima voi muodostua rajoittavammaksi tekijäksi kuin alkukiihdytys ja loppuhidastus. Maksimi s iirtonopeutta ei siis voida aina käyttää siirtotehokkuuden mittana.

2.2.6 Irrotus

Yleensä robotin on pidettävä työkappaleesta kiinni, kunnes kappale on kiinnitetty esimerkiksi työstökoneeseen. Tällöin kouralta vaaditaan joustavuutta asentovirheiden eliminoimiseks Tarkan kiinnityksen ohjelmointi on vaikeaa, vaikka kouran

ranteen liikkeet olisivat servo- ohjattuja. Kiinnityksen helpottamiseksi ympäröivät koneet olisi sijoitettava siten, että varsinainen kiinnitysliike on yhdensuuntainen robotin jonkin koordinaattiaks elin kanssa. Joissakin sovellutuksissa robotti voi pitää kappaleesta kiinni muokkausvaiheen ajan.

2.2.7 Toiminnan synkronointi

Ohjausjärjestelmän on pystyttävä liikevarren ohjauksen lisäksi valvomaan ympäröivien koneiden toimintaa ja estämään virhe­

tilanteiden syntyminen. Häiriöttömän toiminnan takaamiseksi ohjausjärjestelmän on hoidettava syntyvät virhetilanteet

mahdollisuuksien mukaan itsenäisesti. Monissa sovellutuksissa robotin ohjausjärjestelmän kapasiteetti riittää palveltavien koneiden yksinkertaisen sekvessiohj auksen toteuttamiseen.

Tällöin robotin käyttö on helposti laajennettavissa jo olemas­

sa olevien koneiden palvelemiseen niiden automaatioasteesta riippumatta.

2.3 Perusrakenteet

Seuraavassa esityksessä robotit on jaettu liikekaavion mukaan neljään ryhmään ja tarkasteltu eri ratkaisujen mekaanista toteutusta. Samalla on selvitetty liikekaavion aiheuttamia rajoituksia liikesarjaoilie. Erityisesti on arvioitu liikesarjojen ohjelmalliseen generointiin liit­

tyviä ongelmia. Jakoperusteena on käytetty liikekaavion esityskoordinaatistoa./2,3/

2.3.1 Sylinterikoordinaatisto

Yleisin ratkaisu perustuu suoraan horisontaaliseen liike- varteen, jonka pituutta asetellaan joko ohjelmoidusti tai muuttamalla tehtäväkohtai s esti liikevarren kiinnitystä.

Kuvassa 3 on esitetty tyypillinen liikekaavio.

KUVA 3. Sylinterimäinen liikekaavio

Liikevarren kiinnityspistettä voidaan liikuttaa vertikaali- suunnassa ja sen lisäksi kiertää vertikaaliaks eli n ympäri.

Liikealueen rajoitukset ovat esitettävissä sy1interikoordi- naatistossa yksinkertaisin lausekkein, joten liikesarjojen laadinta ohjelmallisesti on suhteellisen helppoa. Paikka- koordinaattien arvoja voidaan suoraan käyttää ohjaussuureiden laskemiseen.

Suorasta liikevarresta johtuen robotti ei pysty poimimaan kiinteän esteen takana olevia kappaleita. Tartuntakouran ranteen liikkuvuudella voidaan katvealueita pienentää. Joi sakin rakenneratkaisuissa liikevarsi vaatii robotin takaa liikekaavion suuruisen tilan, joka johtuu liikevarren yhte näisestä rakenteesta. Tästä haitta-alueesta päästään eroon käyttämällä teleskooppi tyyppi stä liikevartt a. Kuvassa b on tähän ryhmään kuuluva robotti.

KUVA 4. Robotti, jonka liikealue on

sylinterimäinen (MHU SENIOR EU 15)

Toinen mahdollinen rakenneratkaisu on kahdesta osasta

nivelöity liikevarsi, kuva 5- Liikealue ulottuu lähemmäksi robotin jalustaa ja poimiminen esteen takaa on mahdollisia Mikäli niveliä voidaan ohjata toisistaan riippumatta liike kaavio ei enää ole sylinterimäinen.

KUVA 5. Robotti, jonka liikevarsi on nive- Löity kahdesta osasta (MATBAC IRB-IO)

2.З.2 Pallokoordinaatisto

Mekaaninen ratkaisu on samanlainen kuin edellisessä ryh­

mässä lukuunottamatta liikevarren kippiliikettä horison­

taalini velen varassa. Liikevarren kiinnityspisteen vertikaali- liike puuttuu kokonaan. Kuvassa 6 on esitetty tyypillinen

liikekaavio.

KUVA 6. Pallomainen liikekaavio

12

Rajoitukset ovat samanlaiset kuin suoralla liikevarrella varustetulla robotilla edellä. Esteen kiertäminen on nytkin mahdotonta. Lisäksi lineaarinen vertikaaliliike on suoritet­

tava ohjausjärjestelmän avulla ohjaamalla samanaikaisesti sekä kippiliikettä että liikevarren pituutta. Kuvassa ; on'tähän ryhmään kuuluva robotti.

KUVA 7. Robotti, jonka liikealue on pallo­

mainen (unimate)

2.З.З Suorakulmainen koordinaatisto

Portaalirakentei si11a roboteilla on tyypillisesti sucra kulmainen liikekaavio, kuva 8. Liikesarjojen suunnittelu on erityisen helppoa, koska liikevarren rajoitukset ova, yksinkertaisesti ilmaistavissa. Portaalin jäykkyys mahdol­

listaa painavien kappaleiden käsittelyn. Kuvassa 9 on tana:

ryhmään kuuluva robotti .

KUVA 8. Suorakulmainen liikekaavio

KUVA 9. Robotti, /jonka liikekaavio on suora­

kulmainen (WORK MATE)

Suorakulmainen liikekaavio voi perustua myös rakenteeseen, jossa suoran horisontaalivarren kiinnityspilari liikkuu johteita pitkin. Toinen mahdollisuus on koko jalustan liikkuminen.

14

2.3.4 Antropomorfinen koordinaatisto

Tarkoituksena on ollut pyrkiä liikekaavioon, joka muistut­

taa ihmisen käsivarren liikkuma-alaa. Kuvassa 10 on esitetty tyypillinen "ihmismäinen1 liikekaavio. Mekaaninen ratkaisu perustuu kahdesta puomista nivelöityyn liikevarteen , jonka niveliä ohjataan toisistaan riippumatta. Toimilaitteina

käytetään sekä hydraulisia sylintereitä että sähkömoottoreita.

Antropomorfinen liikekaavio on ominaista kehittyneimilie teollisuusroboteille, joiden ohjaus on yleensä toteutettu rataohj auksena tai pisteohjauksena pienin pistevälein.

robotin liikevarsi KUVA 10. Antropomorfinen liikekaavio

Liikekaavion rajoitukset esitettyinä suorakulmaisessa tai sylinterikoordinaatistos s a johtavat epähavainnollis iin lausekkeisiin, joten liikesarjojen numeerinen suunnittelu paperilla on vaikeaa. Tämän ryhmän robotit ohjelmoidaan usein ns. opetusmenetelmällä. Liikevarsi siirretään joko robotin omilla toimilaitteilla tai "kädestä pitäen" halut­

tuun pisteeseen tai haluttua rataa pitkin. Paikkakoordi- naattien tallennus opetusvaiheessa tapahtuu joko pisteittäin tai jatkuvana.

Kuvassa 11 on tähän ryhmään kuuluva robotti, joka on suunniteltu erityisesti rui skumaalaus t ehtäviin ja jonka ohjelmointi suoritetaan kuljettamalla liikevarsi käsin liikesarjan läpi.

Servo 4

— Servo 2 Servo 3

Servo 1

KUVA 11. Robotti, jonka liikekaavio on antropomorfinen (TRALLFA)

16?}aoo

16

Teollisuusrobotin toimilaitteet ovat joko pneumaattisia, hydraulisia tai sähköisiä. Erikoisratkaisuna käytetään myös hybridij ärj estelmiä. Markkinoitavat teollisuusrobotit

jakautuvat käyttövoiman mukaan kuvan 12 osoittamalla tavalla.

39 % roboteista perustuu pneumaattisiin-, 51 % hydraulisiin ja 10 % sähköisiin toimilaitteisiin. Kuvassa on esitetty

lisäksi piste- ja rataohj auksen osuus eri käyttövoimaryhmissä.

2.k Käyttövoima ja toimilaitteet /2,3,5 » б,T , 8/

PTP 8%

CP 2%

pneumaatinen hydraulinen sähköinen

KUVA 12. Teollisuusrobottien toimilaitteet ja ohj aus / 5 /

Toimilaitteilla on keskeinen osuus robotin mekaanisissa rakenneratkaisuissa. Ne asettavat äärirajat saavutettaville tarkkuuksille, nopeuksille ja kuormattavuudelle. Toimilait­

teet muodostavat rajoituksia, joita ei voida poistaa monimutkaisiHakaan ohjausjärjestelmillä.

2.1+. 1 Pneumaattiset toimilaitteet

Yleisin pneumaattinen toimilaite robottikäytö s s ä on

sylinteri. Kiertoliikkeissä käytetään myös lamellimoottoreita.

Yksinkertaisimmat teollisuusrobotit perustuvat 'lähes poik­

keuksetta pneumaattisiin toimilaitteisiin. Asemointi tapah­

tuu kiinteitä tai siirrettäviä rajoja vastaan. Asemointi-- pisteiden lukumäärä on rajattu ainoastaan muutamiin liike­

suuntaa kohti. Asemointi pisteitä ei voida muuttaa työkierron aikana. Hybridijärjestelmissä käytetään pneumaattisen sylin­

terin yhteydessä sähköistä jarrua, jonka avulla suoritetaan varsinainen asemointi-. Tällöin asemointi pisteitä voi olla kymmeniä yhtä liikesuuntaa kohti.

Pneumaattiset toimilaitteet vaativat syöttöpaineen myös staattisissa tilanteissa. Syöttöpainekatkoksen jälkeen

liikevarsi saattaa liikkua täysin mielivaltaisesti aiheuttaen vaaratilanteita käyttöhenkilöstölle, siirrettäville kappa­

leille ja ympäröiville koneille. Sovellutuksesta riippuen epämääräiset liikkeet voidaan sallia tai ne on ehdottomasti estettävä. Eräissä ratkaisuissa käytetään jarruja, jotka laukeavat syöttöpaineen laskiessa.

Pneumaattinen robotti voi suorittaa tehtäviä, joissa sähköi­

siä toimilaitteita ei voida käyttää esimerkiksi räjähdys- vaaran vuoksi. Tällöin robotin ohjaus laittei sto saattaa olla myös täysin pneumaattinen.

Pneumaattiset toimilaitteet ovat halpoja ja käyttökohteissa on yleensä valmiina paineilmaverkosto, joten robotti ei vaadi kalliita lisälaitteita.

18

2.b.2 Hydrauliset toimilaitteet

Suurin osa markkinoitavista roboteista perustuu hydrau­

lisiin toimilaitteisiin. Suoraviivaisissa liikkeissä käy­

tetään hydraulisia sylintereitä ja kiertoliikkeissä hydrau- limoottoreita. Hydrauliset toimilaitteet ovat pienikokoisia verrattuna muihin toimilaitteisiin, joilla saavutetaan yhtä suuria tehoja ja voimia. Niiden voiman ja nopeuden säätö on helposti toteutettavissa. Robotti s ovellutuk sis sa käytetä yleisimmin venttiiliohjattuja servojärjestelmiä, koska

tarvittavat tehot ovat suhteellisen pieniä ja eri sylinte­

reitä on voitava ohjata toisistaan riippumatta ja saman­

aikaisesti.

Hydraulisen järjestelmän jäykkyydestä johtuen asemointi- pisteitä voi olla mielivaltainen lukumäärä liikesuuntaa kohti. Nyt on rajoittavana tekijänä asemanmittaus ja ohjaus j ärjestelmä.

Häiriötilanteissa riittää s ervopiirin venttiilien s ulkemine pysäyttämään liikevarren välittömästi ja estää siten vaara­

tilanteiden syntymisen. Kytkemällä toimilaitteet paineet- tomiksi voidaan liikevartt a siirtää "kädestä pitäen" esimer kiksi ohjelmoitaessa opetusmenetelmällä.

Yleisesti hydraulisten järjestelmien varjopuolena ovat vuot ja suodatushaitat, joita ei voida täysin eliminoida.

2.U.3 Sähköiset toimilaitteet

Tarkkuuden ja vähäisemmän huoltotarpeen vuoksi roboteissa on alettu enenevässä määrin käyttää sähköisiä toimilaitteita.

Ns. painopiirimoottorit ovat osoittautuneet tavallisia tasa- virtamoottoreita paremmiksi pienen mekaanisen aikavakion ja siten nopeamman vasteensa ansiosta.

Toinen mahdollisuus on askelmoottorikäyttö. Tällöin yleensä sovelletaan avointa ohjausta. Robottisovellutuksissa vaadi­

taan melko suuria nopeuksia ja samalla suhteellisen tark­

kaa asemointia. Askel in oottorin askeltaaj uus saattaa muo dos tua rajoittavaksi tekijäksi, koska maksimi s iirtonopeus on askeltaaj uus kertaa erotuskyky.

Sähköiset toimilaitteet vaativat lisäksi mekaanisen välityk­

sen, jolla suuri pyörimisnopeus alennetaan liikevarren siir- telemiseen sopivaksi joko pyöriväksi tai suoraviivaiseksi liikkeeksi. Toisaalta välitykset muodostavat riittävän luki­

tuksen jännitekatkoksissa estäen liikevarren epämääräiset liikkeet.

Sähköiset toimilaitteet aiheuttavat merkittävästi vähemmän melua kuin pneumaattiset toimilaitteet. Hydraulisissa jär­

jestelmissä pumppuyksikkö on äänekäs ja lisäksi se on sijoi­

tettava mahdollisimman lähelle toimilaitteita. Tästä syystä robotin rungosta tulee pakosta suurikokoinen. Sähköisillä toimilaitteilla päästään tiiviimpään rakenteeseen ja vastaa­

vasti robotti voi työskennellä ahtaissakin paikoissa.

20

2.5 Mittausjärjestelmät /9,10,1 1 /

Mittausjärjestelmän avulla ohj auslaitteisto saa takaisin kytkennän liikevarren asemasta. Eräissä roboteissa käytetään lisäksi nopeustakai s inkytkentää nopeamman vasteen ja stabii­

limman toiminnan takaamiseksi. Yksinkertaisimmissa roboteissa asemointi tapahtuu kiinteitä rajoittimia vastaan, eiitä

niissä tarvita varsinaista asemanmittausta. Kehittyneemmissä malleissa ohjausjärjestelmä saa kuittauksen rajakytkimestä, kun toimilaite on saavuttanut raj oittimen. Tässäkään tapauk­

sessa ohjausjärjestelmä ei saa mitään tietoa 1iikenopeudeota.

Mittausjärjestelmä voi perustua joko suoraan tai epäsuoraan mittaukseen. Suorassa mittauksessa mitataan suoraan ohjat tavaa suuretta,esimerkiksi liikevarren kulmaa. Suora mittaus ei aseta suuria vaatimuksia toimilaitteille. Epäsuorassa mittauksessa ei mitata suoraan haluttua suuretta, vaan jotakin muuta suuretta, joka kuvaa mahdollisimman hyvin sitä. Sähköisin toimilaittein varustetun robotin aseme­

ja nopeus anturit voidaan kytkeä esimerkiksi suoraan käyt- tömoottorin akselille. Nyt vaaditaan moottoriin liitetyiltä välityksiltä pieniä välyksiä ja riittävää jäykkyyttä.

Antureina voidaan käyttää halpoja malleja, joilla kuitenkin päästään hyvään resoluutioon.

Mittaustapa voidaan lisäksi jakaa analogiseen tai digitaa­

lisen mittaukseen anturityypin mukaan. Nämä voidaan taas jakaa kahteen ryhmään. Absoluuttisessa mittauksessa mitataan johonkin kiinteään referenssiin nähden. Inkrementaalis es s a mittauksessa suoritetaan mittaus edelliseen arvoon verrattuna.

palautetaan erilaisilla välityksillä kulmamittaukseen.

Seuraavassa on lyhyesti tarkasteltu erilaisia aseman ja порeudenmittausj ärj estelmiä esittelemällä yleisimmät robo­

teissa käytetyt asema- ja nopeusanturit.

2.5.1 Analoginen as emanmittaus

Tavallisimmat asema-anturit robottikäytössä ovat potentio metri' ja synkroresolveri .

Potentiometrit ovat halpoja ja suhteellisen tarkkoja. Lisäksi varsinainen mi 11aus elektroniikka muodostuu yksinkertaiseksi.

Potentiometrej ä voidaan käyttää sekä tasa- että vaihtojän­

nitteellä. Ne ovat luotettavia ja kestävät hyvin vaikei­

takin ympäristöolosuhteita. Haittapuolena on mekaaninen kosketus liu1 un ja vastusradan välillä, joka aiheuttaa Kulu­

mista ja siten rajoittaa potentiometrin käyttöikää.

Synkroresolveriss a ainoat kuluvat osat ovat laakerit ja liukuharj at. Perusrakenteesta johtuen liukuhar j at voidaan suunnitella kestävämmiksi kuin potentiometreissä. Erikois­

ratkaisuina on myös täysin harj attomia resolvereita. Resol- veri on absoluuttisesti mittaava koko kierroksen alueella

ja mittaustarkkuus on yleensä n. + 0,1 /kier.. Luonne 1±1 o e= ^ lopulliseen tarkkuuteen vaikuttavat myös tehdyt kytkennät, impedanssisovitukset sekä käytettävän referenssi jännitteen särö ja kohina. Resolverin lähtösignaaleista on mahdollista laskea myös kierroksia ja siten mitata absoluuttisesti usean kierroksen aluella.

22

Toinen mahdollisuus on käyttää ns. kaks inopeuksist a resol verijärj estelmää. Tällaisessa järjestelmässä tutkittavan akselin liike on välityksen kautta kytketty toiseen resol­

ver i i n .

Re s oIverit ovat perusratkaisultaan vanhoja ja niiden standar­

disointi on vastaavasti pitkällä. Vahvoja ja tarkkoja kompo nentteja on saatavissa edullisesti eri valmistajilta, ja ne ovat keskenään vaihtokelpoisia.

Resolveri kestää hyvin suuriakin nopeuksia. Näin ollen se soveltuu epäsuoraan mittaukseen, joissa potentiometrien käyttöikää lyhentävät suuret nopeudet. Digitaalisiin antu- reihin verrattuna resolveri kestää parfemmin tärinää ja iskuja.

Samaan absoluuttiseen tarkkuuteen päästään huomattavasti vähemmillä j ohtimi11a.

2.5.2 Analoginen nopeudenmittaus

Analogisena nopeusanturina käytetään lähes yksinomaan tako- generaattoria. Sen lähtöj ännitteen amplitudi on suoraan verrannollinen roottorin pyörimisnopeuteen. Yleisimmin käy­

tetään kestomagneeteilla varustettua tasajännitegeneraattoria.

Tälle on ominaista, että sen lähtösignaalx sisältää huo­

mattavasti häiriösignaaleja.

Vaihtojännitegeneraattoreissa ei tarvita liukuhar j oj a ja siten päästään kestävämpään rakenteeseen. Toisaalta lähtö- jännitteen aaltomuoto- ja vaihevirheet yhdessä vaikeamman lämpötilakompensoinnin kanssa rajoittavat käyttöä.

Robottisovellutuksissa nopeusmittausta ei käytetä aseman

laskemiseen, vaan lähinnä servopiirien stabilointiin. Nopeas- takaisinkytkennällä päästään lisäksi nopeampaan vasteeseen.

Nopeuden absoluuttiarvolla ei ole yhtä suurta painoa kuin esimerkiksi numeerisessa työstössä. Vastaavasti nopeus ant-ur ei lie ei tarvitse asettaa kovia vaatimuksia. Poikkeus sena ovat pros es s i robot it, joita käytetään esimerkiksi

hitsaukseen. Työn tuloksen laatuun nopeudella on merkittä", a vaikutus,ja siten vaaditaan nopeusmittausta tasaisen ja abso­

luuttisesti määriteltävän nopeuden noudattamiseksi.

2.5.3 Digitaalinen asemanmittaus

Digitaalinen asemanmittaus voidaan toteuttaa periaatteessa kahdella tavalla. Anturina käytetään koodikiekkoa, joka antaa yhden kierroksen alueella yksikäsitteisen kulma a r « o a vastaavan digitaaliluvun. Toinen mahdollisuus on pulssi anturi, josta saatavia pulsseja laskemalla saadaan tieto kulma-arvosta.

Koodikiekkoja valmistetaan sekä mekaanisiin että optisiin kytkimiin perustuen. Mekaanisissa ratkaisuissa eristeessä valmistetun kiekon pintaan on etsattu johtavasta maueriaa.is.

digitaalinen koodikuvio. Liukuharjät kytkeytyvät toisiinsa koodikuvion mukaan ja ilmaisevat siten akselin kääntymis- kuiman. Haittapuolena on kuluvat liukuharj at seka suh.ee-- = ~ suuri tarvittava vääntömomentti.

Optisissa ratkaisuissa koodikuvio on tehty läpinäkyvän kiekon pintaan. Mekaanisen kytkimen asemasta käytetään optista kytkintä. Anturi vaatii huomattavasti pienemmän vääntömomentin.

2k

Optinen anturi on n. 10 kertaa nopeampi kuin mekaaniset anturit ja lisäksi merkittävästi kestävämpi. Kuluvana osana on valonlähde, jonka sammuminen saattaa muodostua kohta­

lokkaaksi koko mittausjärjestelmälle.

Absoluuttisten koodikiekkojen resoluutiota rajoittavat käytet­

tävissä oleva tila ja kustannukset. Esimerkiksi 1 .en resoluutio koko kierroksella edellyttää BCD-koodaukselia yhteensä 12 rinnakkaista koodiuraa, joiden sijoittaminen pieneen tilaan on valmi stusteknilii s esti kallista. Reso- luutiota voidaan tässäkin tapauksessa parantaa karkea-hieno järjestelmän avulla.

Absoluuttisen koodikiekon tärkein etu on sen muisti, ts. sen toiminta ei sekoa jännitekatkokses sa, vaan anturi antaa

oikean tuloksen kaikissa tilanteissa.

Pulssi anturi vaatii lisäksi laskurin, joka laskee anturista saatavia pulsseja. Laskurin sisältö ilmaisee absoluuttisesti akselin asennon. Järjestelmän käynnistysvaiheessa laskutti-, on ladattava alkuarvo. Lisäksi anturista on saatava tieto, mihin suuntaan liike tapahtuu. Suunnan mukaan laskurin sisäl­

töä joko kasvatetaan tai pienennetään pulssien määräämässä tahdissa. Absoluuttiseen koodikiekkoon verrattuna selvitään vähemmillä johdotuksi11a. Toisaalta häiriötilanteissa - — ~ kurin sisältö tuhoutuu, eikä mitattavasta kulmassa saa^s sen jälkeen oikeaa tietoa.

Robottisove11utuksissa käytetään sekä absoluuttista että inkrementaalista mittausta. Inkrementaalisis s a järjestel­

missä liikevarsi as emoidaan alussa esimerkiksi mekaanisten

kytkimien avulla määrättyyn nolla-asemaan, jolloin asema- laskurit nollataan. Tämä nolla-asema olisi pyrittävä sisäl­

lyttämään liikesarjaan, jotta voitaisiin estää mittaus­

järjestelmän ryömiminen nollaamalla rekisterit kerran työ­

kierron aikana.

2.5-^ Digitaalinen nopeudenmittaus

Yleisimpänä anturina käytetään pulssianturia. Laskemalla pulssien määrä aikayksikössä saadaan nopeus selville. Tämä seikka on osaltaan lisäämässä inkremetaalisten asema-anturei den käyttöä. Samalla anturilla mitataan sekä nopeus että asema. Mikropiirien integrointiasieen kasvaessa tarvittava li säelektroniikka tulee entistäkin edullisemmaksi ja siten lisää inkrementaalisen järjestelmän etuja.

26

з. OHJAUSJÄRJESTELMÄT

3. 1 Yleistä

Robotin ohjausjärjestelmän tehtävänä on ohjata robotin toimilaitteita ennalta laaditun toimintaohjeen mukaan.

Se 'käyttää hyväksi mittausjärjestelmän antamaa tietoa

robotin tilasta sekä ulkoisia signaaleja toiminnan synkro- . nointiin

Robotin ohjausjärjestelmälle on ominaista joustava toiminta­

ohjeen muuttaminen. Lopullinen toimintaohje voidaan helposti laatia työskentelypaikalla.

Lisäksi robotin ohjausjärjestelmään kuuluu useita tulo- ja lähtösignaalej a, joilla robotin toiminta synkronoidaan

ympäröivien koneiden toimintaan. Tämä niire on luonnollinen seuraus robotin palvelutoiminnasta. Robotti tekee harvoin mitään itsenäistä työtä, vaan se palvelee joko yhtä tai useampia koneita.

Ohjelmamuistilla on keskeinen osa robotin ohjausjärjestel­

mässä. Toimintaohje on talletettu ohjelmamuist iin. Muistin rakenne ratkaisee, miten pitkiä ja monimutkaisia toiminta­

ohjeita voidaan ohjelmoida ja miten helposti ohjelmointi on suoritettavissa.

Markkinoitavista roboteista 25 % :ssa on analoginen ja 18 % : s s a digitaalinen ohjausjärjestelmä. 57 % : s s a robottityypeistä

asemointi, tapahtuu kiinteiden tai siirrettävien rajojen avulla /12/.

3.2 Ohjaustavat /2,13/

3.2.1 Pisteohj aus

Pisteohjauksessa (РТР- point to point) robotin- liikesarja tallennetaan toimintaohjeeseen pisteittäin, eikä ohjaus­

järjestelmä yleensä valvo liikesarjaa talletettuj en pisteiden välillä.

Mikäli kahden talletuspisteen välinen liike edellyttää

ainoastaan yhden toimilaitteen ohjausta, liikerata on täysin määrätty koko matkalla. Jos sen sijaan liikesarja vaatii kahden tai useamman toimilaitteen samanaikaista toimintaa, liikeradan muoto ei ole täysin määrätty. Tällaisessa tapauk sessa jokainen toimilaite käynnistyy samanaikaisesti nou­

dattaen ohjelmoitua nopeutta ja seuraavaan toimintavaiheeseen siirrytään vasta, kun liike on päättynyt kaikkien akselien suhteen. Eri akselien liikepituuksista ja kuormituksesta riippuen liike voi sisältää epämääräisiä liikeosia, joita ei voida ennakoida ohjelmoitaessa. Vaaratilanteiden ja

törmäysten välttämiseksi liikesarja on muodostettava riittävän lyhyistä osista, joiden toiminta on tarpeeksi tarkkaan tun­

nettu. Esteiden kiertäminen vaatii yleensä lisäpisteiden ohjelmointia ja kriittisimmät kohdat liikesarjasta on muodos­

tettava osista, joissa ohjataan ainoastaan yhtä toimilaitetta.

Merkittävästi parempaan ohjausmenetelmään päästään käyttämällä interpolaattoreita jokaisen akselin ohjauspiireissä. Tässäkin tapauksessa liikesarja talletetaan pisteittäin, mutta inter- polaattorit laskevat riittävästi välipisteitä, jotta liike olisi koko ajan hallittu.

28

Toinen mahdollisuus on nopeustakais inkytketyis sä asemointi - järjestelmissä laskea eri akseleille nopeudet, joita nou­

dattaen kaikkien akseleiden liike päättyy samanaikaisesti.

Tässäkään tapauksessa liike ei välttämättä ole suoraviivaista Pisteohj attu robotti soveltuu hyvin kappaleiden siirtoon

ja pros es s itehtäviin, joissa ei tarvita tarkkaa rataohjausta.

Esimerkkeinä voidaan mainita pistehitsaus ja joissakin tapauk sis s a myös maalaus.

Pisteohj aus ei vaadi suurta muistia toimintaohjeen tallet t ami seen ja vastaavasti pisteohj atun robotin ohjelmointi on helppoa. Liikesarjasta täytyy ohjelmoida ainoastaan muuta­

mia pisteitä ja niitä voidaan lisätä tai poistaa valmiista ohjelmasta ohjelmoimatta koko liikesärjaa uudelleen.

3.2.2 Rataohjaus

Rataohj auks e s s a (CP - continuous path) siirtoliikkeen aikana eri akselien välillä on jatkuvasti määrätty yhteys.

Ohjaus voidaan toteuttaa kahdella tavalla. Ohjausjärjes­

telmän interpolaattorit antavat eri akselien ohjauspiireille ta11ennuspisteiden väliset pisteet riittävän tiheästi ja siten, että kaikkien akselien liikkeet on yksikäsitteisesti määrätty koko siirtoliikkeen ajan. Rataohjauks en ja piste- ohjauksen välinen ero on tässä tapauksessa vähäinen. Jos pisteohjauksessa peräkkäisten tallennuspisteiden ero on

riittävän pieni ja ohjelmamuist in kapasiteetti sallii tiheän tallennuksen, pisteohj auks e111a voidaan toteuttaa rataohjat- tuja liikesarjoja.

Toinen mahdollisuus on käyttää ohjelraamuistia, johon voidaan tallettaa kaikki tarvittavat välipisteet. Nyt ei tarvita interpolaattoreita, vaan muistista saatavia arvoja käytetään suoraan toimilaitteiden ohjaukseen. Muisti on jaettu rin­

nakkaisiin lohkoihin, joihin talletetaan ohjelmointivaiheessa eri.toimilaitteiden ohjaus jatkuvana ajan funktiona.

Selvin ero piste- ja rataohj auksen välillä on ohjelmointi- vaiheessa. Pisteohjauksessa pisteet talletetaan ohjelmoijan määräämässä tahdissa esimerkiksi kytkemällä s ähköjohtimi a tai yksinkertaisimmassa tapauksessa nappia painamalla. Rataohj a u к

sessa sen sijaan kootaan liikesarja osista geometri­

sia käyriä tai talletetaan jatkuvana ohjelmoijan ohjatessa liikevarren halutun liikesarjan läpi. Jos ohjelmointi ei onnistunut ensimmäisellä kerralla toivotulla tavalla, koko liikesarja on ohjelmoitava uudelleen.

Rataohj attu robotti soveltuu erilaisiin prosessitehtäviin , joissa se osallistuu varsinaiseen jalostusvaiheeseen.

Tällaisia tehtäviä ovat esimerkiksi kaarihitsaus, maalaus ja erilaiset saumaus tehtävät. Rataohj attu robotti voi olla merkittävästi nopeampi tehtävissä, joissa ei varsinaisesti rataohj austa kuitenkaan tarvittaisi. Pisteohj auksessa liike varren nopeus ei ole vakio, vaan asemointipisteitä lähes­

tyttäessä nopeus hidastuu ja vastaavasti liikkeen alussa suoritetaan kiihdytys. Rataohj auksessa liikenopeus on tasai­

sempi, ja siten päästään lyhyempään j aksonpituuteen. Sovel­

lutuksissa, joissa robotti palvelee nopeaa konetta esimer­

kiksi puristinta, lyhyellä jaksonpituudella on suuri merki­

tys järjestelmän tehokkuuteen.

30

3.2.3 Sekajärj est elmät

Käyttämällä pisteohj austa varsinaiseen liikevarren siirte- lemiseen ja erilaisia mekaanisia ohjaimia rataohjaukseen ohjausjärjestelmästä tulee halpa, mutta se kuitenkin pystyy vaativiin tehtäviin. S ekajärjestelmä ei luonnollisesti ole yhtä joustava kuin todellinen rataohjaus, mutta kustannus­

säästö voi olla merkittävä. Tällaista järjestelmää sovel­

letaan esimerkiksi kaarihitsaukseen j. jossa hitsauselektrodin ohjaus on toteutettu muotolevyillä.

3.3 Ohje Imamui s tit /12,13/

3.3.1 Yleistä

Robotin toimintaohje ja liikesarjan koordinaattiarvot ovat talletettuina ohj elmamuistiin. Muistityypin valintaperus­

teina ovat sen kapasiteetti, keskimääräinen hakuaika, hinta ja ohjelmointitapa.

Tieto voi olla joko analoginen tai digitaalinen ja vastaa- i- vasti ohjausjärjestelmään kuuluvat A/D- tai D/A-muuntimet , joilla käskysuureet muunnetaan toimilaitteiden ohjaukseen sopiviksi.

Robottijärjestelmissä käytetään mm. seuraavia ohj elmamuist ej a

- tulppataulu - ohj elmarumpu - reikänauha - reikäkortti - magneettinauha - puolijohdemuisti

3.3.2 Tulppataulu

Tulppataulu muodostuu ristikkäisistä kytkentäkis koista, kuva Vaakasuorat kiskot vastaavat ohjelman käskyjä ja jokaiseen pystysuoraan kiskoon liittyy jokin ohjattava toiminta.

Ohjelmoitaessa yhdistetään jokaiseen ohjelma-askeleeseen halutut toiminnat kytkemällä tulpilla vastaavat toiminta- kiskot ohjelmakiskoon.

32

TOIMINTATAULUKKO T TTT Tc

i г i I c O O L O O L L O O O O O O O L O L O L O

PISTOTULPPAAN ASENNETTU DIODI

Г KUVA 13. Tulppataulu

Tulpissa olevilla diodeilla estetään virhetilanteiden syntyminen. Esimerkiksi kuvan tapauksessa toiseen ohjel­

ma-askeleeseen on kytketty toiminnat T1 ja T2. Jos kytken­

nät olisi tehty ilman diodeja, toisessa ohjelmavaihee s s a kytkeytyisi myös toiminta TU, koska se on kytketty neljän­

nessä vaiheessa toimintaan T2.

Suoritusvaiheessa ohjelmakiskot kytketään peräkkäisessä järjestyksessä jännitteellisesksi. Tämä voi tapahtua aina samalla taajuudella tai toiminnan määräämässä tahdissa.

Edellisessä tapauksessa ohj elmakiskot on liitetty pulssi- generaattoriin, joka toimii täysin itsenäisesti. Toisessa vaihtoehdossa ohjelman askeltaminen on sidottu nivelistäsiä saataviin kuittaus signaaleihin. Ohjelma voi odottaa esimer­

kiksi liikkeen päättymistä, ja vasta sen jälkeen siirrytään seuraavaan ohjelma-askeleeseen.

Tulppataulun koko ymmärrettävästi rajoittaa käytettävissä olevien ohjelma-askelien lukumäärän.

Tulppataulu ei sovellu koordinaattiarvojen tallettamiseen.

Yleensä tulppataulua käytetään robottien ohjaukseen, joiden asemointi suoritetaan kiinteiden tai siirrettävien rajojen avulla. Toinen mahdollisuus on käyttää esimerkiksi potentio­

metrejä koordinaattiarvojen tallettamiseen. Tulpnataulun määräämässä järjestyksessä kytketään eri vaiheissa vastaavat potentiometrit toimilaitteiden ohjauspiireihin.

З.З.З Ohjelmarumpu

Ohjelmarumpu muodostuu useista samalle akselille liitetyistä nokkalevyistä, joita on yksi jokaista toimintaa varten.

Rummun käyttökoneisto pyörittää nokkalevyjä, jotka vastaa­

vasti kytkevät nokkien osoittamassa järjestyksessä eri toi­

mintojen kytkimiä. Rummun kierto voi tapahtua joko tasai­

sesti tai ehdollisesti samalla tavalla kuin ohjelma-askellus tulppataulussa. Ohjelmarummulla voidaan järjestää alkeel­

lisia hyppyjä suoritus sekvenssiin. Käyttämällä useampia rumpuja, jotka ohjaavat toisiaan, on mahdollista pidentää ohjelmaa ja toteuttaa erilaisia aliohjelmarakenteit a.

З.ЗА Reikänauha

Käytettäessä reikänauhaa ohjelmamuistina ohjelman pituudella ei ole ennakkoon mitään rajoja. Työkierron toisto saadaan aikaan joko silmukkanauhalla tai kelaamalla nauha työkier­

ron loputtua uudelleen alkuun. Nopeissa sovellutuksissa on ehkä käytettävä kahta rinnakkaista lukijaa.

Toimintaohje voidaan tallettaa nauhalle periaatteessa kahdella tavalla. Kaikkien koordinaattien arvot toistuvat säännöllisesti samassa järjestyksessä.

Toinen mahdollisuus on lausepohj ainen esitysmuoto, jossa nauhaan on liitetty tieto seuraavan datan merkityksestä.

Kaikki tiedot ovat nauhalla sarjamuodossa, eikä varsi­

naisia aliohjelmia voida toteuttaa, yhdellä lukijalla.

Robotin liikesarja on mahdollista lävistää nauhalle kahdel­

la tavalla. Käyttämällä numeeristen työstökoneiden yhtey­

dessä noudatettavaa menettelyä; koko liikesaraja suunni­

tellaan paperilla ja koodataan sen jälkeen reikänauhalle.

Lopullisen reikänauhan valmistamiseen voidaan käyttää tieto­

konetta .

Toinen mahdollisuus on ohjelmoida liikesarja opetusmene­

telmällä. Robotin ohjauslaitteistoon kuuluu lävistin, jonka avulla robotin mittausjärjestelmän antamat koordinaatti- arvot lävistetään n autral 1 e . Ohjelmoija siirtää li ike varren esimerkiksi käsin ohjaamalla haluttuun asemaan, jonka

jälkeen kaikkien akselien oloarvot lävistetään nauhalle.

З.З.5 Reikäkortti

Japanilainen robotti "SMT—1000" käyttää ohjelmamuistina optisesti luettavaa reikäkorttia, jossa on 12 riviä ja UG saraketta. Asemointi tapahtuu aseteltavia rajoja vastaan ja toimilaitteina ovat pneumaattiset sylinterit. Tässä tapa­

uksessa jokainen sarake tulkitaan yhdeksi toimintakäskyks1, jolla ohjataan kolmea liikevarren toimilaitetta, tartunta- kouraa ja tutkitaan kahdeksaa tulosignaalia. Lisäksi toimint käskyillä voidaan ohjelmoida viiveitä, ehdollisia ja ehdot­

tomia ohj elmahyppyj ä. Kortin lävistäminen ohj elmointivaihees tapahtuu manuaalisesti.

3.3.6 Magneettinauha

Jatkuva rataohj aus vaatii ohjelmamuistilta suurta nopeutta ja kapasiteettia. Mekaanisilla ohjelmamuistei1la ei päästä riittävän nopeaan toimintaan, vaan parhaat ratkaisut perus tuvat magneettinauhaan ja puolijohdemuisteihin.

Esimerkiksi norjalainen "Trallfa"-robotti käyttää 8-rai- taista magneettinauhaa ohj elmamuis tina. Ohjelmointivaiheessa analogisista asema—antureista saatavat paikkakoordinaaьti arvot muunnetaan digitaalimuotoon ja talletetaan sarjamuo­

dossa nauhalle. Kahdeksasta raidasta viisi käytetään koordi­

naattien talletukseen. Kuudes raita ohjaa erilaisia lisä- funktioita ja viimeiset kaksi raitaa valvovat robotin toi­

mintaa. Nauhan siirtonopeutta muuttamalla robotin liike- nopeutta voidaan asetella suoritusvaiheessa. Nauha voi olj.a joko kasetilla tai päättömänä silmukkana. Rinnakkaisilla nauha-asemilla toteutetaan helposti ohjelman vaihtaminen ulkoisten signaalien mukaan.

Robotti ohjelmoidaan opettamalla työkierto "kädestä pitäen".

Akselien asema-arvot talletetaan nauhalle 80 kertaa sekunnissa.

Esimerkiksi reikänauhalla on mahdotonta päästä samaan nopeuu ее..

Reikänauhan lukeminen ei ehkä muodosta rajoitusta,

mutta ohjelmointi olisi suoritettava hitaammin kuin varsi­

nainen työkierto edellyttää. Maalaussovellutuksissa on ^ — — -■—~

mahdotonta käyttää opetusmenetelmää ohjelmoinnissa.

36

3.3.7 Puolij ohdemui sti

Puolijohdemuistit tarjoavat edullisimmat ratkaisut jous­

tavien, helposti ohjelmoitavien ja nopeiden ohjausjärjes­

telmien kehittämiseen.

Puo.li j ohdepi irien integrointiasteen kasvaessa niiden teho / hintasuhde muuttuu jatkuvasti edullisemmaksi. Sama kehitys pätee puolijohdemuisteihin. Entistäkin suurempia muisteja saa entistäkin halvemmalla.

Mikroprosessorien hintakehitys osaltaan auttaa puolijohde- muistien yleistymistä. Robotti sovellut uksis s a hajalogiikalla toteutettu ohjausjärjestelmä ei tarjoa mitään merkittäviä etuja mikroproses soriohjaukseen verrattuna.

Puolijohdemuistit mahdollistavat monipuolisten hyppy- ja aliohj elmarakenteiden käyttämisen. Niihin voidaan tallettaa sekä suoritus sekvens si että paikkakoordinaatit. Viimemainit­

tujen resoluutio voidaan valita halutun suuruiseksi.

Muisti on helposti laajennettavissa, ja : s it e n sama ohjaus­

järjestelmä soveltuu yhtä hyvin sekä laajoihin että pieniin j ärjesteImiin.

Puolijohdemuistia käyttävä ohjausjärjestelmä voi perustua kahteen ratkaisuun. Muistin lisäksi ohjausjärjestelmään kuuluu yksinkertainen osoitusaufomatiikka, joka joko vakio- tahdissa tai toiminnan määräämässä tahdissa osoittaa s eu-», raavan käskykoodin muistipaikan. Järjestelmä voi toteuttaa alkeellisia hyppykäskyjä, mutta se ei suorita aritmeettisia laskutoimituksia esimerkiksi ratapisteiden interpoloimi seksi.

Toinen mahdollisuus on käyttää esimerkiksi mikroprosessoria ohjausjärjestelmän keskusyksikkönä. Mikroprosessori huolehtii ohjelmallisesti kaikesta tiedonsiirrosta ohjausjärjestel­

mässä. Mikroprosessori voi olla liian hidas monimutkaisissa ratalaskuis s a, mutta erilaiset hyppyfunktiot ja aliohjelma- rakenteet tekevät järjestelmästä edellistä vaihtoehtoa jous­

tavamman. Mikroprosessorin ohjelmia muuttamalla järjestelmään saadaan vähällä vaivalla erikoistapauksissa haluttuja lisä- funktioita .

Robottisovellutuksissa toimintaohje muutetaan usein ja sen uudelleenohjelmoinnin ón oltava helpoa. Tästä syystä puoli­

johdemuisteista lukukirjoitusmuistit soveltuvat parhaiten robot tikäyt töön. Lukukirj oitusmui stien pahin haitta on niiden sisällön tuhoutuminen syöttöjännitteen katketessa. Häiriö­

tilanteiden varalta järjestelmään voi kuulua akusto, joka huolehtii muistin jännitesyötöstä lyhytaikaisissa katkoksissa.

Pidemmissä häiriöissä tieto on talletettava esimerkiksi

magneettinauhalle, josta se voidaan helposti ladata takaisin ohjelmamuistiin. Tällöin on mahdollista perustaa ohjelma- kirjastoja, josta kerran ohjelmoidut ohjelmat on helppo ottaa uudelleen käyttöön.

Ainoastaan poikkeustapauksissa robotin ohjelmamuistina on mahdollista käyttää lukumuist eja, joiden sisältö säilyy muuttumattomana kaikissa tilanteissa. Maskiohjelmoitujen lukumuistien valmistuskustannukset ovat niin suuret pienissä sarjoissa, ettei niitä voida käyttää robotti sovellut uksi s s a.

Kustannukset edellyttävät satoja samanlaisia ohjelmamuisteja, mikä on täysin vastoin robotin perusominaisuutta : robotti on joustavasti ohjelmoitavissa.

38 -

Ohjelmoitavat lukumuist it vaativat yleensä ohjelmoitaessa lisälaitteita ja edellytyksenä on piirien irrottaminen ohjelmoinnin ajaksi. Niitä voidaan käyttää ohjelmamuistina

sovellutuksissa, joissa robotti on pitkiä aikoja täysin samoissa tehtävissä.

3.1+ Ohjausjärjestelmän perusratkaisut /8 , 1 3 , 11+, 1 5 / 3.h.1 Yleistä

Ohjausmenetelmästä ja laitteistosta riippuen voidaan muo­

dostaa lukuisia erilaisia ohjausjärjestelmiä. S euraavas s a on aluksi lyhyesti selvitetty erilaisia laitteistovaihto­

ehtoja ja mahdollisia ohjaus- ja säätömenetelmiä. Sen jälkeen on esitelty joukko ratkaisuja, joita on mahdollista sovel­

taa robottikäytössä.

Ohj elmamuist it voivat olla joko analogisia tai digitaalisia.

Seuraavas s a järjestelmien jakoperusteena on as emakoordi- naattien talletukseen käytetyn muistin tyyppi.

Toimilaitteet vaativat yleensä analogiaohjauksen. Poikkeuksena ovat askelmoottorit ja järjestelmät, joissa asemointiin

käytetään kiinteitä tai siirrettäviä rajoja.

Mittausjärjestelmä on joko analoginen tai digitaalinen. Vastaa­

vasti ohjausjärjestelmään kuuluu A/D- tai D/A-muuntimi a muusta laitteistosta riippuen. Lisäksi mittaustapa voi olla absoluuttinen tai inkrementaalinen.

Järjestelmä voi perustua joko avoimeen ohjaukseen tai suljet­

tuun säätöpiiriin ja erilaisiin yhdistelmäratkaisuihin.

Sujettu systeemi saattaa lisäksi sisältää useita t ak ai s in­

ky tk entäs ilmukoit a vaadituista ominaisuuksista riippuen.

Seuraavas s a on esitetty ainoastaan yhden toimilaitteen ohjauspiirit. Vastaavia piirejä on oltava yksi jokaista vapausastetta kohti.

Lohkokaavioilla on pyritty selventämään ainoastaan erilais ten ohjausjärjestelmien perusratkaisuja. Käytännössä eri toimintoja ei aina voida erottaa toisistaan yhtä selvästi erillisiin lohkoihin.

3.4.2 Avoin as emanohj aus

3.4.2.1 Analoginen asemamuisti

Ohjausjärjestelmän lohkokaavio on kuvassa 14. Tässä tapauk­

sessa keskus logiikka huolehtii järjestelmän ajoituksesta ja ulkoisten pros es s i signaalien käsittelystä. Keskus logiikk

ohjaa toimintaohjeen mukaan kytk ent älogiikkaa , joka yhdistä muistiin talletetut analogiaohjaukset toimilaitteiden

ohjauspiireihin.

Asemamuistina voidaan käyttää esimerkiksi potentiometreja.

Ohjelmointi suoritetaan asettamalla potentiometreihin halu­

tut asemakoordinaatit. Ohjelmointivaiheessa toimilaitteet voivat olla käytössä, ja siten on mahdollista tarkistaa ohjelmoitaessa liikevarren asemat.

prosessisig naa I ¡ t

listo

toimi­

laite oh jaus-

panel i

kytkentä- logiikka keskus- logiikka

muisti

KUVA 14. Avoin asemanohj aus

Ohjausjärjestelmän lohkokaavio on kuvassa 15.

prosessisignaalit

ohjaus- panel i

n i ve -

listó

inter- polaatt muisti

keskus- logiikka

puskuri

KUVA 15. Avoin ohjaus, digitaalinen asemamuisti

Muistina voi olla esimerkiksi puolijohdemuisti. Vastaavasti D/A-muuntimella muunnetaan digitaaliset käskysuureet toimi­

laitteiden ohjaukseen sopiviksi. Interpolaattori t as ot t aa analogiapiireihin syötettävät signaalit peräkkäisten digi- taaliohjausten välillä. Interpolaattori ja D/A-muunnin ovat tarpeettomia, jos toimilaitteina käytetään esimerkiksi

askelmoottoreitä tai kiinteitä raj oittimia.

Ohjelmointivaiheessa käyttäjä ohjauspanelin avulla ohjaa robotin liikevarren työkierron läpi ja tarvittavat pisteet talletetaan muistiin. Liikevarren siirtely voi tapahtua robotin omilla toimilaitteilla.

Järjestelmä edellyttää toimilaitteilta riittävää jäykkyyttä kaikissa kuormitustilanteissa. Sama vaatimus koskee muitakin avoimia as emänohj ausjärjestelmiä.

- 42 -

3.U.3 Asemansäätö

3.4.3.1 As ematakais inkytkentä

Järjestelmän lohkokaavio on kuvassa 16. Tässä tapauksessa keskus logiikka ei yleensä saa mitään tietoa nivelistön toiminnasta. Asematakisinkytkennällä päästään tarkempaan

asemointiin kaikissa kuormitustilanteissa. Mittaus on absoluuttinen, eikä käynnistysvaiheessa tarvita erillisia synkronointia. Joissakin tapauksissa kekuslogiikka saa kuittauksen liikkeen päättymisestä, ja siten varmistetaan oikea toiminta vai htelevis s a kuormitustilanteissa.

Ohjelmointivaiheessa suljettu as emänsäätopii ri avataan ja ohjaus pane1in avulla liikevarsi ohjataan työkierron läpi. Mittausjärjestelmästä saatava analogi asignaali muunnetaan di gitaaliluvuksi , joka talletetaan ohjelma- muistiin. Paikkakoordinaatit ovat muistissa absoluutti- arvoina.

prosessisig naa I i t

ohjaus- panel i

toi mi- laite inter-

polaatt keskus-

logiikka

muisti puskuri

analoginen asema- säätäjä

analogi nen aseman- mittaus

KUVA 16. Aseman asetus arvosäätö

Järjestelmän lohkokaavio on kuvassa 17• Ratkaiseva etu edelliseen ryhmään verrattuna on asemoinnin stabiilimpi toiminta ja nopeampi vaste. Järjestelmä sallii myös no­

peuden ohjelmoinnin. Keskus logiikka ohjaa esimerkiksi interpolaattorin toimintaa asettamalla muutosnopeuden ohjelmoitua nopeutta vastaavaksi. Kun as emakäskys uurett a muutetaan vakionopeudella, asemaerosuure pysyy koko liik keen ajan vakiona ja vastaavasti liikenopeus.

Ohjelmointi suoritetaan periaatteessa täysin samalla tav kuin edellisessä ryhmässä. Lisäksi ohjelmointivaiheessa määrätään kuhunkin käskyyn liittyvä liikenopeus.

prosessnignaelit

KUVA 17• Aseman asetusarvosäätö, asema- j a nopeustakaisinkytkentä

44

3. U . 3 Suljettu asemansäätö 3.4.3*1 Analogiasäätö

Järjestelmän lohkokaavio on kuvassa 18. Tässä tapauksessa asemamuisti on analoginen. Keskuslogiikka saa takaisin­

kytkennän vertailue1ime stä ja pystyy näin ollen tehok­

kaammin ohjaamaan säätöpiirin toimintaa. Säätöalgoritmina voidaan käyttää esimerkiksi normaalia PID-säätöä.

prosessisig naa I i t

oh jaus- panel i

n i ve- I istc toimi­

laite muisti

analoginen asema- säätäjä kesku s-

logiikka

vertai I и

analoginen aseman- mittaus

KUVA 18. Suljettu asemansäätö, analogiasäätäjä Ohjelmointivaiheessa suljettu säätöpiiri avataan ja liike- varsi siirretään käsiohj auksella työkierron läpi. Jos

as emamuisti on muodostettu esimerkiksi potentiometreistä, ne asetellaan jokaisessa liikesarjan talletuspistee s sä siten, että vert ailueli men lähtö on nolla. Asettelussa voidaan käyttää apuna esimerkiksi kahta merkkilamppua, jotka osoittavat erisuuntaista jännitettä. Kun molemmat lamput saadaan sammumaan, tasapainotila on saavutettu ja muistipotentiometrin asento vastaa liikevarren asemaa.

Potentiometrien asettelu on suoritettava erikseen jokaisen vapausasteen kohdalta.

3.1+.3.2 Digitaalisäätö

Seuraavas s a on esitetty kolme erilaista ratkaisua, jotka perustuvat digitaaliseen asemamuistiin ja digitaaliseen as emäsäätäjään. Puolijohdemuistien yleistymisen myötä nämä järjestelmät muodostavat tulevaisuudessa edullisim­

mat vaihtoehdot as emän säädös sä.

Pelkkään asematakais inkytketty.yn säätöön perustuva järjes­

telmä on esitetty kuvassa 19- Tässä tapauksessa ohjelmointi suoritetaan samalla periaatteella kuin analogiasäädössä.

Nyt kuitenkin ohjelmamuistiin talletetaan suoraan aseman- mittauksesta saatavat arvot.

proscssisiçnaalit

I isto inter-

poiaatt

toimi­

laite keskus-

logiikka

digit, aseman - mittaus digit.

säätäjä vertailu

muisti

KUVA 19. Digitaalisäätö, asematakaisinkytkentä Kaikille digitaalisäädön järjestelmille yhteinen inter- polaattori ja D/A-muunnin muodostavat järjestelmän heikoim­

man osan. Niiden toteutuksella on ratkaiseva merkitys j ärj estelmän tarkkuudelle ja s t abi i li udelle. N i i den ei vält­

tämättä tarvitse olla kuvan esittämässä järjestyksessä,

1+6

vaan joissakin tapauksissa interpolaattori on toteutettu täysin analogiapiireillä.

Edellistä ratkaisua nopeampaan toimintaan päästään lisää­

mällä järjestelmään analoginen nopeustakaisinkytkentä,kuva 23.

Tällä ratkaisulla liikenopeus on tarkemmin säädettävissä ja ohjausjärjestelmä soveltuu hyvin esimerkiksi rataohj attuj en robottien yhteyteen.

pro*e*%i5igna.*li t

mittaus d iflit

KUVA 20. Digitaalisäätö, asema- ja nopeus­

takai s i nky t ke nt ä

Kuvassa 21 on inkrementaalis een mittaukseen perustuva digi­

taalinen asemointijärjestelmä. Tässä tapauksessa samalla anturilla mitataan sekä asema että nopeus. Toiminta ei ehkä ole yhtä nopeaa kuin edellisessä ratkaisussa, mutta laittei stokustannukset ovat huomattavasti vähäisemmät.

toimi­

laite listö inter-

polaatt oh jaus-

paneli

muisti digit.

säätäjä

digit, pulssi - anturi vertal I и

keskus- logiikka

laskuri

KUVA 21. Di gi t aa'l i s äätö , inkrementaalinen mittaus Ohjelmointivaiheessa säätöpiiri avataan esimerkiksi las kurin ja vertiluelimen väliltä ja liikevarsi siirretään käsiohjaukselia ohjauspanelin avulla työkierron läpi.

Ohjelmoitavissa pisteissä laskurin sisältö kopioidaan ohj elmamuistiin. Mittaustavasta johtuen järjestelmä on synkronoitava käynnistysvaiheessa. Tällöin laskuri nolla taan tai siihen ladataan muistista määrätty synkronointiarvo

U8

3-5 Tietokoneohjaus /13,15,16/

3.5.1 Yleistä

Seuraavas s a on tarkasteltu tietokoneen käyttöä robotin ohjaukseen. Esitys on jaettu kolmeen osaan sen mukaan, millä tasolla robotin ja tietokoneen välinen yhteys on toteutettu. Lopuksi on esitelty hierarkisia ohj ausj är-

j esteImiä.

Eri järjestelmien ominaisuuksia on selvitelty lyhyesti ja osaksi esimerkkien avulla. Ohjaavan tietokoneen kokoa tai tyyppiä ei ole eritelty. Esitys pätee yhtä hyvin mini tietokoneelle kuin mikroprosessorille määrätyin kapasi­

teettirajoituksin.

Esimerkkinä mikropros es soriohjatusta teollisuusrobotista on ASEA IRB-6 , jonka ohjausjärjestelmän toiminta ja ohj el mointi on esitetty yksityiskohtaisesti tämän työn jälki­

osassa ^kappalee s s a 4.2.

3.5.2 Tietokoneohjauksen tasot

3.5.2.1 Tietokone valvoo robotin toimintaa

Järjestelmän yleinen lokokaavio on kuvassa 22. Tässä tapauksessa tietokoneella valvotaan suurempaa tuotannol­

lista järjestelmää, johon oleellisena osana kuuluu tie­

tojen keräämien ja erilaisten valvontaraporttien tekemi­

nen.

Tietokoneohjaus ei merkittävästi lisää robotin toiminta- funktioita, vaan se esimerkiksi vain valitsee robotti- ohjelman, jota robotti sen jälkeen itsenäisesti suorittaa

n i ve- listo toimi­

laite keskus-

logiikka

asem an- mittaus

muisti vertailu

TIETOKONE

I ROBOTTI

KUVA 22. Tietokone valvoo robotin toimintaa Sama tietokone voi valvoa useita automaattikoneita, jopa satoja, samanaikaisesti. Osa koneista voi olla robotteja ja osa esimerkiksi numeerisia työstökoneita jne. Tieto­

kone huolehtii eri koneiden välisistä lukituksista ja valvoo kokonaisjärjestelmän toimintaa. Se pyrkii mahdol­

lisuuksien mukaan estämään yllättävät virhetilanteet ja hoitamaan ne itsenäisesti.

Kuvassa 23 on esitetty lohkokaavio tietokoneohjatusta työstölinjasta, jossa samalle tietokoneelle on alistettu kaikkiaan 18 työstökonetta. Kahdeksaa niistä palvelee ro­

botti, joka myös on tietokoneen valvonnassa. Tietokoneelle annetaan lähtötietoina tilaukset ja se valitsee edulli­

simman vaihtoehdon tehdä tilaukset mahdollisimman nopeasti käytettävissä olevilla koneilla.

50

FANI IC «SYSTEM • T- LO

LATHE

MILLING MACHINE GRINDER

MACHINING CENTER TOTAL

KUVA 23. Tietokoneohjattu työstölinj a /17/

Tietokoneen muistissa on eri koneiden ohjausohjelmat, jotka tarpeen mukaan ladataan eri koneiden ohj ausyksi- köiden ohj elmamuisteihin ja käynnistetään niiden toimint

3.5.2.2 Tietokone ohjaa robotin toimintaa

Järjestelmän lohkokaavio on esitetty kuvassa 2b. Nyt tie tokoneelle kuuluu edellisen ryhmän toimintojen lisäksi robotin jokaisen akselin ohjaus ja toiminnan ajoitus.

Tietokoneen muistissa ovat liikesarjan paikkakoordinaa.v arvot jokaiselle akselille ja erilaisten li säfunktioi den ohjaukset, kuten kouran tartunta, lähtösignaalien

ohj auks et jne.

I---

ROBOTTI

listo toimi­

laite

asem ал- mittaus vertai I u

TIETOKONE

KUVA 2b. Tietokone ohjaa robotin toimintaa Ohjelmallisesti hoidetaan eri robottiohjelmien valinta, ohjelmakäskyjen suoritusjärjestys ja toimilaitteiden ohjauksen ajoitus.

Sama tietokone voi ohjata 1. . . 5-20 robottia s amanaikai s e st sovellutuksesta ja käytettävissä olevasta muistikapasi­

teetista riippuen. Järjestelmä mahdollistaa kahden tai useamman robotin toiminnan synkronoinnin esimerkiksi ko­

koonpanotyössä. Monimutkaisten liikesarjojen ohjelmointi on tässä tapauksessa kustannuskysymys. Laitteisto antaa lähes rajattomat ohjelmointimahdollisuudet.

Robotin ja tietokoneen välinen liitäntä on edelliseen ryhmään verrattuna monimutkaisempi ja vastaavasti kalliim­

pi .

3.5.2.3 Tietokone säätää robotin toimintaa

Tässä tapauksessa tietokone kuuluu osana robotin suljet­

tuun as emänsäätopii riin, kuva 2 5• Edellisten'ryhmien toimintojen lisäksi tietokone vertaa jokaisen akselin käskysuuretta ja oloarvoa,jlaskee tarvittavat ohjaukset,

52

suorittaa rat api steiden interpoloinnin ja huolehtii eri toimilaitteiden ohjauksen ajoituksesta.

toimi­

laite

n i ve- I istö

aseman- mittaus TIETOKONE

KUVA 25. Tietokone säätää robotin toimintaa

Järjestelmä mahdollistaa jatkuvan rataohj auks en ja nopeus- valvonnan monimutkaisissakin liikesarjoissa. Erilaisia erikoisfunktioita voidaan helposti lisätä uusimalla ohjaus­

ohjelmia muuttamatta laitteistoa. Esimerkiksi liikkeen kiihdytys ja hidastus voidaan ohjelmoida sovellutuksista riippuen parhaalla mahdollisella tavalla.

Sama tietokone voi ohjata ainoastaan 1 - 2 robottia, koska tietojenkäsittelyn nopeudelle asetetaan suhteellisen suu­

ria vaatimuksiä. Ratalaskut ja interpoloinnit robotin kaikkien akselien osalta vaativat nopeutta tarkkuuden säi­

lyttämiseksi .

Tässä tapauksessa tietokone voi olla esimerkiksi mikro­

prosessori. Pienemmän kapasiteetin vuoksi erilaiset val- vontafunktiot puuttuvat ja prosessori ohjaa vain yhtä robottia. Vaativissa tehtävissä ohjausjärjestelmään voi kuulua useita rinnakkaisia mikroprosessoreja, joilla

jokaisella on oma määrätty tehtävänsä. Markkinoilla on numeerisen työstökoneen ohjausjärjestelmä, jossa on kolme rinnakk-aista mikroprosessoria, kuva 26. Yksi prosessori on varsinainen keskusprosessori, toinen suorittaa inter­

poloinnit ja kolmas huolehtii jatkuvasta rataohjauksesta.

Robottien ohjausjärjestelmät tulevat noudattamaan samaa linjaa. Halpoja mikroprosessoreja toimii riittävän monta rinnakkain tarpeeksi nopean ja tarkan toiminnan takaamiseksi.

DS-8 databuss

Axelbuss Bussan­

passning

Operators­

paneler

Digitala in- och ut- signaler

Axel- styrning Dator för

Interpo­

lering

Ordlängd 16 Bit

Central mikrodator

Ordlängd 8 Bit

Dator för konturpro- grammering

Ordlängd 24 Bit

Axel­

styrning Halvledar-

minnen

Spindel­

styrning Dataskärm Kommuni­

kation överordnad dator Stans

Läsare

KUVA 26. Mikroprosessoreilla toteutettu numee­

risen työstökoneen ohjausjärjestelmä /18/

3.5.3 Hierarkinen ohjausjärjestelmä

Hierarkis es s a ohjausjärjestelmässä robotin nivelistön ohjaukseen on käytetty esimerkiksi mikroprosessoria , joka taas on kytketty ulkopuoliseen suurempaan tietokoneeseen.

Samaan tietokoneeseen voi tässäkin tapauksessa olla k\ - ketty useampia robotteja, kuva 27.

robotti- säätäjä

robotti- säätäjä robotti-

säätäjä robotti-

säätäjä

TIETOKONE

KUVA 27. Hierarkinen ohjausjärjestelmä

Järjestelmän joustavuus ja nopeus perustuvat rinnakkai see toimintaan. Samalla kun tietokone tekee korkeamman tason laskelmia ja päätöksiä, robotin ohjauspros es sori ohjaa nivelistöä annetun toimintaohjeen mukaan itsenäisesti.

Kävtännössä hierarkiset järjestelmät ovat toistaiseVsi harvinaisia. Kehitetyt järjestelmät ovat pääasiassa lacc- ratorioversioita, joissa ylemmällä tasolla olevaa ûiei.- konetta käytetään erilaisista sensoreista saatavan tie­

don käsittelyyn ja muokkaamiseen robotin ohjaukseen sopi­

vaksi .

Kuvassa 28 on esitetty eräs robotin hierarkisen ohjaus­

järjestelmän lohkokaavio.

Controls

Position Pots

POM:

Mdr

Con ‘rol Л i t

rl iq Hit

KUVA 28. Robotin ohjausjärjestelmä /19/

Ylemmän tason tietokoneena on käytetty HP-2100A: ta, jonka sanapituus on 16 bittiä. Robotin nivelistön ohjaukseen on- käytetty mikroprosessoria MCS-U, jonka sanapituus on vain neljä bittiä. Robotin toimilaitteina on hydrauliset sylinterit ja asema-antureina potentiometrit.

Liikesarja annetaan mikroprosessorille ohjelmana, joka muodostuu joukosta makrokäskyjä. Ohjelma voi olla esi­

merkiksi seuraavanlainen :

1 ) siirry asemaan A 2) tartu kappaleeseen 3) siirry asemaan В k) irrota kappale

56 -

Siirrettyään ohjelman mikroprosessoriin tietokone voi jatkaa korkeamman tason tehtäviä. Samanaikaisesti mikro­

prosessori toteuttaa annettua ohjelmaa ja saatuaan sen valmiiksi lähettää keskeytys pyynnön tietokoneelle ja välittää samalla tilakoodin, joka ilmaisee mahdolliset virhetoiminnat tietokoneelle.

Järjestelmä on nopea rinnakkaisesta toiminnasta johtuen ja liikesarjojen ohjelmointi ylemmän tason tietokoneella yksinkertaista, koska käytettävissä on tehokkaita makro- käskyj ä.