Программирование промышленных роботов в SprutCAM Robot

Николай Конов, директор компании KROKK d.o.o. Словения, Любляна.
Комплексные решения для станков и роботов.

ИНДУСТРИАЛЬНЫЕ РОБОТЫ В СОВРЕМЕННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Мировой рынок роботов

Применение индустриальных роботов во всем мире каждый год увеличивается. К 2018 году более 1,3 миллиона роботов будут введены в эксплуатацию по всему миру. Средний показатель плотности применения роботов в производстве, по данным 2014 года, равен 66 единиц на 10000 работников. В 21 стране этот показатель выше среднего (Рис.1).

Рис.1 Плотность применения роботов

Среди них большинство индустриально развитых стран Европы, а также США, Канада и Азиатский регион (Южная Корея, Япония, Тайвань). Словения занимает в этом списке не последнее место и с показателем 100 роботов на 10 000 человек и имеет лидирующие позиции по автоматизации производства. Наибольшее применение роботы находят в автомобильной промышленности, где наблюдается более высокая плотность роботизации производства (Рис. 2).

Рис 2: Распределение по отраслям

Области применения роботов

Самой распространённой областью применения роботов является выполнение повторяющихся операций на производственных линиях, таких как: сварка, перемещение деталей, покраска, сборка и других. Как правило, роботы на таких линиях действуют циклически по программе и выполняют одни и те же операции, заменяя рутинный человеческий труд. Это позволяет максимально автоматизировать производственный процесс, уменьшить фактор человеческой ошибки и максимально увеличить производительность. Но для современных роботов выполнение простых операций по перемещению — не предел их возможностей.

Робот, благодаря наличию 6-ти степеней свободы, может также выполнять сложные многоосевые перемещения вдоль необходимой траектории, выполняя, таким образом, любую обработку, которая до этого могла быть выполнена только на специализированных станках. Это становится возможным прежде всего вследствие многолетней эволюции индустриальных роботов и контроллеров. Индустриальные роботы стали более точными и жесткими — возможно позиционирование робота с точностью до нескольких сотых долей миллиметра. Также совершеннее стали и контроллеры роботов — они позволяют управлять несколькими роботами одновременно, а также интерполировать перемещения робота с дополнительными линейными и поворотными осями. Всё это создало предпосылки для использования роботов в тех отраслях, где до сих пор было возможно применение только специализированных станков с ЧПУ.

Поддержка

В SprutCAM Robot уже реализована поддержка роботов большинства известных производителей: известны кинематические модели и готовы постпроцессоры. Уже готово и полностью отлажено для пользователя взаимодействие с роботами ведущих производителей. Внедрение продукта под конкретную задачу занимает минимальное количество времени.

ВОЗМОЖНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ В ОБРАБОТКЕ МАТЕРИАЛОВ

Тенденция применения индустриальных роботов для различных видов обработки материалов приобретает всё большую популярность в мировой промышленности. И этому есть объяснение: роботы имеют ряд преимуществ перед классическими станками с ЧПУ: 6 степеней свободы, большая зона обработки, использование того же робота для захвата заготовки, более низкая стоимость, использование дополнительных осей позиционирования детали.

Разберём эти преимущества и рассмотрим конкретные примеры и области применения индустриального робота для обработки материалов. Конечно, при помощи роботов можно заменить далеко не все типы обработки, так как имеют место ограничения по точности и жёсткости. Далее будут рассмотрены примеры применения роботов в тех областях, где это экономически более выгодно и удовлетворяет требуемым качествам конечных изделий.

Доступная пяти осевая обработка.

Станки с ЧПУ, позволяющие обрабатывать деталь по пяти степеням свободы, одновременно являются более дорогими по сравнению с простыми трёхосевыми станками. А если такой станок предназначен для обработки больших деталей, то стоимость увеличивается в геометрической прогрессии.

Все индустриальные роботы изначально имеют возможность позиционировать инструмент, так же, как и пятиосевые станки, но стоимость такого решения иногда в разы меньше сходного по характеристикам станка. Таким образом, сложная пятиосевая обработка изделий, не требовательных к точности, становится доступной даже для малых предприятий. Пример — художественная обработка камня (Рис.3).

Пример: художественная обработка камня

Художественная обработка материалов — не только камня, но и дерева, гипса, пластика и др. – одна из наиболее подходящих областей для применения роботов. Здесь нет требования высокой точности, но как правило, заготовки могут быть достаточно внушительных размеров и всегда имеют поверхность сложной формы. Применение робота позволяет выполнять обработку любой сложности и в полностью многоосевом режиме.

Рис. 3. Обработка камня

Пример: роботизированная ячейка обработки корпуса лодки

Обработка корпуса лодки требует не только сложной ориентации инструмента, но и также большой зоны перемещения. Применение робота, установленного на подвижном портале позволяет легко обработать весь корпус лодки. При этом перемещения робота вдоль портала полностью синхронизированы с движениями суставов и позволяют инструменту перемещаться вдоль всего корпуса, поддерживая правильную ориентацию.

Рис. 4. Обработка корпуса лодки

Пример: шлифовка поверхности гребного винта

Технологически будет правильнее перемещать деталь относительно шлифовального круга, а не наоборот. Поэтому не инструмент, а деталь захватывается роботом и по траектории, рассчитанной в SprutCAM, осуществляются перемещения обрабатываемой детали относительно шлифовального круга.

Рис.5 Шлифовка детали по схеме заготовка-к-инструменту

Пример: роботизированная ячейка для сварки

Для сварки бака со всех сторон используется дополнительная поворотная ось, которая управляется синхронно с осями робота и позволяет выполнить операцию сразу со всех сторон.

Большая зона обработки

Очень часто изделие, которое необходимо обработать, требует от оборудования больших зон перемещения. Примером могут быть корпусы лодок, шасси прицепов, прототипирование больших изделий, подготовка форм для литья и другие. Для обработки таких изделий необходимы специализированные станки с большими зонами перемещения, стоимость которых соизмерима с их размерами.

Однако робот может быть размещён на подвижной платформе, длина перемещения которой может быть практически любой. Современные контроллеры промышленных роботов позволяют выполнять интерполяцию движений робота и дополнительно до трёх линейных осей перемещения самого робота. Это даёт возможность применения промышленного робота практически в неограниченном пространстве. Пример: Роботизированная ячейка обработки корпуса лодки. (Рис.4)

Многоцелевое использование робота

Промышленный робот может в одном и том же технологическом процессе использоваться как для захвата заготовки, так и для перемещения её через инструмент. Так называемая, схема заготовка-к-инструменту позволяет реализовать целую технологическую цепочку обработки изделия, а также перемещения изделия в необходимое место для дальнейших операций всего на одном роботе. (Рис.5)

Дополнительные степени свободы

Современные контроллеры роботов могут управлять не только дополнительными линейными перемещениями самого робота, но дополнительными осями вращения рабочего стола с закреплённой на нем заготовкой. Такое решение задаёт дополнительную степень свободы заготовки и позволяет использовать более компактного робота для обработки заготовки со всех сторон. Конечно, управление дополнительными осями полностью синхронизировано с движениями суставов робота. (Рис.6)

Рис.6 Использование позиционера с поворотной осью.

Таким образом, современные промышленные роботы могут использоваться для многих операций обработки там, где раньше это невозможно было представить: фрезерование (метал, камень, дерево, резина, пластик и др.), шлифовка, полировка, обрезка, снятие заусенцев, резание (плазменное, водяное, лазерное). Такие решения находят применение во многих отраслях промышленности и доступны даже для малого бизнеса, что позволяет ему развиваться даже с небольшими инвестициями.

Рис .7. Фрезерный станок на базе робота

SprutCAM Robot ДЛЯ ПРОГРАММИРОВАНИЯ РОБОТОВ

Стандартные возможности создания программ

Все вышеперечисленные примеры требуют программирования сложных перемещений инструмента и, как следствие, осей робота. При классическом программировании роботов задание перемещений происходит от точки к точки, последовательно. Такой подход очень трудно применить для сложных траекторий, связанных ещё и с ориентацией инструмента. Такое программирование также потребует много времени, в течении которого робот фактически будет занят и не будет задействован в производственном процессе. Многие производители предоставляют возможность создания программ для робота в G-коде или в близком формате, когда программист учитывает лишь координаты центральной точки инструмента и создаёт программу в обычном декартовом пространстве, а положение фактических осей робота пересчитывается контроллером. В этом случае можно провести аналогию со станками с ЧПУ, которые имеют схожие возможности.

Простые перемещения возможно запрограммировать таким способом, но когда речь идёт сложном формообразовании или использовании дополнительных осей, то задача также становится трудновыполнимой, за разумный промежуток времени написать такую программу вручную — довольно сложная задача, а иногда практически невозможная.

Применение CAM-системы для программирования

Логичным выводом из данной ситуации, следуя аналогии с классическими станками, в которых для создания программ обработки сложных форм применяют CAM-системы, является применение CAM для программирования робота. Действительно, создание траектории перемещения инструмента ничем не отличается от создания её для станка. Разница лишь в том, что, в последствии, движения инструмента должны быть пересчитаны в движения осей робота и дополнительных осей. Этой возможностью обладает далеко не каждая CAM-система.

Также CAM-система должна понимать кинематику робота и учитывать все его возможности для позиционирования инструмента, избегать сингулярности и коллизий.

Компании СПРУТ-Технология уже более 20-ти лет занимается разработкой программного обеспечения SprutCAM. Одной из опций данного продукта является возможность создания программ для промышленных роботов, на основе загружаемой 3D-модели изделия.

Используя множество стратегий обработки, программист может задать необходимые траектории перемещения инструмента. SprutCAM Robot, основываясь на реальной кинематике робота, вычислит положение и ориентацию инструмента в каждой точке, рассчитает координаты каждой из осей робота. Детализированная симуляция позволяет полностью смоделировать реальное поведение робота, избежать коллизий и увидеть результат обработки. Инструменты по оптимизации положения суставов робота позволяют наилучшим образом определить оптимальные координаты осей для каждой точки.

ФУНКЦИИ SprutCAM Robot

Стратегии обработки

Как многофункциональная CAM-система, SprutCAM Robot содержит большое количество стратегий для любых видов обработки, а именно: фрезерование (черновые, чистовые, многоосевые операции); резание; сварка.

Также SprutCAM Robot обладает уникальными стратегиями аддитивной обработки и обработки инструментом типа «нож». Все эти стратегии возможно использовать при программировании

Преимущества использования SprutCAM Robot для программирования роботов

• Offline программирование роботов увеличивает полезную загрузку
• Намного более быстрое создание программ, чем от точки к точке
• Легкое программирование роботов с дополнительными осями
• Автоматическая оптимизация и поиск безаварийных перемещений
• Реалистичная симуляция и проверка программ
• Готовые постпроцессоры для генерации программы на языке контроллера

Создание программ такое же простое, как при программировании станков с ЧПУ.

Источник:  http://www.sprut.ru/company/press/articles/prom-regions-93