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Robótica

TEMA 4:PROGRAMACIÓNDE ROBOTSMartin Mellado ([email protected])

Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática (DISA)Facultad de Informática de Valencia (FIV)Universidad Politécnica de Valencia (UPV)

Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV1

Universidad Politécnica de Valencia (UPV)

Tema 4Programación de robots

OBJETIVOS

• Reconocer los posibles problemas inherentes de la programación de robotsS b di ti i l t j t• Saber distinguir y las ventajas que aporta cada método de programación de robots

• Entender las funciones que hay que realizarEntender las funciones que hay que realizar para resolver la programación de robots

• Comprender los parámetros de la programación de movimientos de robots

• Ser capaz de programar aplicaciones prototipo de robots


prototipo de robots


CONTENIDOS

1. Problemática y evolución2. Métodos de la programación de robots3 F i d l ió d b t3. Funciones de la programación de robots4. Programación de movimientos5. Programación genérica de aplicaciones5. Programación genérica de aplicaciones

prototipo


Problemática y evolucióny

Rendimiento de un sistema robotizado programación

Problemática:Problemática:

• Complejidad del sistemaRepresentación tridimensional y visión espacial• Representación tridimensional y visión espacial

• Diversidad de marcas, modelos y configuraciones• Vertientes específicas de cada aplicación concreta

ó• Integración con otros dispositivos• Aplicaciones con sensorización externa


Problemática y evolución

Usuarios:

y

•Operarios•Personal de Mantenimiento•Programador del sistema de fabricaciónProgramador del sistema de fabricación•Programador de aplicaciones•Programador del sistema

Cortesía Reis


Cortesía Fanuc

Problemática y evolución

4ª Generación

y

4ª Generación

3ª Generación Progreso a sistemas de programación textual compleja basados en estándares internacionales: IRL2ª G ó A li li ió i d t i l IRL

Sistemas gráficos caros y complejos: IGRIP, ROBCAD, ...

2ª Generación Amplia aplicación industrial de lenguajes de control de robots: VAL-II, V+, BAPS, ...

Desarrollo de herramientas gráficas de programación: ROBCAD, IGRIP, ...

1ª Generación Desarrollo de lenguajes de programación independientes del robot: AL, ROBEX

5ª Generación

Desarrollo de lenguajes implícitos: RAPT

Primeros intentos de estandarización: IRDATA

Lenguajes simples y l t l

Búsqueda de sistemas de ió i blelementales.

Específicos de robots: VAL, HELP, SIGLA

Primeras aproximaciones a lenguajes implícitos: AUTOPASS

programación amigables basados en técnicas visuales: OPERA, AMIGA, ...

Alta integración con sensorización

1970 1980 1990 2000


Métodos de programación de robotsp g

Primera clasificación:

• Programación directa o en línea (on-line)Programación directa o en línea (on line)• Programación indirecta o fuera de línea (off-line)• Programación híbrida

Segunda clasificación:

• Programación por guiado• Programación textual

Nivel de RobotNivel de RobotNivel de ObjetoNivel de Tarea



Programación por Guiado

• Proceso de enseñanza y repeticiónProceso de enseñanza y repetición• Uso de la unidad de control a pie de robot

maestro-esclavo enseñanza activaenseñanza pasiva



Programación Textual

• Programas de robot escritosProgramas de robot escritos• Diferentes Niveles:

Nivel de Robot programación explícitaNivel de ObjetoNivel de ObjetoNivel de Tarea

Programación Gráfica

programación implícita

Programación Gráfica

Programación Automática o Manual


Métodos de programación de robots

DIRECTA INDIRECTA

p g

DIRECTA(ON-LINE)

HÍBRIDA

INDIRECTA(OFF-LINE)

Desde OrdenadorA pie de robot

Enseñanza-RepeticiónTextual Gráfica

Program 1HomeReset Outputs…

Pasiva Maestro-Esclavo Activa

Nivel Robot

Instrucciones SimulaciónGráfica

Nivel TareaNivel Objeto

Guiado

Explícita Implícita

Move P1 Pick A Assembly A & B

Acciones Robot Acciones Objetos Resolución Tareas

Open GripperMove P2…

Place A on BPick C…

Weld B to CAssembly D & E…


Funciones de la programación de robots

Funciones básicas a cumplir:

p g

Funciones básicas a cumplir:• Control de Movimiento del Robot:

•Sistemas de CoordenadasD fi i ió d L li i•Definición de Localizaciones

•Parámetros de los Movimientos

• Control de las Acciones de Utillaje• Control de Sensores• Control de Dispositivos Externos

• Control Virtual del Entorno• Control de ProgramasControl de Programas• Cálculos Aritméticos y Lógicos• Control de Interacción con el Operario


Programación de movimientosg

Sistemas de Coordenadas:

Programación en el Espacio de Articulaciones:g p

DRIVE(articulacion,valor)

DRIVE(vector_valores)

Puede ser obsoluta o relativaPuede ser obsoluta o relativa




Programación en el Espacio Cartesianog pUso de sistemas de coordenadas:

• del robot (RobotFrame)• de la herramienta (ToolFrame)de la herramienta (ToolFrame)

Transformación = RobotFrameTToolFrameVector de posición (x y z) y:Vector de posición (x,y,z) y:

• ángulos de Euler de orientación (α,β,γ)• cuaternión de orientación (q1, q2, q3, q4)

matriz de rotación R• matriz de rotación R3×3Matriz de transformación homogénea T4×4




Movimientos Absolutos y Relativosy

Sistema de coordenadas de la herramienta (ToolFrame)Punto Centro de Herramienta (TCP)Punto Centro de Herramienta (TCP)

Sistema de coordenadas:de objeto auxiliar o base (ObjectFrame)de objeto, auxiliar o base (ObjectFrame)del mundo (WorldFrame)


Programación de movimientos

Sistemas de Coordenadas

g

WorldFrameTRobotFrame:dónde se sitúa el robot

WorldFrameTWorldFrameTBase1Frame:dónde se sitúa la pieza

ToolFrameTWeldToolFrame:dónde se sitúa laherramienta de soldadura



Sistemas de Coordenadas

g

Sistema de Coordenadas

(Frame)Características Función

(Frame)

Robot Único y difícilmente modificable

Referencia de movimientos y localización del robot respecto al del mundo

Herramienta Uno origen en la brida y nuevos definibles respecto a éste

Sistema móvil del robot y referencia de movimientos

B R f i d i i tBase oAuxiliar Definibles respecto al del

mundo

Referencia de movimientos y localización de objetos respecto al del mundo

Mundo Idéntico al del robot pero Referencia de movimientos, robotsMundo Idéntico al del robot pero modificable

Referencia de movimientos, robots y objetos



Definición de Localizaciones:

g

•Manualmente mediante su medición• Incómodo o inviable

• Mediante el uso del propio robot• Por guiado. Precisión Visual

• Mediante un modelo del entorno del robot en un sistema CAD• Requiere calibración sensorial entre el modelo virtual y el modelo real

• Mediante el uso de sensores (visión por computador)• Dificultad para la orientación y poca precisión



Parámetros de Movimiento

g

•Velocidad• Parámetro nominal (porcentaje respecto a una velocidad básica)

V l id d li l l id d l• Velocidad lineal, no velocidad angular• Velocidad no uniforme, con rampas de aceleración/deceleración

V l i d• Valor aproximado• Importante para movimientos largos

• Aceleración• Aceleración• Aceleración de arranque y la deceleración de parada (rampas)• Poco intuitivos• Poco intuitivos• Importante para movimientos muy cortos



Parámetros de Movimiento

g

•Tipo de Movimiento• Libre o Punto a Punto (PTP)

• Interpolación lineal en el espacio de articulaciones (i d di t di d ) (i l id l ñ )(independiente o coordinada) (incluida en la muñeca)• Movimiento garantizado y sencillo

InicioDestinoPosible

MovimientoPTP

PosicionamientoExacto

PTP

PosibleMovimiento

InicioDestino

Destino

MovimientoPTP

Posicionamiento


Exacto


Parámetros de Movimiento• Tipo de Movimiento

g

• Tipo de Movimiento• Rectilíneo

• Orientación con interpolación en las variables de articulación de muñeca orientación fija o interpolación enarticulación de muñeca, orientación fija o interpolación en los ángulos de Euler• Posiciones intermedias pueden ser inalcanzables

InicioDestino


Inicio

D ti

MovimientoRectilíneo Movimiento

Rectilíneo

InicioDestino

Destino




Parámetros de Movimiento• Tipo de Movimiento

g

• Tipo de Movimiento• Circular

• Localización actual y dos más• Discretización en segmentos rectilíneosDiscretización en segmentos rectilíneos• Orientación fija o variable respecto al espacio o a la trayectoria circular

InicioIntermedio

DestinoMovimientoCircular

Inicio IntermedioDestinoDestino

MovimientoCircular

Inicio IntermedioDestino



Parámetros de MovimientoDestinoPosible

Rango deAproximación

g

• Precisión• Posicionamiento Exacto

• Velocidad ceroA d

InicioDestino

MovimientoPTP

PosibleMovimiento

PTP• Arranques y paradas

• Movimiento Continuo• Rango de aproximación

InicioDestino

DestinoPTP


Rango deAproximaciónInicioDestino• Rango de aproximación

• Parámetro de vuelo (fly)• Error según parámetro yvelocidad Inicio

Inicio

Destino

Destino

MovimientoRectilíneo Movimiento

Rectilíneo

velocidad• Movimientos más rápidos

InicioDestinoPosicionamiento

Exacto

Rango deAproximaciónInicio

I t di

DestinoMovimientoCircular

Inicio

Intermedio

IntermedioDestinoDestino

MovimientoCircular


Inicio Intermedio


Parámetros de MovimientoSelección de la Configuración

g

• Selección de la Configuración• Control usuario: bits de control, variables de las articulaciones o comandos o instrucciones especiales• Sistema de control: selecciona la configuración más• Sistema de control: selecciona la configuración más adecuada (la más cercana o económica, en términos de menor energía consumida en el movimiento)



Parámetros de MovimientoSelección de la Configuración

g

• Selección de la Configuración• 8 soluciones para el robot angular


Programación genérica de aplicaciones prototipo

Aspectos a Contemplar

g g p p p

p p

• Seleccionar la herramientaSistema de coordenadas, parámetros, carga

D t i i d h i t• Determinar operaciones de herramientaApertura/cierre de pinza, soldadura, ...

• Determinar localizaciones de la herramienta (y localizaciones relativas)

• Determinar las precisionesSólo se indicará un requisito de precisión cuando sea necesario

• Determinar las velocidades de movimientosS tili á l id d lt i iblSe utilizará una velocidad alta siempre que sea posible

• Determinar tipo de movimientosMovimiento libre o restringido (lineal, circular, ondular, ...)Se utilizarán movimientos libres mientras no sea necesario controlar la trayectoria que debe realizar la herramienta



PROGRAMA GENÉRICO DE ROBOT:Inicialización:

g g p p p

Inicialización:Inicialización de constantes, variables y estructura de datosDeterminación de parámetros globales (velocidad, aceleración, ...)Selección, configuración e inicialización de herramientaInicialización de señales de salidaInicialización de señales de salidaMover el robot a configuración de reposo

Repetir siempreEspera a condición de inicio del ciclo de trabajoRealización de un ciclo de trabajoRealización de un ciclo de trabajoAvisar de ciclo terminado

TIPOS DE TAREAS BÁSICAS:TIPOS DE TAREAS BÁSICAS:• Basadas en una única localización de trabajo:

Coger o dejar una pieza, taladrar una pieza, aplicar un punto de soldadura, ...

• Basadas en una trayectoria con control continuo con secuencia de localizaciones de• Basadas en una trayectoria con control continuo, con secuencia de localizaciones de trabajo:

Trayectoria de soldadura al arco, fresado, mecanizado continuo, pintura, lijado, aplicación de pegamento, ...


Programación genérica de aplicaciones prototipog g p p p

Región LibreSin restricciones de precisiónMovimientos libresVelocidades altas Localización de ataque Localización de retirada

Región de trabajo Frontera

trol de precisió

n,

d y movim

iento

S i d i i t

Regiones de Trabajo

ObjetosContro

velocidad y Secuencia de movimientos

Regiones de Trabajo

Localizaciones de trabajo

Localizaciones de ataque, trabajo y retirada



entradamovimientos

libresvelocidad

salidasin restriccionesde precisión

aproximaciónprecisión media

evacuaciónprecisión media

altap

movimientoslineales

Aplicación genérica de agarre o dejada de una pieza



COGER PIEZA

g g p p p

COGER PIEZAAbrir pinzaAproximar pinza a la pieza

Movimiento libre si no hay peligro de colisiónLocalización de ataque a una distancia de seguridad de la piezaMáxima velocidadPrecisión media

Situar pinza en posición de agarreM i i lí l li iMovimiento en línea recta para controlar colisionesVelocidad lentaPrecisión alta

Cerrar pinzaEEsperaActuar señal pinzaEspera

Retirar pinza con pieza a una localización de evacuaciónM i i t lí t t l li iMovimiento en línea recta para controlar colisionesPosición de evacuación a una distancia de seguridad de soporte piezaVelocidad mediaPrecisión media



DEJAR PIEZA

g g p p p

DEJAR PIEZA¿ ?Aproximar pinza con pieza a localización final

Movimiento libre si no hay peligro de colisiónLocalización de ataque a una distancia de seguridad de soporte final de piezaMáxima velocidadPrecisión media

Situar pinza con pieza en localización de dejadaM i i lí l li iMovimiento en línea recta para controlar colisionesVelocidad lentaPrecisión alta

Abrir pinzaEEsperaActuar señal pinzaEspera

Retirar pinza a una localización de evacuaciónM i i t lí t t l li iMovimiento en línea recta para controlar colisionesPosición de evacuación a una distancia de seguridad de la piezaVelocidad mediaPrecisión media



inicio salidainiciolocalizacionesintermedias

aproximación evacuación aproximación evacuación

salida

p

cerrarpinza

abrirpinza

Aplicación genérica de “pick & place”Aplicación genérica de pick & place



PICK & PLACEEsperar pieza lista para manipularCoger piezaCoger piezaEnviar señal de pieza cogidaMovimientos intermedios

Movimientos libres si no hay peligro de colisiónMá i l id dMáxima velocidadSin requisitos de precisión

Dejar piezaEnviar señal de pieza dejada para su evacuaciónEnviar señal de pieza dejada para su evacuación



CONCLUSIONES

• Se han presentado los métodos de programación de robotsS h t d l f i d l• Se han mostrado las funciones de la programación de robots

• Se han visto los parámetros necesarios enSe han visto los parámetros necesarios en los movimientos de un robot

• Se ha estudiado la programación genérica de una aplicación de ensamblado


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