Bacheloroppgave, E1009. Oppgradering av industrirobot. forprosjekt

Transkript

1 HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi Program for elektro- og datateknikk 7004 TRONDHEIM Bacheloroppgave, E1009 Oppgradering av industrirobot forprosjekt

2 HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi Program for elektro- og datateknikk 7004 TRONDHEIM Bacheloroppgave, forprosjekt Oppgavens tittel: Oppgradering av industrirobot Project tittel: Upgrading of industry robot Gruppedeltakere: Steinar Kvarsnes Studieretning: Automatisering Gitt dato: Innlevingsdato: Antall sider/bilag 14/3 Veileder (navn/ /tlf.): Dag Aune tlf: [email protected] Prosjektnummer: E1009 Oppdragsgiver: HIST Kontaktperson hos oppdragsgiver (navn/tlf.): Dag Aune tlf: Fritt tilgjengelig Tilgjengelig etter avtale med oppdragsgiver Rapporten frigitt etter <dato>

3 Sammendrag Hensikten med denne rapporten er å gi en oversikt over oppgavene som skal utføres i hovedprosjektet. Rapporten angir estimert tid for de enkelte deloppgavene som skal utføres. Prosjektet er delt opp i arbeidspakker. For hver arbeidspakke er det laget et arbeidspakkeskjema. Her er det angitt estimert tid og ansvarlig for oppgaven. Siden prosjektgruppen bare har en deltaker blir det samme person som har ansvaret for alle arbeidspakkene. Vitensenteret har fått en robot fra Autronica. Våren 2009 ble det utviklet et nytt styresystem til denne roboten. Høsten samme år ble det utviklet tegneprogram og joystickstyring til dette styresystemet. Hovedoppgaven for prosjektet er å ferdigstille dette styresystemet slik at roboten kan brukes i en utstilling på Vitensenteret. Det som gjenstår er å forbedre regulatorene til motorene, og videreutvikle tegneprogrammet slik at det tegner jevne streker. Det må også utvikles et system som stopper pådraget til Z-aksen når den treffer en gjenstand. I denne rapporten er det satt opp noen løsningsforslag til dette problemet. I tillegg kan det være aktuelt å utvikle noen nye applikasjoner. Det kan for eksempel være aktuelt å bruke et kamera til å gjenkjenne objekter som roboten kan plukke opp. 1

4 Forord Prosjektet er en Bacheloroppgave gitt av Høyskolen i Sør-Trøndelag. Veileder og oppdragsgiver for prosjektet er Dag Aune. Prosjektet er en videreføring av to tidligere prosjektoppgaver. Det hele startet med at Vitensenteret fikk en robot fra Autronica. Denne roboten ønsket de å bruke i utstillingen. De ønsket at publikum skulle kunne gjøre noe sammen med roboten, for eksempel spille et spill eller lignende. Derfor fikk en prosjektgruppe våren 2009 som bacheloroppgave å forberede roboten til denne oppgaven. Det viste seg at styresystemet var utdatert og resurskrevende å sette seg inn i. Komponentene i styresystemet nærmet seg også slutten av den beregnede levetiden. Prosjektgruppen lagde derfor et helt nytt styresystem. De rakk å gjøre ferdig styresystemet, men de rakk ikke å lage noen applikasjoner som vitensenteret kunne bruke. Derfor fikk en annen prosjektgruppe høsten 2009 som oppgave å utvikle applikasjoner til dette styresystemet. De utviklet joystickstyring og tegneprogram. Min oppgave blir å videreutvikle dette styresystemet. Målet med denne rapporten er å sette opp en arbeidsbeskrivelse for hovedprosjektet. Det skal settes opp en fremdriftsplan for oppgavene i prosjektet. Denne rapporten skal brukes som grunnlag for videre fremdrift i prosjektet. Prosjektet er på 18 studiepoeng. Dette tilsvarer 450 arbeidstimer. Prosjektet skal være ferdig 20. Mai Steinar Kvarsnes Sted og Dato 2

5 Innholdsfortegnelse 1 Innledning Bakgrunn Oppgaveteksten Definisjoner Teknisk del Problemstilling Prosjektmål Effektmål Resultatmål Prosessmål Prosjektbeskrivelse Ultralydføler Kapasitiv føler Mikrobryter Detektering av hastighetsreduksjon på Z-akse Arbeidspakker Prosjektorganisering Prosjektdeltager Utstyr og ressurser Prosjektleveranser Tids og kostnadsplan S-diagram Kvalitetssikring...13 Vedlegg

6 1 Innledning 1.1 Bakgrunn Bakgrunnen for dette prosjektet at vitensenteret har fått en robot fra Autronica. Denne roboten ønsket de å bruke i utstillingen. Våren 2009 fikk en bachelorgruppe som oppgave å lage et styresystem til roboten, og applikasjoner som kunne fange publikums oppmerksomhet i 2 til 3 minutter. De lagde et styresystem, men de rakk ikke å lage noen applikasjoner. Derfor fikk en prosjektgruppe høsten 2009 som oppgave å lage applikasjoner til dette styresystemet. De lagde joystickstyring og et tegneprogram. Roboten ble ikke helt klar til å brukes i utstillingen. Derfor blir min oppgave å oppgradere roboten slik at den kan brukes i en utstilling. 1.2 Oppgaveteksten Interaktiv robot Vitensenteret har fått en robot fra Autronica. Våren 2009 lagde en bachelorgruppe ved HIST et styresystem til denne roboten. Høsten samme år lagde en annen prosjektgruppe tegneprogram og joystickstyring til dette styresystemet. Prosjektet går ut på å ferdigstille styresystemet slik at roboten kan brukes i en utstilling på vitensenteret. Programmeringen skal utføres i Labview, og AutoCad skal brukes som tegneverktøy. Drift og vedlikeholdshåndboken skal oppdateres og det skal lages en tidsskriftartikkel. All dokumentasjon skal leveres skriftlig og på elektronisk form. 1.3 Definisjoner Forkortelse/Definisjon HiST Labview Beskrivelse Høgskolen i Sør Trøndelag Grafisk programmeringsspråk fra National Instrument SCARA Selective Compliant Assembly Robot Arm (robotarmene er bevegelige horisontalt og stive vertikalt). PS3 AutoCad Play Station 3 joystick Profesjonelt tegneprogram for arbeidstegninger. Tabell 1 Definisjoner 4

7 2 Teknisk del 2.1 Problemstilling Min oppgave består i hovedsak av å videreutvikle en programvare som er utviklet av to tidligere prosjektgrupper ved HIST. Det kan også bli nødvendig med litt elektrisk og mekanisk arbeid for å nå prosjektmålet. Styresystemet er levert av National Instrument. Programmeringsspråket som er brukt er Labview som også er levert av National Instrument. Den første prosjektgruppen bygde et nytt styreskap og utviklet et styresystem. Neste prosjektgruppe utviklet joystickstyring og et tegneprogram. Styresystemet virker slik det er i dag, men det er en del ting som kan forbedres. Når tegneprogrammet kjøres klarer ikke roboten å lage helt jevne streker. Regulatorene til servomotorene fungerer heller ikke helt perfekt. Ved små forandringer i settpunkt får ikke motorene nok pådrag til at de starter. Roboten mangler også nærhetsføler for Z-aksen. Det gjør det mulig å gi pådrag til denne aksen selv om den har truffet et objekt. Det er heller ikke laget feste for pennen som skal brukes til tegneprogrammet. 5

8 2.2 Prosjektmål Effektmål Roboten skal kunne brukes i en utstilling på vitensenteret og fange publikums interesse i 2 til 3 minutter Resultatmål Roboten skal være i stand til å tegne jevne streker når tegneprogrammet kjøres. Når roboten kjøres med joystick skal pådraget til z-aksen stoppe når den treffer et objekt. Det skal ikke være mulig å ødelegge pennen som brukes til tegning ved å presse den for hardt mot underlaget. Prosjektet skal være klart for levering 20. Mai Kostnaden for prosjektet kan variere avhengig av hvilken løsning som blir valgt for nærhetsføler for Z-aksen Prosessmål Jeg ønsker å tilegne meg kunnskaper innenfor fagområdene programmering, instrumentering og robotteknikk. Jeg ønsker også å lære prosjektstyring og hvordan et prosjekt skal gjennomføres. Målet er å oppnå et godt prosjektresultat og en god karakter på prosjektarbeidet. 6

9 2.3 Prosjektbeskrivelse I tillegg til oppgradering av eksisterende applikasjoner kan det være aktuelt å utvike nye. Et eksempel er å la roboten plukke opp gjenstander som den lokaliserer ved hjelp av et kamera. Problemet med at servomotorene ikke starter ved små endringer i settpunktet løses ved programmering i Labview. Det samme gjøres for å få tegneprogrammet til å tegne jevne streker. Å stoppe pådraget til Z-aksen når den treffer et objekt kan gjøres ved hjelp av flere typer følere. I tillegg bør festet for pennen være fjærbelastet Ultralydføler En mulig løsning er å montere en ultralydføler som måler avstanden til objektet. Fordel: Kan måle lange avstander. Ulemper: Pris. Må omjusteres dersom det skal brukes en penn med annen lengde Kapasitiv føler En annen løsning er å montere en kapasitiv føler. Fordel: Pris Ulemper: Måler kortere avstander enn ultralydføleren, derfor må den monteres nærmere pennespissen. Dette gjør at den kan bli i veien ved bruk av andre applikasjoner. Må omjusteres dersom det skal brukes penn med annen lengde. 7

10 2.3.3 Mikrobryter En tredje løsning er å montere en mikrobryter som blir aktivert når pennen trykkes inn. Fordeler: Pris. Uavhengig av lengde på pennen. Ulemper: Liten evne til å tilpasse seg skjevheter i underlaget Detektering av hastighetsreduksjon på Z-akse En fjerde mulighet er å lage en programdel som stopper pådraget dersom hastigheten til Z- aksen reduseres. Fordeler: Pris. Uavhengig av lengden på pennen. Kommer ikke i konflikt med eventuelle andre applikasjoner. Ingen ledningsføringer langs Z-aksen. Ulemper: Usikkert om presisjonen blir god nok. Trykket mot underlaget kan bli for stort. Liten evne til å tilpasse seg skjevheter i underlaget. 8

11 3 Arbeidspakker Arbeidspakkene er vedlagt som vedlegg 1. De beskriver arbeidsoppgavene som skal gjøres, og antall arbeidstimer som er beregnet. Vedlegg 1 inneholder følgende arbeidspakker: Arbeidspakke 1 Klargjøring av riggen Arbeidspakke 2 Definere oppgaver Arbeidspakke 3 Programmering Arbeidspakke 4 Mekanisk arbeid Arbeidspakke 5 Elektrisk kobling Arbeidspakke 6 Testprogram Arbeidspakke 7 Webside Arbeidspakke 8 Administrasjon 9

12 4 Prosjektorganisering 4.1 Prosjektdeltager Steinar Kvarsnes 48 år Ansvarsområde: Hele prosjektet Kompetanse: Fagbrev som elverksmontør og tavlemontør Teknisk fagskole elkraft Tidligere prosjekter: Totankprosjekt våren 2009 Interaktiv robot høsten

13 4.2 Utstyr og ressurser I forbindelse med prosjektet har jeg fått utlevert en SCARA robot av typen ASEA IRB 300. Det følger med roboten et styreskap som ble bygd våren I tillegg har den forrige prosjektgruppen kjøpt inn en PS3-controller til roboten. 4.3 Prosjektleveranser Forprosjektrapport Statusrapport 1 Statusrapport 2 Statusrapport 3 Statusrapport 4 Statusrapport 5 Statusrapport 6 Statusrapport 7 Hovedprosjekt innlevering 4. Februar 18. februar 4. Mars 18. Mars 1. April 15. April 29. April 13. Mai 20. Mai Tabell 2 Prosjektleveranser 11

14 4.4 Tids og kostnadsplan For å gjennomføre prosjektet trenger jeg å kjøpe inn noe nytt utstyr. Vedlegg 3 gir en oversikt over hva det er behov for å kjøpe inn, og hva det koster. Kostnaden avhenger mye av hvilken løsning som blir valgt for nærhetsføler til Z-aksen. Som det fremgår av vedlegget er det stor prisforskjell på de forskjellige typene føler. Vedlegg 2 gir en oversikt over hvilke arbeidsoppgaver som skal utføres og når de skal utføres S-diagram S-diagrammet under viser estimert antall arbeidstimer gjennom hele prosjektperioden. Timer Figur 1 S-diagram Planlagt timeforbruk Dato

15 4.5 Kvalitetssikring For å sikre kvaliteten i prosjektet må arbeidet være strukturert, og kommunikasjonen mellom prosjektgruppen og oppdragsgiver være god nok. Dette skal sikres ved følgende punkter. Prosjektmøter Annenhver uke skal det være et møte med veileder/oppdragsgiver. Der skal jeg presentere det jeg har gjort siste periode, og diskutere eventuelle avvik og problemer som har oppstått. Statusrapport Til hvert prosjektmøte skal jeg levere en statusrapport der følgende skal dokumenteres: 1. Arbeid utført i perioden. 2. Tidsforbruk. 3. Avvik. 4. Planlagt arbeid neste periode. Testprogram Det skal utarbeides et testprogram og roboten skal testes etter dette programmet for å sikre at den tekniske kvaliteten holder mål. 13

16 Vedlegg Vedlegg 1 Vedlegg 2 Vedlegg 3 Arbeidspakker Gant-diagram Innkjøpsliste 14

17 HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi Studieprogram for elektro- og datateknikk 7004 TRONDHEIM Vedlegg 1 Fag: Bacheloroppgave automatiseringsteknikk Dato: Prosjekt: E1009 Oppgradering av industrirobot Aktivitet: Klargjøring av riggen Aktivitet nr: 1 Startdato: Sluttdato: Avhengighet: Foregående aktiviteter: Ingen Etterfølgende aktiviteter: 2 Mål: Gjøre riggen klar for det videre arbeidet. Arbeidsbesk rivelse: Koble opp riggen. Installere programvare. Få joysticken til å virke opp mot windows. Timeverk: 15 timer Fordeling: Kostnader: Ingen Ressurser: Ingen Risiko: Kan bli problemer med å få joysticken til å virke Prosjektmedarbeidere: Steinar Kvarsnes: 15 timer Steinar Kvarsnes Tlf: e-post: [email protected]

18 HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi Studieprogram for elektro- og datateknikk 7004 TRONDHEIM Fag: Bacheloroppgave automatiseringsteknikk Dato: Prosjekt: E1009 Oppgradering av industrirobot Aktivitet: Definere oppgaver Aktivitet nr: 2 Startdato: Sluttdato: Avhengighet: Foregående aktiviteter: 1 Etterfølgende aktiviteter: 3 Mål: Arbeidsbesk rivelse: Timeverk: 15 timer Fordeling: Kostnader: Ingen Ressurser: Ingen Risiko: Ingen Prosjektmedarbeidere: Steinar Kvarsnes: 15 timer Steinar Kvarsnes Tlf: e-post: [email protected]

19 HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi Studieprogram for elektro- og datateknikk 7004 TRONDHEIM Fag: Bacheloroppgave automatiseringsteknikk Dato: Prosjekt: E1009 Oppgradering av industrirobot Aktivitet: Programmering i Labview Aktivitet nr: 3 Startdato: Sluttdato: Avhengighet: Foregående aktiviteter: 2 Etterfølgende aktiviteter: 6 Mål: Få roboten til å reagere på små endringer av settpunkt, og tegne jevne streker når tegneprogrammet brukes. Arbeidsbesk rivelse: Oppgrader regulator vi slik at motorene starter ved små forandringer i settpunkt. Oppgrader interpol vi slik at roboten tegner rette streker ved bruk av tegneprogram. Timeverk: 215 timer Fordeling: Kostnader: Ingen Ressurser: Ingen Risiko: Ingen Prosjektmedarbeidere: Steinar Kvarsnes: 215 timer Steinar Kvarsnes Tlf: e-post: [email protected]

20 HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi Studieprogram for elektro- og datateknikk 7004 TRONDHEIM Fag: Bacheloroppgave automatiseringsteknikk Dato: Prosjekt: E1009 Oppgradering av industrirobot Aktivitet: Feste for penn og nærhetsføler. Aktivitet nr: 04 Startdato: Sluttdato: Avhengighet: Foregående aktiviteter: 2 Etterfølgende aktiviteter: 5 Mål: Lage feste for penn til tegneprogram. Lage feste for nærhetsføler. Arbeidsbesk rivelse: Konstruer og lag et feste for pennen som skal brukes til tegneprogrammet, og nærhetsføler. Lag dokumentasjon for det mekaniske arbeidet. Timeverk: 30 timer Fordeling: Kostnader: Ingen Ressurser: Ingen Risiko: Ingen Prosjektmedarbeidere: Steinar Kvarsnes: 30 timer Steinar Kvarsnes Tlf: e-post: [email protected]

21 HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi Studieprogram for elektro- og datateknikk 7004 TRONDHEIM Fag: Bacheloroppgave automatiseringsteknikk Dato: Prosjekt: E1009 Oppgradering av industrirobot Aktivitet: Elektrisk kobling Aktivitet nr: 5 Startdato: Sluttdato: Avhengighet: Foregående aktiviteter: 4 Etterfølgende aktiviteter: Ingen Mål: Koble nærhetsføler for Z-aksen. Arbeidsbesk rivelse: Finn føringsvei for kabel og koble nærhetsføler. Oppdater dokumentasjon Timeverk: 20 timer Fordeling: Kostnader: Ingen Ressurser: Ingen Risiko: Ingen Prosjektmedarbeidere: Steinar Kvarsnes: 20 timer Steinar Kvarsnes Tlf: e-post: [email protected]

22 HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi Studieprogram for elektro- og datateknikk 7004 TRONDHEIM Fag: Bacheloroppgave automatiseringsteknikk Dato: Prosjekt: E1009 Oppgradering av industrirobot Aktivitet: Testprogram Aktivitet nr: 6 Startdato: Sluttdato: Avhengighet: Foregående aktiviteter: Ingen Etterfølgende aktiviteter: Ingen Mål: Teste at roboten fungerer som den skal Arbeidsbesk rivelse: Utarbeid testprogram og test roboten. Timeverk: 30 timer Fordeling: Kostnader: Ingen Ressurser: Ingen Risiko: Ingen Prosjektmedarbeidere: Steinar Kvarsnes: 30 timer Steinar Kvarsnes Tlf: e-post: [email protected]

23 HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi Studieprogram for elektro- og datateknikk 7004 TRONDHEIM Fag: Bacheloroppgave automatiseringsteknikk Dato: Prosjekt: Oppgradering av industrirobot Aktivitet: Webside Aktivitet nr: 7 Startdato: Sluttdato: Avhengighet: Foregående aktiviteter: Ingen Etterfølgende aktiviteter: Ingen Mål: Lage webside Arbeidsbesk Opprett webside og hold den oppdatert. rivelse: Timeverk: 20 timer Fordeling: Kostnader: Ingen Ressurser: Ingen Risiko: Ingen Prosjektmedarbeidere: Steinar Kvarsnes: 20 timer Steinar Kvarsnes Tlf: e-post: [email protected]

24 HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi Studieprogram for elektro- og datateknikk 7004 TRONDHEIM Fag: Bacheloroppgave automatiseringsteknikk Dato: Prosjekt: Oppgradering av industrirobot Aktivitet: Administrasjon Aktivitet nr: 8 Startdato: Sluttdato: Avhengighet: Foregående aktiviteter: Ingen Etterfølgende aktiviteter: Ingen Mål: Administrer prosjektet Arbeidsbesk rivelse: Hold møter Lag møteinnkalling Lag toukesrapport Skriv møtereferat Lag tidsskriftartikkel Timeverk: 60 timer Fordeling: Kostnader: Ingen Ressurser: Ingen Risiko: Ingen Prosjektmedarbeidere: Steinar Kvarsnes: 60 timer Steinar Kvarsnes Tlf: e-post: [email protected]

25 ID Aktivitetsnavn Varighet Start Slutt 1 Klargjøring av riggen 3 dager ma to Koble opp riggen 1 dag ma ti Testing 2 dager ti to Definer oppgaver 3 dager ma to Definer oppgaver 3 dager ma to Programmering 24 dager? to on Programmering i Labview 21 dager to on Oppdater dokumentasjon 3 dager on on Mekanisk arbeid 10,71 dager? to ma Feste for penn og føler 6 dager to ti Mekanisk dokumentasjon 2 dager ti ma Elektrisk arbeid 7 dager? ma on Elektrisk kobling 5 dager ma on Oppdater dokumentasjon 2 dager on on Testprogram 7 dager to to Utarbeide testprogram 4 dager to to Teste roboten 3 dager to to Vevside 41,21 dager ma to Opprette vevside 1 dag ma ti Oppdatere vevside 39 dager on to Administrasjon 44 dager ma to Administrativt arbeid 44 dager ma to Prosjektmøte 1 2 tmr to to Prosjektmøte 2 2 tmr to to Prosjektmøte 3 2 tmr to to Prosjektmøte 4 2 tmr to to Prosjektmøte 5 2 tmr on on Prosjektmøte 6 2 tmr to to Prosjektmøte 7 2 tmr to to Prosjektmøte 8 2 tmr to to Overlevering av prosjekt 2 tmr to to Vedlegg 2 februar mars april mai Prosjekt: Industrirobot.mpp Dato: to Aktivitet Deling Fremdrift Milepæl Sammendrag Prosjektsammendrag Eksterne aktiviteter Ekstern milepæl Tidsfrist Side 1

26 Innkjøpsliste Vedlegg 3 Varenavn Pris Whiteboard 255,00 Microbryter XCG5* 38,70 Kapasitiv giver EC3016TBAPL* 641,00 Ultralydgiver* 2400,00 *Det blir bare bruk for en av disse giverne avhengig av hvilken løsning som velges.