Øyvind A. Landsnes, 26. august Forenklet robotprogrammering Forenklet robotprogrammering Øyvind A. Landsnes Global System Architect ABB AS, Robotics E-mail: oeyvind.landsnes@no.abb.com Telephone: +47 51 48 90 50 September 3, Slide 2 1
Forenklet robotprogrammering Abstrakt Ett av de første konseptene for enkel robotprogrammering, 'manual-lead-through", ble utviklet på 60-tallet. I dette konseptet tok operatøren tak i roboten og førte den med muskelkraft langs banen den skulle gå. Dette ble som oftest gjort i sanntid og i kombinasjon med prosess. Et typisk eksempel er programmering av en lakkrobot der operatøren leder robotarmen med påmontert sprøytepistol samtidig som han styrer av og påslag av lakk, slik at objektet blir lakkert sammtidig som man programmerer roboten. Denne metoden er svært enkel å forstå, og gir umiddelbar tilbakemelding om lakkresultat til brukeren. Blant ulempene til denne metoden, er at det er relativt tungt å føre robotarmen rundt, samt at mengden av programmpunkter ved denne metoden vanskeliggjorde gode redigeringsmuligheter hvis man ønsket å optimalisere programmet i etterkant. I årene etter 60-tallet har det blitt utviklet stadig mer avanserte metoder for robotprogrammering som f.eks: Kartesisk punkt til punkt programmering der roboten jogges rundt med en joystick fra punkt til punkt Virtuell programmering i 3D verktøy på PC der man har en CAD modell av objektet som skal behandles eller manipuleres av roboten Felles for disse "nyere" metodene er at brukerterskelen er blitt høyere og høyere, og det kreves en økende grad av datakunnskap, ja sågar kunnskap om CAD og 3D verktøy. Ved å kombinere bruk av moderne sensorteknologi med et krav om veldig lav brukerterskel og rask programmering, kan vi nå vise et system som beholder fordelene med "manual-lead-through"-metoden, samtidig som ulempene med både krav til muskelstyrke og vanskelig postredigering av programmet elimineres. September 3, Slide 3 Forenklet robotprogrammering Innhold Lead through Punkt til punkt Teach pendanten 3D editeringsverktøy CAD basert generering og simulering Funtionality bloat Forenklet robotprogrammering Tilbake til fremtiden September 3, Slide 4 2
Verdens første lakkeringsrobot In 1964 Ole Molaug started to develop the first paint robot at Trallfa AS in Norway A working prototype was finished in 1967 and used in own production I 1964 startet Ole Molaug å utvikle verdens første lakkeringsrobot hos Trallfa på Bryne En fungerende prototype var klar I 1967 og ble brukt i egen produksjon 3. september Slide 5 Første lakkeringsrobot for salg I 1969 var en den første pin 1969 the world s first paint Robot TR-2000 from Trallfa was delivered to Gustavsberg in Sweden I 1969 var Trallfa klar med en salgbar lakkeringsrobot, og første leveransen gikk til Gustavsberg i Sverige 3. september Slide 6 3
Lead-trough-programming De første lakkeringsrobotene ble programmer ved hjelp av lead-through programming. Robotarmen ledes gjennom ønsket bevegelse ved hjelp av ekstra håndtak montert på robotarmen. Både bane og prosessdata kan programmers samtidig i sann tid 3. september Slide 7 September Slide 8 3, 4
Lead-trough-programming Fordeler Enkel Intuitiv Rask i sann tid Bane og prosess Visuell tilbakemelding Ulemper Tilpasset robotarm Vekt Utbalansering Leddkonstruksjon Robotarmens treghet Avbrudd i produksjon Vanskelig å editere Lav nøyaktighet Akse-koordinater vs. kartesiske koordinater De første industrielle robotene ble programmert i akse-koordinater I 1981 publiserte Richard P. Paul boken Robot Manipulators Mathematics Programming and Control Den banet vei for utviklingen av interpolatorer og kinematiske modeller og muliggjorde å programmere roboter i kartesiske koordinater 3. september Slide 10 5
Punkt-til-punkt programmering Punkt-til-punkt programmering krever mer tid, men tillater brukeren å plassere punktene mer nøyaktig Programmering led roboten for hånd fra punkt til punkt og trykk en knapp for å lagre koordinatene - eller bruk en pendant med joystick e.l. for å jogge roboten fra punkt til punkt Eksekvering en interpolator interpolerer mellom lagrede punkt I enten kartesisk- eller akse-modus Punktene kan lagres som kartesiske eller akse-koordinater 3. september Slide 11 September Slide 12 3, 6
Programmeringshåndtak Enkle panel med lamper, knapper og brytere To-hånds grep med knapper for programmering 3. september Slide 13 «Teach-pendanten» tidlig design På slutten av 70-tallet og begynnelsen av 80-tallet ble «teach-pendanten» det primære brukergrensesnittet for programmering av industrielle roboter En håndholdt enhet brukt for å programmere og teste robotens bane TPU for kort De første TPUene hadde små eller ingen display, mange knapper, og høy vekt 3. september Slide 14 7
Teach-pendanten Joystick I 1982 kom den første pendanten med joystick Den tillot enklere kontroll av flere akser ved jogging av roboten 3. september Slide 15 Teach-pendanten Menyer Større skjermer og meny basert brukergrensesnitt kom på midten av 90-tallet September 3, Slide 16 8
September Slide 17 3, Teach-pendanten for nye generasjoner En pendant for nyere generasjoner? September 3, Slide 18 9
Programeditering Økende funksjonalitet, program kompleksitet og kvalitetskrav skapte et behov for bedre programediteringsverktøy enn teachpendanten kunne tilby Med introduksjonen av PCen i starten av 80-tallet kom muligheten til å lage PC baserte editorer 3D visualisering ble brukt for første gang på midten av 80-tallet 3. september Slide 19 PC basert programeditering på 80-tallet September 3, Slide 20 10
PC basert programeditering på 90-tallet September 3, Slide 21 Offline programmering og simuleringsverktøy En programeditor kan ikke garantere at et modifisert robotprogram faktisk vil virke Simulering kan nesten garantere at en endring vill fungere ved å sjekke: Nåbarhet Syklustid Kollisjoner Programgenerering og simuleringsverktøy for roboter ble introdusert tidlig på 90-tallet, men krevde dyre Unix arbeidsstasjoner I løpet av 90-tallet økte ytelsen på PCer samtidig som prisen gikk ned, og på slutten av 90-tallet kom de første Windows baserte programmerings og simuleringsverktøyene 3. september Slide 22 11
PC basert programmering og simulering September 3, Slide 23 Functionality Bloat Oppover årene har industrielle roboter fått en mengde stor mengde ny funksjonalitet Tilsvarende som det som skjedde med med f.eks MS Office, førte denne rike funksjonaliteten til at systemet ble vanskeligere å bruke for nybegynnere og brukere flest 3. september Slide 24 12
Functionality Bloat Ekseplifisering ved antall sider i programmerings-manualen for ABB roboter: TR-2000 (1969) 1 page C5.3 (1992) 250 pages S4C (1995) 850 pages S4C+ (1999) 1090 pages IRC5 (2005) 1500 pages September 3, Slide 25 Forenklet robotprogrammering Hvor ble det av enkelheten? Kompetanse Teknologi September 3, Slide 26 13
Forenklet robotprogrammering «Tilbake til fremtiden» Hva om man kunne lage f.eks. et lakkeringsprogram med en manuell sprøytepistol og en bevegelsessensor med 6 frihetsgrader? Dette er ingen ny ide; Renault beskrev dette i en patentsøknad på 70-tallet Moderne sensorteknologi muliggjør dette til en akseptabel kost og størrelse/vekt September Slide 28 3, 14
Forenklet robotprogrammering «Tilbake til fremtiden» Fordeler Bane og prosess kan bli programmert like raskt som med tradisjonell «lead-trough programmering», men uten at man må dra med seg robotarmen Enklere å programmere en mer presis bane siden det ikke er noen treghet fra robotarmen å overvinne Man trenger ikke å stoppe produksjonen for å lage et program, ikke behov for en separat programmeringsrobot Bane og prosess kan programmers for en hvilken som helst robot, stor eller liten. Robotarmen trenger ikke å være designet for «lead-through programmering» Redusert behov for å oppholde seg innenfor robotens arbeidsområde - personsikkerhet Avansert datareduksjon gjør det enklere å editere programmet i ettertid Mulig med 1-sides programmeringsmanual? Ulemper Fremdeles begrenset nøyaktighet 3. september Slide 29 Forenklet robotprogrammering «Tilbake til fremtiden» Utviklingen av ulike former for bevegelsessensorer med inntil 6 frihetsgrader har skutt fart de senere årene Lavere priser Høyere nøyaktighet Man kan se for seg en mange ulike sensorbaserte programmeringsmetoder for ulike applikasjoner i fremtiden «Lead through» som vist her Punkt til punkt Posisjonssensor kombinert med kraftsensor Løsninger for rask omstilling - enkelt 3. september Slide 30 15
Spørsmål September 3, Slide 31 16