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Robótica Industrial Simulación y Programación de Robots Industriales

ESTUDIA UN DÍA EN LA UMH 1

GUIÓN DE LA PRÁCTICA “Simulación y Programación de Robots Industriales”

Programa ESTUDIA UN DÍA EN LA UMH

Objetivos

• Conocer la morfología de un robot industrial, sus actuadores y sensores. • Adquirir nociones básicas de cinemática de un brazo robótico. • Conocer cómo se programa un robot industrial. • Interactuar con un robot industrial real mediante la paleta de programación (robot LR FANUC MATE

200id

Organización de la práctica

1. En primer lugar, se realizará una breve introducción teórica para explicar los conceptos más importantes.

2. A continuación, se trabajará en los PCs del aula con la librería ARTE (A Robotics Toolbox for Education) para MATLAB sobre simulación de robots industriales.

3. De forma paralela, se harán grupos reducidos que interactuarán con un robot real (LR FANUC MATE 200id). Se realizarán pruebas de manejo y programación básica desde la paleta (Teach Pendant).



Introducción teórica MORFOLOGÍA DEL ROBOT

Fig1. Similitud morfología robot y humana.

Robot serial: Formado por una serie de elementos (eslabones) unidos por articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos (similitud con el brazo humano). Grado de libertad: Cada articulación dota al robot de un grado de libertad (GDL), es decir cada uno de los movimientos independientes (desplazamiento/giro) que puede realizar cada articulación respecto a la anterior. Elementos que componen un robot:

• Estructura mecánica • Transmisiones • Sistema de Accionamiento (neumático, hidráulico, eléctrico) • Sensores • Sistema de Control • Elementos terminales



Fig2. Ejemplo trasmisiones (rueda dentada).

Fig3. Ubicación de los motores en un robot industrial.

Fig4. Encoder. Sensor para determinar la posición de los motores del robot.



Fig 5. Ejemplos de elementos terminales del brazo robótico.

ESPACIO DE TRABAJO

Fig 6. Ejemplo del espacio de trabajo de un brazo robótico.

CINEMÁTICA DIRECTA E INVERSA

Fig 7. Definición de cinemática directa e inversa.



Cinemática directa: Cálculo de la posición (y orientación) del extremo del robot a partir de las coordenadas articulares. En el caso del Fanuc LR 200 iD, con 6 articulaciones rotacionales, la posición y orientación del extremo se calcula a partir de la posición de giro de cada articulación. Cinemática inversa: Dada la posición y orientación del extremo del robot, se calcula los valores de las coordenadas articulares. Es decir, con qué configuración del robot se llega a la posición y orientación deseadas.

Fig.8 Ejemplo de esquema-representación del robot para el cálculo de la cinemática inversa.

PROGRAMACIÓN DEL ROBOT

Fig 9. Esquema de control de un brazo robótico. Incluye la controladora, la paleta (teach pendant) y un PC si

fuese necesario.



Fig. 9. Ejemplo programación. Lenguaje KAREL.

APLICACIONES

Fig. 10. Ejemplos de aplicaciones en la industria: robots para soldadura, paletizado y pintura.



Seguimiento de la práctica

1. Instalación de la librería ARTE en MATLAB. a. Entra en http://arvc.umh.es/arte/ , descarga la librería y descomprime el archivo .zip. Por

ejemplo, puedes crear una carpeta llamada practicaARTE en el escritorio. A continuación, descomprime arte.zip dentro de esta carpeta.

b. Añade la librería a MATLAB. Para ello, abre el programa MATLAB y ve a la opción File-> Set Path.. y selecciona el botón Add with Subfolders. Selecciona la carpeta “artedescomprimida” (dentro de la carpeta creada del escritorio) y dale al botón Save.

c. Para inicializar la librería tienes que estar en el directorio donde está la carpeta “arte”.

Comprueba o modifícalo desde Current Folder (parte superior de la ventana principal de MALTAB).

d. En el editor de MATLAB teclea la instrucción init_lib para inicializar la librería ARTE.

e. Teclea ahora “demo” para ver las funcionalidades de esta librería.

http://arvc.umh.es/arte/



f. Aparecerá primero una ventana con el gráfico de un robot. Selecciona la opción para poder mover la vista y visualizar mejor el robot.

g. Pulsa ENTER para que el demo se siga ejecutando y aparecerán nuevos elementos en la

figura (puedes utilizar la misma opción anterior para visualizar mejor el gráfico):

h. Si deseas seguir viendo funcionalidades de la librería ARTE puedes seguir pulsando ENTER.

Para terminar con esta simulación utiliza la combinación de teclas Ctrl+c.

2. Cómo cargar un robot de la librería.

La librería ARTE contiene una carpeta llamada robots que contiene varios robots para poder cargarlos y visualizarlos (/Desktop/arte/arte3.1.5/robots/). Dicha carpeta está organizada en subcarpetas según marcas de robots comerciales y a su vez según varios modelos reales que se utilizan en la industria.



Para cargar un robot de esta carpeta, en el editor de Matlab teclea la instrucción robot=load_robot. En este caso se abrirá una ventana por la que puedes navegar por las carpetas de robots. Elige una y carga el archivo parameters.m dentro de la carpeta del robot seleccionado. Si todo va bien, parecerá una nueva ventana con el robot dibujado.





3. Utiliza la interfaz de simulación teach. Una vez tengamos un robot cargado, podemos arrancar la interfaz gráfica tecleando en el editor de MATLAB la instrucción teach.

Interfaz TEACH

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Coordenadas articulares del robot. En esta parte se pueden mover las barras para asignar un valor a cada coordenada articular del robot. Los cambios se van visualizando en la ventana del robot dibujado. Es decir, si vamos modificando estos valores, veremos cómo van girando las articulaciones del brazo robótico. A la derecha, además aparecen los valores (en grados) de cada articulación. Aquí se representa la matriz de orientación y posición del extremo del robot. Cuando variamos los valores de las coordenadas articulares del robot (es decir, cuando cambiamos la posición de las articulaciones), la posición y orientación del extremo del robot cambia en consecuencia. En la columna resaltada aparecen las coordenadas X,Y,Z del extremo del robot respecto de la base. Además de mover el robot articulación a articulación y comprobar la posición del extremo (cinemática directa), también es posible mover el extremo y comprobar cómo varía la posición de las articulaciones (cinemática inversa). Con los botones +/-X, +/-Y, +/-Y, se puede mover directamente el extremo del robot en los ejes X, Y o Z. También se puede seleccionar la opción ANIMATE MOVEMENT para ver el movimiento del robot de forma continua hasta la posición marcada. Esta parte de la interfaz permite guardar puntos del extremo del robot y también exportarlos a un archivo. La utilidad de esta funcionalidad es poder posteriormente realizar la programación de una trayectoria del extremo del robot, por ejemplo, para simular una tarea (recoger una pieza de una mesa y colocarla en otro lugar). Estos botones permiten cargar diferentes elementos en el entorno de simulación. Por ejemplo, se puede cargar un robot diferente o añadir una herramienta final (que aparece colocada en el extremo del robot), un elemento de trabajo (cinta transportadora, mesa, etc) o también una pieza que puede ser manipulada por el robot (caja, cilindro, etc..).

Propuesta:

Interactúa con cada uno de los apartados de la interfaz TEACH y comprueba el resultado. Puedes mover el robot girando cada articulación (1), mover el extremo final (3) y comprobar cómo varía la posición en (2). Intenta capturar diferentes posiciones del robot (4) y almacénalas para ver qué tipo de datos se guardan.

Por último, prueba a cargar diferentes robots y otros elementos (5). Los robots se encuentran en la carpeta arte/robots (selecciona un modelo y carga el archivo parameters.m). El resto de elementos se encuentran en la carpeta arte/robots/equipment y en concreto, los elementos terminales (elementos que se colocan en el extremo del robot) en la carpeta arte/robots/equipment/end_tools.

Nota: para visualizar todos los elementos cargados en la interfaz, pulsa el botón Refresh. Ejemplo:

1. Pulsa Load Robot y carga en arte/robots/ABB/IRB140 el archivo parameters.m 2. Pulsa Load End Tool y carga desde arte\robots\equipment\end_tools\parallel_gripper_0 el archivo

parameters.

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3. Pulsa Refresh y aparecerá el robot con una pinza en su extremo.

4. Ahora carga una mesa. Para ello pulsa Load equipment y carga desde \arte\robots\equipment\tables\table_extended el correspondiente archivo parameters.

5. Pulsa Refresh.

6. Por último, carga una pieza. Pulsa Load piece y carga desde arte\robots\equipment\cylinders\cylinder_tiny el archivo parameters y pulsa Refresh.

7. Seguramente no puedas ver el cilindro cargado. Esto es porque se carga en la posición 0,0,0 que está situada en la base del robot y por tanto queda oculto. Para solucionar este problema puedes modificar el origen de la pieza. Para ello desde el Editor de Matlab teclea la siguiente instrucción:

8. A continuación, pulsa de nuevo Refresh y podrás ver todos los elementos cargados.



4. Desarrollo de un programa en ARTE.

En este apartado vamos a crear un programar la trayectoria del robot de forma sencilla. 1. Para empezar, inicializa la librería, carga un robot y arranca la interfaz Teach tecleando las

siguientes instrucciones en el Editor de MATLAB:

2. Con la interfaz Teach vamos a mover el robot a tres posiciones diferentes y después guardaremos

dichos puntos.



3. La secuencia a seguir es la siguiente:

a. Movemos el robot con los mandos (+/-X,Y,Z) hasta una posición. b. Damos un nombre a dicha posición (RT_tp1, RT_tp2, …) c. Pulsamos Save current target d. Repetimos pasos a) hasta c) dos veces más. (Consejo: intenta que no sean posiciones muy

distantes). e. Pulsamos Save TPs to file y guarda los puntos en un archivo (trayectoria.m), por ejemplo en

la carpeta arte.



4. Abre el archivo trayectoria.m y verás los puntos almacenados. 5. A continuación, incluye las siguientes líneas de código para que el robot haga una trayectoria entre

esos puntos. tool0=[1,[[0,0,0],[1,0,0,0]],[0,[0,0,0],[1,0,0,0],0,0,0]]; MoveJ(RT_tp1, 'vmax' , 'fine' , tool0, 'wobj0'); MoveJ(RT_tp2, 'vmax' , 'fine' , tool0, 'wobj0'); MoveL(RT_tp3, 'vmax' , 'fine' , tool0, 'wobj0'); MoveL(RT_tp1, 'vmax' , 'fine' , tool0, 'wobj0');

6. Finalmente ejecuta este script con la opción Run de Matlab .

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