UNIVERSIDAD DE SEVILLA
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
CAROLINA ALBEA SÁNCHEZ
SEPTIEMBRE 2004
A Juan María, por el gran apoyo prestado en la más dura etapa de mi
vida. Gracias por estar a mi lado siempre que lo he necesitado. Este
proyecto te lo debo a ti.
A mi familia, por su ayuda y paciencia durante todos estos años de
estudios. Gracias por haberme alentado a llegar a este momento de mi
vida.
A mis amigos más queridos, por seguir siempre ahí aunque ahora
exista una gran distancia entre nosotros.
A mis compañeros de Ingeniería Sin Fronteras, por todas esas
reuniones perdidas.
A mi familia dominicana, siempre en mi corazón.
Thanks to Birgit and Andreas, my austrian family. For their
unconditional help in my first moment in this land.
Thanks to my flatmates and my friends here in Graz, to make me feel
as if I am in my country.
Thanks to Dr. Kovac Igor, to give me the opportunity to work with
him.
Thanks to Michael Gödel, for all his help and his patience with my
difficulties with the language.
Thanks to Robert Schrempf, for his time.
Thanks to Prof. Dr. Frank Adolf and to all the department, for making
me feel welcome and accepted.
Thanks to Fabio Gómez-Estern, for his support and interest in this
project, and to motivate me to take the decision to come to Austria.
Sevilla, septiembre de 2004
ÍNDICE 0-4
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
0 PREFACIO.................................................................................. 1-108
1 INTRODUCCIÓN........................................................................... 1-10
2 PROGRAMACIÓN OFF-LINE ......................................................... 2-13
2.1 TIPOS DE PROGRAMACIÓN ..............................................................2-13
2.2 DIFERENCIAS DESTACADAS ENTRE LA PROGRAMACIÓN “ON-LINE” Y
LA PROGRAMACIÓN “OFF-LINE”.......................................................2-16
2.2.1 CARACTERISTICAS DE LA PROGRAMACIÓN ON-LINE. “TEACH-IN”. .............2-16
2.2.2 PROGRAMACIÓN OFF-LINE.......................................................................................2-18
2.3 VENTAJAS DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE..................................2-20
2.4 DESVENTAJAS DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE..........................2-21
2.4.1 CALIBRACIÓN CON LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE ...........................................2-22
2.4.2 MÉTODOS DE CALIBRACIÓN. ...................................................................................2-23 3 EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE
FRENTE AL CONVENCIONAL “TEACH-IN”. .................................. 3-26
3.1 ESTUDIOS DE LOS COSTES REALES DE LA PROGRAMACIÓN
ON-LINE ......... …………………………………………………………………….3-27
3.1.1 ESTUDIO DE REALIZACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN..........................................3-27
3.1.2 ESTUDIO DE COSTES DE LA PROGRAMACIÓN ON-LINE.....................................3-29
3.1.3 AUMENTO DE LA DEMANDA DE LA PROGRAMACIÓN ON-LINE ......................3-32
3.2 ESTUDIOS DE LOS COSTES REALES DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE ........................................................................................3-34
3.2.1 AUMENTO DE LA DEMANDA DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE.....................3-36
4 PROGRAMACIÓN OFF-LINE EN LA ACTUALIDAD......................... 4-39
ÍNDICE 0-5
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
5 DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS ............................................ 5-40
5.1 ECUACIÓN DEL MOVIMIENTO ............................................................5-41
5.2 INTERPOLACIÓN DE LA TRAYECTORIA ...........................................5-44
5.3 CONTROL INDEPENDIENTE DE LAS ARTICULACIONES DEL ROBOT5-47
5.3.1 DINÁMICA CONJUNTA DEL ACTUADOR Y MANIPULADOR ..............................5-49
5.3.2 CONTRLADOR PID ........................................................................................................5-54
5.4 DINÁMICA INVERSA ........................................................................5-55
6 SOFTWARE EM-WORKPLACE ...................................................... 6-58
6.1 PROCESOS DE FABRICACIÓN CON EM-WORKPLACE ......................6-58
6.2 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES CON EM-WORKPLACE. ................6-60
6.3 FUNCIONES DE EM-WORKPLACE ...................................................6-61
6.4 VERSIÓN DE EM-WORKPLACE EMPLEADA EN ESTE PROJECTO.....6-63
7 ROBOT INDUSTRIAL .................................................................... 7-64
7.1 CARÁCTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL MOTOMAN UP-20.................7-64
7.2 INFORMACIÓN TÉCNICA...................................................................7-65
7.3 DECISIÓN DE REALIZAR UNA APLICACIÓN DE MANIPULACIÓN EN EL MOTOMAN UP-20 .............................................................................7-67
8 PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-
WORKPLACE................................................................................ 8-68
8.1 EVALUACIÓN DE LOS MATERIALES Y HERRAMIENTAS NECESARIAS
PARA EL DESARROLLO Y LA EJECUCIÓN DEL PROGRAMA. ............8-68
8.2 SOLUCIÓN A LA FALTA DE MATERIALES. ........................................8-71
8.3 DISEÑO DE LA PIEZA DE CONEXIÓN ENTRE LA CABEZA DEL ROBOT Y EL ELEMENTO HIDRÁULICO DE EXTRACCIÓN. ...............................8-72
ÍNDICE 0-6
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
8.4 DISEÑO DEL PROGRAMA ................................................................8-74
8.4.1 CREACIÓN DE UN PROYECTO EN EM-WORKPLACE ............................................8-74
8.4.2 DISEÑO DE LOS COMPONENTES EN EM-WORKPLACE.......................................8-76
8.4.3 CONEXIÓN DEL ELEMENTO HIDRÁULICO DE EXTRACCIÓN JUNTO CON LA PIEZA CONECTORA EN LA CABEZA DEL ROBOT. .................................................8-81
8.4.4 DEFINICIÓN DEL PUNTO DE TRABAJO USANDO LA PROGRAMACIÓN
ON-LINE. ......................................................................................................................... 8-83
8.4.5 COLOCACIÓN DE LOS COMPONENTES EN LA CELDA DE TRABAJO................8-85
8.4.6 DEFINICIÓN DE LAS TRAYECTORIAS. .....................................................................8-94
8.4.7 PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20............................................8-100
8.4.8 CÓDIGO DEL PROGRAMA.........................................................................................8-111
8.4.9 SIMULACIÓN CON EM-WORKPLACE. ....................................................................8-109
8.4.10 DOWNLOAD. ................................................................................................................8-111
8.5 EJECUCIÓN DEL PROGRAMA......................................................... 8-112 9 OPTIMIZACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN
UP-20 CON EM-WORKPLACE..................................................... 9-115
9.1 REDUCCIÓN DE LAS TRAYECTORIAS............................................. 9-116
9.2 INCREMENTO DE LA VELOCIDAD .................................................. 9-120
9.3 SIMULACIÓN Y EJECUCIÓN DEL PROGRAMA OPTIMIZADO........... 9-121
9.3.1 CÓDIGO DEL PROGRAMA OPTIMIZADO ...............................................................8-111
9.4 RESULTADOS DE LA OPTIMIZACIÓN DEL PROGRAMA CON ................... EM-WORKPLACE ............................................................................ 9-126
10 CONCLUSIONES ...................................................................... 10-127
11 BIBLIOGRAFÍA ......................................................................... 11-130
ÍNDICE 0-7
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
12 APÉNDICES.............................................................................. 12-133
12.1 APÉNDICE1. PRÁCTICA DELABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING
OF THE MOTOMAN UP-20………………………………………………….12-133
12.2 APÉNDICE 2. PRÁCTICA DE LABORATORIO 2:OFF-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20 WITH EM-WORKPLACE……………………12-155
12.3 APÉNDICE 3. PLANO DE LA PIEZA DE CONEXIÓN ENTRE LA CABEZA
DEL ROBOT Y EL ELEMENTO HIDRÁULICO DE EXTRACCIÓN ..... 12-176
PREFACIO 0-8
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
0 PREFACIO
La programación Off-Line es una nueva metodología de
programación de robots industriales. Dicha metodología no se encuentra
aún muy extendida en el ámbito industrial, debido fundamentalmente a su
elevado coste de implantación.
Con respecto a la elaboración de este proyecto, los pasos seguidos
fueron los siguientes:
En primer lugar, se realizó una discusión de las ventajas y
desventajas que la programación Off-Line presenta frente a la
programación On-Line. Así como, un estudio de costes de ambas
programaciones para efectuar una comparación en términos económicos.
Posteriormente, se elaboró un estudio de la dinámica de los robots y
de su control, tanto con ecuaciones ideales como con ecuaciones reales.
Seguidamente, fue estudiado el software de simulación y
programación Off-line de robots industriales, eM-Workplace. Con este
software fue implementada la programación Off-Line en un robot
industrial. El robot en cuestión fue el Motoman UP-20.
A continuación se analizaron las características propias del Motoman
UP-20. Una unidad de este robot industrial se encuentra en el
“Departamento de Fabricación” de la “Universidad Técnica de Graz,
Austria”.
PREFACIO 0-9
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Tras estos estudios se efectuó el diseño y la ejecución de un
programa empleando este método de programación. La aplicación elegida
fue una aplicación de manipulación de envases de transporte. Se elaboró
un análisis de los resultados obtenidos y posteriormente se procedió a
realizar una optimización de este mismo programa.
En el diseño del programa, se realizó un análisis de los materiales
necesarios para su ejecución. Al notar la falta de una pieza de conexión,
ésta fue diseñada y fabricada en los laboratorios del propio departamento.
Por último, se llevó a cabo una interpretación de los resultados,
tratando obtener nuestras propias conclusiones, aprovechando las
instalaciones y la experiencia que el “Departamento de Fabricación” de la
Universidad tiene en este tipo de programación.
Los resultados obtenidos fueron notablemente positivos para la
programación Off-Line, pudiendo afirmar que, la programación Off-Line
optimiza la productividad y como consecuencia induce a un aumento de la
demanda.
Adjuntado a esta memoria aparece un pequeño manual de la
programación On-Line del Motoman UP-20, y de la programación Off-Line
del software eM-Workplace. Ambos manuales están siendo utilizados
actualmente para las prácticas de la asignatura “Industrial Robot” que
imparte el profesor Dr. Kovăc Igor en el “Departamento de Fabricación” de
la “Universidad Técnica de Graz”.
INTRODUCCIÓN 1-10
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
1 INTRODUCCIÓN
El aumento de la competencia en la industria y el incremento de la
demanda incurren en una intensificación de la productividad. Este hecho
ha repercutido notablemente en el entorno de los robots industriales que
han dirigido la mirada a la programación Off-Line [1].
La programación Off-Line puede mejorar el empleo de los robots
industriales, y como consecuencia, es posible intensificar la productividad
y disminuir la fase de producción. A través de las simulaciones, puede ser
analizada la evolución de la producción, optimizarla y reducir los tiempos
de producción [1].
Asimismo, dicha metodología de programación proporciona una
mayor eficiencia y una mayor optimización de los programas, así como, un
incremento en la seguridad laboral [4].
Aún así, la programación Off-Line, presenta graves inconvenientes
que, a día de hoy imposibilitan su extensión en la industria. Los altos
costes iniciales y las inexactitudes asociadas a dicha metodología [4-6]
constituyen sus mayores desventajas.
Para evaluar de manera analítica la viabilidad de la programación
Off-Line, se elaboró un estudio económico de este tipo de programación en
el mercado.
Se efectuó un análisis de los fundamentos técnicos de la dinámica y
el control de los robots, para comprender su comportamiento interno [7].
INTRODUCCIÓN 1-11
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Por otro lado, se evaluó de manera práctica las ventajas y
desventajas de la programación Off-Line frente a la programación On-Line,
se programó un robot con esta metodología. El robot en cuestión es el
Motoman UP-20; se trata de un brazo articulado de producción [2] que se
encuentra en el laboratorio del “Departamento de Fabricación” de la
“Universidad Técnica de Graz”. Por otro lado, el software con el que se llevó
a cabo la programación es el paquete eM-Workplace.
El software eM-Workplace es un lenguaje explícito de programación
orientado a movimientos, totalmente compatible con programas CAD-CAM
[3], Este software permite la importación y exportación de datos entre
ellos.
La aplicación elegida es una aplicación de manipulación. El robot
anteriormente mencionado, transportará envases de PVC desde un
contenedor de origen hasta un contenedor de destino. Esta aplicación ha
sido elegida por su posibilidad de llevarse a cabo íntegramente en el
laboratorio del departamento y así, poder realizar un estudio más
exhaustivo. La única necesidad fue una pieza de conexión que fue
diseñada y fabricada en las instalaciones del departamento.
Una vez diseñado el programa e implementado en el Motoman UP-20,
se realizó una optimización del mismo y se volvió a implementar
evaluando los resultados obtenidos. Dicha optimización consistió en una
reducción del tiempo de ejecución del programa, de modo que resulta
manifestada una mayor eficiencia en la producción.
Al primer programa elaborado, se le denominó en esta memoria
como: “Programa Principal”; y al segundo programa, con el que se quiere
INTRODUCCIÓN 1-12
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
demostrar las mejoras que ofrece la programación Off-Line, se le
denominó: “Programa Optimizado”.
Tras la recopilación de los resultados obtenidos, se llevó a cabo una
visión conjunta de las posibilidades que ofrece la programación Off-Line
frente a la programación On-Line. Se discutió detenidamente todas las
ventajas y desventajas que posee este tipo de programación valiéndonos de
las experiencias realizadas.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE 2-13
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
2 PROGRAMACIÓN OFF-LINE
Este capítulo se encuentra fundamentado en la bibliografía [4-6].
2.1 TIPOS DE PROGRAMACIÓN
Actualmente se pueden distinguir dos tipos de programación de
robots industriales claramente diferenciados:
Programación On-Line:
Dentro de la programación On-Line, existen dos metodologías
fundamentales: “Teach-In” y “Play-back”.
Mientras que en la primera, los puntos por donde debe desplazarse
el robot, se van introduciendo tras mover a éste con la ayuda de un
panel de control; la segunda se distingue porque el robot es movido
manualmente. En todo instante, el programador debe de estar cerca del
área de movimiento del robot.
En ambos casos, la CPU del robot almacena toda la información
generada en la programación, en un programa del robot generado
internamente.
La segunda metodología está en desuso en la actualidad, por lo que
en los siguientes apartados, cuando hagamos referencia a la
programación On-Line, estaremos siempre refiriéndonos a la
metodología “Teach-In”.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE 2-14
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Programación Off-Line:
En la programación Off-Line, los programas se generan lejos del
entorno del robot, generalmente desde un computador con un tipo
específico de software.
Dentro de este tipo de programación también se puede llevar a cabo
una clasificación en distintas metodologías:
• Programación Interactiva: está basada en un diálogo
establecido entre el robot y el programador a través de un
ordenador.
• Programación Explícita: consiste en una programación
orientada a movimientos. Para la utilización de este tipo de
programación, se hace absolutamente necesario la utilización
de un software específico de simulación, como por ejemplo el
utilizado para la realización de este proyecto: eM-Workplace.
• Programación Implícita: en este caso la programación es
orientada a objeto. Las entradas del programa se efectúan a
través de un ordenador, utilizando un editor de texto,
generalmente con un editor de texto específico del fabricante
del robot, que lleva incorporado un comprobador de sintaxis.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE 2-15
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Fig. 2.1. Diagrama de la clasificación de los tipos de programación de los robots industriales.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE 2-16
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
2.2 DIFERENCIAS DESTACADAS ENTRE LA PROGRAMACIÓN “ON-LINE” Y LA PROGRAMACIÓN “OFF-LINE”
2.2.1 CARACTERISTICAS DE LA PROGRAMACIÓN ON-LINE. “TEACH-IN”.
Modo secuencial de operaciones: este tipo de programación se basa
en un modo de trabajo secuencial, por lo que es solamente factible
tras la completa instalación del robot y elementos auxiliares.
“Teach-In” siempre requiere robots operacionales, herramientas instaladas y marcas que faciliten conseguir la precisión requerida por
el robot en cuestión. Esto significa que, el cumplimiento de los plazos
de entrega marcados al cliente dependen del progreso en el montaje
y en el trabajo de instalación.
Tardanza en la detección de errores: Los posibles errores producidos,
tanto en la planta de diseño de los programas, como en la planta de
producción, donde los robots son instalados, son detectados
posteriormente.
Reestructuraciones y/o modificaciones, causan retrasos no
proyectados en los plazos de entrega.
Requerimiento de personal: la necesidad de una rápida puesta en
funcionamiento de la instalación, requiere temporalmente un alto
número de personal cualificado en “Teach-In”. Esto, significa un alto
coste en personal ajeno a la empresa.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE 2-17
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Requerimiento de un tiempo extra: se requiere un tiempo extra
debido a posibles insuficiencias de preparación específica del
personal de “Teach –In” cuando son demandados nuevos proyectos
por los clientes; asimismo, se precisa un tiempo extra para llevar a
cabo la programación, permaneciendo por consiguiente, los robots
fuera de producción.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE 2-18
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
2.2.2 PROGRAMACIÓN OFF-LINE
Requerimiento de un proceso de trabajo digital: es necesario un modo
paralelo de trabajo en la fase de ingeniería, paralelo al diseño y a la
simulación.
No requiere ni robots, ni ningún tipo de componente físico: la
programación y la demanda virtual no requiere robots ni
componentes físicos. Todos los componentes necesarios en los
sistemas de simulación aparecen disponibles como objetos en 3D en
las celdas de trabajo.
Rápidas evaluaciones y optimizaciones: los modelos en tres
dimensiones permiten rápidas evaluaciones y optimizaciones de los
programas desarrollados. Los errores de diseño son detectados más
tempranamente y pueden ser corregidos en la misma fase de diseño.
Mejor conocimiento del trabajo: Los programadores tienen la
oportunidad de familiarizarse con los objetivos y especificaciones
técnicas, gracias a una intensiva tarea en las celdas de trabajo del
software.
Visión conjunta por simulación: la programación Off-Line requiere
simulaciones de todas las celdas del robot. Al finalizar el proyecto, se
tiene disponible una completa documentación de las instalaciones,
la cual facilita notablemente realizar las modificaciones necesarias
en estas instalaciones, en tiempos posteriores. Es posible llevar a
cabo rápidas integraciones de las modificaciones durante la
producción continua.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE 2-19
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Trabajo más versátil: experiencias han mostrado que los encargos
realizados por el cliente se realizan con una mayor minuciosidad;
asimismo, los plazos de entrega son reducidos y se puede llegar a
necesitar menos personal.
Ahorro de costes de personal: se reducen los tiempos de expedición
debido a un trabajo de oficina de dos a cuatro meses
aproximadamente.
Se genera un trabajo más confortable: este hecho se debe
principalmente a que el programador trabaja con un computador
lejos del área de trabajo de los robots. Este nuevo trabajo de oficina
se ha considerado y aceptado como una mejora social entre los
jóvenes programadores de robots.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE 2-20
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
2.3 VENTAJAS DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE
Las principales ventajas de la programación Off-Line son las
siguientes:
Se incrementa la eficiencia del robot.
Disminuye el riesgo laboral debido a que los operadores
permanecen lejos del área de operación del robot.
Los diferentes lenguajes de programación de cada robot, pueden
simplificarse en un único sistema de programación.
La programación explícita acepta la integración de los sistemas
CAD/CAM con las ventajas que ello conlleva.
Simplificación de tareas complejas.
Las optimizaciones son realizadas más fácilmente, gracias a las
simulaciones que son obtenidas por el software.
Posible accesibilidad a los controladores de los robots.
Los análisis de tiempos de ciclo se efectúan desde el software y no
desde la planta de producción. Estos análisis pueden elaborarse
sin parar la marcha de la producción.
Los programas pueden verificarse y validarse antes de su
implementación en los robots.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE 2-21
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
2.4 DESVENTAJAS DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE
Altos costes iniciales debidos a la formación del personal, licencias
del software, nuevas estaciones de trabajo y adaptación de las
herramientas demandadas por los clientes, entre otros factores.
La acumulación de errores y desviaciones pueden transformarse
en grandes imprecisiones.
Necesidad de generar un nuevo proyecto en términos de
organización y de tiempo.
Necesidad de una precisión muy buena, en lo que a elementos de
referencia para la programación se refiere.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE 2-22
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
2.4.1 CALIBRACIÓN CON LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE
Debido a inevitables imprecisiones producidas por la programación
Off-Line, la posición de los robots con respecto al resto de componentes de
la planta real, no corresponden exactamente con los modelos matemáticos
de los sistemas de simulación. Por esa razón, la posición del robot necesita
ser medida, de alguna manera, con respecto al resto de componentes de
su entorno (el punto de referencia de la pieza de trabajo y/o el punto de
referencia del robot). Las desviaciones o se
corrigen en los sistemas de simulación,
usando transformaciones de coordenadas de
los modelos, o directamente en el control del
robot mediante entradas de valores de
corrección (el desplazamiento base del robot
con respecto a su desplazamiento real). Sólo
una vez efectuada esta calibración, los
programas desarrollados por la programación
Off-Line pueden ejecutarse sin riesgo a
colisiones en la planta real. Fig. 2.2. Laser Tracker calibrando un robot. (Auscartec).
PROGRAMACIÓN OFF-LINE 2-23
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
2.4.2 MÉTODOS DE CALIBRACIÓN.
Método de “medidas tipo”:
Las medidas las genera el propio robot y no requiere ninguna
otra medida adicional. La medida tipo se realiza sobre la superficie
del robot o en la herramienta del mismo, y se efectúan las medidas
en puntos conocidos en los sistemas coordenados.
El robot mide, al menos, tres puntos de referencias por
acercamiento manual de la herramienta a los puntos reseñados.
• Ventaja: No es necesario instrumentos de medidas en 3-D.
• Desventaja: Consumo de tiempo elevado y precisión limitada.
Este tipo de calibración forma parte del conocimiento básico
de los programadores Off-Line, y pueden hacer uso de ella si no es
posible efectuarla con ningún otro método.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE 2-24
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Sistemas de medida en 3-D:
• Portable CMM, brazo articulado de robot con generadores de pulso
integrado y sensor de medidas. Este método efectúa medidas
rápidas, precisas, pero de capacidad limitada respecto a la
frecuencia de cambio de posición y respecto a las medidas
necesarias.
• Photogrammetry, utilizando cámaras digitales en 3-D.
• Laser Tracker, instrumento que lleva a cabo la calibración a
través de realizar medidas de longitud de onda con rayo láser.
Estos instrumentos son más rápidos, más exactos, con mayores
rangos, pero claramente más costosos.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE 2-25
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Fig. 2.3. Calibración de un robot industrial utilizando el Laser Tracker.
EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE FRENTE AL CONVENCIONAL “TEACH-IN” 3-26
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
3 EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE FRENTE AL CONVENCIONAL “TEACH-IN”.
En dependencia a las condiciones específicas de los estudios
realizados en este capítulo y a los resultados obtenidos, podemos constatar
que:
La programación On-Line es tan propicia como la Off-Line,
debido a que ambas necesitan el mismo número de horas de
trabajo por robot.
Desde el punto de vista económico la programación On-Line
ofrece una mayor ventaja que la Off-Line, debido
principalmente a los altos costes iniciales y a la poca
existencia de personal cualificado por tratarse de una nueva
tecnología.
Las ganancias de beneficio por aumento de la demanda crecen
más rápidamente con la programación On-Line que con la Off-
Line.
EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE FRENTE AL CONVENCIONAL “TEACH-IN” 3-27
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
3.1 ESTUDIOS DE LOS COSTES REALES DE LA PROGRAMACIÓN ON-LINE
3.1.1 ESTUDIO DE REALIZACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN
Estudiamos los costes de una supuesta empresa de fabricación de 5
modelos de automóviles. Esta empresa tiene una producción de unos
30.000 vehículos anuales (unos 115 vehículos/día).
En la planta de producción hay 60 robots industriales que, tienen
que ser programados para los cinco modelos de automóviles. Para llevar a
cabo la programación caben dos posibilidades: contrato de programadores
por parte de la empresa o subcontratación de una empresa para llevar a
cabo la programación.
EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE FRENTE AL CONVENCIONAL “TEACH-IN” 3-28
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Programadores de la empresa para efectuar la programación On-Line
La empresa contrata empleados permanentes que realizan la
programación cuando sea necesario. Se suponen un número de empleados
de 30. Asimismo, suponemos un salario bruto de 38.400 €,
aproximadamente 35€/hora que
incluyen seguros sociales y otros
tributos. Los costes de los salarios
podemos verlos en la tabla 3.1. Tabla 3.1.
Subcontratación de una empresa para efectuar la programación On-Line
La empresa subcontrata a una consultora la reprogramación de los
robots un promedio de 5 veces al año, lo cual tiene un coste elevado, de
unos 17.300€ por reprogramación. Estimamos que en cada
reprogramación, son reprogramados
el 40% de los robots, ya que no es
necesario realizar reprogramaciones
completas. En la tabla de la derecha
tenemos los costes de esta opción. Tabla 3.2.
Tras este estudio se consta que, resulta más rentable que la empresa
contrate a sus propios programadores.
OPCIÓN A Programadores de la empresa
nºrobots/empleado 2nº empleados 30salario/empleado 38.400Costes salarios 1.152.000
OPCIÓN B Empresa subcontratada
nº de subcontrataciones/año 5Precio por subcontratación 17.300nº de robots reprogramables 24Coste 2.076.000
EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE FRENTE AL CONVENCIONAL “TEACH-IN” 3-29
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
3.1.2 ESTUDIO DE COSTES DE LA PROGRAMACIÓN ON-LINE
A continuación, realizamos un estudio de los costes fijos y costes
variables de la empresa en un año.
Para el cálculo del coste de la
mano de obra directa se estima que
hay 500 empleados, con un salario de
10€/hora y un total de 8 horas de
trabajo al día.
Para el cálculo de la mano de
obra indirecta se estiman unos 300
trabajadores con salarios que oscilan
entre 10€/hora y 45€/hora. Tabla 3.3.
El coste de programación corresponderá a la opción elegida
anteriormente.
Los costes fijos engloban las amortizaciones y los tributos. En las
amortizaciones se tiene presente tanto los robots de producción como
otras maquinarias. Los robots de producción tienen un coste de 160.000€
por cada robot en cuestión.
Los ingresos se calculan con las
ventas de vehículos, a 18.000€ por
vehículo vendido. Tabla 3.4.
COSTES Variables Mano de obra directa 10.600.000 Mano de obra indirecta 48.000.000 Programación 1.152.000
Suministros 198.365.000
Costes Variables Totales 258.117.000Fijos Amortizaciones 239.000 Tributos 1.525.000Costes Fijos Totales 1.764.000 Costes Totales 259.881.000
INGRESOS Ventas por unidad 18.000Ingreso Total 540.000.000
EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE FRENTE AL CONVENCIONAL “TEACH-IN” 3-30
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Tras realizar el cálculo del beneficio, se restan las pérdidas de
oportunidades de negocio por el hecho de limitar el número de cambios en
la programación del robot (10% del beneficio). Este cálculo aparece
reflejado en la tabla 3.5.
Tabla 3.5.
BENEFICIOS Beneficio Pérdida de oportunidad
280.119.00028.011.900
Beneficio Total 224.095.200
EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE FRENTE AL CONVENCIONAL “TEACH-IN” 3-31
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Costes por interrupción de la producción por reprogramación
A continuación, vamos a realizar una valoración de los costes
asociados a la interrupción de la producción debido a la programación On-
Line.
Se calcula el tiempo que involucra la reprogramación de los robots.
Se estima que cada robot requiere unas 112 horas de reprogramación, y
que son reprogramados el 40% de los robots, como se comentó
anteriormente. Teniendo en cuenta cinco reprogramaciones anuales se
obtiene un total de horas de trabajo de 13.440 horas. En la plantilla hay
30 programadores que, corresponderá a 448 horas por trabajador, y
trabajarán en jornadas dobles de 16 horas, para que la producción se
mantenga el mínimo número de horas parada. Habrá 15 programadores
trabajando un turno y otros 15 trabajando el otro turno. Se generará un
total de 28 días que se mantiene la producción interrumpida.
Se hace el cálculo del beneficio por día, en la tabla 3.6., y se
obtienen las pérdidas por días totales perdidos. El porcentaje de pérdidas
asciende al 11%.
Tabla 3.6.
INTERRUPCIÓN DE LA PRODUCCIÓN nº de reprogramaciones 5nº dias perdidos 28Beneficio por dias totales 951.347,55Pérdidas 26.637.731,32Porcentaje 11%
EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE FRENTE AL CONVENCIONAL “TEACH-IN” 3-32
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
3.1.3 AUMENTO DE LA DEMANDA DE LA PROGRAMACIÓN ON-LINE
El departamento de marketing aconseja 12 reprogramaciones
anuales para mantener la
competitividad y aumentar la
demanda en un 20%.
Al aumentar la demanda un
20% la producción de vehículos
anualmente ascenderá a 36.000. Tabla 3.7.
Para realizar el estudio de costes anuales bajo estas condiciones, los
costes variables se aumentan un 20%, manteniéndose los costes fijos.
Cálculo realizado en la tabla 3.7.
Se hace de nuevo el cálculo del
beneficio, como podemos ver en la
tabla 3.9., manteniendo los costes por
pérdida de oportunidad. Observamos
que bajo estas circunstancias dadas el
beneficio aumenta, y por tanto las
ganancias. Tabla 3.8 (ingresos) y tabla 3.9. (beneficios)
Se efectúa el cálculo de la ganancia sobre el beneficio, tabla 3.10.,
para realizar posteriormente la comparación con la programación Off-Line.
Tabla 3.10.
COSTES Variables Mano de obra directa 12.720.000 Mano de obra indirecta 57.600.000 Programación 1.382.400 Suministros 238.038.000Costes Variables Totales 309.510.000Fijos Costes Fijos Totales 1.764.000Costes Totales 311.504.400
INGRESOS Ventas por unidad 18.000Ingreso Total 648.000.000
BENEFICIOS Beneficio Pérdida de oportunidad
336.495.60033.649.560
Beneficio Total 302.846.040
GANANCIA Ganancia beneficio 50.738.940Porcentaje ganancia beneficio 20%
EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE FRENTE AL CONVENCIONAL “TEACH-IN” 3-33
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Costes por interrupción de la producción por reprogramación con una demanda del 20%
Ahora el número de reprogramaciones son de 12; por lo que el
número de días perdidos por interrupción de la producción serán 67 días.
Así, el porcentaje de pérdidas será de un 25%, como aparece
reflejado en la tabla 3.11. Por lo que se concluye que al aumentar el
número de reprogramaciones con la programación On-Line, aumenta el
beneficio en un 43%, pero aumentan las pérdidas un 187%. Por
consiguiente, habría que estudiar en cada caso la ventaja de aumentar con
la programación On-Line el número de reprogramaciones proyectadas.
Tabla 3.11.
Ésto no sucede con la programación Off-Line, ya que no se producen
interrupciones de la producción. Este hecho se debe a la característica de
este tipo de programación que, no requiere robots ni componentes físicos.
INTERRUPCIÓN DE LA PRODUCCIÓN nº de reprogramaciones 12nº días perdidos 67Beneficio por días totales 1.142.815,25Pérdidas 76.568.621,43Porcentaje 25%
EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE FRENTE AL CONVENCIONAL “TEACH-IN” 3-34
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
3.2 ESTUDIOS DE LOS COSTES REALES DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE
Comenzamos estudiando los costes anuales de la programación Off-
Line.
El número de programadores e ingenieros que diseñan e implementan
los programas serán un total de 25. Con una mano de obra contabilizada
de 50€/hora, incluyendo gastos. El salario anual de todos los trabajadores
ascenderá a 2.120.000 €.
De este modo los costes por programación incluidos en los costes
variables, serán de 53.000.000. Observamos en la tabla 3.12., que los
costes por programación han ascendido notablemente respecto a la
programación On-Line. Debido
principalmente al aumento del coste
de la mano de obra, ya que los
programadores On-Line son técnicos
mientras que los programadores Off-
Line actualmente son ingenieros; y por
la falta de personal cualificado, en el
presente, por tratarse de una nueva
tecnología. Tabla 3.12.
Hay que destacar que los costes por amortización han ascendido, esto
se debe a las nuevas amortizaciones por licencias de software, manuales,
ordenadores, periféricos, calibradores, etc.
COSTES Variables Mano de obra directa 10.600.000 Mano de obra indirecta 48.000.000 Programación 53.000.000 Suministros 198.365.000Costes Variables Totales 309.965.000Fijos Amortizaciones 277.560 Tributos 1.525.000Costes Fijos Totales 2.955.360 Costes Totales 312.920.360
EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE FRENTE AL CONVENCIONAL “TEACH-IN” 3-35
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Se vuelve a efectuar el cálculo de ingresos y beneficios, tablas 3.13., y
3.14. Con la programación Off-Line se ha considerado anteriormente que
las pérdidas por interrupción de la producción debidas a las
reprogramaciones son nulas.
Tabla 3.13
Efectuamos el cálculo de las pérdidas respecto a la Off-Line, que se
contabilizaría como una nueva pérdida de oportunidad.
Tabla 3.14.
El porcentaje de pérdidas de beneficio respecto a la programación On-
Line es del 19%. Cifra muy elevada a la que hay que añadir los costes
iniciales de formación y equipamiento. Este alto porcentaje se debe
principalmente al coste de la mano de obra por programación. Con estos
podemos constatar que la programación Off-Line no es viable desde el
punto de vista económico.
INGRESOS Ventas por unidad 18.000Ingreso Total 540.000.000
BENEFICIOS Beneficio 227.079.640Pérdida de oportunidad 22.707.964Beneficio 204.371.676Pérdida oportunidad On-Line 47.735.424Beneficio Total 156.636.252Porcentaje pérdida 19%
EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE FRENTE AL CONVENCIONAL “TEACH-IN” 3-36
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
3.2.1 AUMENTO DE LA DEMANDA DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE
A continuación llevamos el estudio del aumento de la demanda con la
programación Off-Line, para llevar a cabo una comparación respecto de la
On-Line.
Efectuamos un aumento de la
demanda del 20%, igual que en la On-
Line. En el estudio de costes,
incrementamos los costes variables un
20%, manteniendo los anteriores
costes fijos. Estas variaciones quedan
reflejadas en la tabla 3.15. Tabla 3.15.
Volvemos a realizar el cómputo de ingresos, tabla 3.16., que habrán
ascendido también un 20%. Y evaluamos el beneficio, tabla 3.17., como en
casos anteriores.
Tabla 3.16.
Antes de realizar el cálculo de
pérdida de oportunidad por la
programación On-Line, efectuamos el
cálculo de ganancias por la demanda
de la programación Off-Line,como
podemos ver en la tabla 3.17. El
porcentaje de ganancias es de un 20%.
Tabla 3.17.
COSTES Variables Mano de obra directa 12.720.000 Mano de obra indirecta 57.600.000 Programación 63.600.000 Suministros 238.038.000Costes Variables Totales 371.958.000Fijos Costes Fijos Totales 2.955.360Costes Totales 374.913.360
INGRESOS Ventas por unidad 18.000Ingreso Total 648.000.000
BENEFICIOS Beneficio 273.086.640Pérdida de oportunidad 27.308.664Beneficio 245.777.976Ganancia 41.406.300Porcentaje ganancia 20%Pérdida oportunidad On-Line 57.068.064Beneficio Total 188.709.912Porcentaje pérdida On-Line 19%
EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE FRENTE AL CONVENCIONAL “TEACH-IN” 3-37
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
El porcentaje de pérdidas respecto a la programación On-Line se
mantiene constante, debido a que el aumento de beneficio por aumento de
la demanda es el mismo en ambas programaciones.
Si vamos aumentando la demanda evolutivamente, se observa que el
porcentaje de las ganancias con la programación Off-Line se incrementa
más despacio que con la programación
On-Line, como podemos apreciar en el
gráfico de la figura 4.1. Por lo que
podemos constatar nuevamente que la
programación On-Line es más ventajosa
que la Off-Line hablando en términos de
costes. Tabla 3.18.
Fig. 4.1. Gráfico de la evolución de la ganancia por aumento de la demanda para la programación On-Line y Off-Line.
Aumento de la demanda
Porcentaje ganancias On-Line
Porcentaje ganancias Off-Line
20% 20% 20% 25% 29% 25% 30% 37% 30% 35% 46% 35% 40% 54% 40%
0102030405060
1,2 1,25 1,3 1,35 1,4
PorcentajeGananciasOn-Line
PorcentajeGananciasOff-Line
EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE FRENTE AL CONVENCIONAL “TEACH-IN” 3-38
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Por último valoramos las pérdidas de oportunidad por la
programación On-Line. Se observa que coincide con el caso inicial. Se
consolida la idea que una variación de la demanda no afecta al porcentaje
de pérdidas, siempre hablando respecto a la programación On-Line. Y que
un aumento de la demanda se traduce en un aumento del beneficio para
ambos tipos de programación, como era de espera
PROGRAMACIÓN OFF-LINE EN LA ACTUALIDAD 4-39
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
4 PROGRAMACIÓN OFF-LINE EN LA ACTUALIDAD
En la actualidad, la programación Off-Line es la última de los posibles
procesos de trabajo digitales disponibles en la cadena de procesos de la
“industria de planificación digital” [5]. Hasta ahora, la mayoría de los
intentos de implementar la programación Off-Line han fracasado, debido a
los altos costes que ésta implica, lo cual explica las numerosas reservas
que todavía existen sobre este tipo de programación [6].
Hoy en día la programación Off-Line promete ser una herramienta
muy interesante en un futuro próximo para la programación de robots.
Está nueva técnica es rentable en todos los campos, tanto para los
programadores, como para los operadores de planta [4].
DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS 5-40
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
5 DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS
Llegados a este punto, y antes de empezar a profundizar en los
ensayos realizados, nos vamos a detener a comprender el comportamiento
de los controladores.
Comenzamos haciendo una introducción a la ecuación de movimiento,
que describe la evolución temporal de los manipuladores de los robots.
A continuación, veremos cómo se obtienen las trayectorias por
interpolación. El movimiento más simple que se estudiará, será el
movimiento punto a punto, que fue usado en los programas diseñados
para analizar la programación Off-Line. En este tipo de programación,
dadas las posiciones y orientaciones iniciales y finales de la garra del
robot, se evalúa la solución de la cinemática inversa para hallar los valores
iniciales y finales requeridos por las articulaciones.
Seguidamente, estudiamos el problema de control para
manipuladores robóticos, que utilizarán la ecuación de movimiento y la
ecuación de la dinámica del actuador para obtener la salida deseada. Se
utilizará un controlador PID para tratar los efectos de ruidos y otras
perturbaciones. El efecto de acoplamiento debido a movimientos de otras
articulaciones será ignorado.
Finalmente, hacemos alusión a la resolución de las ecuaciones
dinámicas no lineales, que son las ecuaciones que presentan realmente la
dinámica de los manipuladores y de las garras de los robots. En estas
ecuaciones los movimientos de las articulaciones están desacoplados, por
lo que eliminamos el problema de tratar el acoplamiento de movimiento [7].
DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS 5-41
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
5.1 ECUACIÓN DEL MOVIMIENTO
Partimos de la ecuación de Euler-Lagrange, que describe la evolución
de un sistema mecánico sujeto a ligaduras holónomas. Esta ecuación se
basa en la Lagrangiana del sistema, que es la diferencia entre la energía
potencial y la cinética del sistema.
Como hemos comentado, partimos de la ecuación de Euler-Lagrange:
jjj q
LqL
dtd τ=
∂∂
−∂∂&
j=1 … n (5.1.1)
donde n es el número de grados de libertad y la Lagrangiana (L) es de la
forma:
L=k-V. (5.1.2)
Estudiamos el caso especial en que la energía cinética es una
función cuadrática del vector q& de la forma
∑ ==n
ji
Tjiij qqDqqqqdK
,
)(21:)(
21
&&&& (5.1.3)
y la energía potencial V=V(q) es independiente de q& .
Al sustituir las dos condiciones anteriores en la Lagrangiana,
tenemos
)()(21
,
qVqqqdVKLji
jiij −=−= ∑ && (5.1.4)
DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS 5-42
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
tendremos que
jj
kjk
qqdqL
&&
)(∑=∂∂ (5.1.5)
de modo que
jiji i
kjj
jkj
k
qqqd
qqdqL
dtd
&&&&& ∑∑ ∂
∂+=
∂∂
,
)( (5.1.6)
∑ ∂∂
−∂
∂=
∂∂
ji kji
k
ij
k qVqq
qd
qL
,21
&& (5.1.7)
Entonces podemos reescribir la ecuación de Euler-Lagrange como
sigue:
kk
jik
ij
ji i
kjj
jkj q
Vqqqd
qd
qqd τ=∂∂
+∂
∂−
∂
∂+∑∑ &&&&
21)(
, (5.1.8)
k=1,… ,n
Intercambiando el orden de los sumandos y valiéndonos de la
simetría, podemos llegar a los términos:
∂
∂−
∂∂
+∂
∂=
k
ij
j
ki
i
kjijk q
dqd
qd
c21: (5.1.9)
que son conocidos como símbolos de Christoffel.
Finalmente, si definimos
k
k qV
∂∂
=φ (5.1.10)
DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS 5-43
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Entonces, podremos escribir la ecuación de Euler-Lagrange como: ∑ ∑ =++
j jikjiijkjkj qqqqcqqd
,
)()()( τφ&&&& , k=1,…,n (5.1.11)
En la ecuación anterior, hay tres tipos de términos. El primero,
implica a la segunda derivada de las coordenadas generalizadas. El
segundo son términos cuadráticos en primeras derivadas de q, donde los
coeficientes pueden depender de q, estos a su vez son clasificados en dos
tipos: los términos que involucran un producto del tipo 2iq& son llamados
centrífugos, mientras que los que involucran los productos del tipo jiqq &&
donde ji ≠ son llamados términos de Coriolis. El tercer tipo de términos lo
forman los que solamente tienen las coordenadas generalizadas, q, pero no
sus derivadas.
Es muy común escribir la ecuación (5.1.11) en forma matricial como
τ=++ )(),()( qgqqqCqqD &&&& (5.1.12)
habiendo encontrado, así, una importante relación entre la matriz de
inercia D(q) y la matriz ),( qqC & que será de fundamental importancia para
los problemas de control de manipulador.
DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS 5-44
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
0t
5.2 INTERPOLACIÓN DE LA TRAYECTORIA
El movimiento más simple de los robots es el movimiento punto a
punto: se dirige al robot para ir desde una configuración inicial 60initT hasta
una configuración final 60 finalT sin tener en cuenta la trayectoria seguida por
la garra. Este tipo de movimiento es apropiado para tareas de transporte
de material cuando el espacio de trabajo está libre de obstáculos; y es
común en los llamados: teach mode y playback mode donde la secuencia
de movimientos es introducida en el robot a través de un panel de control.
La tarea de transporte de material será la elegida en nuestro ensayo
para la evaluación de la programación Off-Line, y como consecuencia, el
tipo de movimiento será el movimiento punto a punto.
Discutimos el problema de la generación en el espacio de
trayectorias suavizadas. Para especificar una trayectoria necesitamos
definir las posiciones, velocidades y aceleraciones deseadas de cada
articulación del robot.
Suponemos que, para el tiempo la variable de la articulación
i-ésima satisface que:
00
00
)()(
qtqqtq
i
i
&& ==
(5.2.1)
y buscamos llegar a los valores en ft
1
1
)(
)(
qtq
qtq
fi
fi
&& =
= (5.2.2)
DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS 5-45
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
La figura 5.1. muestra una posible trayectoria para el movimiento.
Fig. 5. 1. Trayectoria típica en el espacio de las articulaciones.
Un método para generar una curva suavizada, tal como la
mostrada, es a través de una función polinomial de t. Ya que tenemos que
satisfacer las cuatro restricciones (5.2.1) y (5.2.2), necesitaremos un
polinomio con cuatro coeficientes independientes, cuyos valores serán
obtenidos al imponer dichas cuatro condiciones.
Consideramos una trayectoria cúbica de la forma
3
32
210 tatataaq di +++= (5.2.3)
de modo que sus velocidades serán
2
321 32 tataaq di ++=& (5.2.4)
DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS 5-46
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Combinando las ecuaciones (5.2.3) y (5.2.4) con las cuatro restricciones
anteriores obtenemos cuatro ecuaciones con cuatro incógnitas
23211
32101
2030210
303
2020100
32
32
ff
ff
tataaq
tataaq
tataaq
tatataaq
++=
++=
++=
+++=
&
& (5.2.5)
Estas cuatro ecuaciones pueden ser combinadas en una matriz no
singular
=
1
1
0
0
3
2
1
0
2
32
200
30
200
32101
32101
qqqq
aaaa
tttttttttt
ff
fff
&
& (5.2.6)
Con esta ecuación se obtiene la trayectoria deseada.
DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS 5-47
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
5.3 CONTROL INDEPENDIENTE DE LAS ARTICULACIONES DEL ROBOT
El problema de control para los manipuladores robóticos es el
problema de averiguar la historia temporal de las trayectorias en el espacio
de las entradas requeridas por las articulaciones para lograr el movimiento
solicitado por la garra del robot.
Las entradas en las articulaciones pueden ser fuerzas o momentos, o
pueden ser entradas directas en los actuadores, como tensiones en el
motor, que dependen del modelo usado en el diseño del controlador. El
movimiento solicitado es especificado como una secuencia de la posición y
orientación de la garra del robot, o como una trayectoria continua.
Hay muchas técnicas y metodologías de control que pueden ser
aplicadas para el control de los manipuladores. El método particular de
control elegido, así como la manera de implementarlo puede tener un
impacto significativo en las actuaciones del manipulador y
consecuentemente en el rango de sus posibles aplicaciones, como sucede
en el control de movimientos punto a punto.
Comenzamos nuestra discusión sobre el control considerando el tipo
más simple de la estrategia de control, llamada, “Control Independiente de
las Articulaciones”. En este tipo de control, cada eje del manipulador es
controlado como un sistema de entrada singular y salida singular. Los
efectos de acoplamiento debido al movimiento de otras articulaciones o
son ignorados o tratados como ruido.
DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS 5-48
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
La estructura básica de un sistema de control feedback con única
entrada y única salida se muestra en la figura 5.2. El objetivo del diseño es
elegir el compensador de tal modo que la salida de la planta sigue la salida
deseada, dada una señal de referencia. Los ruidos son entradas reales que
no podemos controlar, y que también influyen en el comportamiento de la
salida real. No obstante, el controlador debe ser diseñado de modo que los
efectos de los ruidos en la salida de la planta estén reducidos.
Fig. 5.2. Estructura básica de un sistema de control feedback.
DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS 5-49
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
5.3.1 DINÁMICA CONJUNTA DEL ACTUADOR Y MANIPULADOR
Partimos de la ecuación de movimiento (5.1.12) deducida en el punto
5.1 de este capítulo que representa el conjunto de ecuaciones diferenciales
que describen el movimiento de los n grados de liberad del robot
τ=++ )(),()( qgqqqCqqD &&&& (5.3.1)
Esta ecuación representa la dinámica de una cadena interconectada
de cuerpos rígidos ideales, suponiendo que hay una fuerza generalizada τ
actuando en las articulaciones. Podemos asumir que el k-ésima
componente de kτ del vector de la fuerza generalizada τ es un momento
sobre el eje 1−kz si la articulación k es una fuerza a lo largo de 1−kz , y la
articulación k es de forma prismática, como sucede con todas las
articulaciones del robot que utilizaremos en nuestro ensayo. Esta fuerza
generalizada es producida por un actuador, que puede ser eléctrico,
hidráulico o neumático. La ecuación (5.3.1) es una idealización que no
incluye un gran número de efectos dinámicos, como por ejemplo, la
fricción en las articulaciones y la flexibilidad de los cuerpos provocada por
deformación, deflexión y vibración.
Tratamos la dinámica de los actuadotes producidas por una fuerza
generalizada τ. Estudiamos la dinámica de los motores DC de
magnetización permanente, que son comunes para el uso de los robots en
la actualidad.
Los motores DC pueden ser clasificados de acuerdo a la manera en
que el campo magnético es producido y al diseño de la armadura. En el
caso de los motores con constante magnética, el flujo magnético es
DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS 5-50
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
constante y el momento en el rotor es controlado por la corriente de la
armadura.
Consideramos el esquema de la figura 5.3., donde
V(t)= tensión en la armadura
L= inductancia de la armadura
R= resistencia de la armadura
Vb= tensión de la fuerza electromotríz
Kb= constante de la fuerza contra elcetromotríz
ia= corriente de la armadura
Өm= posición del rotor
τm= momento generado
τl= momento de carga
φ= flujo magnético debido al estator
Bm= constante de amortiguamiento del motor
Fig. 5. 3. Diagrama del circuito para la armadura controlada del motor DC.
DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS 5-51
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
La ecuación diferencial debido a la corriente de la armadura es
baa VVRi
dtdiL −=+ (5.3.2)
Relacionamos el momento de carga con la fuerza electromotriz.
dt
dKKV m
bmbbθ
ω == (5.3.3)
Consideramos el motor DC en serie con un tren de engranajes con
engranaje de radio 1:r y conectado al manipulador. Refiriéndonos a la Fig.
5. 4. agrupamos Jm=Ja+Jg la suma de la inercia del engranaje y del rotor. La
ecuación de movimiento es
lamlmm
mm
m riKrdt
dBdt
dJ τττθθ
−=−=+2
2
(5.3.4)
Fig.5. 4. Unión del actuador y del tren de engranaje.
DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS 5-52
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
En el dominio de Laplace se combinan las tres ecuaciones (5.3.2),
(5.3.3) y (5.3.4), y se rescriben:
)()()()( ssKsVsIRLs mba θ−=+ (5.3.5) )()()()( 2 srsIKssBsJ laimmm τθ −=+ (5.3.6)
El diagrama de bloque asociado al sistema es el siguiente
Fig. 5. 5. Diagrama de bloques para el sistema del motor DC.
Tenemos que m
m
BJ
RL<< , y por tanto consideramos que 0≅
RL . Llegamos
así, a la siguiente ecuación
kkkmmmbmmm rRVKRKKBJ
kkτθθ −=++ /)/( &&& (5.3.7)
k=1, … ,n
La ecuación (5.3.7) representa la dinámica del actuador y representa
la inercia no lineal, centrípeta, coriolis y gravitatoria que afecta al acople
debido al movimiento del manipulador.
DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS 5-53
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Asumimos por simplicidad que
kmkq θ= (5.3.8)
Haciendo
RKKBB mbmeff /+= y RKK m /= (5.3.9) y aproximando el coeficiente de inercia por la inercia efectiva Jeff
escribimos la (5.3.7)
kkkmeffmeff drKVBJ
kk−=+ θθ &&& (5.3.10)
donde dk se trata como un ruido y se define por kji
jiijk
kjjjkk gqqcqdd ++= ∑∑
≠
&&&&,
: (5.3.11)
La ecuación (5.3.10) representa la posición de la k-ésima
articulación.
Fig. 5. 6. Diagrama de bloques simplificado de un sistema de bucle abierto con amortiguamiento e inercia efectiva.
DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS 5-54
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
5.3.2 CONTRLADOR PID
Utilizamos un controlador PID para llevar a cabo el control del
sistema, de modo que éste es controlado para todo los valores de las
ganancias.
Con el compensador PID tendremos
s
KsKKsC I
Dp ++=)( (5.3.12)
El bucle del sistema es ahora de tercer orden es
)()(
)()(
)()(
22
2
sDs
rsss
KsKsKs dIpD
m Ω−Θ
Ω
++=θ (5.3.13)
donde IpDeffeff KKsKKsKKBsJ ++++=Ω 23
2 )( (5.3.14)
Fig. 5. 7. Sistema con bucle cerrado con control PID.
DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS 5-55
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
5.4 DINÁMICA INVERSA
A continuación consideramos las aplicaciones de técnicas de control
no lineal complejas para los manipuladores rígidos.
Reformulamos las ecuaciones dinámicas de los manipuladores no
lineales en una forma más conveniente. Partimos de las ecuaciones de
movimiento (5.1.11) y (5.3.7)
∑ ∑ =++
j jikjiijkjkj qqqqcqqd
,)()()( τφ&&&& (5.4.1)
kkkmmmbmmm rRVKRKKBJ
kkτθθ −=++ /)/( &&& (5.4.2)
Dividiendo (5.4.2) por rk y usando
kk
m qrk
1=θ (5.4.3)
escribimos la ecuación (5.4.2)
kkk
mkk
kkm
k
vRr
KqBr
qJr
τ−=+ &&&22
11 (5.4.4)
donde RLKBB mbmk k
/+= . Sustituyendo (5.4.4) en (5.4.1) tenemos
kk
mkkk
n
j
n
ji kjiijkjjkkm
k
vRr
KgqBr
qqcqdqJr k
=++++∑ ∑= =
&&&&&&&1 1,
22
11 (5.4.5)
En forma matricial estas ecuaciones de movimiento pueden ser
escritas:
uqgqBqqqCqJqD =++++ )(),())(( &&&&& (5.4.6)
DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS 5-56
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Donde D(q) es la matriz de inercia del manipulador n*n, y J es una
matriz diagonal con los elementos km
k
Jr 2
1 .
Por simplicidad escribimos la ecuación (5.4.6) uqqhqqM =+ ),()( &&& (5.4.7)
donde M=D+J y gqBqCh ++= && . La idea de la dinámica inversa es
buscar una ley de control feedback no lineal, de la forma
vqqfu += ),( & (5.4.8) donde v representa la entrada del sistema linealizado.
Cuando la ecuación (5.4.8) se sustituya en (5.4.7), resulte un sistema
lineal en bucle cerrado.
Por lo general, en los sistemas no lineales puede ser bastante difícil o
imposible encontrar una ley de control. En el caso de las ecuaciones de la
dinámica del manipulador (5.4.7), el problema es realmente sencillo.
Observando (5.4.7) vemos que si elegimos el control u de acuerdo a la
ecuación
),()( qqhvqMu &+= (5.4.9) y sabiendo que la matriz de inercia, M, es invertible; del sistema (5.4.7)-
(5.4.9) se deduce que
vq =&& (5.4.10)
DINÁMICA Y CONTROL DE ROBOTS 5-57
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
El término v representa una nueva entrada al sistema que ya ha sido
elegida con anterioridad. La ecuación (5.4.10) es conocida tanto como el
“Sistema Integrador Doble”, como la representación de n integradores
dobles desacoplados. La ley de control no lineal (5.4.9) es denominada
“Control Dinámico Inverso”.
Cada entrada vk puede ser diseñada para controlar un sistema lineal
escalar. Además, asumiendo que vk es una función que depende
solamente de qk y sus derivadas, vk afectará a las qk independientemente
del movimiento de las otras articulaciones.
En la figura 5.8. ilustramos la noción del control con bucle externo y
bucle interno. El control no lineal (5.4.9) actúa como un bucle interno, con
interfaz no lineal cuya entrada es v y salida u. El lazo externo actúa como
control feedback.
Fig. 5. 8. Arquitectura de control con bucle externo y bucle interno.
SOFTWARE EM-WORKPLACE 6-58
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
6 SOFTWARE EM-WORKPLACE
6.1 PROCESOS DE FABRICACIÓN CON EM-WORKPLACE
eM-Workplace es un software utilizado para llevar a cabo el diseño,
simulación, optimización y programación Off-Line de robots y procesos de
fabricación automatizados. Proporciona una plataforma de ingeniería
concurrente para optimizar procesos y calcular tiempos de ciclos de
procesos [3]. Con eM-Workplace se pueden diseñar celdas y sistemas
completos de fabricación, en gráficos en tres dimensiones.
Este software ofrece a los usuarios un conjunto de aplicaciones
específicas para un amplio rango de procesos, como: soldaduras por
puntos, soldaduras por arco, corte con láser o chorro de agua, taladrado y
ribeteado, y procesos manuales.
eM-Workplace ayuda a los equipos de diseño de procesos de
fabricación. Esta ayuda se traduce en: un recorte de costes, un incremento
de la calidad y una reducción de los plazos de entrega.
SOFTWARE EM-WORKPLACE 6-59
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Fig. 6.1. Procesos de fabricación con eM-Workplace.
SOFTWARE EM-WORKPLACE 6-60
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
6.2 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES CON EM-WORKPLACE.
Compatibilidad con los sistemas CAD-CAM: esto permite la
verificación de los productos junto con los procesos de fabricación.
Librerías: eM-Workplace posee librerías de robots, máquinas,
herramientas y equipamiento auxiliar.
Modelado: permite modelar tanto componentes, como problemas
cinemáticos complejos de robots y mecanismos.
3D layout: las celdas de trabajo son definidas y visualizadas en tres
dimensiones.
Trayectoria 3D: la definición de trayectorias en 3D posibilitan su
verificación, detección de colisiones, asimismo como, calcular los
tiempos de ciclos reales.
Operaciones de secuencias: el modelado y la optimización de todos
los procesos de fabricación son posibles con este software.
Programación Off-Line: a través de este software, se puede diseñar
e implementar la programación Off-Line.
Simulación: pueden ser visualizados la simulación de movimientos,
así como la sincronización de varios robots y mecanismos.
SOFTWARE EM-WORKPLACE 6-61
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
6.3 FUNCIONES DE EM-WORKPLACE
Integración de sistemas CAD-CAM: eM-Workplace se encuentra
completamente integrado con la mayoría de los sistemas CAD-CAM
industriales, incluyendo datos originarios de CATIA, Unigraphics,
Pro/Engineer, IDEAS, CADDS5; interfaces directas de CAD de
formatos neutros tales como IGES, DXF, VDAFS, SET, STL, y STEP.
Disposición de la celda de trabajo: eM-Workplace permite fácilmente
el modelado de robots y mecanismos adicionales. La función de
layout de eM-Workplace posibilita el diseño y la construcción de
entornos en tres dimensiones.
Simulación de movimientos para robots y mecanismos: eM-Workplace
genera movimientos basados en las características de los
controladores. Este hecho permite calcular los tiempos de ciclos,
analizar las actuaciones en tiempo real, y ahorrar en tiempos de
experimentación.
Detección de colisiones: eM-Workplace puede detectar
dinámicamente colisiones durante las simulaciones y los
movimientos de los robots, previniendo de daños costosos para el
equipamiento.
Secuencia de operaciones: eM-Workplace utiliza las Fuentes de
producción como robots, mecanismos, personas para llevar a cabo la
descripción y secuencia de todas las operaciones. Esta capacidad
permite la visualización y optimización de los ciclos completos de
trabajo.
SOFTWARE EM-WORKPLACE 6-62
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Programación Off-Line: la programación Off-Line permite realizar
simulaciones precisas de secuencia de movimientos de robots con
los softwares correspondientes (como ejemplo tenemos: eM-
Workplace); y descargar los programas en los controladores reales
de los robots. Los programas pueden ser de nuevo cargados en el
software, tras su implementación para efectuar modificaciones y
optimizaciones.
SOFTWARE EM-WORKPLACE 6-63
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
6.4 VERSIÓN DE EM-WORKPLACE EMPLEADA EN ESTE PROJECTO
La versión empleada para llevar a cabo este proyecto fue 6.0.3.
Esta versión tiene importantes funciones, como Simulation of
Operations (SOP), Realistic Robot Simulation (RRS) y View Manager toolbox.
Las aplicaciones e integraciones CAD que están disponibles en Unigraphics
y Pro/Engineer para ordenador son: eM-Arc, eM-Paint y eM-Laser [8].
Fig. 6.2. eM-Workplace.
Para conseguir los conocimientos necesarios para el empleo de eM-
Workplace, fueron usados los manuales [9-16]. Estos manuales no son los
manuales oficiales de eM-Workplace.
Ésta fue una de las partes de este proyecto que requirieron más tiempo
y trabajo, debido a la precariedad de la documentación existente al
respecto en las instalaciones de la Universidad, así como la imposibilidad
de conseguir la documentación original del programa.
ROBOT INDUSTRIAL 7-64
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
7 ROBOT INDUSTRIAL
Para nuestro propósito se tuvo la oportunidad de trabajar con un
robot industrial, concrétamente el Motoman UP-20.
7.1 CARÁCTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL MOTOMAN UP-20.
El Motoman UP-20 es un robot de alta velocidad que requiere un
mínimo espacio en su instalación. Sus principales aplicaciones son en el
campo de la soldadura y de la manipulación de objetos [2].
El Motoman UP-20 es compatible con la programación Off-Line y sus
características completas están incluidas en el software eM-Workplace.
ESPECIFICACIONES UP20 Ejes
Controlados 6 UP 20
Rango de Movimiento
Máximo
Velocidad Máxima Momento
Momento de
Inercia. Carga 20 kg
S ±180° 165°/s – – Precisión ± 0,06 mm
Potencia Media 2,8 kVA L + 155° / – 110° 165°/s – –
Peso del robot 280 kg
U + 255° / – 160° 165°/s – – Alcanzabilidad
Horizontal 1658 mm
R ±190° 335°/s 31,4 Nm 0,7 kg m2 Alcanzabilidad Vertical
2947mm
B ±140° 335°/s 31,4 Nm 0,7 kg m2 Temperatura Permitida
0 - +45°C
EJES
T ±360° 510°/s 15,7 Nm 0,2 kg m2 Humedad del Aire Permitida
20 - 80 % RH
Fig. 7.1. Información Técnica. (Motoman. Yaskawa Company) [2].
ROBOT INDUSTRIAL 7-65
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
7.2 INFORMACIÓN TÉCNICA.
El área de trabajo y las medidas del Motoman UP-20 están
representadas en las siguientes figuras:
Fig. 7.2. Dimensiones y area de trabajo del Motoman UP-20. (Motoman. Yaskawa Companyin) [2].
ROBOT INDUSTRIAL 7-66
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Fig. 7.3. Vista detallada. (Motoman. Yaskawa Companyin) [2].
ROBOT INDUSTRIAL 7-67
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
7.3 DECISIÓN DE REALIZAR UNA APLICACIÓN DE MANIPULACIÓN EN EL MOTOMAN UP-20
La aplicación elegida en este proyecto para analizar la programación
Off-line fue una aplicación de manipulación. El robot anteriormente
mencionado, transportará envases de PVC desde un contenedor de origen
hasta un contenedor de destino.
Esta aplicación fue elegida por su posibilidad de llevarse a cabo
íntegramente en el laboratorio del departamento de la “Universidad Técnica
de Graz” y así, poder realizar un estudio más completo y exhaustivo. En
este caso, tanto los envases de PVC como los contenedores fueron
adquiridos a bajo coste. La herramienta hidráulica de extracción y el
sistema de compresión de aire, eran elementos disponibles en el
laboratorio. Mientras que, la pieza de conexión de la herramienta
hidráulica a la cabeza del robot tuvo que ser diseñada y fabricada en las
instalaciones del propio departamento.
Para conseguir nuestro propósito de implementar la programación Off-
Line en el Motoman UP-20, fue necesario conocer también como se
implementa la programación On-Line. Asimismo, fue necesario para poder
elaborar un estudio de las ventajas y desventajas que la programación On-
Line presenta frete a la Off-line.
Para conocer el funcionamiento de la programación On-Line en el
Motoman UP-20, se usaron varios manuales que aparecen en la bibliografía [17-20].
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-68
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
8 PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE
8.1 EVALUACIÓN DE LOS MATERIALES Y HERRAMIENTAS NECESARIAS PARA EL DESARROLLO Y LA EJECUCIÓN DEL PROGRAMA.
Para el desarrollo e implementación de nuestro programa utilizando
la metodología Off-Line, conllevó la necesidad de los siguientes
componentes:
• Brazo articulado de robot: Motoman UP-20.
• Elemento hidráulico de extracción.
• Pieza de conexión entre la cabeza del robot y el elemento
hidráulico de extracción.
• Sistema de aire comprimido.
• Envases de PVC.
• Contenedor de origen y contenedor de destino.
• Apoyos para los contenedores.
• Memory Stick, para transportar el programa del computador al
robot y viceversa.
• Ordenador.
• Sistema de seguridad.
• Software: eM-Workplace.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-69
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Fig. 8. 1. Imagen de los componentes en el laboratorio del “Departamento de Fabricación” en la “Universidad Técnica de Graz”.
Fig. 8.2. Imagen detallada de los componentes en el laboratorio.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-70
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Fig.8.3. eM-Workplace. Disposición del robot Motoman UP-20 y de los componentes efectuando una aplicación de manipulación.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-71
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
8.2 SOLUCIÓN A LA FALTA DE MATERIALES.
Tras realizar la deducción de los componentes tecnológicos necesarios
que eran necesarios para evaluar de forma práctica la programación Off-
Line, fue advertida una deficiencia de material para llevar a cabo la
ejecución del programa. Estos materiales fueron:
• Pieza de conexión entre la cabeza del robot y elemento
hidráulico de extracción.
• Envases de PVC.
• Apoyos para los contenedores.
• Contenedor de origen y contenedor de destino.
La pieza de conexión fue diseñada y fabricada en el laboratorio del
“Departamento de Fabricación” de la “Universidad Técnica de Graz”. (Ver
punto 8.3).
Tanto los envases de PVC, como los contenedores y los apoyos de los
contenedores pudieron ser adquiridos por el departamento a un bajo coste.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-72
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
8.3 DISEÑO DE LA PIEZA DE CONEXIÓN ENTRE LA CABEZA DEL ROBOT Y EL ELEMENTO HIDRÁULICO DE EXTRACCIÓN.
Varias alternativas fueron estudiadas en el diseño de la pieza
conectora, eligiéndose el diseño que fuese más simple de fabricar.
La idea original partía del diseño y montaje de tres piezas. La primera
encajaría atornillada en la cabeza del robot. En la segunda penetraría el
conducto de aire comprimido. Ésta segunda pieza ajustaría con la primera y
con la tercera por un sistema de roscado. Y por último, una pieza donde se
insertaría la herramienta hidráulica. Con este diseño se trataba de facilitar
la unión del conducto de aire comprimido con el elemento hidráulico de
extracción por el interior de la pieza conectora entre el robot y la
herramienta.
En una segunda idea, se pensó suprimir una de las piezas de manera
que disminuyera la complejidad de su fabricación. Ahora tendríamos dos
piezas que encajaban con un sistema de roscado y que a su vez se
atornillaban a la cabeza del robot. En la pieza superior entraría el conducto
por el que circularía el aire comprimido, al igual que en el modelo de
anterior ocurría con la pieza central; y en la inferior, se ajustaría mediante
una rosca el elemento hidráulico de extracción que, en nuestra
experimentación consistió en una ventosa.
En una tercera evolución se consiguió el diseño final. Trata de una
única pieza. Su parte superior permanece unida al robot y en la inferior se
enrosca la herramienta de manipulación. El interior de la pieza está
taladrado constituyendo una oquedad en forma de L. Esta oquedad tiene la
función de dirigir el aire comprimido desde la base de la pieza, donde se
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-73
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
haya la herramienta de extracción, hasta un lateral de esta misma donde
queda encajado el conducto hidráulico.
Una vez que se diseñó la pieza, se fabricó en el laboratorio del
departamento de la “Universidad Técnica de Graz”.
Fig. 8.4. Fotografía de la pieza de conexión entre la cabeza del robot y el elemento hidráulico de extracción.
La pieza se realizó en aluminio. Se eligió este material por su ligereza,
ya que el diseño demandaba un gran volumen de material.
Para su fabricación se empleó un torno y una fresadora, existentes
ambas en el laboratorio.
Para la elaboración de los planos, se siguieron las normas del manual
“Tabellenbuch Metall“ [21].
Los planos del diseño de la pieza aparecen en el apéndice 3.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-74
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
8.4 DISEÑO DEL PROGRAMA
8.4.1 CREACIÓN DE UN PROYECTO EN EM-WORKPLACE
eM-Workplace trabaja con una estructura en forma de árbol, integrada
por componentes que se unen formando celdas y éstas a su vez se unen
constituyendo un proyecto.
En el apéndice aparecen dos manuales que describen paso a paso
como llevar a cabo una programación On-Line y una programación Off-Line
con eM-Workplace. Estos manuales actualmente son utilizados de prácticas
de la asignatura “Industrial Robot” del “Departamento de Fabricación” de la
“Universidad Técnica de Graz” que imparte el profesor Dr. Kovăc Igor.
En este punto sólo se menciona los pasos más importantes para
efectuar una programación Off-Line. Los detalles para elaborar este tipo de
programación aparecen en el manual mencionado anteriormente.
Setup→Define→ The name of the project is introduced
En el nuevo proyecto, se crea una celda llamada “Laborcell”. En esta
celda se extrajeron todos los componentes necesarios para la programación.
Las características completas del robot: Motoman UP-20 se incluyen en el
programa a modo de librería, pero el resto de los componentes tuvieron que
ser creados para el desarrollo de la programación.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-75
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Para la creación de esta
celda, simplemente se hace click
en Load Cell dentro del proyecto
Motoman. Se introduce el nombre
que se le desea dar a la celda, en
nuestro caso se designó por
“Laborcell,” y se acepta.
Fig. 8.5. Motoman UP-20. Librería de eM-Workplace
Para cargar el robot desde la librería, se siguen los pasos siguientes:
Layout→Get Component→Library→Files→up20_a00.co
La creación de los componentes puede ser efectuada directamente en el
entorno de eM-Workplace.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-76
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
8.4.2 DISEÑO DE LOS COMPONENTES EN EM-WORKPLACE.
Para la creación de los componentes nos vamos al módulo Modelling,
dentro de la celda de trabajo.
Los componentes que tendremos que crear son:
• Conjunto del elemento hidráulico de extracción y la pieza de conexión
entre esté último elemento de extracción y la cabeza del robot.
• Envases de PVC.
• Apoyos para los contenedores.
• Contenedor de origen y contenedor de destino.
Todos los componentes fueron dibujados de forma esquemática, para
que el programa funcionara correctamente, ya que demasiados detalles
pueden ralentizar el buen funcionamiento del software.
Abrimos con el comando Open el nuevo componente, introduciendo el
nombre que se le desea dar.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-77
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Pieza de conexión entre el elemento hidráulico de extracción y esté último elemento de extracción y la cabeza del robot.
El diseño en eM-Workplace del conjunto de ambas piezas fue
realizado sin mucho detalle, por las razones expuestas anteriormente.
Por lo que, tanto la pieza conectora, como la herramienta hidráulica se
dibujaron de forma esquemática.
El diseño de la pieza de conexión fue comentado en un punto
previo (Ver punto 8.3.).
Se dibujaron mediante el uso de figuras geométricas simples, y
posteriormente se guardaron como si de una única figura se tratase.
Esta pieza está almacenada bajo el nombre de tool1.
Fig. 8.6. Diseño del elemento hidráulico de extracción unido a la pieza que la conecta en la cabeza del robot.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-78
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Envases de PVC.
Los envases de PVC, que en nuestro ensayo real fueron botellas, se
modelizaron a partir de los envases reales. Las dimensiones de estos
elementos aparecen en la siguiente figura (Fig. 8.7.).
Fig. 8.7. Diseño de las envases de PVC en eM-Workplace.
Dicho componente permanece guardado bajo el nombre de
bottle1.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-79
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Contenedores.
Asimismo, respetando el mismo criterio de simplicidad se dibujaron
los contenedores sin lujos de detalles.
Este componente aparece almacenado con el nombre de box1.
Fig. 8.8. Diseño de los contenedores en eM-Workplace.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-80
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Apoyos de los contenedores.
Por último se dibujaron los apoyos. Se guardan bajo la
denominación de basis1.
Fig. 8.9. Diseño de los apoyos de los contenedores en eM-Workplace.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-81
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
8.4.3 CONEXIÓN DEL ELEMENTO HIDRÁULICO DE EXTRACCIÓN JUNTO CON LA
PIEZA CONECTORA EN LA CABEZA DEL ROBOT.
La conexión de la herramienta al Motoman, es algo importante que
tiene que ser efectuado de manera precisa, ya que el buen funcionamiento
del programa depende de su correcta posición.
La programación se realizó, usando el sistema de coordenada de la
herramienta. Llegados a este punto, queremos hacer un énfasis especial en
la importancia que en este tipo de programación tienen tanto el correcto
dimensionado de las herramientas como la exactitud de los sistemas de
referencia elegidos.
Para conectar la herramienta al robot, extraemos en la celda de
trabajo el componente correspondiente tool1. Para ello, nos vamos a get
component.
Fig. 8.10. Conexión de la pieza conectora y el elemento hidráulico de extracción en eM-Workplace.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-82
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Una vez extraída la herramienta se hace click sobre create frame, y se
hace click con el ratón en el punto de la pieza donde se desea tener el origen
de coordenadas. En nuestro caso es el centro de la circunferencia de la base
y de la circunferencia de la parte superior.
Para orientar correctamente los sistemas de referencia se usa el
comando display.
Con Object se selecciona el sistema de referencia y se orienta de la
forma deseada.
Una vez colocado los sistemas de referencia correctamente se va a:
Motion→Setting→Conect
Se selecciona los sistemas de referencia que conectan la herramienta
al robot y se acepta.
Posteriormente se selecciona el sistema de coordenadas de la
herramienta con el que el robot trabajará. Para ello, se usa:
Motion →Setting→Tpcf→ The tool coordinate system is selected.
Desde este momento, el robot trabaja con el sistema de coordenadas
de la herramienta.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-83
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
8.4.4 DEFINICIÓN DEL PUNTO DE TRABAJO USANDO LA PROGRAMACIÓN ON-
LINE.
Para la colocación de los componentes en la celda, cuatro puntos de
referencia fueron tomados en el laboratorio a través de la programación On-
Line.
Estos puntos de referencia fueron tomados rápidamente sin afectar
apenas a la marcha de la producción y proporcionando fiabilidad a la
programación Off-Line, Este vínculo entre la programación On-Line y la
programación Off-Line da seguridad al correcto funcionamiento del
programa.
Una vez instalada, físicamente, la herramienta en el robot, se debió
ordenar al robot que trabajase con el sistema de referencia de dicha
herramienta. Esto se hace con el panel de control del robot.
Menú→ Roboter →WKZ →it is introduced the coordinated origin (x=0, y=0, z=80)
Se marcaron en el suelo del laboratorio los puntos de referencia
donde se encontraban dos esquinas opuestas de los apoyos de los
contenedores. Con el Panel de control se programó una trayectoria formada
por estos cuatro puntos de referencia. Los movimientos usados fueron
movimientos de punto a punto, MOVJ (ver apéndice 2. y punto 8.4.8.), con
una velocidad adecuada.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-84
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Tanto el Programa como los Parámetros tuvieron que ser almacenados
para su exportación a eM-Workplace con el comando Sicher.
A continuación, se transfirió el programa a eM-Workplace. Para la
exportación de un programa en nuestro software se abre el módulo OLP y
en la opción correspondiente de OLP se hace click sobre Set up. Se activa
Tool frame y All param. Posteriormente nos vamos a upload, introducimos el
nombre del programa que se realizó con los puntos de referencia y hacemos
click sobre Program in. Comprobamos que se ha recibido correctamente la
trayectoria y que aparecen visualizados los cuatro puntos donde se situaron
los dos apoyos de los contenedores.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-85
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
8.4.5 COLOCACIÓN DE LOS COMPONENTES EN LA CELDA DE TRABAJO
A continuación, el programa es exportado a eM-Workplace. Abrimos el
módulo Off-Line programming (OLP) y en la opción correspondiente de OLP
se hace click sobre Set up. Se activa Tool frame y All param. Posteriormente
nos vamos a upload, introducimos el nombre del programa que fue
generado con los puntos de referencia y hacemos click sobre Program in.
Comprobamos que la trayectoria ha sido recibida correctamente. Y se dejan
visualizados los cuatro puntos donde se situarían los dos apoyos de los
contenedores.
Fig. 8.11. Puntos de referencia obtenidos con la programación On-Line y exportados a eM-Workplace.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-86
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Colocación de los apoyos de los contenedores.
Se extraen en la celda de trabajo los dos apoyos de las
contenedores, basis1, y con el comando Place of Display colocamos las
esquinas de los apoyos en los puntos de referencia.
La colocación de las esquinas sobre los puntos de referencia se
lleva a cabo creando unos sistemas de coordenadas en las esquinas,
que queremos hacerlas coincidir con dichos puntos de referencia.
Fig. 8.12. Colocación de las bases en los puntos de referencia.
Fig. 8.13. Vista inferior de la colocación de la base.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-87
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Colocación de los contenedores.
Seguidamente se extraen los contenedores, box1, y se colocan con
el mismo comando anterior, Place of Display, sobre cada uno de los
apoyos. Su ubicación será centrada respecto a los apoyos; es decir, a
una distancia de los bordes laterales de 9mm y de los bordes superior e
inferior 2,5mm.
Fig. 8.14. Colocación de los contenedores sobre los apoyos.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-88
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Colocación de las envases de PVC.
Para la colocación de las envases de PVC, en el interior de los
espacios interiores de los contenedores, se tuvo que realizar una
operación previa para definir los puntos donde iban a ser dispuestos
cada uno de estos envases.
Para ello, se definieron sistemas de coordenadas en las
posiciones centrales de las bases de las cavidades, donde iban a ser
alojado cada envase. Al mismo tiempo, se ubicó un sistema coordenado
principal en la esquina inferior izquierda del interior de la contenedor, y
a partir de este sistema de referencia principal se fue anotando la
distancia existente entre éste y cada sistema de referencia dispuesto en
las cavidades.
Para organizar todos los sistemas coordenados de referencia, se
les otorgó una denominación. Los sistemas coordenados centrales de
cada base de la cavidad fueron designados, como: axXXX.
La primera posición indica si es:
• 1: Contenedor de origen.
• 2: Contenedor de destino.
Las otras dos posiciones, corresponderían a cada cavidad
distinguida por filas y por columnas. La denominación de cada cavidad
aparece en la Fig. 8.15.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-89
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Fig. 8.15. Esquema para la colocación de los sistemas coordenados en las bases de las cavidades de los contenedores.
Para la colocación de estos sistemas de referencia se utiliza, como
ya hemos comentado anteriormente el comando: new frame en Layout.
Para tomar los valores del origen de nuestro sistema de
coordenadas principal, es decir, los valores correspondientes a las
coordenadas x, y, z respecto a un sistema de referencia global del
programa, se utiliza el comando con display, Se selecciona este sistema
de coordenadas como objeto y aparecen los datos de su posición.
Nota: Todos los datos están en mm.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-90
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Valores del contenedor de origen:
Contenedor de
origen 1XX
X y z
Sistema de referencia principal 943,1 293,9 240
Sistema de referencia central - + +
11 48,3 894,7 47,5 341,4 15 255 12 145,0 798,1 47,5 341,4 15 255 13 241,7 701,4 47,5 341,4 15 255 21 47,5 894,7 142,5 436,4 15 255 22 145,0 798,1 142,5 436,4 15 255 23 241,7
=
01,4 142,5
=
436,4 15
=
255 Fig. 8.16. Cálculo de los sistemas de referencia centrales a partir del sistema de referencia principal del contenedor de origen.
Valores del contenedor de destino:
Contenedor de origen 2XX
X y z
Sistema de referencia principal 526,7 -548,6 240
Sistemas de referencias centrales - + +
11 48,3 478,4 47,5 -501,1 15 255 12 145,0 381,7 47,5 -501,1 15 255 13 241,7 285,0 47,5 -501,1 15 255 21 47,5 478,4 142,5 -406,1 15 255 22 145,0 381,7 142,5 -406,1 15 255 23 241,7
=
285,0 142,5
=
-406,1 15
=
255 Fig. 8.17. Cálculo de los sistemas de referencia centrales a partir del sistema de referencia principal del a contenedor de destino.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-91
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
A continuación, se cargan los envases de PVC en la celda de
trabajo. El mismo componente se va extrayendo repetidas veces hasta
obtener el número de envases necesarios, en nuestro caso seis.
A cada envase extraído se le colocó en su base un sistema de
coordenadas que permitiera su correcto posicionamiento en el interior
de las cavidades de los contenedores. Y otro sistema coordenado en su
parte superior, para que el robot los tome con su sistema coordenado
en la herramienta (Todos los sistemas de coordenadas deben ser
orientados adecuadamente).
Para seguir utilizando un sistema de nomenclatura lógico, los
sistemas de coordenadas situados en la base de los envases se les
denominó, como: frbasisbot1XX. Y a los sistemas de coordenadas en la
parte superior del envase: frbottle1XX. Las letras XX hacen referencia al
nombre otorgado a cada una de las cavidades (Ver Fig. 8.15).
Lo siguiente, será colocar cada envase en el interior de los
contenedores de origen, que será el estado de partida. Para llevar a cabo
este propósito, se utiliza el comando Display. A continuación, se utiliza
Place para hacer coincidir el sistema de referencia de la base de los
envases con su correspondiente en las cavidades de los contenedores de
origen; es decir, se hace corresponder los sistemas de coordenadas
frbasis1XX con su correspondiente axXX.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-92
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Fig. 8.17. Colocación de los envases de PVC en las cavidades del contenedor de origen, valiéndose de los sistemas de referencia.
Fig. 8.18. Otra vista de la colocación de la colocación de los envases de PVC en el interior del contenedor de origen.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-93
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Una vez que tenemos todo nuestro sistema definido, lo
guardaremos, haciendo:
Layout→Store
Fig. 8.19. Vista superior de la colocación de los envases de PVC.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-94
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8.4.6 DEFINICIÓN DE LAS TRAYECTORIAS.
El siguiente paso será definir las trayectorias que definen el
movimiento de nuestro robot.
La definición de cada trayectoria se realiza introduciendo una serie de
puntos. Éstos posteriormente se agrupan formando las trayectorias
correspondientes. Todo este proceso es efectuado con Motion en Robot Jog; se
van introduciendo los puntos exactos por lo que queremos que se mueva el
robot y consecutivamente lo marcamos con loc. En cada momento se podrá
visualizar la ubicación del robot y verificar su correcta posición con ayuda de
los sistemas de coordenada anteriormente creados.
Fig. 8.20. Programación de los puntos que componen las trayectorias.
Fig. 8.21. Programación de los puntos cuando el robot toma los envases.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-95
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Además, será necesario marcar las posiciones del robot cuando la
herramienta toma los envases de PVC. Este paso se realiza con Pos.
Llegados a este punto, se puede realizar una comprobación para
verificar la correcta posición de todos los componentes en la celda de
trabajo. Esto se lleva a cabo confirmando que el sistema coordenado de la
herramienta coincide en todo momento con los sistemas de referencia
frbottleX.
Posteriormente, con Creathe Path, se agrupan todos los puntos.
Dichos puntos son agrupados en trayectorias, una de ellas será la seguida
por el robot cuando se dirige a tomar uno de los envases (en nuestro caso
botellas), y la otra la seguida para transportar cada envase desde el
contenedor de origen al contenedor de destino (y así para las seis botellas
que, en nuestro caso completan el ensayo). Este paso es requerido para la
realización de la simulación completa de nuestro programa utilizando para
ello el módulo SOP de eM-Workplace. Cada trayectoria empieza y termina en
una posición definida.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-96
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Fig. 8.22. Creación de las
trayectorias.
La distancia entre el contenedor y la herramienta cuando ésta última
se aproxima o se aleja de la primera; y entre un envase de PVC y otro,
cuando salen del contenedor de origen y se introducen en el contenedor de
destino, es de 75mm.
Asimismo, la distancia entre cada envase y el borde superior de ambos
contenedores cuando están siendo transportadas es de 50mm.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-97
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Fig. 8.23. Programación de los puntos cuando el robot toma un envase y la transporta al contenedor de destino.
Fig. 8.24. Programación de los puntos cuando el robot está transportando los envases de PVC.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-98
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A continuación se dan los datos de cada posición para cada
trayectoria.
La posición se toma del mismo modo que se hacía con los sistemas de
referencia principales de los contenedores.
A continuación podemos ver una tabla donde aparecen los cálculos
realizados para tomar los valores de todos los puntos del programa en
términos coordenados x, y, z.
Ciclo del programa principal
x y z lo1 Posición inicial 725,0 0 1220
lo2 Se dirige al 1° envase 894,7 341,4 255+230+75=560 pa1
lo3 Toma el 1° envase 894,7 341,4 255+230=485 lo4 Toma el 1° envase 894,7 341,4 255+230=485 lo5 Sale el envase del contenedor 894,7 341,4 485+75+230=79
0 lo6 Se dirige al contenedor destino 478,4 -501,1 790
pa2
lo7 Introduce el 1° envase 478,4 -501,1 485 lo8 Suelta el 1° envase 478,4 -501,1 485 lo9 Sale del contenedor destino 478,4 -501,1 560
lo10 Se dirige al 2° envase 894,7 436,4 560 pa3
lo11 Toma al 2° envase 894,7 436,4 485 lo12 Toma el 2° envase 894,7 436,4 485 lo13 Sale el envase del contenedor 894,7 341,4 790 lo14 Se dirige al contenedor destino 478,4 -406,1 790 pa4
lo15 Introduce el 2° envase 478,4 -406,1 485 lo16 Suelta el 2° envase 478,4 -406,1 485 lo17 Sale del contenedor destino 478,4 -406,1 560 lo18 Se dirige al 3° envase 798,1 341,4 560
pa5
lo19 Toma el 3° envase 798,1 341,4 485 lo20 Toma el 3° envase 798,1 341,4 485 lo21 Sale el envase del contenedor 798,1 341,4 790 lo22 Se dirige al contenedor destino 381,7 -501,1 790 pa6
lo23 Introduce al 3° envase 381,7 -501,1 485 lo24 Suelta al 3° envase 381,7 -501,1 485 lo25 Sale del contenedor destino 381,7 -501,1 560 lo26 Se dirige al 4° envase 798,1 436,4 560 pa7
lo27 Toma el 4° envase 798,1 436,4 485
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-99
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
lo28 Toma el 4° envase 798,1 436,4 485 lo29 Sale el envase del contenedor 798,1 436,4 790 lo30 Se dirige al contenedor destino 381,7 -406,1 790 pa8
lo31 Introduce el 4° envase 381,7 -406,1 485 lo32 Suelta el 4° envase 381,7 -406,1 485 lo33 Sale del contenedor destino 381,7 -406,1 560 lo34 Se dirige al 5° envase 701,4 341,4 560 pa9
lo35 Toma el 5° envase 701,4 341,4 485 lo36 Toma el 5° envase 701,4 341,4 485 lo37 Sale el envase del contenedor 701,4 341,4 790 lo38 Se dirige al contenedor destino 285,0 -501,1 790 pa10
lo39 Introduce el5° envase 285,0 -501,1 485 lo40 Suelta el 5° envase 285,0 -501,1 485 lo41 Sale del contenedor destino 285,0 -501,1 560 lo42 Se dirige al 6° envase 701,4 436,4 560 pa11
lo43 Toma el 6° envase 701,4 436,4 485 lo44 Toma el 6° envase 701,4 436,4 485 lo45 Sale el envase del contenedor 701,4 436,4 790 lo46 Se dirige al contenedor destino 285,0 -406,1 790 pa12
lo47 Introduce el 6° envase 285,0 -406,1 485 lo48 Suelta el 6° envase 285,0 -406,1 485 lo49 Sale del contenedor destino 285,0 -406,1 560 pa13 lo50 Posición inicial 725,0 0 1220
Fig. 8.25. Cálculo de los puntos que componen cada trayectoria del programa principal.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-100
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
8.4.7 PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20.
eM-Workpace posee un menú específico para la realización de
programas utilizando la metodología Off-Line.
Lo primero que se debe hacer es introducir el controlador de nuestro
robot. El controlador del Motoman UP-20 se llama: “yas_xrc_arc_rrs”.
Features.
Para la creación del programa se selecciona Features, con Create
se le da un nombre al programa (en este caso se le ha dado el nombre
de “labproje”) y se seleccionan las trayectorias creadas, que conforman
el programa.
Fig. 8.26. Función de Programación Off-Line en eM-Workplace.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-101
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Teach Pendant.
A continuación, se selecciona Teach Pendandt, se elige el
programa creado anteriormente y se van introduciendo las velocidades
de cada punto. La velocidad que el robot adopta en cada
desplazamiento dependerá del valor dado a ésta en su punto de destino
En esta opción también se introducen las pausas que el robot
debe de realizar, es decir, el intervalo de tiempo entre un
desplazamiento y otro durante el cual, el robot permanece inmóvil. Las
pausas dadas fueron de un segundo cada vez que el robot toma una
envase y de dos segundos cada vez que suelta un envase.
Estas aparecen en el código del programa como TIMER (Ver
punto 8.4.8. y apéndice 2)
Llegados a este punto, se define el tipo de movimiento que posee
el robot. Todas las velocidades fueron constantes (MOVL) y con un valor
de 100mm/s cuando el robot se acerca a tomar una envase, cuando
transporta la envase y cuando se aleja del contenedor de destino; y con
un valor de 500mm/s cuando se dirige al contenedor de origen y cuando
vuelve a la posición original. (Ver punto 8.4.8. y apéndice 2)
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-102
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Motion.
Para ver en cada momento el valor coordenado de un punto
utilizamos la opción del menú denominada Motion. Para realizar esta
observación, puede ser seleccionado tanto un punto, como una
trayectoria o el programa completo.
Se eligió un movimiento lineal, porque con el movimiento punto a
punto, aparecían graves colisiones.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-103
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Código del programa
Para visualizar el código del programa en el Teach Pendandt, se
activa Show Program, y se vuelve a seleccionar el programa, “labprojet”,
en la ventana del Teach Pendandt. El código del programa aparecerá en
una nueva ventana. (Ver código del programa en el apartado 8.4.8.)
Las instrucciones del programa son:
• NPOS: Posición inicial del robot y que por defecto queda
marcado con Pos. (Ver apartado 8.4.6.).
• TOOL: eM-Workplace ofrece la posibilidad de trabajar con un
robot que posea cambio automático de herramienta. El lugar
en donde queda almacenada cada herramienta viene definido
por un número.
El Motoman UP-20 no posee cambio automático de herramienta,
por lo que el valor en TOOL siempre será el mismo en todos los
programas.
• PULSE: Generación de los valores que definen la posición de los
puntos. Cada uno viene definido por COO(xxxx). Dentro del
paréntesis aparecen definidos seis datos, que corresponden a
las posiciones de cada articulación en cada punto.
• NOP: El programa queda definido.
A continuación aparece el conjunto de instrucciones referentes a
posición, velocidad, pausas, etcétera.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-104
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Simulación.
Seguidamente, utilizando esta herramienta, se puede generar una
simulación para comprobar el correcto funcionamiento de nuestro
programa.
Antes de generar la simulación, queremos paramos a reflexionar algo
referente a los puntos. Estos puntos programados anteriormente con
Motion, pertenecen a los envases de PVC y no son puntos propios del robot;
por consiguiente, aparecerá un error a la hora de descargar el programa, ya
que los puntos serán falsos para éste. Para solventar este problema en
Simulation hay una opción Auto Teach que, al activarla se pone en marcha
la simulación, y automáticamente el programa va creando y almacenando
nuevos puntos pertenecientes ahora al robot. Tras su ejecución aparecerá
en la ventana de información el mensaje:
Auto Teach simulation complete. Re-run with Auto Teach off to get an accurate cycle it
Ahora puede ser seguido con la simulación cada paso del
programa sin ningún problema adicional.
Con la simulación podemos visualizar las posibles colisiones
existentes en el programa, para ello utilizaremos la instrucción Toolbox
window (All en la parte inferior derecha de esta Toolbox window).
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-105
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Otra prestación que posee la simulación es obtener el tiempo de
ciclo del programa.
Fig. 8.27. Ejemplo de colisión de la herramienta del robot con el contenedor.
Fig. 8.28. Visualización de las componentes que colisionan.
El tiempo de ciclo de este programa es de:
Tiempo de ciclo = 2min 13,74s.
Tras realizar el estudio de colisiones con la simulación, se
detectaron leves colisiones que corresponden al roce de los envases con
los contenedores, pero que no afectan al desarrollo del programa y a su
objetivo final. Este hecho se pudo corroborar en la ejecución real del
programa en el laboratorio.
Algo importante a destacar en esta simulación es que, se simulan
sólo los movimientos del robot, es decir, no será visualizado el objetivo
real del programa, es decir el transporte de los envases desde el
contenedor de origen al contenedor de destino.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-106
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
8.4.8 CÓDIGO DEL PROGRAMA
El código regenerado por eM-Workplace de este primer programa es el
siguiente:
/JOB //NAME labproje //POS ///NPOS 50,0,0,0,0,0 ///TOOL 0 ///POSTYPE PULSE ///PULSE C00000=0,0,1,0,-1,0 C00001=22885,50029,-22038,0,39429,-8874 C00002=22885,56322,-23805,0,43725,-8874 C00003=22886,56322,-23805,0,43725,-8874 C00004=22886,35741,-11879,0,25614,-8874 C00005=-48285,-5146,-47146,0,28614,18723 C00006=-48285,23131,-60875,0,51742,18723 C00007=-48285,23131,-60875,0,51742,18723 C00008=-48285,14205,-58754,0,45904,18723 C00009=28708,53794,-17663,0,38408,-11132 C00010=28708,59876,-19421,0,42593,-11132 C00011=28708,59876,-19421,0,42593,-11132 C00012=28708,40026,-7511,0,24854,-11132 C00013=-40979,-12931,-52476,0,28270,15890 C00014=-40979,16890,-66850,0,52591,15890 C00015=-40979,16890,-66850,0,52591,15890 C00016=-40979,7322,-64606,0,46353,15890 C00017=24968,39350,-33967,0,42010,-9682 C00018=24968,46307,-35789,0,46672,-9682 C00019=24968,46307,-35789,0,46672,-9682 C00020=24968,23568,-23624,0,27330,-9682 C00021=-54015,-16213,-54591,0,28037,20945 C00022=-54015,14251,-69262,0,52875,20945 C00023=-54017,14253,-69261,0,52874,20945 C00024=-54017,4402,-66959,0,46458,20945 C00025=31215,43387,-29542,0,41091,-12104 C00026=31215,50083,-31339,0,45606,-12104 C00027=31215,50083,-31339,0,45606,-12104 C00028=31215,28176,-19297,0,26759,-12104 C00029=-46356,-25380,-60088,0,27116,17975 C00030=-46356,6820,-75674,0,53421,17975 C00031=-46356,6820,-75674,0,53421,17975 C00032=-46356,-3862,-73191,0,46471,17975 C00033=27451,28721,-45057,0,44061,-10644 C00034=27451,36439,-46976,0,49165,-10644 C00035=27451,36439,-46976,0,49165,-10644 C00036=27451,11421,-34311,0,28360,-10644 C00037=-60951,-27108,-61058,0,26899,23634 C00038=-60951,5405,-76830,0,53482,23634 C00039=-60951,5405,-76830,0,53482,23634 C00040=-60951,-5441,-74309,0,46427,23634
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-107
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
C00041=34168,33186,-40501,0,43267,-13249 C00042=34168,40571,-42374,0,48176,-13249 C00043=34168,40571,-42374,0,48176,-13249 C00044=34168,16525,-29950,0,28013,-13249 C00045=-53087,-38029,-66722,0,25217,20585 C00046=-53087,-3708,-83761,0,53537,20585 C00047=-53087,-3708,-83761,0,53537,20585 C00048=-53087,-15621,-80977,0,45777,20585 C00049=0,0,1,0,-1,0 //INST ///DATE 2004/02/05 10:53 ///ATTR SC,RW ///GROUP1 RB1 NOP MOVL C00000 V=500.0 MOVL C00001 V=500.0 MOVL C00002 V=100.0 MOVJ C00003 TIMER T=1.00 MOVL C00004 V=100.0 MOVL C00005 V=100.0 MOVL C00006 V=100.0 MOVJ C00007 TIMER T=2.00 MOVL C00008 V=100.0 MOVL C00009 V=500.0 MOVL C00010 V=100.0 MOVJ C00011 TIMER T=1.00 MOVL C00012 V=100.0 MOVL C00013 V=100.0 MOVL C00014 V=100.0 MOVJ C00015 TIMER T=2.00 MOVL C00016 V=100.0 MOVL C00017 V=500.0 MOVL C00018 V=100.0 MOVJ C00019 TIMER T=1.00 MOVL C00020 V=100.0 MOVL C00021 V=100.0 MOVL C00022 V=100.0 MOVJ C00023 TIMER T=2.00 MOVL C00024 V=100.0 MOVL C00025 V=500.0 MOVL C00026 V=100.0 MOVJ C00027 TIMER T=1.00 MOVL C00028 V=100.0 MOVL C00029 V=100.0 MOVL C00030 V=100.0 MOVJ C00031 TIMER T=2.00 MOVL C00032 V=100.0 MOVL C00033 V=500.0
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-108
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
MOVL C00034 V=100.0 MOVJ C00035 TIMER T=1.00 MOVL C00036 V=100.0 MOVL C00037 V=100.0 MOVL C00038 V=100.0 MOVJ C00039 TIMER T=2.00 MOVL C00040 V=100.0 MOVL C00041 V=500.0 MOVL C00042 V=100.0 MOVJ C00043 TIMER T=1.00 MOVL C00044 V=100.0 MOVL C00045 V=100.0 MOVL C00046 V=100.0 MOVJ C00047 TIMER T=2.00 MOVL C00048 V=100.0 MOVL C00049 V=500.0 END
Nota: Para cualquier duda referente al código del programa ver el punto 8.4.7. y el apéndice 2.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-109
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
8.4.9 SIMULACIÓN CON EM-WORKPLACE.
Para proceder a realizar una simulación del programa y de su objetivo
final, transporte de envases desde un origen a un destino, utilizaremos la
opción de simulación, SOP.
El primer paso es el de proporcionar un nombre a la secuencia, el
nombre dado en este caso fue: sop1. En la opción de Operation se van
introduciendo las distintas operaciones que componen el programa.
Para cada operación, se tendrá que:
proporcionar un calificativo, en nuestro caso ha sido de takebottleX o
carrybottleX, donde en X se especifica el número de envase de PVC.
Introducir el tiempo que se le da de pausa antes que empiece cada
operación. Se le dio un tiempo de un segundo para los takebottleX y
de dos segundos para los carrubottleX.
Se selecciona qué objeto realiza la operación, que en nuestro caso
siempre será el robot.
Se selecciona el robot y la trayectoria correspondiente a cada
operación.
Se especifica la operación precedente.
Se introducen los eventos que tendrán lugar en cada operación, que
serán:
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-110
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
• Para los takebottleX:
o creación de un grupo formado por el robot y el envase
a transportar, denominado con el nombre de: grX.
o Ataque del envase por el punto de la herramienta
correspondiente que, corresponderá al sistema
coordenado dado anteriormente. (Ver punto 8.4.5.).
• Para los carrybottleX:
o Suprimir el ataque al envase correspondiente.
o Eliminar el grupo formado anteriormente, grX.
Fig. 6.28. GeFig. 8.29. Generación de las secuencias que componen la simulación.
A continuación, se procede a visualizar la simulación. En una ventana
aparecerá un esquema del conjunto de operaciones para poder seguir el
desarrollo de las operaciones a modo de control.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-111
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
8.4.10 DOWNLOAD.
A continuación se procede a descargar el programa en una Memory
Stick, dispositivo utilizado para trasladar el programa al robot.
Para ello, de nuevo en Teach Pendant y seguidamente Download,
seleccionamos el programa que se desea cargar que en este caso será
“labproje”. Seguidamente aparece una serie de campos que deben de
rellenarse como aparece a continuación:
• Local Name: "labproje"
• File type: JBI
• Remote Name: "labproje"
• Program out: "labproje"
Y se hace click sobre "Send".
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-112
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
8.5 EJECUCIÓN DEL PROGRAMA.
Se introduce la Memory Stick en la CPU del Motoman y con el panel de
control se carga el programa.
En el menú principal del panel de control nos vamos FP/PC_KARTE y
se siguen los siguientes pasos:
FP/PC_KARTE → Select → Laden → Job → “Test” → Select → Enter → Ja
Regresamos al menú principal y seleccionamos el programa descargado
anteriormente, “labproje”. En la pantalla se puede visualizar la lista de
instrucciones que compone el código, además de poder ir siguiendo las
órdenes que se van ejecutando en cada momento.
Se coloca el sistema de aire comprimido y a continuación los apoyos de
los contenedores, los contenedores y los envases de PVC, que para nuestro
ensayo consistieron en botellas de plástico.
Primero se ejecutó el programa manualmente desde el controlador, por
motivos de seguridad; y luego se activó el sistema de seguridad y se ejecutó
el programa automáticamente.
Ambas ejecuciones se realizaron sin ningún problema, obteniéndose los
resultados deseados.
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-113
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Nota: Para más información sobre como se manipula el Motoman UP-20
ver apéndice 1.
Fig. 8.30. Ejecución del programa principal en el Motoman UP-20 del laboratorio del “Departamento de Fabricación” de la “Universidad Técnica de Graz”.
Posteriormente se midió el tiempo de ciclo del programa. Dicho tiempo
fue de:
Tiempo de ciclo = 2min 14,41s
PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 8-114
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Por lo que el error cometido con el eM-Workplace fue de:
ε = 10041,14
74,1341,41∗
− =0,49%
A la vista de este reducido error, podemos concluir que la simulación
realizada por el programa eM-Workplace es muy exacta, pudiéndose acusar
de este pequeño error al empleo manual del cronómetro.
OPTIMIZACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 9-115
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
9 OPTIMIZACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE
El objetivo en este apartado es optimizar el programa diseñado y
ejecutado anteriormente. Se tratará de reducir el tiempo de ciclo del
programa en un 50%, esto significa que el nuevo tiempo de ciclo será de:
Tiempo de ciclo = 1min 6,87s
Para ello se aumentó la velocidad en las trayectorias tanto como fue
posible, y se redujo al mínimo la trayectoria seguida por el robot.
OPTIMIZACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 9-116
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
9.1 REDUCCIÓN DE LAS TRAYECTORIAS.
La modificación de las trayectorias se llevo a cabo disminuyendo la
altura en la que el robot efectúa todos sus movimientos en 40cm, excepto
en su posición original.
Para reducir el tiempo en los desplazamientos se programaron
nuevas trayectorias disminuyendo la altura de movimiento del robot en
todos los puntos, excepto en su posición original. Esta disminución se
tradujo en la reducción del valor de la coordenada z en 40mm. Ahora, la
distancia entre un envase y la herramienta del robot cuando éste se acerca
a tomarla o se aleja del contenedor de destino, y entre un envase y otro
que está siendo transportado cuando el robot sale del contenedor de origen
y cuando es introducida en el contenedor de destino, es de 35mm.
Asimismo, la distancia entre un envase y el borde superior de ambos
contenedores es de 10mm.
Fig. 9.1. Reducción de la altura del robot cuando se dirige a tomar lOs envases.
OPTIMIZACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 9-117
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Fig. 7.2. Distancia entre el envase transportado y el borde superior del contenedor.
Con Motion y Create Path se van copiando las trayectorias anteriores y
se van marcando nuevos puntos con la nueva altura deseada.
Se van copiando directamente los puntos que no necesitan
modificación alguna y que corresponden a las posiciones que marcábamos
con el comando Pos (Ver apartado 8.4.6.), es decir, cuando el robot toma y
suelta los envases. Las otras posiciones se crean tomando como referencia
las anteriores con Movie Commands y modificando la altura con Robot jog.
Movie Commands→ Target=loX→play→Robot jog→z=-30mm→Marc loc
OPTIMIZACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 9-118
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Primer ciclo del programa optimizado x y z
lo51 Posición inicial 725,0 0 1220 lo52 Se dirige al 1° envase 894,7 341,4 255+230+35=530pa14 lo53 Toma el 1° envase 894,7 341,4 255+230=485 lo54 Toma el 1° envase 894,7 341,4 255+230=485 lo55 Sale el envase del contenedor 894,7 341,4 485+45+230=760lo56 Se dirige contenedor destino 478,4 -501,1 760 pa15
lo57 Introduce el 1° envase 478,4 -501,1 485 lo58 Suelta el 1° envase 478,4 -501,1 485 lo59 Sale del contenedor destino 478,4 -501,1 530 lo60 Se dirige al 2° envase 894,7 436,4 530 pa16
lo61 Toma el 2° envase 894,7 436,4 485 lo62 Toma el 2° envase 894,7 436,4 485 lo63 Sale el envase del contenedor 894,7 341,4 760 lo64 Se dirige contenedor destino 478,4 -406,1 760 pa17
lo65 Introduce el 2° envase 478,4 -406,1 485 lo66 Suelta el 2° envase 478,4 -406,1 485 lo67 Sale del contenedor destino 478,4 -406,1 530 lo68 Se dirige al 3° envase 798,1 341,4 530 pa18
lo69 Toma el 3° envase 798,1 341,4 485 lo70 Toma el 3° envase 798,1 341,4 485 lo71 Sale el envase del contenedor 798,1 341,4 760 lo72 Se dirige contenedor destino 381,7 -501,1 760 pa19
lo73 Introduce el 3° envase 381,7 -501,1 485 lo74 Suelta el 3° envase 381,7 -501,1 485 lo75 Sale del contenedor destino 381,7 -501,1 530 lo76 Se dirige al 4° envase 798,1 436,4 530 pa20
lo77 Toma el 4° envase 798,1 436,4 485 lo78 Toma el 4° envase 798,1 436,4 485 lo79 Sale el envase del contenedor 798,1 436,4 760 lo80 Se dirige contenedor destino 381,7 -406,1 760 pa21
lo81 Introduce el 4° envase 381,7 -406,1 485 lo82 Suelta el 4° envase 381,7 -406,1 485 lo83 Sale del contenedor destino 381,7 -406,1 530 lo84 Se dirige al 5° envase 701,4 341,4 530 pa22
lo85 Toma el 5° envase 701,4 341,4 485 lo86 Toma el 5° envase 701,4 341,4 485 lo87 Sale el envase del contenedor 701,4 341,4 760 lo88 Se dirige contenedor destino 285,0 -501,1 760 pa23
lo89 Introduce el 5° envase 285,0 -501,1 485
OPTIMIZACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 9-119
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
lo90 Suelta el 5° envase 285,0 -501,1 485 lo91 Sale del contenedor destino 285,0 -501,1 530 lo92 Se dirige al 6° envase 701,4 436,4 530 pa24
lo93 Toma el 6° envase 701,4 436,4 485 lo94 Toma el 6° envase 701,4 436,4 485 lo95 Sale el envase del contenedor 701,4 436,4 760 lo96 Se dirige contenedor destino 285,0 -406,1 760
pa25
lo97 Introduce el 6° envase 285,0 -406,1 485 lo98 Suelta el 6° envase 285,0 -406,1 485 lo99 Sale del contenedor destino 285,0 -406,1 530 pa26 lo100 Posición inicial 725,0 0 1220
Fig. 9.3. Cálculo de los puntos que componen cada trayectoria del programa optimizado.
Posteriormente se crea un nuevo programa con Features en OLP (Ver
punto 8.4.7.). A este nuevo programa se le dio el nombre de “labpropt” y se
tomaron las nuevas trayectorias que componen el programa.
OPTIMIZACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 9-120
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
9.2 INCREMENTO DE LA VELOCIDAD
Se aumentó ligeramente las velocidades en las trayectorias donde
existía peligro de colisión. Y donde no existía tal peligro se tomó la máxima
velocidad a la que el robot era capaz de funcionar.
Para aumentar la velocidad en nuestro nuevo programa creado,
“labpropt”, nos vamos al Teach Pendant de la función OLP.
Ahora las velocidades dadas fueron de 300mm/s cuando el robot se
acerca a tomar un envase, cuando transporta dicho envase y cuando se
aleja del contenedor de destino; y se cambió el tipo de movimiento, a un
movimiento punto a punto (MOVJ) del 100% cuando se dirige al contenedor
de origen y cuando vuelve a la posición original una vez finalizadas todas
las operaciones. (Ver punto 8.4.8. y apéndice 2).
OPTIMIZACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 9-121
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
9.3 SIMULACIÓN Y EJECUCIÓN DEL PROGRAMA OPTIMIZADO
En este nuevo programa, se pueden utilizar movimientos punto a
punto, cuando el robot se dirige al contenedor de origen y cuando vuelve a
la posición original, porque son movimientos libres del robot y no hay
ningún peligro de colisión.
Mediante la simulación obtenemos el nuevo valor del tiempo de ciclo
del programa.
Tiempo de ciclo = 54,32s
La simulación se llevó a cabo del mismo modo que se hizo
originalmente; pero en este caso, se usaron las nuevas trayectorias
creadas, por lo que no se entrará en detalles. (Ver punto 8.4.9.). La
secuencia fue llamada, sop2.
Cargamos el programa en la Memory Stick, como se hizo
anteriormente y lo descargamos en el Motoman UP-20.
Se realizó nuevamente la ejecución en modo manual, por motivos de
seguridad, y posteriormente una vez activado el sistema de seguridad, se
ejecutó el programa en modo automático.
Se midió el tiempo de ciclo del programa. Éste fue de:
Tiempo de ciclo = 54,65s
OPTIMIZACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 9-122
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
El nuevo error cometido con eM-workplace fue de:
ε = 10032,54
32,5465,54∗
− =0,60%
Con este nuevo programa, se pudo volver a comprobar la exactitud de
las programaciones creadas utilizando eM-Workplace.
OPTIMIZACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 9-123
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
9.3.1 CÓDIGO DEL PROGRAMA OPTIMIZADO
El código de este nuevo programa optimizado, generado
automáticamente por eM-Workplace es el siguiente: /JOB //NAME labpropt //POS ///NPOS 50,0,0,0,0,0 ///TOOL 0 ///POSTYPE PULSE ///PULSE C00000=0,0,1,0,-1,0 C00001=22885,52460,-22833,0,41163,-8874 C00002=22885,56322,-23805,0,43725,-8874 C00003=22886,56322,-23805,0,43725,-8874 C00004=22886,37145,-13611,0,27456,-8874 C00005=-48286,-3319,-49060,0,30788,18723 C00006=-48286,-3319,-49060,0,30788,18723 C00007=-48285,23131,-60875,0,51742,18723 C00008=-48286,17633,-59706,0,48237,18723 C00009=28709,56142,-18456,0,40099,-11132 C00010=28708,59876,-19421,0,42593,-11132 C00011=28708,59876,-19421,0,42593,-11132 C00012=28709,41377,-9242,0,26670,-11132 C00013=-40980,-11065,-54462,0,30510,15890 C00014=-40979,16890,-66850,0,52591,15890 C00015=-40979,16890,-66850,0,52591,15890 C00016=-40980,10985,-65612,0,48839,15890 C00017=24970,42037,-34787,0,43887,-9682 C00018=24968,46307,-35789,0,46672,-9682 C00019=24968,46307,-35789,0,46672,-9682 C00020=24970,25126,-25369,0,29257,-9682 C00021=-54017,-14333,-56607,0,30304,20945 C00022=-54015,14251,-69262,0,52875,20945 C00023=-54017,14253,-69261,0,52874,20945 C00024=-54017,8166,-67992,0,49011,20945 C00025=31216,45973,-30353,0,42911,-12104 C00026=31215,50083,-31339,0,45606,-12104 C00027=31215,50083,-31339,0,45606,-12104 C00028=31216,29678,-21032,0,28652,-12104 C00029=-46357,-23493,-62202,0,29451,17975 C00030=-46356,6820,-75674,0,53421,17975 C00031=-46356,6820,-75674,0,53421,17975 C00032=-46357,203,-74300,0,49225,17975 C00033=27450,31696,-45922,0,46111,-10644 C00034=27451,36439,-46976,0,49165,-10644 C00035=27451,36439,-46976,0,49165,-10644 C00036=27450,13109,-36109,0,30387,-10644 C00037=-60951,-25226,-63192,0,29245,23634 C00038=-60951,5405,-76830,0,53482,23634 C00039=-60951,5405,-76830,0,53482,23634 C00040=-60951,-1323,-75438,0,49219,23634
OPTIMIZACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 9-124
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
C00041=34169,36036,-41343,0,45241,-13249 C00042=34168,40571,-42374,0,48176,-13249 C00043=34168,40571,-42374,0,48176,-13249 C00044=34169,18161,-31721,0,29997,-13249 C00045=-53089,-36201,-68983,0,27621,20585 C00046=-53087,-3708,-83761,0,53537,20585 C00047=-53087,-3708,-83761,0,53537,20585 C00048=-53088,-11133,-82219,0,48828,20585 C00049=0,0,1,0,-1,0 //INST ///DATE 2004/02/11 09:26 ///ATTR SC,RW ///GROUP1 RB1 NOP MOVJ C00000 VJ=100.00 MOVJ C00001 VJ=100.00 MOVL C00002 V=300.0 MOVJ C00003 TIMER T=1.00 MOVL C00004 V=300.0 MOVL C00005 V=300.0 MOVL C00006 V=300.0 MOVJ C00007 TIMER T=2.00 MOVL C00008 V=300.0 MOVJ C00009 VJ=100.00 MOVL C00010 V=300.0 MOVJ C00011 TIMER T=1.00 MOVL C00012 V=300.0 MOVL C00013 V=300.0 MOVL C00014 V=300.0 MOVJ C00015 TIMER T=2.00 MOVL C00016 V=300.0 MOVJ C00017 VJ=100.00 MOVL C00018 V=300.0 MOVJ C00019 TIMER T=1.00 MOVL C00020 V=300.0 MOVL C00021 V=300.0 MOVL C00022 V=300.0 MOVJ C00023 TIMER T=2.00 MOVL C00024 V=300.0 MOVJ C00025 VJ=100.00 MOVL C00026 V=300.0 MOVJ C00027 TIMER T=1.00 MOVL C00028 V=300.0 MOVL C00029 V=300.0 MOVL C00030 V=300.0 MOVJ C00031 TIMER T=2.00
OPTIMIZACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 9-125
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
MOVL C00032 V=300.0 MOVJ C00033 VJ=100.00 MOVL C00034 V=300.0 MOVJ C00035 TIMER T=1.00 MOVL C00036 V=300.0 MOVL C00037 V=300.0 MOVL C00038 V=300.0 MOVJ C00039 TIMER T=2.00 MOVL C00040 V=300.0 MOVJ C00041 VJ=100.00 MOVL C00042 V=300.0 MOVJ C00043 TIMER T=1.00 MOVL C00044 V=300.0 MOVL C00045 V=300.0 MOVL C00046 V=300.0 MOVJ C00047 TIMER T=2.00 MOVJ C00048 VJ=100.00 MOVJ C00049 VJ=100.00 END
Como ya se comentó en el punto 8.4.8., para cualquier duda referente
al código del programa ver el punto 8.4.7. y el apéndice 2.
Fig. 9.4. Imagen del Motoman UP-20 en el laboratorio.
OPTIMIZACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DEL MOTOMAN UP-20 CON EM-WORKPLACE 9-126
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
9.4 RESULTADOS DE LA OPTIMIZACIÓN DEL PROGRAMA CON EM-WORKPLACE
El objetivo inicial era reducir la velocidad de ejecución del programa
en un 50%. Tras los ensayos realizados se obtuvo un resultado mejor al
objetivo esperado.
El tiempo de ciclo se redujo en un 59,58%.
ε = 10042,134
32,5441,134∗
− =59,58%
Esto quiere decir que, el programa optimizado se ejecutó con un
tiempo del 40,42% del tiempo de ciclo del programa principal.
Además es necesario decir que las ejecuciones en ambos programas
se llevaron a cabo con éxito sin ningún tipo de incidente.
Los resultados obtenidos fueron muy satisfactorios.
CONCLUSIONES 10-127
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
10 CONCLUSIONES
La programación Off-Line fue experimentada en un robot industrial
de Producción. Posteriormente se realizó una optimización de este mismo
programa, consiguiéndose disminuir el tiempo de ejecución del programa
en un 60%; el programa original poseía un tiempo de ejecución de 2min
13,74s y el optimizado se consiguió realizar en 54,32s. Asimismo, se evaluó
el error cometido entre la simulación realizada mediante el software eM-
Workplace y la realización práctica en el robot Motoman UP-20 del
laboratorio, obteniéndose un desfase porcentual del 0,49% para el
programa original y 0,60% para el programa optimizado.
A la vista de los resultados obtenidos, podemos concluir nuestro
estudio con las siguientes reflexiones; por un lado, como ventajas de la
programación Off-Line frente a la On-Line tendremos:
La programación Off-Line simplifica de manera notable las
tareas de optimización.
El modelo virtual obtenido mediante el software eM-Workplace
consigue simular de manera muy exacta el comportamiento
real del robot.
La eficiencia del robot aumenta considerablemente, al poder
programar puntos virtualmente.
Se pueden realizar verificaciones del programa antes de su
implementación en la producción.
CONCLUSIONES 10-128
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
La integración con los sistemas CAD/CAM hace posible la
utilización de datos procedentes de éstos.
Ventajas laborales en cuanto a un mayor confort en el trabajo
y un aumento de la seguridad laboral. El trabajo se realiza
lejos del área de operación del robot.
La producción no es detenida mientras se esté diseñando ó
rediseñando el programa.
Como desventajas de la programación Off-Line, podemos citar las
siguientes:
El principal inconveniente que tiene la programación Off-Line
frente a la On-Line es la exactitud exigida en la posición de los
objetos por este tipo de programación. Este inconveniente se
confirmó en nuestro experimento, al producirse errores en los
puntos en los que el robot toma los envases, debido a la
holgura existente entre la cavidad donde se aloja el envase y
ésta. Estas inexactitudes no tuvieron mayor relevancia en
nuestro caso, debido al amplio margen de error que ofrecía
nuestra herramienta; pero para usos más precisos puede ser
un inconveniente que haga inviable la programación Off-Line.
Es necesario de un buen conocimiento del software utilizado,
así como de la programación On-Line.
CONCLUSIONES 10-129
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Desde el punto de vista económico no es viable hoy en día este
tipo de programación. Principalmente debido a la falta de
cualificación por ser una nueva tecnología.
Necesidad de una calibración muy precisa o de la obtención de
puntos de referencia valiéndonos de la programación On-Line.
BIBLIOGRAFÍA 11-130
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
11 BIBLIOGRAFÍA
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4/ Project P2. vif 2003.
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BIBLIOGRAFÍA 11-131
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[11] Leitfaden für die Baschweissuntersuchung und Off-Line
Programming in eM-Workplace. Tecnomatix GmbH. März 2003.
[12] Robcad Version 3.7.1. Handbuch. Andreas Rose. Studienarbeit. 20
Juni 2000. Institut für Robotik und Prozessinformatik. Prof. Dr. F.
Wahl. Technische Universität Braunschueig.
[13] Robcad Version 3.7.1. Tutorial. Andreas Rose. Studienarbeit. 20
Juni 2000. Institut für Robotik und Prozessinformatik. Prof. Dr. F.
Wahl. Technische Universität Braunschueig.
[14] Schulungsunterlagen. Robcad Base. Seminarnr 00363. BMW AG.
[15] Einweisung in Robcad Version 3.7.1. Modellierung und Simulation
von Robotern. Andreas Rose. Studienarbeit. 20 Juni 2000. Institut
für Robotik und Prozessinformatik. Prof. Dr. F. Wahl. Technische
Universität Braunschueig.
[16] Yaskawa XRC Arc RRS Off-Line Programming Bedienungshandbuch.
Version 2.0. für eM-Power 4.0. Tecnomatix GmbH. April 2002.
[17] Yasnac XRC Bedienungshandbuch. Zur Universellen Verwendung
Handbuch. Nummer RE-CSO-A015. Tecnomatix GmbH.
[18] Yasnac XRC. Anleitungen für den Europaischen Standard Nummer
RE-CTO-A205. Überarbeitung vom 2001.04. Tecnomatix GmbH.
[19] Yasnac XRC Optionen Bedienungseinleitug für Relativ Job-function.
Manual Nummer RE-CKI-A415. Tecnomatix GmbH.
BIBLIOGRAFÍA 11-132
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
[20] Yasnac XRC Options Instructions for the servofloat function. Manual
Number RE-CKI-A430.Tecnomatix GmbH.
[21] Tabellenbuch Metall. U. Fisher. R. Kilgus. H. Paetzold. K. Schilling.
M. Heinzler. F. Näher. W. Röher. A. Stephan. Europa-Fach
Buchreibe für Metallberufe. Buch nummer 2026.
APÉNDICES 12-133
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
12 APÉNDICES
12.1 PÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20.
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-134
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP-20
1. INTRODUCTION. At this practice, we will develop
an On-line program with a robot
jointed arm. This robot is a Motoman
UP-20, which can be found at the
“Institute of Production Engineering”
from the “Graz University of
Technology”.
We will familiarize ourselves with
its interface, and to study the
motions of the robot. Also, we will
carry out an On-line programming.
Fig. A1.1, Motoman UP20. Photography in the laboratory of the “Institute of Production Engineering”.
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-135
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
2. FEATURES
Motoman needs a Computer, where is lodged the memory and
where the main functions are carried out: the control to activate the
automatic and manual functioning and the emergency stop.
The Motoman is programmed whit a Teach Pendant, which will be
described along the practice.
Fig. A1.2. Teach Pendant of the Motoman UP-20.
Fig. A1.3. Controller of the Motoman UP-20 in the laboratory.
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-136
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
The Working Field is represented in the following figures:
Fig. A1.4. UP-20 Dimensions. Dates issued by Yaskawa Company.
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-137
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
In the next figure, the features of the Motoman UP-20 are shown.
UP20 SPECIFICATIONS
Controlled Axes 6 UP 20
Maximum Motion Range
Maximum Speed
Allowable Moment
Allowable Moment
of Inertia. Payload 20 kg
S ±180° 165°/s – – Precision ± 0,06 mm
Horizontal Reach
1658 mm L + 155° / –
110° 165°/s – – Vertical Reach 2947mm
U + 255° / – 160° 165°/s – – Allowed
Temperature 0 -
+45°C
R ±190° 335°/s 31,4 Nm 0,7 kg m2 Allowed air humidity
20 - 80 % RH
B ±140° 335°/s 31,4 Nm 0,7 kg m2 Weight of the robot
280 kg
AX
ES
T ±360° 510°/s 15,7 Nm 0,2 kg m2 Middle
Connection Power
2,8 kVA
Fig. A1.6. Technical information issued by Yaskawa Company.
Fig. A1.5. View of details.
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-138
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
3. PRINCIPAL FUNCTIONS
3.1 STARTER AND PRINCIPAL OPTIONS
First, we will start the Controller by turning the
black wheel of the Computer. Servo On Ready and
then Teach lock are pressed in the teach pendant.
A green light must appear flicking. This will indicate that we are
able to handle and control the robot from the teach pendant. Whereas
this modus is activated, the button Play of the computer will not be
operative.
A very important button is the Emergency Stop. It will stop the
execution of the program and therefore the motion of the robot before a
mistake takes place. This button appears in the teach pendant and in
the Computer, and we must always have it on mind.
Fig. A1.7. Detail of the teach pendant.
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-139
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
To move on the screen, a Cursor is used. The arrangement of the
Selection Button and the Cursor one could be seen in the teach pendant
at Figure 7.
Now, we will take the teach pendant where it is
possible to observe that the screen is divided in two areas
of menus. To choose what menu is represented at the
screen we will have to press the button showed of the
picture box at the left.
Main functions are represented at the low menu, which is set as
default and takes most of the screen. By clicking at the button
described before, we can change to the top menu, where some other
functions are included.
Fig. A1.8. Screen of the teach pendant.
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-140
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
The button TOP MENU always returns to the main menu.
This button gives the position where the robot will go at the
following command from the program.
This button represents a function developed for complex
programs, and consequently we will not use it in this
practice.
This button selects the reference coordinate system. We are
able to choose from four different coordinate systems. In this
practice we will use only two:
The base coordinate system. We would recognise it when
a coordinated axis appears on the screen.
The tool coordinate system. This time, a drawing of the
robot appears on the screen.
With these buttons, the speed can be chosen to be faster or
slower. The indication of the speed appears on the screen in
a bar series.
This button, High SPD, makes the motions quicker
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-141
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
3.2 SAFETY SYSTEM
The robot programs can be executed in manual mode from the
teach pendant, or in automatic mode from the computer.
When the automatic way is selected, we will have to activate the
safety system. Otherwise, the robot will not work.
This system has a sensor that
limits the working area of the
robot. If someone gets across this
limit, the program and the robot
are stopped automatically. .
This safety system is activated
from the emergency switchboard
showed above, by turning the red
wheel and pressing the black
button.
Fig. A1.9. Safety system of the laboratory, to use the Motoman UP-20.
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-142
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
3.3. MOTION OF THE ROBOT.
The first thing to do to get the robot moving is to choose the
reference coordinate frame. After that, we will choose the speed and we
must observe that the Teach Lock of the teach pendant is activated. We
may detect this activation by a green light flicking which says Servo On.
At this point, we are able to control the motions of the robot
manually.
When it is desirable to move the robot from the teach pendant, it
will be necessary to hold the trigger called Teach depend, and keeping it
held we are able to control the robot by pressing the directions of the
different reference axes.
The speed can be
increased on a higher rate
by pressing simultaneously
the corresponding button,
High SPD, and FST or SLW.
The amount of this
increment will be much
larger if the combination
includes the FST option,
Faster. By pressing the SLW
option, the increment will be smaller.
Fig. A1.10. Detail of the teach pendant.
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-143
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
With the button Relative Job, the robot position would appear on
the screen in the base coordinate frame.
If this button is pressed, the robot returns to the
original position. We can observe how the values that
appear in the function Relativ Job are all zeros.
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-144
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
3.4. SELECTION OF A PROGRAM
Manual control.
We have to select JOB from the main menu. We can observe a list
of programs on the screen, and after selecting one of them, the
instructions of the program will appear on the screen.
We are able to observe that the light Servo On flicks.
To get the program into operation, it is necessary
to hold pressed Inter lock and simultaneously Test Start
to allow the Motoman motion,. The program begins to
work as soon as Test Start is free. Inter lock must be
placed on while the program is executing; if we release
it, the program halts.
We can move the robot to an explicit position of the program using
FWD. To carry out this action, this button has to be clicked until the
required position is reached.
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-145
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Automatic control
Before changing to the automatic mode we
have to select the execution way of the program.
In the top menu, we need to select Zyclus. After
that, three options will appear:
Still: It means that the program will be executed step by step
demanding a confirmation from the programmer.
Zyclus: The program will be executed from the beginning to the
end without the intervention of the programmer but only once.
Auto: The program will be executed the same way that the option
described before, but cyclically.
Now, we are able to switch the operating mode to automatic, and in
order to do that, the Teach Lock is necessary to be unlocked in the
teach pendant. Then we must activate the safety system by pressing
Play on the emergency switchboard. After that, we have to click on the
button Servo On and finally, the automatic control is activated.
By pressing Start on the Computer the program gets executing.
Teach Lock→ Play→ Activate Emergency System → Servo On → Start
Fig. A1.11. Detail of the screen of the tech pendant.
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-146
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Whenever we want the program
to stop, we only need to press the
button Stop from the Computer. If we
press Play again, the program will
continue executing from the line
where it was stopped before.
After a click on Stop, the program can switch the mode of operation
from automatic to manual and it will continue with the teach pendant
from the line where it stopped before.
Warning: we always must keep the Emergency Stop button on our
minds.
Fig. A1.12. Detail of the controller.
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-147
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
4. ON-LINE PROGRAMMING
4.1. CREATION OF A NEW PROGRAM
From the main menu, we have to move with the cursor to the
NEW_JOB function and select it. After that, we are demanded to
introduce the desired name to the program. Next, we have different
options:
KCMM: by this option, we are able to write comments about
the program.
AUSW: this selection is used when there is more than one
Robot.
JOBTYP: here we have two different options: Parallel or
Roboterjob. Roboterjob is selected.
At this moment, we are able to continue with the practical work by
clicking on the AUSF control.
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-148
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
4.2. CREATION OF MOTIONS.
First, the robot is moved to the desired position, to
introduce it into the program, press Insert button and
Enter. These steps will achieve the first program line
to be stored.
In order to introduce a command in the middle of
the program, we place the cursor on the previous line
and the previous operation is executed, that is, the
command is executed and pressed Insert and Enter.
We are able to modify the
speed by changing the speed
information. To get into this menu,
we have to press Select button,
now we move with the cursor to
the right and press Select again.
The desired speed information is
introduced and to get it into the
program, press Enter twice.
There are four different types of motions that can be
selected by Motion Type.
Execute Previous Command → Insert→ Enter .
Fig. A1.13. Program on the scream of the teach pendant.
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-149
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
To do this selection, the command number has to be placed in the
program, and not in the speed information.
The different types of motions are:
MOVJ: Point to point motion. The speed is given by a
percentage.
MOVL: Linear motion. The speed is given by an absolute value.
MOVS: Spline motion. The speed is given by an absolute value.
MOVC: Circular motion. The speed is given by absolute value
too.
Attention: finish a program with this instructions is not possible.
To query the position value of the robot at a command, we must
place the robot on the mentioned command and press FWD (just as it
was previously explained). This option is interesting when we want to
start or finish a trajectory in an exact position. For example, if we want
to do a circular motion which has to be improved on a plane, we can
consider to introduce the final point that closes the circumference by
asking the robot for the initial point with this command, and we get the
exact value for that point.
Finally, a program must always begin and end in the initial-exit
position.
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-150
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
4.3. DELETE
In order to delete an instruccion is not possible to do it
directly from the teach pendant. In order to do it, we
have to place the robot on the command that we want
to delete by using the FWD button as we have seen
before. Next, we continue by pressing Delete and Enter
buttons to get the action done.
FWD→ Delete→ Enter
4.4. PAUSE.
We go to the previous menu and introduce the sequence shown
next:
Inform List → Control Timer → Introduce the Pause Seconds → Select → Enter → Insert
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-151
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
4.5. CREATION OF A CIRCUNFERENCE PATH.
To get the path following a circumference route it is necessary to
create three points with the MOVC function, which will be the points
that generate the semi-circumference. Previous to the first point it will
be necessary to create an exit point, which will be wherefrom the robot
will depart to later on, start tracing the circumference. Finally we will
give a completion position, which will be where the robot will go after
tracing the half circumference.
With another three opposite points to the ones showed before, we
will have the other semi circumference that will close the circle. To
create the complete circumference, the completion point of the first
semi circumference will have to coincide with the third point and with
the first point of the second semi circumference.
Fig. A1.15. Creation of a complete circumference.
Fig. A1.14. Creation of a half circumference.
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-152
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
4.6. SMOOTHED PATH.
If the robot has to trace an angle of 90 degrees, and the trajectory
is required to be smooth, it can be done using the next sequence:
On the speed value in the motion mode → Select → Unbenut→ on PL, smoothed is selected
The motion mode and the speed value are introduced before
pressing Select to get the values stored. A new screen appears with
several options, Unbenut is chosen and on PL we are able to choose the
smooth value from 0 to 4. The zero does not change the trajectory at
all, so we would obtain a perfect 90 degrees angle, and 4 is the
maximum value for the smoothness.
Note: If we have selected a high speed for the motion of the robot, it will
not allow us to introduce smoothness at all or will only allow us to
introduce low values for it.
Fig. A1.16. Different values to smooth a path
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-153
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
5. EXERCISE 5.1. Develop a program where appear three different kinds of
motions: point to point, linear and spline motion. The three of them will have to be programmed with three points and a pause of three seconds between them will have to be made. The motions will be carried out in the base coordinate frame.
The paths will be free but the differences between the different
motions must visualize clearly. Information: The value of the speed for each motion will be: MOVJ = 40 % MOVL = 70 mm/min MOVS = 70 mm/min The program will begin and end in the exit position.
5.2. Develop a program where the robot follows a trajectory formed
by a semi circumference, with a straight line after it and finally a complete circumference. The mentioned path will be traced on the x-plane of the base coordinated system.
The radio of the circumferences and the measure of the straight line
can be chosen freely. Information: The value of the speed for every motion will be: MOVJ = 40 % MOVC = 70 mm/min The program will begin and end in the exit position.
APÉNDICE 1. PRÁCTICA DE LABORATORIO 1: ON-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP20. 12-154
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
5.3. Develop a program where the robot traces a square and after that, you are required to smooth the angle of its corners. Select the four different smoothed paths. The aforementioned square will be traced on the plane z of the base coordinate system.
The length of the square will be of free election. Information: The value of the speed for each motion will be: MOVJ = 10 % PL=0,1,2,3,4. The program will begin and end in the exit position.
APÉNDICE S 12-155
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
12.2 APÉNDICE 2. PRÁCTICA DE LABORATORIO 2: OFF-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP-20 WITH EM-WORKPLACE.
APÉNDICE 2. PRÁCTICA DE LABORATORIO 2: OFF-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP-20 WITH EM-WORKPLACE. 12-156
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
OFF-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP-20
WITH EM-WORKPLACE
1. INTRODUCTION.
In this practical activity, an Off-line programming will be carried
out. Robot programming oriented to motion will be used, with the aid
of the newly developed software eM-Workplace. Once the programming
task is concluded, the program will be exported to the Motoman UP-20
robot of the Faculty laboratory and its operation will be verified.
Finally, the converse will be done, i.e. the operation of a program
written via the teach pendant of the Motoman UP-20 will be checked
within the eM-Workplace framework.
APÉNDICE 2. PRÁCTICA DE LABORATORIO 2: OFF-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP-20 WITH EM-WORKPLACE. 12-157
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
2. FEATURES.
eM-Workplace enables the design, simulation, optimization,
analysis and Off-Line programming of robots and automated
manufacturing processes in the context of product and production
resource information. It provides a
concurrent engineering platform to
optimize processes and calculate cycle
times. With eM-Workplace, you can design
complete manufacturing cells and systems
on 3D graphical computer workstations. FFig. A2.1. Screenshor of eM-Workplace.
As a scalable, standalone solution, eM-Workplace fully integrates
core technologies with a powerful set of process-specific applications
for a wide range of processes, including spot welding, arc welding,
laser and water jet cutting, drilling and riveting, and human
operations.
eM-Workplace simultaneously models all physical characteristics
of robots and other automated devices, enabling the user to verify the
accessibility limits (target reachability, path definition, collision
avoidance and cycle time calculation), while developing a
manufacturing plan.
APÉNDICE 2. PRÁCTICA DE LABORATORIO 2: OFF-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP-20 WITH EM-WORKPLACE. 12-158
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Features:
Interoperability with major MCAD systems
Robots, machines, tools, equipment libraries
Modeling of components
Modeling of complex kinematics of robots and other
mechanisms
3D layout definition of workcells
3D path definition with reachability check, collisions
detection and optimized cycle time
Motion simulation and synchronization of several robots and
mechanisms
Modeling and optimization of the whole manufacturing
process SOP (Sequence of Operations)
OLP (Off-Line Programming)
• Optimized programs downloaded to robots on the shop
floor.
• Uploading existing production programs for
optimization.
APÉNDICE 2. PRÁCTICA DE LABORATORIO 2: OFF-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP-20 WITH EM-WORKPLACE. 12-159
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
3. BASIC CONCEPTS ABOUT EM-WORKPLACE.
The program eM-Workplace is designed for Unix. For this reason,
it does not exhibit the classic Win32 style interface.
The user should be familiar with Unix environments. For instance,
The windows properties as close, minimize, refresh, lower…
appear clicking in the top left button of all the windows.
It is not possible to use the numerical keyboard. Numbers
must be typed with the upper keys of the alphabetical
keyboard.
It is not possible to continue writing after the text has
already been inserted. If something must be added, it will be
necessary to rewrite the whole text field.
In the top part we have the information about the program
version, the menu that is being used, the cell and the project.
Physical elements in the robot workspace eM-Workplace are called
components, and they can be of diverse type, like mechanisms,
conveyors, tools, carried loads, persons, robots, etc.
The user interface of eM-Workplace has tree structure, i.e. the
components are grouped forming independent cells. The components
are inserted in the workspace by loading them from libraries or
drawing them. eM-Workplace offers the possibility of drawing in two
and three dimensions; even though, it offers the opportunity to import
APÉNDICE 2. PRÁCTICA DE LABORATORIO 2: OFF-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP-20 WITH EM-WORKPLACE. 12-160
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
drawings from other CAD programs, as AutoCAD for instance.
However, part of details and annotations will be lost in the conversion,
as drawing is not the objective of this tool.
Fig. A2.2. Structure of eM-Workplace.
A project in em-Workplace is a workspace a cluster of spatially
arranged components obtained from the cells, plus a series of
operations on those elements that will generate the path of the robot.
In the eM-Workplace working environment, one finds:
Main Menu: where all working options appear. In general, as
an option is selected, a window on the right part of the
screen will be opened, (see figure 3). In this figure, the
Layout window of the Workcell menu appears on the right
side.
APÉNDICE 2. PRÁCTICA DE LABORATORIO 2: OFF-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP-20 WITH EM-WORKPLACE. 12-161
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
eMPower: when this option is activated, a menu is opened to
choose the different basic modules as Workcell, Modeling,
OLP or OSP.
Graphical Window: the working area, where all the graphical
elements are displayed and where the simulations are
animated.
Notification window: in this window two message lines
display the system command-line interaction, like error or
warning messages, user input requests, etc.
Line of Command Introduction: in this area, the user types
the commands eM-Workplace must execute.
Information Window: this window displays all the
information explicitly requested by the user.
Toolbox Window: thought these icons, the user may quickly
access basic functions.
APÉNDICE 2. PRÁCTICA DE LABORATORIO 2: OFF-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP-20 WITH EM-WORKPLACE. 12-162
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Fig. A2.3. Work Area of the eM-Workplace.
APÉNDICE 2. PRÁCTICA DE LABORATORIO 2: OFF-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP-20 WITH EM-WORKPLACE. 12-163
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
4. LOADING THE WORK CELL.
In order to generate code for the robot Motoman UP-20, a new
project will be opened. This is done by clicking on eMPower. Then,
Project is selected, and the option Motoman is clicked. The Layout
window will appear on the right hand side. Clicking on Load Cell, a
new window is opened where the we will select the file laborzelle.ce
click OK.
Now we have our Motoman loaded, hence we can proceed to create
the program.
eMwork→ Project→ Motoman→ Load Cell → laborzelle.ce → OK
Fig. A2.4. Cell of the Motoman (eM-Workplace).
APÉNDICE 2. PRÁCTICA DE LABORATORIO 2: OFF-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP-20 WITH EM-WORKPLACE. 12-164
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
5. DEFINITION OF THE TRAJECTORY 5.1. DEFINITION OF THE POINTS IN THE PATH.
An icon called Motion, in the Toolbox, is selected.
A window is opened on the right side, as usual. Above it there are
several icons:
Move commands Robot Jog Joint Jog Pose Settings Reachability
Move commands. It is the default option. The robot joint
needed to be activated is selected.
Active Mechanism→up20_a00
There are two ways of making a selection: double clicking
on the mechanism that the user wants to activate, or
selecting an option and then clicking on Select.
Robot Jog. In this option, the robot is moved. The motions
are referred to the base coordinate system (selecting
World), or to the tool coordinate system (Selecting Tcpf).
APÉNDICE 2. PRÁCTICA DE LABORATORIO 2: OFF-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP-20 WITH EM-WORKPLACE. 12-165
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
Next, we will familiarize ourselves with the motion in
the base coordinate system. For this, a direction or a
rotation will be chosen. Then, the Step size is controlled
with the side arrows at the bottom of the panel.
When the desired position of the robot has been
obtained, it is inserted pressing Marc loc. This operation
will be carried out as many times as points are needed for
the program.
At this point, positions can
be introduced in the project.
This is done by clicking on with
Mark Pose. By clicking on it,
the em-Workplace will store the
actual position of the robot.
These will be used as reference
positions in further motions or
position definitions. For
instance, a default position that
the program inserts is the
initial position, called Home. On
the other hand, a pose stored
with Mark pose could indicate
the desired position.
Fig. A2.5. The Motion Window to create the motions.
APÉNDICE 2. PRÁCTICA DE LABORATORIO 2: OFF-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP-20 WITH EM-WORKPLACE. 12-166
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Now we will insert four points to learn the use of Mark Pose.:
Move the robot with Robot Jog →Marc loc
This is repeated four times.
Joint Jog. Each of the six axes is moved independently.
From here it is also possible to define locations and
positions.
Pose. With this option the robot is driven to one of the
marked positions or to the initial position.
Settings. It is used to connect the tool to the robot. From
now, the tool will be able to work with the corresponding
coordinate system.
Reachability. It is intended for checking which locations
are possible, i.e. it helps verifying whether the Motoman
can reach a specific pose without any of singularity or of
incompatibility.
In this activity we will not work with these four last options.
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5.2. CREATION OF THE PATH.
For the definition of the Path, Create Path is used:
Then, a window is opened, normally on the right hand side of the
screen.
Holding the left button of the mouse, we will select the desired locs
that we want to group in the same Path. Later, the Path Editor
represented with this icon is clicked:
The desired name for the path is inserted.
“Create Path” → The four locations are selected →”Path Editor”→ The default name “pa1” is accepted →O.K.
Fig. A2.6. The Path Window is used to create the trajectories.
The Path Editor is closed either with the left top button Close or
clicking on Motion and then on Lower.
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6. OFF – LINE PROGRAMMING.
6.1. INSERTION OF THE CONTROLLER AND OF THE MECHANISM.
In order to carry out the Off-Line
programming, eM-OLP from eMPower is
selected. In the main menu, a new
command called OLP will appear. By
clicking on it, a window will appear on the
left hand side of the screen.
eMPower →OLP Fig. A2.7. OLP Windows in eM-Workplace.
Now, the controller will be selected the joint will be activated.
Both things are necessary to carry out the programming.
The selected controller will be: “yas_xrc_arc_rrs”.
• yas: yaskawa
• xrc: controller version.
• arc: standars
• rrs: controller yam
Controller selection: “yas_xrc_arc_rrs” → Active mechanism: “up20_a00”
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6.2. TEACH PENDANT.
By clicking on Teach Pendant we will edit the details of path
execution, like the velocity in each step, pauses, etc.
In the newly open window of the Teach Pendant, the option Path is
selected. Now, the type of motion and the speed for every step between
locations are introduced. This is carried out by navigating through the
different locations with the aid of the arrow buttons. The values and
characteristics of each location are introduced accordingly.
Teach Pendant → The Path: “pa1”is selected
In order to insert the speed of each motion step, we must click on
Speed/PL and then introduce the value of the speed in Vj. As we click
on O.K. the speed value will appear in a lower window.
Select the location→Speed/PL → The speed in “Vj” is inserted → O.K.
If we desire to insert a pause, we click on INFORM. Then, a new
window will appear. In this new window,
Structure is selected, and at this position,
the seconds of pause are introduced in
Timer. After that, the information can be
seen in a new window. Fig. A2.8. Part of the Teach Pendant Window.
“INFORM” →”structure” →Timer → The pause time is introduced
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Now we insert the following values:
Location 1 →Vj:30 Location 2 →Vj:70 Pausa→Timer:4 Location 3 →Vj:50 Location 4 →Vj:70
In order to obtain the complete program information, Show
program must be activated, and then the Path is selected again. At this
moment, a window will be opened displaying the information about our
program.
Show program: On → The Path: “pa1” is selected
Now the program code is viewed in detail. The meaning of the
instructions are:
NPOS: initial position or the Home pose.
TOOL: the type of tool to be used, which is referred to with a
number.
PULSE: the position of every location is given. Each one is
defined by COO (). Inside the parentheses there are defined
six coordinates that will correspond to the position of each
axis at every location.
NOP: It defines the program. Below it the set of instructions
will appear.
APÉNDICE 2. PRÁCTICA DE LABORATORIO 2: OFF-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP-20 WITH EM-WORKPLACE. 12-171
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6.3. SIMULATION.
A simulation of the program will be carried out, in order to see the
correct operation of the programmed path.
Now we introduce the name of the program that will be executed,
in this case pa1.
By clicking on Init simulation, the simulation is executed with Run,
it is paused with Freeze and it can executed step by step with Step.
Fig. A2.9. Selection of the Simulation function in the OLP window
Simulation → The program: “pa1” is introduced →Init simulation → Run
APÉNDICE 2. PRÁCTICA DE LABORATORIO 2: OFF-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP-20 WITH EM-WORKPLACE. 12-172
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
The robot can be moved by clicking on the
Motion button in the same way as we did with
Simulation. The most important thing in Motion
is to move a specific location or a specific
position.
At this point, we will carry out a test to
study the accuracy of the eM-Workplace
simulation environment. The execution time of
the program is estimated by eM-Workplace,
and then it is compared with the actual time
taken by the real Motoman to execute the same
program at the laboratory. Fig. A2.10. Selection Motion function in the OLP window.
The execution time of the program can be viewed, once the
simulation has come to conclusion, in the Information Window.
Note: in our program, there is no distinction between a program and a
path.
Simulating →View time data.
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6.4. DOWNLOAD.
In the next step, the program is compiled in
order to download the program into the
Motoman robot in the laboratory.
The command Download of the menu OLP
is selected. A name to the compilation is given
and the desired Path is selected.
Fig. A2.11. Download functions.
Download
-Local Name: “Test” -Port: (Nothing is wrote) -File type JBI (It is for Motoman) -Remote Name: “Test” (The same name is wrote again) -Path out: “pa1”
And “Send” is clicked on.
Then, the compiled program is loaded in a memory stick.
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7. EXECUTION OF THE PROGRAM.
At this point, we will go to the laboratory and execute the program
in the Motoman.
The program is loaded into the CPU of the Motoman. Then, the
CPU is started and the teach pendant is taken.
In the main menu of the teach pendant, the option FP/PC_KARTE
is selected and the following steps are carried out:
FP/PC_KARTE → Select → Laden → Job → “Test” → Select → Enter → Ja
Now the program will be executed the way we expected from the
previous session of On-Line Programming.
Now, the execution time will be verified. In order to measure it
in the real operation of the Motoman, we will let it work in automatic
way.
APÉNDICE 2. PRÁCTICA DE LABORATORIO 2: OFF-LINE PROGRAMMING OF THE MOTOMAN UP-20 WITH EM-WORKPLACE. 12-175
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8. UPLOAD.
Finally, we will carry out the converse
operation. A program stored in the memory of
the Motoman will be extracted through teach
pendant and then loaded into the eM-
Workplace.
In order to export a program from Teach
Pendant to the memory stick the following steps
are followed:
After that, we return to the computer
room. In the menu OLP , Upload is selected.
Then, we introduce the following data Fig. A2.12. Selection of Upload function in the OLP window.
Upload -Local Name: “Test1” -Port: (Nothing is write) -File type JBI (It is for Motoman) -Remote Name: “Test1” (The same name is wrote again) And “Program in” is clicked on.
Finally, we will check the Path and every location and then we
simulate the imported program from the laboratory.
FP/PC_KARTE → Select → Sichern → Job → “Test1” → Select → Enter → Ja
Checking→ Simulating
APÉNDICES 12-176
ESTUDIO TÉCNICO Y DE VIABILIDAD DE LA PROGRAMACIÓN OFF-LINE DE ROBOTS
12.3 APÉNDICE 3. PLANO DE LA PIEZA DE CONEXIÓN ENTRE LA CABEZA DEL ROBOT Y EL ELEMENTO HIDRÁULICO DE EXTRACCIÓN
Alle nichtbemassten Kanten abtragen 0.5/45°
Adapter15. 02. 04
1
Ø40
24 60
36
25
15
36
Ø60
Ø50±0.1
Ø40
710
5