Robot Cartesiano XY - Equipos didácticos

Transcripción

Robot Cartesiano XY
Guía aplicativa
ADVERTENCIA
Los productos presentados en este manual son susceptibles de
evolución en cuanto a sus características de presentación, de
funcionamiento o de utilización. Su descripción en ningún momento
puede revestir un aspecto contractual.
El Instituto Schneider Electric de Formación, acogerá favorablemente
cualquier solicitud con fines didácticos exclusivamente, de utilización
de gráficos o de aplicaciones contenidas en este manual.
Guía aplicativa del Robot cartesiano XY
Creado: Instituto Schneider Electric de Formación
Bac de Roda 52, Edificio A – 1ª Planta
Fecha: 11 de Diciembre del 2008
Versión: 1.3
SCHNEIDER ELECTRIC ESPAÑA
Guía aplicativa Robot Cartesiano XY
Índice
Página
1 Introducción ................................................................................7
1.1 Objetivos .................................................................................7
1.2 Seguridad ................................................................................8
1.3 Garantías y responsabilidades ................................................9
2 Robótica y Manipulación ..........................................................11
2.1 Conceptos generales .............................................................11
2.2 ¿Qué se desea manipular?....................................................11
2.3 Componentes generales de un sistema de posicionamiento .12
2.4 Módulos lineales ...................................................................13
2.5 Motores .................................................................................16
2.6 Interruptores finales de carrera ..............................................18
2.7 Sistemas de múltiples ejes.....................................................19
3 Robot cartesiano XY .................................................................21
3.1 Descripción ............................................................................21
3.2 Áreas de trabajo.....................................................................22
3.3 Composición .........................................................................23
3.4 Condiciones previas ..............................................................27
3.5 Puesta en marcha .................................................................28
4 Configuración y parametrización ..............................................33
4.1 Configuración de los servoaccionamientos Lexium 05 ..........33
4.2 Descripción del software de programación Motion Pro..........40
4.3 Configuración de la comunicación Ethernet con la Lexium
Controller ...............................................................................41
4.4 Configuración de las librerías necesarias para el sistema de
posicionado............................................................................44
4.5 Configuración del Robot Cartesiano XY en el Motion Pro .....46
5
Instituto Schneider Electric de Formación
5 Programas de control ...............................................................53
5.1 Programación de la potencia a los servomotores .................55
5.2 Programación del viaje de referencia ....................................56
5.3 Programación del reset de errores ........................................59
5.4 Programación del módulo de monitorización ........................60
5.5 Programación del programa principal ...................................62
5.6 Programación de un movimiento absoluto ............................63
5.7 Programación de una secuencia de movimientos no
interpolados ...........................................................................64
5.8 Programación de una trayectoria definida (movimientos
interpolados) ..........................................................................65
6 Pantallas de supervisión ...........................................................69
6.1 Opciones de visualización en el Motion Pro...........................69
6.2 Descripción de la pantalla de visualización............................70
6.3 Modo de funcionamiento del Robot cartesiano XY ................71
7 Mantenimiento y Diagnóstico ...................................................75
7.1 Diagnóstico del Lexium 05 .....................................................76
7.2 Diagnóstico de la Lexium Controller ......................................81
8 Glosario ....................................................................................83
9 Guía de conocimientos .............................................................89
6
1. Introducción
1.1 Objetivos.
El robot cartesiano XY se ha diseñado para la formación y el estudio
de sistemas de manipulación y robótica industrial.
Los equipos que se han utilizado son componentes de tipo industrial,
para que el alumnado tenga un mayor acercamiento al entorno
industrial real.
Con este sistema se pueden abordar las fases reales de desarrollo y
explotación de un sistema de posicionado cartesiano, las prácticas de
formación se pueden realizar dentro de todos los ciclos de vida de un
sistema de manipulación industrial, como son:
o
o
o
o
o
o
o
Análisis de los Requisitos del sistema.
Diseño
Montaje
Programación
Puesta a punto
Funcionamiento
Mantenimiento
Además el sistema de manipulación está compuesto de por diferentes
tecnologías implicadas en un sistema automatizado. Por lo que se
pueden enseñar las diferentes tecnologías que componen el equipo
por separado y la interrelación para la creación de sistemas
automatizados complejos, las tecnologías y contenidos didácticos que
puede cubrir este equipo son los siguientes:
o
o
o
o
o
o
o
Mecánica (diferentes componentes mecánicos en un manipulador).
Montaje y ajuste mecánico.
Electrotecnia.
Interpretación de los esquemas eléctricos.
Sensores (Ajuste de los sensores).
Uso de los finales de carrera (cálculo del área de trabajo real).
Servomotores (Composición de un sistema de posicionamiento).
7
o
o
o
o
o
o
o
Ejes eléctricos
Servoaccionamientos (Configuración)
Ajuste de los elementos.
Autómatas (Programación y uso de un PLC)
Puesta a punto
Puesta a punto de un sistema de producción
Localización de averías
1.2 Seguridad.
Para la utilización del robot cartesiano XY, es necesario que tanto el
profesorado como el alumno que lo utilizan sigan unas
recomendaciones de seguridad. Además, deben respetarse las
normas y regulaciones sobre prevención de accidentes, aplicables
localmente.
El responsable del funcionamiento del robot cartesiano XY deberá
asegurarse de informar de las normas básicas de seguridad y de
utilización a aquellas personas que lo utilicen.
Las normas de utilización serán tenidas en cuenta en todo momento
para la realización de cualquier práctica o puesta en marcha del equipo, la
utilización del equipo de manera no adecuada, puede comportar un riesgo y
ocasionar daños físicos o lesiones al usuario o a terceras partes, o de causar
daños a la máquina o a otros bienes materiales.
Normas de utilización del robot cartesiano XY.
o Aspectos generales:
Los alumnos sólo deben trabajar en la estación bajo la supervisión de
un instructor.
Nadie estará interactuando en la zona de trabajo cuando se estén
realizando pruebas de movimiento o cargando programas.
8
Tener en cuenta de poner los frenos en las ruedas de la mesa, ya que
se pueden provocar movimientos bruscos que hagan desplazarse
todo el equipo provocando golpes a usuarios o rotura de cables.
o Riesgos Eléctricos:
Siempre que se interactue en el cuadro de control o se realice algún
tipo de modificación o verificación de algunos de los elementos,
asegurarse de tener el sistema totalmente aislado de la red eléctrica
de distribución.
Verificar siempre que las tomas de tierra estén operativas.
o Riesgos Mecánicos:
No intervenir manualmente a no ser que la máquina se halle
totalmente parada. Para ello siempre es necesario tener el botón de
paro de emergencia pulsado, de esta manera nos aseguramos de que
la potencia entre el driver y el servomotor está aislada.
1.3 Garantías y responsabilidades
Las reclamaciones de la garantía y responsabilidad por daños a
personas y materiales quedan excluidas si estas pueden imputarse a
una o varias de las siguientes causas:
•
Uso de la instalación con fines que no son los previstos.
•
Montaje de la máquina, puesta a punto, funcionamiento o
mantenimiento incorrectos.
•
Funcionamiento de la instalación utilizando equipos de seguridad
defectuosos o mal montados, o dispositivos protectores fuera de
servicio.
•
Modificaciones constructivas no autorizadas en la instalación.
9
•
Supervisión inadecuada de la instalación o de componentes
sometidos a desgaste.
•
Reparaciones llevadas a cabo incorrectamente.
El Instituto Schneider Electric de Formación declina cualquier
responsabilidad por daños a los alumnos, a la organización, a terceras
partes, o a todos ellos, como resultado del uso o aplicación de los
equipos fuera de la situación de pura formación.
10
2. Robótica y Manipulación
Debido a las exigencias de calidad, cada vez mayores, de los
productos generados por los sistemas de producción actuales, los
elementos que los componen tienen que disponer de una mayor
precisión, versatilidad y fiabilidad. La robótica y manipulación son
dos de las tecnologías integradas en estos sistemas, con mayor
proyección en nuestros días.
2.1 Conceptos generales:
Muchas labores de manipulación se pueden automatizar de forma
sencilla con módulos lineales, accionados por servomotores. Tanto
el posicionamiento como el perfil de movimiento de los módulos
lineales se pueden controlar con exactitud para adaptarlo a las
diferentes necesidades.
La combinación de dos o tres módulos lineales en dirección "y", "x"
y/o "z" permite un movimiento libre en el plano vertical y horizontal o
en el espacio. Esto hace posible, múltiples soluciones de robótica.
Las herramientas de trabajo tales como herramientas de agarre,
soldadura o pegado (dependiendo de la aplicación o el proceso
donde se utilice) se pueden adaptar de manera sencilla y se pueden
gobernar a través de los servoaccionamientos (Drivers).
Esquema de un robot cartesiano X Y
11
2.2 ¿Qué desea manipular?
Este tipo de robots cartesianos abordan un gran abanico de tareas
de automatización tales como la manipulación y montaje de piezas y
la reaización de forma fiable, rápida y económica de diversos
trabajos. Esto ofrece un potencial de reacionalización enorme,
gracias a los sistemas robóticos modulares.
2.3 Componentes generales de un sistema de posicionamiento:
Los robots cartesianos constan de una serie de componentes
generales que se repiten en todas las concepciones que existen de
este tipo de robot.
Del acoplamiento de servomotores y controladores de
posicionamiento con sistemas de ejes surgen robots cartesianos de
gran precisión y rendimiento para la realización de tareas de
posicionamiento en uno o varios ejes. Esto ofrece diferentes
composiciones.
12
2.4 Módulos lineales:
Los módulos lineales son sistemas mono eje para movimientos en
una dimensión. Existen tres modelos, en función del tipo de
movimiento lineal que realizan.
o En el eje portal se mueve sólo el carro. El cuerpo del eje cubre
sin moverse el área de trabajo.
o En el eje de extensión se mueve sólo el cuerpo del eje, el cual
se introduce en el área de trabajo.
o En el eje telescópico el carro y el cuerpo del eje se mueven
fuera de la posición compacta de retracción y se introducen en
el área de trabajo.
Tipos de módulos lineales
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Cada módulo lineal está constituido por diferentes partes, los
principales son:
Partes generales de un módulo lineal y sección
Los módulos lineales poseen una guía interior sin juego, la cual
posibilita un diseño compacto que protege contra la suciedad y la
influencia de las condiciones ambientales. La guía permite un
movimiento silencioso, requiere poco mantenimiento y tiene una vida
útil prolongada.
Existen dos tipos de guías: Las guías de rodillos o guías de bolas
circulantes.
•
Guía de rodillos: La guía de rodillos sin juego está
especialmente diseñada para soportar grandes velocidades.
Sección de un módulo lineal de guía de rodillos
14
•
Guía de bolas circulantes: Los módulos lineales que disponen
de este tipo de guías supone que el accionamiento es más
robusto y resistente a los momentos de inercia y fuerza que
genera la carga sobre el carro.
Sección de un módulo lineal de guía de bolas
Por lo tanto, la elección del tipo de módulo lineal vendrá dado por
las exigencias de fuerza y momento de inercia que tiene la
aplicación.
Datos tipo de fuerzas y Momentos de dos ejes de mismo diámetro pero diferentes guías.
También se pueden clasificar los módulos lineales en función del
elemento de transmisión de movimiento, este puede ser con correas
dentadas o de husillo.
Correa dentada: Ofrece una gran fuerza de avance a gran
velocidad, dinámicas muy elevadas y carreras útiles mayores que
el tipo husillo. Las correas dentadas están hechas de poliuretano
con refuerzos de alambre de acero.
15
Si el módulo lineal se coloca en la posición horizontal, la correa
dentada sólo es responsable de la aceleración, mientras que en
la posición vertical, este tiene que absorver, adicionalmente
fuerzas gravitacionales.
Correa dentada
Despiece de módulo lineal de correa dentada
•
Husillo: Los módulos lineales de husillo garantizan una gran
fuerza de avance manteniendo una gran rigidez, pero en
contraposición a una velocidad más baja, la precisión dependerá
del paso del husillo.
Husillo
Despiece de módulo lineal de husillo
2.5 Motores
Su función es la de transmitir el movimiento a la parte mecánica.
Adicionalmente, se puede poner un reductor de diferentes
reducciones entre el motor y el árbol de transmisión del eje.
16
A la hora de escoger el motor hay que tener en cuenta el momento
de accionamiento máximo admitido para el árbol de accionamiento
del eje.
El tipo de motor elegido lo determinará las prestaciones del tipo de
aplicación, tres tipologías de motor generalmente utilizadas son:
Servomotor síncrono AC (Alta dinámica y elevado par máximo),
Motor DC (Elevado par de retención sin corriente) y Motor paso a
paso (Elevado par de parada continua, buenas propiedades de
sincronismo y alta resolución de posicionamiento, pero control lazo
abierto).
o Servomotor síncrono AC:
En comparación con otros servomotores de CA, el momento de
inercia bajo garantiza valores de aceleración importantes en
combinación con la alta capacidad de sobrecarga. Además,
disminuye el consumo de energía y la pérdida calorífica que se
producen en el motor. El par es determinado por el bobinaje
estatórico alimentado por una corriente trifásica sinusoidal en
relación con el campo magnético proporcionado por los imanes del
rotor. La generación del sistema de corriente trifásico se efectúa en
estrecha relación con la posición del rotor en el servomotor.
Despiece de las partes de un servomotor AC
17
Dichos servomotores llevan integrado un sensor de posición llamado
encoder. Los encoders se dividen en incrementales (no guardan la
posición cuando se les quita tensión), o absolutos (guardan la
posición cuando se les quita tensión). Con la información que nos
aporta el encoder se realiza el lazo de corriente, velocidad y
posición.
2.6 Interruptores de finales de carrera:
Los interruptores de fin de carrera son sensores que funcionan sin
entrar en contacto. Es decir, son detectores de proximidad inductivos
con los que están equipados todos los módulos lineales y los
sistemas de múltiples ejes estándar
Los interruptores de fin de carrera se montan junto a los rieles de
desplazamiento, exactamente al mismo nivel, y son del tipo
"abridor": cuando el carro alcanza el interruptor de fin de carrera,
éste se abre y hace que el carro se detenga.
Esquema de posicionamiento de los finales de carrera
Los interruptores de final de carrera cumplen dos funciones:
Delimitar el área de trabajo del módulo lineal y como seguridad
(Ejemplo: si en el programa se coloca una posición que sobrepasa el
área de trabajo, cuando el carro llegue al final de carrera y este de
señal el movimiento parará porque ha llegado al final de carrera).
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Hay una tercera función en la que se pueden utilizar, que es la señal
para realizar el viaje de referencia (homing).
Existe la posibilidad de poner otro final de carrera, llamado “Final de
carrera de referencia”, que se utiliza para indicar el punto donde se desea
que el sistema tome como 0.
También se pueden encontrar otros dos finales de carrera de
emergencia (generalmente electromecánicos) colocados de la zona de
seguridad, si el carro lo pisa, corta directamente la potencia del servomotor.
2.7 Sistemas de múltiples ejes:
Los sistemas de múltiples ejes se componen de módulos lineales y
se diferencian según el tipo, tamaño y disposición de los ejes
combinados. Pueden estar equipados, según las necesidades, con
herramientas de agarre y de proceso y pueden funcionar
autónomamente o incorporados a una línea de montaje o de
producción.
Los sistemas de 2 y 3 ejes se diferencian, según el área en:
posicionadores lineales, en robots lineales, en robots portales o
en robots portales de pared.
•
Posicionador lineal: El posicionador lineal se encuentra encima
o debajo del área de trabajo. Trabaja en dirección x/z y está
diseñado especialmente para el transporte dinámico de cargas
en trayectos de recorrido corto en dirección z.
•
Robot lineal: El robot lineal se encuentra junto al área de trabajo
y está diseñado para transportar cargas a gran velocidad de
avance en trayectos de recorrido corto.
•
Robot portal: El robot portal está situado encima del área de
trabajo para ahorrar espacio y está diseñado para transportar
cargas en trayectos de recorrido largos.
19
•
Robot portal de pared: El robot portal de pared está situado
junto al área de trabajo y está diseñado para el transporte en
superficies verticales. Ampliando la carcasa, con cubiertas de
protección adicionales y puertas aseguradas, se puede convertir
en una unidad de manejo autónomo.
Descripción de las áreas de trabajo de los diferentes sistemas multieje.
20
3. Robot cartesiano XY
3.1 Descripción:
El robot cartesiano XY es un sistema de posicionamiento sobre un
plano X-Y, basado en dos ejes de portal accionados por
servomotores. El control de la potencia de los servos se realiza a
través de dos controladores (Drivers) del tipo Lexium 05 de la marca
Schneider Electric. La programación de las tareas de posicionamiento
se realiza a través de una interpoladora de ejes Lexium Controller que
realizará el control de todo el sistema, con la posibilidad de definir las
trayectorias.
El esquema de bloques del sistema es el siguiente:
Lexium Controller
PC
Ethernet
Entradas /Salidas cableadas
Botonera
Lexium 05
Lexium 05
Motion bus
Servomotor
Servomotor
Eje X
Eje Y
Esquema de los elementos principales Robot Cartesiano XY
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3.2 Áreas de trabajo:
Dentro del equipo se definen tres zonas de trabajo:
•
Área de producción: Es el área donde se realiza los movimientos
de posicionado.
•
Área eléctrica: Es la zona donde están colocados todos los
elementos eléctricos y de control.
•
Área de mando o supervisión: Es aquella donde se el operario
de la maquina podrá dar los permisos de Marcha, Paro del sistema
y activar la inhabilitación de la potencia en el caso que se haya
producido una emergencia.
Area de Producción
Area de Mando
o Supervisión
Area eléctrica
Áreas de trabajo del Robot Cartesiano XY
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3.3 Composición:
El robot cartesiano XY está compuesto por diferentes elementos que
conforman este sistema de posicionado multieje. La descripción de la
tarea de estos elementos y sus características técnicas principales
son tratados a continuación.
Para más información de este y otros Equipos Didácticos
consulte con el Instituto Schneider Electric de Formación
Bac de Roda, 52 edificio A-1ª planta
08019 – Barcelona
Tel: 93.433.70.03 – Fax: 93.433.70.39
[email protected]
www.isefonline.es
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Robot Cartesiano XY - Equipos didácticos

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