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Robótica
TEMA 4:PROGRAMACIÓNDE ROBOTSMartin Mellado (martin@isa.upv.es)
Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática (DISA)Facultad de Informática de Valencia (FIV)Universidad Politécnica de Valencia (UPV)
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV1
Universidad Politécnica de Valencia (UPV)
Tema 4Programación de robots
OBJETIVOS
• Reconocer los posibles problemas inherentes de la programación de robotsS b di ti i l t j t• Saber distinguir y las ventajas que aporta cada método de programación de robots
• Entender las funciones que hay que realizarEntender las funciones que hay que realizar para resolver la programación de robots
• Comprender los parámetros de la programación de movimientos de robots
• Ser capaz de programar aplicaciones prototipo de robots
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV2
prototipo de robots
Tema 4Programación de robots
CONTENIDOS
1. Problemática y evolución2. Métodos de la programación de robots3 F i d l ió d b t3. Funciones de la programación de robots4. Programación de movimientos5. Programación genérica de aplicaciones5. Programación genérica de aplicaciones
prototipo
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV3
Problemática y evolucióny
Rendimiento de un sistema robotizado programación
Problemática:Problemática:
• Complejidad del sistemaRepresentación tridimensional y visión espacial• Representación tridimensional y visión espacial
• Diversidad de marcas, modelos y configuraciones• Vertientes específicas de cada aplicación concreta
ó• Integración con otros dispositivos• Aplicaciones con sensorización externa
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV4
Problemática y evolución
Usuarios:
y
•Operarios•Personal de Mantenimiento•Programador del sistema de fabricaciónProgramador del sistema de fabricación•Programador de aplicaciones•Programador del sistema
Cortesía Reis
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV5
Cortesía Fanuc
Problemática y evolución
4ª Generación
y
4ª Generación
3ª Generación Progreso a sistemas de programación textual compleja basados en estándares internacionales: IRL2ª G ó A li li ió i d t i l IRL
Sistemas gráficos caros y complejos: IGRIP, ROBCAD, ...
2ª Generación Amplia aplicación industrial de lenguajes de control de robots: VAL-II, V+, BAPS, ...
Desarrollo de herramientas gráficas de programación: ROBCAD, IGRIP, ...
1ª Generación Desarrollo de lenguajes de programación independientes del robot: AL, ROBEX
5ª Generación
Desarrollo de lenguajes implícitos: RAPT
Primeros intentos de estandarización: IRDATA
Lenguajes simples y l t l
Búsqueda de sistemas de ió i blelementales.
Específicos de robots: VAL, HELP, SIGLA
Primeras aproximaciones a lenguajes implícitos: AUTOPASS
programación amigables basados en técnicas visuales: OPERA, AMIGA, ...
Alta integración con sensorización
1970 1980 1990 2000
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV6
Métodos de programación de robotsp g
Primera clasificación:
• Programación directa o en línea (on-line)Programación directa o en línea (on line)• Programación indirecta o fuera de línea (off-line)• Programación híbrida
Segunda clasificación:
• Programación por guiado• Programación textual
Nivel de RobotNivel de RobotNivel de ObjetoNivel de Tarea
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV7
Métodos de programación de robotsp g
Programación por Guiado
• Proceso de enseñanza y repeticiónProceso de enseñanza y repetición• Uso de la unidad de control a pie de robot
maestro-esclavo enseñanza activaenseñanza pasiva
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV8
Métodos de programación de robotsp g
Programación Textual
• Programas de robot escritosProgramas de robot escritos• Diferentes Niveles:
Nivel de Robot programación explícitaNivel de ObjetoNivel de ObjetoNivel de Tarea
Programación Gráfica
programación implícita
Programación Gráfica
Programación Automática o Manual
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV9
Métodos de programación de robots
DIRECTA INDIRECTA
p g
DIRECTA(ON-LINE)
HÍBRIDA
INDIRECTA(OFF-LINE)
Desde OrdenadorA pie de robot
Enseñanza-RepeticiónTextual Gráfica
Program 1HomeReset Outputs…
Pasiva Maestro-Esclavo Activa
Nivel Robot
Instrucciones SimulaciónGráfica
Nivel TareaNivel Objeto
Guiado
Explícita Implícita
Move P1 Pick A Assembly A & B
Acciones Robot Acciones Objetos Resolución Tareas
Open GripperMove P2…
Place A on BPick C…
Weld B to CAssembly D & E…
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV10
Funciones de la programación de robots
Funciones básicas a cumplir:
p g
Funciones básicas a cumplir:• Control de Movimiento del Robot:
•Sistemas de CoordenadasD fi i ió d L li i•Definición de Localizaciones
•Parámetros de los Movimientos
• Control de las Acciones de Utillaje• Control de Sensores• Control de Dispositivos Externos
• Control Virtual del Entorno• Control de ProgramasControl de Programas• Cálculos Aritméticos y Lógicos• Control de Interacción con el Operario
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV11
Programación de movimientosg
Sistemas de Coordenadas:
Programación en el Espacio de Articulaciones:g p
DRIVE(articulacion,valor)
DRIVE(vector_valores)
Puede ser obsoluta o relativaPuede ser obsoluta o relativa
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV12
Programación de movimientosg
Sistemas de Coordenadas:
Programación en el Espacio Cartesianog pUso de sistemas de coordenadas:
• del robot (RobotFrame)• de la herramienta (ToolFrame)de la herramienta (ToolFrame)
Transformación = RobotFrameTToolFrameVector de posición (x y z) y:Vector de posición (x,y,z) y:
• ángulos de Euler de orientación (α,β,γ)• cuaternión de orientación (q1, q2, q3, q4)
matriz de rotación R• matriz de rotación R3×3Matriz de transformación homogénea T4×4
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV13
Programación de movimientosg
Sistemas de Coordenadas:
Movimientos Absolutos y Relativosy
Sistema de coordenadas de la herramienta (ToolFrame)Punto Centro de Herramienta (TCP)Punto Centro de Herramienta (TCP)
Sistema de coordenadas:de objeto auxiliar o base (ObjectFrame)de objeto, auxiliar o base (ObjectFrame)del mundo (WorldFrame)
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV14
Programación de movimientos
Sistemas de Coordenadas
g
WorldFrameTRobotFrame:dónde se sitúa el robot
WorldFrameTWorldFrameTBase1Frame:dónde se sitúa la pieza
ToolFrameTWeldToolFrame:dónde se sitúa laherramienta de soldadura
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV15
Programación de movimientos
Sistemas de Coordenadas
g
Sistema de Coordenadas
(Frame)Características Función
(Frame)
Robot Único y difícilmente modificable
Referencia de movimientos y localización del robot respecto al del mundo
Herramienta Uno origen en la brida y nuevos definibles respecto a éste
Sistema móvil del robot y referencia de movimientos
B R f i d i i tBase oAuxiliar Definibles respecto al del
mundo
Referencia de movimientos y localización de objetos respecto al del mundo
Mundo Idéntico al del robot pero Referencia de movimientos, robotsMundo Idéntico al del robot pero modificable
Referencia de movimientos, robots y objetos
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV16
Programación de movimientos
Definición de Localizaciones:
g
•Manualmente mediante su medición• Incómodo o inviable
• Mediante el uso del propio robot• Por guiado. Precisión Visual
• Mediante un modelo del entorno del robot en un sistema CAD• Requiere calibración sensorial entre el modelo virtual y el modelo real
• Mediante el uso de sensores (visión por computador)• Dificultad para la orientación y poca precisión
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV17
Programación de movimientos
Parámetros de Movimiento
g
•Velocidad• Parámetro nominal (porcentaje respecto a una velocidad básica)
V l id d li l l id d l• Velocidad lineal, no velocidad angular• Velocidad no uniforme, con rampas de aceleración/deceleración
V l i d• Valor aproximado• Importante para movimientos largos
• Aceleración• Aceleración• Aceleración de arranque y la deceleración de parada (rampas)• Poco intuitivos• Poco intuitivos• Importante para movimientos muy cortos
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV18
Programación de movimientos
Parámetros de Movimiento
g
•Tipo de Movimiento• Libre o Punto a Punto (PTP)
• Interpolación lineal en el espacio de articulaciones (i d di t di d ) (i l id l ñ )(independiente o coordinada) (incluida en la muñeca)• Movimiento garantizado y sencillo
InicioDestinoPosible
MovimientoPTP
PosicionamientoExacto
PTP
PosibleMovimiento
InicioDestino
Destino
MovimientoPTP
Posicionamiento
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV19
Exacto
Programación de movimientos
Parámetros de Movimiento• Tipo de Movimiento
g
• Tipo de Movimiento• Rectilíneo
• Orientación con interpolación en las variables de articulación de muñeca orientación fija o interpolación enarticulación de muñeca, orientación fija o interpolación en los ángulos de Euler• Posiciones intermedias pueden ser inalcanzables
InicioDestino
PosicionamientoExacto
Inicio
D ti
MovimientoRectilíneo Movimiento
Rectilíneo
InicioDestino
Destino
PosicionamientoExacto
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV20
Programación de movimientos
Parámetros de Movimiento• Tipo de Movimiento
g
• Tipo de Movimiento• Circular
• Localización actual y dos más• Discretización en segmentos rectilíneosDiscretización en segmentos rectilíneos• Orientación fija o variable respecto al espacio o a la trayectoria circular
InicioIntermedio
DestinoMovimientoCircular
Inicio IntermedioDestinoDestino
MovimientoCircular
Inicio IntermedioDestino
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV21
Programación de movimientos
Parámetros de MovimientoDestinoPosible
Rango deAproximación
g
• Precisión• Posicionamiento Exacto
• Velocidad ceroA d
InicioDestino
MovimientoPTP
PosibleMovimiento
PTP• Arranques y paradas
• Movimiento Continuo• Rango de aproximación
InicioDestino
DestinoPTP
PosicionamientoExacto
Rango deAproximaciónInicioDestino• Rango de aproximación
• Parámetro de vuelo (fly)• Error según parámetro yvelocidad Inicio
Inicio
Destino
Destino
MovimientoRectilíneo Movimiento
Rectilíneo
velocidad• Movimientos más rápidos
InicioDestinoPosicionamiento
Exacto
Rango deAproximaciónInicio
I t di
DestinoMovimientoCircular
Inicio
Intermedio
IntermedioDestinoDestino
MovimientoCircular
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV22
Inicio Intermedio
Programación de movimientos
Parámetros de MovimientoSelección de la Configuración
g
• Selección de la Configuración• Control usuario: bits de control, variables de las articulaciones o comandos o instrucciones especiales• Sistema de control: selecciona la configuración más• Sistema de control: selecciona la configuración más adecuada (la más cercana o económica, en términos de menor energía consumida en el movimiento)
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV23
Programación de movimientos
Parámetros de MovimientoSelección de la Configuración
g
• Selección de la Configuración• 8 soluciones para el robot angular
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV24
Programación genérica de aplicaciones prototipo
Aspectos a Contemplar
g g p p p
p p
• Seleccionar la herramientaSistema de coordenadas, parámetros, carga
D t i i d h i t• Determinar operaciones de herramientaApertura/cierre de pinza, soldadura, ...
• Determinar localizaciones de la herramienta (y localizaciones relativas)
• Determinar las precisionesSólo se indicará un requisito de precisión cuando sea necesario
• Determinar las velocidades de movimientosS tili á l id d lt i iblSe utilizará una velocidad alta siempre que sea posible
• Determinar tipo de movimientosMovimiento libre o restringido (lineal, circular, ondular, ...)Se utilizarán movimientos libres mientras no sea necesario controlar la trayectoria que debe realizar la herramienta
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV25
Programación genérica de aplicaciones prototipo
PROGRAMA GENÉRICO DE ROBOT:Inicialización:
g g p p p
Inicialización:Inicialización de constantes, variables y estructura de datosDeterminación de parámetros globales (velocidad, aceleración, ...)Selección, configuración e inicialización de herramientaInicialización de señales de salidaInicialización de señales de salidaMover el robot a configuración de reposo
Repetir siempreEspera a condición de inicio del ciclo de trabajoRealización de un ciclo de trabajoRealización de un ciclo de trabajoAvisar de ciclo terminado
TIPOS DE TAREAS BÁSICAS:TIPOS DE TAREAS BÁSICAS:• Basadas en una única localización de trabajo:
Coger o dejar una pieza, taladrar una pieza, aplicar un punto de soldadura, ...
• Basadas en una trayectoria con control continuo con secuencia de localizaciones de• Basadas en una trayectoria con control continuo, con secuencia de localizaciones de trabajo:
Trayectoria de soldadura al arco, fresado, mecanizado continuo, pintura, lijado, aplicación de pegamento, ...
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV26
Programación genérica de aplicaciones prototipog g p p p
Región LibreSin restricciones de precisiónMovimientos libresVelocidades altas Localización de ataque Localización de retirada
Región de trabajo Frontera
trol de precisió
n,
d y movim
iento
S i d i i t
Regiones de Trabajo
ObjetosContro
velocidad y Secuencia de movimientos
Regiones de Trabajo
Localizaciones de trabajo
Localizaciones de ataque, trabajo y retirada
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV27
Programación genérica de aplicaciones prototipog g p p p
entradamovimientos
libresvelocidad
salidasin restriccionesde precisión
aproximaciónprecisión media
evacuaciónprecisión media
altap
movimientoslineales
Aplicación genérica de agarre o dejada de una pieza
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV28
Programación genérica de aplicaciones prototipo
COGER PIEZA
g g p p p
COGER PIEZAAbrir pinzaAproximar pinza a la pieza
Movimiento libre si no hay peligro de colisiónLocalización de ataque a una distancia de seguridad de la piezaMáxima velocidadPrecisión media
Situar pinza en posición de agarreM i i lí l li iMovimiento en línea recta para controlar colisionesVelocidad lentaPrecisión alta
Cerrar pinzaEEsperaActuar señal pinzaEspera
Retirar pinza con pieza a una localización de evacuaciónM i i t lí t t l li iMovimiento en línea recta para controlar colisionesPosición de evacuación a una distancia de seguridad de soporte piezaVelocidad mediaPrecisión media
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV29
Programación genérica de aplicaciones prototipo
DEJAR PIEZA
g g p p p
DEJAR PIEZA¿ ?Aproximar pinza con pieza a localización final
Movimiento libre si no hay peligro de colisiónLocalización de ataque a una distancia de seguridad de soporte final de piezaMáxima velocidadPrecisión media
Situar pinza con pieza en localización de dejadaM i i lí l li iMovimiento en línea recta para controlar colisionesVelocidad lentaPrecisión alta
Abrir pinzaEEsperaActuar señal pinzaEspera
Retirar pinza a una localización de evacuaciónM i i t lí t t l li iMovimiento en línea recta para controlar colisionesPosición de evacuación a una distancia de seguridad de la piezaVelocidad mediaPrecisión media
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV30
Programación genérica de aplicaciones prototipog g p p p
inicio salidainiciolocalizacionesintermedias
aproximación evacuación aproximación evacuación
salida
p
cerrarpinza
abrirpinza
Aplicación genérica de “pick & place”Aplicación genérica de pick & place
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV31
Programación genérica de aplicaciones prototipog g p p p
PICK & PLACEEsperar pieza lista para manipularCoger piezaCoger piezaEnviar señal de pieza cogidaMovimientos intermedios
Movimientos libres si no hay peligro de colisiónMá i l id dMáxima velocidadSin requisitos de precisión
Dejar piezaEnviar señal de pieza dejada para su evacuaciónEnviar señal de pieza dejada para su evacuación
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV32
Tema 4Programación de robots
CONCLUSIONES
• Se han presentado los métodos de programación de robotsS h t d l f i d l• Se han mostrado las funciones de la programación de robots
• Se han visto los parámetros necesarios enSe han visto los parámetros necesarios en los movimientos de un robot
• Se ha estudiado la programación genérica de una aplicación de ensamblado
Programación de robots Martin Mellado DISA - UPV33
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