Exemplo de Programa

Exemplo de Programa

11 de julho de 2015

No Laboratório de FMS da UTFPR há um torno e uma fresadora CNC que são ambos carregados e descar-regados por robôs. As operações de carga e descarga são selecionadas pelo centro de controle do FMS que recebee envia informações de e para a esteira (presença do palete na posição adequada), torno, fresadora e robôs. O centro decontrole é um cliente, segundo a definição de cliente da Arquitetura Cliente/Servidor, as máquinas CNC e os robôs sãoservidores que prestam serviços de usinagem e carga/descarga de peças. O robô próximo ao torno deve:

• na operação de carga: retirar a peça do palete; colocá-la no torno; aguardar a fixação da peça (fechamento da pinçado torno); liberar a peça; retirar a garra indo para uma posição de descanso; avisar ao centro de controle que estáem uma posição segura;

• na operação de descarga: pegar a peça no torno; aguardar a liberação da peça (abertura da pinça do torno); retirara peça e colocá-la no palete; voltar para a posição de descanso; avisar o centro de controle.

A seguir são mostrados os detalhes da elaboração do programa para o robô próximo ao torno.

1 Diagrama espaço-tempoO diagrama espaço-tempo mostra a comunicação entre as máquinas e é apresentado na Fig. 1. Neste caso, a ArquiteturaCliente/Servidor é usada para garantir a correção do processo de integração.

Note que há sempre um número par de mensagens em cada sentido e cada comando recebe uma resposta.Os números ao lado das ações realizadas pelo robô são posições/orientações (ver Seção 3) e AG e FG significa abra

e feche a garra, respectivamente. Estes comentários são bastante úteis na hora de escrever a sequência de comandos.

2 Diagrama unifilarO diagrama unifilar da Fig. 2 mostra a ligação física entre componentes do sistema. As interfaces das máquinas sãodigitais (ativa/desativa) como um CLP o que implica em persistência de mensagem. Segundo o diagrama espaço-tempoda Fig. 1, o centro de controle envia 4 mensagens para o robô: carregue, pinça fechada, descarregue e pinça aberta. Comoeste número é múltiplo de dois, a necessidade de se retirar a mensagem após o seu envio pode ser satisfeita se foremusados dois ou até mesmo um único canal de comunicação (par de fios). Dois canais permitem que o programa do robôseja melhor estruturado. Nesse caso as mensagens trocadas entre o centro de controle e o robô são estruturadas como aativação e desativação de dois canais de comunicação com persistência de mensagem:

• “carregue” e “pinça fechada” (com pinça fechada = carregue);

• “descarregue” e “pinça aberta” (com pinça aberta = descarregue).

Isso significa que, por exemplo, a ativação de uma das saídas envia o sinal “carregue” para o robô; a desativação destamesma saída significa “pinça fechada”. O mesmo vale para “descarregue” e “pinça aberta”.

As respostas enviada pelo robô pode-se usar um único canal porque as mensagens dependem do contexto (o centrode controle sabe como interpretá-las porque ele é quem enviou o comando que ocasionou a resposta1). Além disso, cadaoperação (carga/descarga) necessita dois comando que recebem duas respostas, assim o estado final da interface é sempredesativada ao final de um processo de carga ou descarga:

1Usando o jargão máquinas de estados finitos, o estado do centro de controle é conhecido pelo próprio centro de controle; e o centro decontrole também conhece o estado do robô. Isso porque é o centro de controle quem envia as mensagens que alteram o estado do robô no iníciode cada operação, e quando o estado do robô muda porque ele terminou uma operação, o robô notifica o centro de controle desta mudança.

1

11 de julho de 2015 Exemplo de Programa DAMEC

OK1

abra a porta e a pinça

feche a pinça

pinça fechada

OK (carga)

usine

descarregue

feche a pinça

carregue

abra a pinça

abra a pinça

pinça aberta

OK (descarga)

Centro deControleTorno Robô

espera

carrega: 2, 3, FG, 2, 4, 5

espera

vai para posição de descanço: AG, 4, 1

espera

segura a peça no torno: 4, 5, FG

espera

coloca a peça no palete e vai para aposição de descanço: 4, 2, 6, AG, 2, 1

espera

espera

espera

espera

usina, abre a porta

espera

fecha a pinça

abre a porta e a pinça

abre a pinça

espera

OK2 = OK1

OK3 = OK1

OK4 = OK3

Figura 1: Diagrama espaço-tempo mostrando a comunicação entre o centro de controle, o torno CNC e o robô

2/7 Prof. Luís Paulo Laus, Dr. Eng. UTFPR


3ControleCentro deTorno Robô

58

Figura 2: Diagrama unifilar mostrado as conexões físicas entre os componentes usadas no programa de carga e descargado torno CNC

Tabela 1: Resumo do estado de cada canal na comunicação entre o centro de controle e robôE/S Canal (bit) Mensagem Estado do canal

E

5carregue ativo

pinça fechada desativo

8descarregue ativo

pinça aberta desativo

S 3

feche a pinça ativo

OK (carga) desativo

abra a pinça ativo

OK (descarga) desativo

• feche a pinça = abra a pinça, OK (carga) = OK (descarga) = feche a pinça = abra a pinça.

Na Fig. 2 é mostrado o digrama unifilar e o número das portas (bits) do robô usadas na comunicação são mostrados paraservir de referência na elaboração do programa e documentação do sistema. O mesmo poderia ter sido feito com as outrasmáquinas.

Na Tabela 1 são listados os canais (indicados pelo número da porta, bit) de entrada e saída (E/S) e os estados dainterface correspondentes a cada mensagem. Note que a Tabela 1 ajuda na verificação da adequação do diagrama unifilarda Fig. 2 com o DET da Fig. 1. Um mesmo canal de entrada do robô (neste exemplo a porta de entrada 5) é usadona operação de carga porque as duas mensagens envolvidas são enviadas em sequência o que implica em ativação e, nasequência, desativação do estado de um mesmo canal. O mesmo vale para a descarga. A interface de saída, porta 3,também tem a associação de estado com mensagem determinada pela sequência de envio destas mensagens. Por isso, asmensagens aparecem na Tabela 1 na mesma ordem em que elas aparecem na Fig. 1 respeitando a separação de sentido deenvio.

A comunicação com o torno pode ser feita usando um único canal em cada sentido já que as mensagens dependemdo contexto. Isso depende de como o programa do torno vai ser implementado.

3 CroquiO croqui é um diagrama simplificado mostrando as posições/orientações que são usadas pelo robô. Na Fig. 3 são indicadasquais posições são críticas com o símbolo � (devem ser memorizadas com precisão), quais são relativas usando � (definidasem relação às posições críticas) e quais são de baixa precisão por �.

A posição 6 é necessária porque não é possível reusar a posição 3 (usada na carga) para descarga, mas é possívelusar a posição 5 na carga e na descargar. Isso porque uma peça deixada na posição 5 pode ser apanhada nesta posição

2 �

3 �6 �

� 5

� 1

� 4

PaletePinça do torno

Robô

Peça

Figura 3: Croqui mostrado as posições/orientações usadas no programa de carga e descarga do torno CNC



novamente, mas uma peça que foi apanhada na posição 3 não pode ser deixada nesta posição no futuro por causa doacumulo dos erros (repetibilidade limitada do robô).

3.1 Sequência de gravação de pontosComo visto na Fig. 3, apenas as posições/orientações 3, 5 e 6 são de alta precisão; mesmo assim, a posição 6 pode sergrava em relação a posição 3 porque a diferença entre elas é de apenas alguns milímetros para compensar a falta derepetibilidade de robô. A posição/orientação 1 é uma posição de “descanso” e deve ser escolhida de forma a minimizara corrente dos motores, sobretudo dos motores que trabalham contra a gravidade. Assim, as posições/orientações 3 e 5deve ser gravadas com muito cuidado para garantir o bom funcionamento do sistema.

Primeiro, deve-se gravar a posição 3 e para isso deve-se colocar um palete na posição apropriada com uma peça dotamanho que será usado no processo real no centro do palete. Para garantir que a peça está mesmo no centro, vale a penaenrolar uma camada de material flexível, como por exemplo neoprene, em torno da peça. Este material vai absorver oschoques gerados pelo fechamento da garra do robô e manter a peça no centro mesmo que a garra seja aberta e fechadavárias vezes o que é necessário durante os ajustes. O robô deve ser posicionado o mais próximo o possível da peça coma garra a uma altura em relação ao palete compatível com a profundidade que peça será introduzida na pinça do torno.Para isso, é importante usar os três sistema de coordenadas (modos) disponíveis: PTP (move uma junta por vez), TOOL(aproxima e afasta da peça movendo sempre na direção para a qual a garra está apontando) e XYZ (move em relação aosistema de coordenadas da base do robô, inclusive para alteração da orientação sem alterar a posição e vice-versa). Sedisponível, pode-se usar um inclinômetro para deixar a garra do robô paralela ao plano do palete. Pode-se também medira distância dos dedos da garra até a peça e tentar fazer como que a peça fique no meio dos dedos o mais exatamenteo possível. Só então fecha-se a garra observando cuidadosamente a peça tentando ver se a ela se move quando tocadapelos dedos e em que direção isso acontece. Se houver movimento, por mínimo que seja, deve-se abrir novamente a garrae reposicioná-la ou reorientá-la conforme o caso. O manipulador só deve ser movido com a garra aberta, mesmo que omovimento seja apenas para alteração da orientação. Normalmente, deve-se abrir e fechar a garra várias vezes antes dese obter uma posição e orientação satisfatória. É interessante notar que o som do fechamento da garra costuma mudarquando uma posição/orientação boa é atingida. Uma vez obtido uma posição/orientação satisfatória, ela é gravada como comando PS 3, onde 3 é o número da posição/orientação que será usado no programa.

Com a garra fechada na posição 3, deve-se mover o manipulador com muito cuidado para retirar a peça do paleteusando o comando Z+ no modo XYZ. É interessante fazer isso apenas depois de remover o material flexível usado paracentrar a peça no palete. Quando a peça estiver longe o suficiente do palete, pode-se usar o modo PTP para levar omanipulador para a próxima posição de alta precisão que é posição 5. Deve-se inserir a peça na piça aberta do torno commuito cuidado. Para isso, o modo XYZ é bastante conveniente. Quando a profundidade de inserção estiver correta, issoé, quando a peça estiver fundo o suficiente na piça para garantir uma boa fixação, mas não necessariamente no centro daspinça (das castanhas), abre-se a garra do robô para liberar a peça. É conveniente gravar esta posição como uma posiçãotemporária que não será usada no programa, mas poderá ser usada caso o garra seja afastada ou aproximada da pinçao que faria com que a peça efetivamente fosse levada mais para o fundo ou mais para fora da pinça. Agora a peça podeser fixada manualmente fechando a pinça do torno com o comando apropriado enquanto o programador segura a peça naposição correta. Não faz mal se a peça ficar um pouco mais para dentro ou mais para fora da piça porque o importanteagora é acertar o centro da pinça. Deve-se tomar cuidado para não mover o manipulador para os lados, apenas para cimae para baixo e para frente a para traz tentando fazer com que a peça fique no centro da garra. Fechando e abrindo agarra várias vezes e observando atentamente se um dos dedos ou parte de um dos dedo toca a peça antes que o outro épossível corrigir a posição e orientação da garra até a posição/orientação suficientemente próxima da meta seja atingida.Se a garra for acidentalmente movida para mais longe ou mais próximo da pinça, é possível usar o comando MOV paravoltar a posição inicial temporária. Lembre-se de só mover o robô com a garra aberta.

4 Programa em alto nívelO programa em alto nível é uma sequência de comandos que descreve o algoritmo a ser executado pelo robô contendo acomunicação entre o robô e as outras máquinas, o comando da garra e a sequência de movimentos. É possível numeraras linhas para servir de referência mas é mais interessante usar rótulos (labels) para este fim mesmo que o robô a serprogramado não suporte este recurso. Os números das posições/orientações do item anterior (veja Seção 3) também sãomuito úteis. Na Listagem 1 é mostrado o programa para cagar e descarga do torno usando português estruturado.



Listagem 1: Programa para carga e descarga de torno CNC em alto nível

i n i c i a l i z a os encoders , as cons tante s ( o f f s e t s de pos i ção / o r i en tação r e l a t i v a s )e a i n t e r f a c e de comunicação ;

move para 1 ( pos i ção de descanso ) em a l t a ve loc idade , PTP;le_comando :

l ê comandos ;o comando é " car regue "? Vai para " carga " ;o comando é " descar regue "? Vai para " descarga " ;va i para " le_comando " ;

carga :comentário : i n í c i o da operação de carga ;move para 2 (em r e l a ç ã o à 3) em a l t a ve loc idade , PTP;abre a garra ;move para 3 em baixa ve loc idade , em l i n h a r e ta e com a garra aberta ;f e cha a garra ;move para 2 (em r e l a ç ã o à 3) em baixa ve loc idade , em l i n h a r e ta e com a garra fechada ;move para 4 (em r e l a ç ã o à 5) em a l t a ve loc idade , PTP;move para 5 em baixa ve loc idade , em l i n h a r e ta e com a garra fechada ;envia mensagem " f e che a pinça " ;

l e_resposta_carga :l ê r e s po s ta ;a r e sp o s ta não é " pinça fechada "? Vai para " le_resposta_carga " ;abre a garra ;move para 4 (em r e l a ç ã o à 5) em baixa ve loc idade , em l i n h a r e ta e com a garra aberta ;move para 1 em a l t a ve loc idade , PTP;envia mensagem "OK ( carga ) " ;va i para " le_comando " ;

descarga :comentário : i n í c i o da operação de descarga ;move para 4 (em r e l a ç ã o à 5) em a l t a ve loc idade , PTP;abre a garra ;move para 5 em baixa ve loc idade , em l i n h a r e ta e com a garra aberta ;f e cha a garra ;envia mensagem " abra a pinça " ;

l e_resposta_descarga :l ê r e s po s ta ;a r e sp o s ta não é " pinça aberta "? Vai para " le_resposta_descarga " ;move para 4 (em r e l a ç ã o à 5) em baixa ve loc idade , em l i n h a r e ta e com a garra fechada ;move para 2 (em r e l a ç ã o à 3 ou 6) em a l t a ve loc idade , PTP, e com a garra fechada ;move para 6 em baixa ve loc idade , em l i n h a r e ta e com a garra fechada ;abre a garra ;move para 2 (em r e l a ç ã o à 3 ou 6) em baixa ve loc idade , em l i n h a r e ta e com a garra aberta ;move para 1 em a l t a ve loc idade , PTP;envia mensagem "OK ( descarga ) " ;va i para " le_comando " .



Listagem 2: Programa para carga edescarga de torno CNC na linguagemdo robô RV-M1

DL 1 ,700PD 2 ,0 ,0 ,100 ,0 ,0SF 2 ,3PD 4 , −100 ,0 ,0 ,0 ,0SF 4 ,5

10 NT20 OD 030 SP 7 ,H40 MO 150 ID60 TB +5 ,20070 TB +8 ,50080 GT 50

200 ’CARGA210 SP 7 ,H

220 MO 2230 GO240 SP 1 ,L250 MS 3 ,10 ,O260 GC270 MS 2 ,10 ,C280 SP 7 ,H290 MO 4 ,C300 SP 1 ,L310 MS 5 ,10 ,C320 OB +3330 ID340 TB +5 ,330350 GO360 MS 4 ,10 ,O370 SP 7 ,H380 MO 1390 OB −3400 GT 50500 ’DESC

510 SP 7 ,H520 MO 4530 GO540 SP 1 ,L550 MS 5 ,10 ,O560 GC570 OB +3580 ID590 TB +8 ,580600 MS 4 ,10 ,C610 SP 7 ,H620 MO 2 ,C630 SP 1 ,L640 MS 6 ,10 ,C650 GO660 MS 2 ,10 ,O670 SP 7 ,H680 MO 1690 OB −3700 GT 50

5 Programa do robô usando a linguagem Movemaster EXNa elaboração do programa, foi considerado que as mensagens carregue e pinça fechada = carregue são recebidas pelo bit5 e descarregue e pinça aberta = descarregue pelo bit 8. Já as mensagens feche a pinça = abra a pinça, OK (carga) = OK(descarga) = feche a pinça = abra a pinça são enviadas pelo bit 3. Estas escolhas são arbitrárias e deveriam ser registradasno digrama unifilar. Na Listagem 2, o primeiro comando, DL 1,700, apaga qualquer código que por ventura estivesse namemória do robô entre as linhas 1 e 700 preparando o robô para inserção das linhas de código. Como este comando só éexecutado quando o programa é inserido, ele não possui numeração de linha. Os próximos 4 comandos definem as posições2 e 4 relativas às posições 3 e 5, respectivamente: os comandos PD definem o offset e o comando SF soma as posiçõese armazena o resultado desta soma na primeira posição (primeiro argumento do comando). Estes comandos também sósão executados uma única vez e por isso não possuem numeração de linha. A posição 6 pode ser calculada em relação àposição 3 com o offset conhecido e fixo, digamos de 1, 5 mm. Neste caso, os comandos PD 6,0,0,1.5,0,0 e SF 6,3 poderiamser inseridos antes do início do programa.

O programa propriamente dito inicia na linha 10 com o comando NT. Há vários detalhes neste programa que podemmodificados sem alterar muito o funcionamento. Por exemplo, quando a garra está aberta pode não ser necessário moverem linha reta, neste caso a linha 250 pode ser substituída por MO 3,O, etc. Pode não ser necessário usar movimentos emlinha reta em nenhum ponto do programa. Se esse for o caso, ao invés de calcular as posições 2 e 4 antes da inserção doprograma propriamente dito (transmissão ou carga do programa no robô), pode ser usado o comando MA.

6 Carga de descarga da fresadoraA fresadora CNC do Laboratório de FMS da UTFPR é equipada com uma morsa automática para a fixação da peça queserá usinada. Esta morsa possui um mordente fixo e um móvel como ilustrado na Fig. 4. Antes de iniciar o processo decarga ou descarga é importante posicionar a mesa da fresadora em uma posição de referência e sempre usar esta posiçãopara as operações de carga e descarga. Como só um dos mordentes da morsa é móvel, não é possível posicionar a peça aser carregada no centro da morsa porque o fechamento desta provocará uma colisão contra a peça e a força de impactoserá transmitida pela estrutura do manipulador com um sério risco de dano. É necessário encostar a peça no mordente fixoda morsa e isso deve ser feito na velocidade mínima do robô para evitar danos ao manipulador. Assim, quando a morsaé fechada a força é transmitida através da peça para o mordente fixo. Não é possível aproximar a peça por cima paraencostá-la no mordente fixo da morsa por causa do risco de colisão com o topo da morsa. Então é necessário duas posiçõesde aproximação: a posição/orientação 7 fica acima da morsa no meio dos mordente (quando completamente abertos); a8 também fica no meio dos mordentes, mas na altura de fixação da peça (ver Fig. 4). Note que as posições/orientaçõesilustradas na Fig. 4 não estão na posição alcançada pela garra do robô, ou de outra forma, elas correspondem a umaposição na peça próximo à região de fixação

A posição/orientação 9 é a posição de alta precisão com a peça encostada no mordente fixo da morsa. Para retirar



Móvel

8

710

9Fixo

Figura 4: Croqui mostrado a morsa da fresadora CNC as posições/orientações usadas no programa de carga e descarga

a garra na segunda metade da operação de carga, é usada a posição 10 diretamente acima da posição 9 já que haveriao risco de colisão (movimento em diagonal) se a garra fosse movida para a posição 7. A posição 10 também é usada naaproximação da descarga. Assim, a carga e descarga da fresadora é um exemplo interessante porque são necessária trêsposições de aproximação. Todas estas três posições podem ser determinadas em relação a posição 9 de alta precisão.

A sequência de operação na carga é: move para a posição 2, para a 3 com a garra aberta, fecha a garra, volta paraa posição 2, move para a 7, para a 8, para a 9 em baixíssima velocidade, espera o fechamento da morsa, abre a garra,move para a posição 10 e finalmente para a 1. Na descargar: move para 10, para a 9 com a garra aberta, fecha a garra,espera a abertura da morsa, move para a posição 8 (para não arrastar a peças contra o mordente fixo da morsa), movepara a posição 7, para 2, para a 6, abre a garra, retorna para 2 e finalmente volta para a 1. Note que as posições 1, 2, 3 e6 são definidas da mesma forma que na Fig. 3.

6.1 Sequência de gravação de pontosA gravação da posição/orientação 3 é feita como explicado na Seção 3.1. Para gravar a posição/orientação 9 deve-seprimeiro apanhar uma peça com o manipulador na posição 3 e trazê-la até o que será a posição 8 ajustando a altura dapeça de tal forma que a porção da peça inserida entre os mordentes seja suficiente para a fixação da peça. Então, pode-semover o manipulador na horizontal para próximo da posição 9 sem encostar a peça no mordente e tomando cuidado paranão subir nem descer a peça. Abre-se a garra liberando a peça e grava-se uma posição temporária para ser usada emcaso de erro. Coloca-se a peça contra o mordente fixo e fecha-se a morsa com o comando apropriado da fresadora. Nãoimporta se a peça ficar um pouco mais para cima ou para baixo porque o objetivo desta fase é posicionar a garra naposição/orientação 9. Tomando cuidado para não mover a garra do robô para cima ou para baixo, procura-se posicionara garra de tal forma que a peça fixa na morsa fique exatamente entre os dedos da garra. Para isso, pode-se usar uminclinômetro e um micrômetro ou paquímetro. O mesmo processo da abrir e fechar a garra descrito na Seção 3.1 é usadonovamente para alinhar a garra do robô com a peça.

Para determinar a posição 8, pode-se medir a abertura total da morsa, subtrair este valor do diâmetro da peça edividir o resultado por dois. Este valor é somado as coordenadas da posição 9 na direção em que está a posição 8 (dependede como o robô está orientado). As posições 7 e 10 estão diretamente acima das posições 8 e 9, respectivamente.


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