SISTEMAS FLEXIBLES DE MANUFACTURA
ING. FAUSTO VINICIO ACUÑA COELLO
PRACTICA N°1
TERCER PARCIAL
Fonseca Lascano Christian Vinicio. Hidrovo Loor Andrés Maqueavelo. Miranda Taco Pablo Daniel. Parrales Oyola Henry Ivan. Vela Mosquera Juan Carlos. SEPTIMO “A”
Latacunga 07, de Julio del 2015.
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1 TEMA Partes principales, características técnicas, accesorios y seguridades del robot manipulador Kuka KR5 ARC.
2 OBJETIVOS 2.1
2.2
GENERAL Describir las partes, características mecánicas y accesorios del robot KUKA KR 5 arc.
ESPECÍFICOS Identificar las partes principales. Identificar las partes de KCP. Reconocer las normas de seguridad. Reconocer los sistemas de coordenadas.
3 MATERIALES Y EQUIPO
Robot KUKA KR 5 arc. Cables de conexión. Mando de control (Manipulador). Consola portátil. Pantalla LCD conectada al mando. Manual de operación.
4 MARCO TEÓRICO Brazo robótico Es un manipulador multifuncional reprogramable con varios grados de libertad, capaz de manipular materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales, según trayectorias variables programadas para realizar tareas diversas, su funcionamiento se asemeja bastante al de un brazo humano. [1]
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1 TEMA Partes principales, características técnicas, accesorios y seguridades del robot manipulador Kuka KR5 ARC.
2 OBJETIVOS 2.1
2.2
GENERAL Describir las partes, características mecánicas y accesorios del robot KUKA KR 5 arc.
ESPECÍFICOS Identificar las partes principales. Identificar las partes de KCP. Reconocer las normas de seguridad. Reconocer los sistemas de coordenadas.
3 MATERIALES Y EQUIPO
Robot KUKA KR 5 arc. Cables de conexión. Mando de control (Manipulador). Consola portátil. Pantalla LCD conectada al mando. Manual de operación.
4 MARCO TEÓRICO Brazo robótico Es un manipulador multifuncional reprogramable con varios grados de libertad, capaz de manipular materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales, según trayectorias variables programadas para realizar tareas diversas, su funcionamiento se asemeja bastante al de un brazo humano. [1]
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Fig. 1 Manipulador robótico. (1) Brazo robótico; (2) Cables de al imentación y control; (3) Unidad de control del robot; (4) Unidad manual de programación KCP
Componentes de un manipulador robótico El sistema del robot está formado por los siguientes componentes Manipulador (1)
Unidad de control del robot (3)
Unidad manual de programación KCP (4)
Cables de unión (2)
Software
Accesorios.
Componentes de un brazo robótico En la figura 2 podemos apreciar una comparación entre las partes de un brazo robótico y las partes de un brazo humano, podemos deducir que sus movimientos serán similares dado la similitud de su diseño.
Fig. 2 Brazo humano vs. brazo robótico.
3
FMS Sin embargo las partes del brazo robótico se denominan con otros nombres [2]:
Fig. 3 Partes constructivas del brazo robótico.
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Brazo. Muñeca. Columna giratoria Base del robot. Brazo de enlace. Instalación eléctrica.
Muñeca central
El robot está equipado con una muñeca de 3 ejes. La muñeca contiene ejes 4, 5 y 6. Para adjuntar efectores finales (herramientas), la muñeca en línea tiene una brida de m ontaje.
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Brazo
El brazo es el vínculo entre la muñeca en línea y el brazo articulado. Contiene los motores de la muñeca ejes A 4, A y 5 A 6 y el motor de eje principal A 3. El brazo es impulsado por el motor de eje 3. El ángulo máximo de giro admisible está limitado mecánicamente por un tope para cada dirección, más y menos. Los tampones asociados están unidos al brazo de enlace.
Brazo de enlace
El brazo de enlace es el conjunto situado entre el brazo y la columna giratoria. Se compone del cuerpo de brazo de enlace.
Columna giratoria
La columna giratoria alberga los motores de los ejes 1 y 2. El movimiento de rotación del eje 1 se realiza por la columna giratoria. Esto se atornilla a la estructura de base a través de la unidad de engranaje de eje 1 y es accionado por un motor en la columna giratoria. El brazo de enlace también está montado en la columna giratoria.
Base del robot
El bastidor de base es la base del robot. Se atornilla a la base de montaje. El tubo flexible para las instalaciones eléctricas se sujeta al bastidor de base. También se encuentra en la estructura de base es la caja de conexiones del cable de control.
Instalación eléctrica
Las instalaciones eléctricas incluyen todos los cables del motor y de control para los motores de los ejes 1 a 6. Todas las conexiones se implementan como conectores con el fin de permitir que los motores que se intercambiarán de forma rápida y fiable. Las instalaciones eléctricas también incluyen el cuadro de RDC y la caja de bornes del motor, ambos de los cuales están montados en el bastidor de base del robot. Los cables de conexión desde el controlador de robot están conectados a estas cajas de conexiones por medio de conectores. Las instalaciones eléctricas también incluyen un circuito de protección. Para el suministro de los accionamientos de los ejes de la muñeca, un arnés de cables adicional está integrado en el brazo, lo que asegura que los cables son guiados sin retorcimiento en todo el rango de movimiento del eje 4.
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FMS
UNIDAD DE CONTROL DEL SISTEMA DE MANIPULACIÓN El armario de control (Figura 4) contiene la electrónica de potencia y la lógica de control del robot a excepción del interruptor principal de encendido, todos los elementos de mando de la unidad de control están alojados en la unidad manual de programación KCP.
Fig. 4 Armario de control
UNIDAD MANUAL DE PROGRAMACIÓN KCP El KCP (KUKA Control Panel) es la unidad manual de programación del sistema del robot. El KCP contiene todas las funciones necesarias para el manejo y la programación del sistema del robot [3].
Fig. 5 Unidad manual de programación
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Fig. 5a Vista frontal del KCP
Fig. 5b Vista posterior del KCP
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
Características básicas
Tipo Número de ejes Volumen de espacio de trabajo Postura repetibilidad (ISO 9283) Trabajo sobre punto de referencia Peso Grado de protección del robot
KR 5 ARC 6 8.4 m3 ± 0,04 mm Intersección de los ejes 4 y 5 127 kg approx. IP 54 Listo para la operación, con cables de conexión enchufados (según EN 60529) IP 65 < 75 dB fuera del área de trabajo Piso, techo Bastidor base (estacionario) negro (RAL 9005), partes móviles: naranja (RAL 2003)
Grado de protección de la muñeca Nivel de sonido Posición de montaje Acabado de la superficie
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Temperatura
Operación Operación con seguridad RDC Almacenamiento y transporte Puesta en marcha
Clasificación de humedad
Conexión
Designación de cable Cable del motor Cable de control Cable de control de seguridad del robot Cable de GND
+10 °C to +55 °C +10 °C to +50 °C -40 °C to +60 °C +10 °C to +15 °C A estas temperaturas el robot puede tener que ser calentado antes de la operación normal. Otros límites pueden solicitar temperatura. DIN EN 60721-3-3, Class 3K3
Designación conector Controlador del robot - robot X20 - X30 X21 - X31 X21.1 - X41
Conexión # 24 Conector circular Conector circular Terminal de anillo
Ejes
Datos de ejes Campo (Software) Velocidad a carga nominal(5kg) Eje 1 (A1) ±155° 154°/s Eje 2 (A2) +65°/ –180° 154°/s Eje 3 (A3) +158°/ –15° 228°/s Eje 4 (A4) ±350° 343°/s Eje 5 (A5) ±130° 384°/s Eje 6 (A6) ±350° 721°/s La dirección del movimiento y la disposición de los ejes individuales se pueden observar en la siguiente figura.
Fig. 6 Dirección de los ejes de rotación
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Sistema de coordenadas
1. Cada eje se puede mover individualmente en una dirección positiva o negativa. Área de aplicación: método Rough para abordar puntos. La única forma de mover un robot sin martirizar. Alejándose de un final de carrera de software.
Fig. 7 Método Rough
2. Sistema de coordenadas MUNDO Sistema fijo cuyo origen se encuentra en la base del robot de coordenadas. Área de aplicación: Movimiento del robot a cualquier punto en el espacio mediante el teclado o el ratón 6D. Herramienta y calibración BASE.
Fig. 8 Sistema de Coordenadas WORD
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FMS 3.
Sistema de coordenadas HERRAMIENTA Sistema cuyo origen se encuentra en la herramienta del robot de coordenadas. Área de aplicación: Movimiento con la herramienta a lo largo de una línea recta si la orientación de la herramienta se inclina. Punto de soldadura sobre la pieza de trabajo. Funciones de agarre en la pieza de trabajo. El movimiento de una pieza de trabajo en virtud de un TCP externo.
Fig. 9 Sistema de Coordenadas Herramienta
4. Sistema de coordenadas BASE Sistema cuyo origen se encuentra en la pieza de trabajo de coordenadas. Campo de aplicación: El movimiento de la pieza de trabajo con base definido. Trotar "Ratón" de la pieza de trabajo si el eje X positivo de la BASE sistema de coordenadas está apuntando hacia el programador
Fig. 10 Sistema de Coordenadas BASE
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Brazo
Modelo Alcance máximo Carga útil nominal Carga ad. brazo/brazo osc./col. gir. Carga ad. brazo + brazo osc., máx. Carga máx. total Cantidad de ejes Posición de montaje Variante Repetibilidad de posición* Repetibilidad de trayectoria* Unidad de control Peso (sin unidad de control), aprox. Temperatura en servicio Tipo de protección Superficie de colocación robot Conexión Nivel de ruido
KR 5 arc 1411 mm 5 kg 12/-/20 kg 37 6 Piso, techo +/- 0.04 mm KR C2 edition2005 127 kg +10 °C hasta +55 °C IP 54, IP 65 (Muñeca central) 324 mm x 324 mm 7,3 kVA < 75
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Dimensiones generales en mm
Fig. 11 Medidas generales del robot Kuka KR 5 arc
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Cargas útiles
Robot Muñeca Carga útil nominal Distancia del centro de carga de gravedad Lz (vertical) Distancia del centro de carga de gravedad Lxy (horizontal) Momento de inercia de masa admisible Carga máxima Carga adicional, brazo Carga adicional, brazo articulado Carga Adicional, columna giratoria Carga Adicional, base
KR 5 arc IW 5 arc 5kg 120 mm 100 mm 0.15 kgm2 12 kg 20 kg
Centro de carga de gravedad P
Para todas las cargas útiles, el centro de carga de gravedad se refiere a la distancia desde la cara de la brida de montaje en el eje 6.
Fig. 12 Diagrama de cargas
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Armario de control
Fig. 13 Armario de control
Tipo Procesador Especificaciones estandar
Protección Temperatura de operación Máximo número de ejes Peso Voltaje de alimentación Frecuencia de trabajo Rango de entrada de potencia Fusibles Nivel de ruido Dimensiones
KR C2 KUKA PC 73/23/EG, 89/336/EG, 98/37/EG DIN EN 292--1, DIN EN 292-2, DIN EN 418, DIN EN 614--1, DIN EN 775, EN 954--1, DIN EN 6100--6--4, DIN EN 6100--6--2 DIN EN 55011, DIN EN 60204-1, DIN EN 61000--4--4, DIN EN 61000--4--5, DIN EN 61800--3 IP 54 +6°C hasta +45 °C 6 – 8 185 kg aprox. 3 AC 400 V ± 10% 49 – 61 Hz 7.3 – 13.5 kW depende del driver 3x25A 67 dB 330x260x110 mm
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FMS SEGURIDAD Para garantizar la seguridad tanto del operario y de la máquina se debe tener en cuenta las siguientes normas de seguridad, no cumplirlas puede causar lesiones graves en el personal que cercano a la máquina causando inclusive la muerte [4].
El usuario debe asegurarse de que el robot industrial con el KCP sólo lo manejen las personas autorizadas para ello. Si en una instalación se encuentran varios KCP, debe tenerse cuidado que cada KCP esté asignado de forma unívoca al robot industrial pertinente. No deben producirse confusiones en las conexiones. Para realizar trabajos de reemplazo, ajuste, mantenimiento o reparación, debe desconectarse el sistema de robot y asegurarlo contra una puesta en marcha indebida mediante uno o varios candados. Después de una colisión a velocidad mayor a la de desplazamiento manual contra los topes de uno o varios ejes, deben reemplazarse inmediatamente los topes afectados por nuevos. El operario deberá informar inmediatamente a su responsable de cualquier anomalía que observe en el robot, y utilizarlo solo cuando este esté en condiciones idóneas. Cualquiera (responsables o personal de mantenimiento) que haga una modificación en el robot que pudiera incidir sobre las seguridades, deberá avisar inmediatamente a todos y cada uno de los operarios, debiéndole ser aprobada previamente tal modificación por el Coordinador de Seguridad e Higiene. Cuando se tenga que entrar dentro del recinto cerrado, la puerta deberá permanecer abierta durante todo el tiempo que haya una persona dentro, por lo tanto cuando alguien vaya a cerrar la puerta deberá asegurarse de que no hay nadie dentro, y siempre, uno de los que está dentro deberá tener la llave que rearma el micro de la puerta. Cuando haya que mover el robot para trabajos de ajuste o programación que requieran entrar dentro de la célula, solo podrá haber una persona dentro, la que está en posesión de la consola de programación, estará permanentemente atento a los movimientos del robot, tendrá la puerta abierta y trabajará en modo de funcionamiento manual-lento, o sea, en T1. Nunca en T2 (manual rápido). Para trabajos en el sistema de compensación de peso, debe asegurarse mecánicamente el eje en el cual apoya el mismo, para evitar movimientos independientes. En caso de fallos, puede moverse mecánicamente el robot a través de los accionamientos de los ejes principales. Debe ser utilizado exclusivamente en caso de emergencia (p.e. liberar a una persona). Esto ha de hacerse con el interruptor principal del armario desconectado y candado. Una vez movido el robot mecánicamente, deben ajustarse todos los ejes del robot. Los motores, durante el servicio alcanzan temperaturas que pueden causar quemaduras en la piel. Si por cualquier motivo se ha de sacar un servomotor (por avería o cambio de este), el eje del servomotor que se va a quitar deberá estar firmemente sujeto, ya que dejarán de
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actuar los frenos y ese eje se caerá con el peligro de colisión que puede originar. Además, si este eje se mueve, habrá que volver a ajustar todos los ejes del robot. Nunca desconectar una manguera estando conectado el robot.
5. PROCEDIMIENDO Partes del sistema de manipulador de manipulador Robotizado KUKA KR5 ARC a) Reconocer todas las partes principales que conforman el sistema de manipulación. 1 - Manipulador 2 - Cables de conexión 3 - Unidad central de control. 4 - Unidad de control de programación.
Figura 14 Partes del sistema.
3.- Unidad central de control
Figura 14 Unidad central de control.
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FMS 4.- Unidad de control de programación KCP.
Figura 16 KCP.
b) Identificar las partes de cada componente del sistema.
Manipulador Numero 1 2 3 4 5 6
Nombre Muñeca central Brazo Brazo oscilante Columna giratoria Base del robot Cables de conexión
Figura 17 Partes de brazo.
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Accionamiento de los ejes de la muñeca Numero 1 2 3 4 5
Nombre Unidad de accionamiento A5 Unidad de accionamiento A6 Unidad de accionamiento A4 Brazo Eje
Figura 18 Unidades de accionamiento.
Accionamiento ejes principales. Parte exterior Numero 1 2
Nombre Accionamiento principal eje A1 Accionamiento principal eje A2
3
Unidad de accionamiento A3
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Figura 19 Ejes principales.
Figura 20 A3
Unidad central de control Numero
Nombre
1 2
Interruptor principal Armario
3 4 5
Cerradura del armario Puerta del armario. Pantalla
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Figura 21 Unidad de Control del Robot
Parte interior Numero
Nombre
1 2
Sección de potencia. Drivers
3 4 5 6 7 8
Panel de conexión Pc de control Entradas y salidas Baterías Mainboard Espacio de montaje
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KCP unidad de control de programación. Numero
Nombre
1 2
Parte frontal Parte posterior
3 4 5 6
Hombre muerto. Start Palca de características Space mouse
Parte frontal.
Figura 22 KCP parte frontal.
Partes posterior
Figura 23 KCP parte posterior.
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6. ANÁLISIS DE RESULTADOS 1) Descripción del KUKA Control Panel (KCP) El panel de control KUKA es la interfaz del controlador al robot, como se observó en el laboratorio de la Universidad de las fuerzas Armadas ESPE-L mediante este controlador podemos realizar todas las operaciones y programación del KU KA KR5
Figura 24 KCP
Teclas importantes de funcionamiento Nombre ESC Tecla Selección
Imagen
de
Descripción Una acción que se ha iniciado se puede interrumpir en cualquier momento con la tecla ESC. Es posible cambiar entre las ventanas de los programas, de estado y de mensajes utilizando la ventana Tecla de selección. La ventana activa se indica mediante un fondo azul.
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FMS Al pulsar la tecla Stop detiene un programa que se ejecuta en modo automático.
STOP hacia
Al presionar el Programa START Inicia delanteros clave de un programa que ha sido seleccionado.
START hacia atrás
Si el programa de inicio hacia atrás se pulsa la tecla, los bloques de movimiento se ejecutan paso a paso hacia el principio del programa. Se utiliza la tecla Intro , por ejemplo, para completar los comandos o para confirmar las entradas en formularios, etc. Las teclas de menú (a) se utilizan para abrir los menús en la barra de menú. La navegación se realiza con la ayuda de las teclas de flecha.
START delante
ENTER Teclas de Funcionamiento
Las teclas de estado (b) se utilizan para la selección de opciones de funcionamiento, el cambio de funciones individuales y el establecimiento de valores. Las funciones de las teclas de función (c) se adaptan dinámicamente a las necesidades actuales, es decir, se modifica la asignación del menú de pulsadores. Selector de modo Se utiliza la tecla Intro, por ejemplo, para completar los comandos o para confirmar las entradas en formularios, etc.
Selector de Modo de Servicio
Este selector nos permite seleccionar el modo de operación del robots, este va de: T1: Manual Lento T2: Manual Rápido Aut: Automático Ext: Automático externo, cuando un ordenador o plc asume el control del robot.
Space ratón
Sirve para el movimiento en modo manual del robot, se desaconseja su uso por llevar mucho tiempo el acostumbrarse a su uso.
mouse-
Pulsador parada emergencia
de de
Representa el dispositivo de seguridad más importante, se acciona en los casos se peligro. Para que los accionamientos puedan volver a ser conectados es necesario desenclavar la tecla de parada de emergencia y confirmar el correspondiente mensaje en la ventana de mensajes.
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FMS Accionamientos desconectados
Se utiliza cuando trabajamos en automático. En T1 o T2 los accionamientos se desconectan al soltar el hombre muerto.
Accionamientos conectados
Se utiliza cuando trabajamos en automático. En T1 o T2 los accionamientos se conectan al pulsar el hombre muerto
Teclado
Para insertar un carácter en mayúscula se efectúa con la tecla SHIFT, y para varios teniéndola pulsada. Se dispone de caracteres especiales en un segundo nivel, al que se accede al pulsarse la tecla SYM. La función de la tecla ALT es similar a la de un ordenador, nosotros apenas la emplearemos, quizá para abrir un menú desplegable pulsando ALTflecha abajo.
Campo Numérico
A través de este se da entrada a cifras, y en un segundo nivel, conmutando mediante la tecla NUM se tiene acceso a unas funciones de mando del cursor que no emplearemos por no ser necesario (home, ldel, pgup, undo, tab, end, ctrl, pgdn, ins, del). Para evitar confusiones podemos optar por tener siempre activado el modo numérico (NUM en negro)
Teclas de Cursor
Sirven para modificar la posición del cursor de edición y para cambiar la posición entre los campos de los formularios inline y listas de parámetros
Parte Trasera del KCP
Estos pulsadores sirven para mover al robot en modo manual (T1 o T2), para lo cual será necesario pulsar primeramente el hombre muerto para conectar los accionamientos, estos pulsadores de hombre muerto tienen tres posiciones. 1- Sin presionar Motores OFF 2- Presionando primera posición Motores ON 3- Presionando hasta tope Motores OFF.
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FMS 2) Accesorios [5] Herramientas de cambio para robot kuka KR16 Cabezal fresador
Figura 25 Cabezal fresador Tabla 1 Datos técnicos cabezal fresador
Descripciones tecnicas Cojinetes de bola de acero (piezas) Tiempo de la vida del lubricado Potencia nominal Voltaje Corriente Frecuencia Polos del motor Velocidad nominal del rotor Protección del motor Motor Diámetro de la carcaza Ranuras en T Sistema de refrigeración Sellado de aire Cambio de herramienta Sujeción hasta
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2 Mantenimiento libre 4.1 Kw 200V 7A 500 Hz 1 300000min PTC AC motor 100 mm DIN 650-8 Aire frio Si Manual 10 m
FMS Pinzas de dos dedos
Figura 26 Pinza de dos dedos Tabla 2 datos técnicos de pinza de dos dedos
Datos técnicos Carrera por garra Fuerza de cierre Fuerza de apertura Fuerza de agarre mínima por resorte Peso propio Peso recomendado de la pieza Consumo de fluido por carrera doble Presión nominal Presión mínima Presión máxima Tiempo de cierre Tiempo de apertura Tiempo de cierre / apertura solo con resorte Longitud máxima admisible de las garras Mas máxima admisible por la garra Grado de estanqueidad Temperatura ambiente mínima Temperatura ambiente máxima Repetibilidad
30 mm 630 N 570 N 40 N 2.65 Kg 3.15 Kg 95 cm3 6 bar 2 bar 8 bar 0.3 seg 0.3 seg 0.4 seg 150 mm 2 Kg 41 -10 °c 90°c 0.05 mm
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FMS Pinza Ventosa GSW-V Ideal para manejar relativamente componentes planos.
Figura 27 Pinza ventosa GSW-V Tabla 3 Datos técnicos de pinza ventosa GSW-V
Datos técnicos Peso Peso recomendado de la pieza Tiempo de evacuación Tiempo para sofocar Fuerza de succion Temperatura ambiente min/max Max velocidad admisible Presión nominal de funcionamiento Presión nominal de aire comprimido Caudal nominal de aire comprimido Presión operacional de aire comprimido min/max Min caudal de aire comprimido Refrigerante nominal de funcionamiento Caudal nominal de refrigerante Refrigerante de servicio min/max Nivel de presión de ruido
0.28 Kg 4.9 Kg 1.2 seg 0.7 seg 980 N -10/90 °C 20 1/min 6 bar 300 l/min 4/8 bar 220 l/min 40 bar 25 l/min 20/60 bar -0.8 bar 90 DB
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3) Seguridades del robot KUKA en la universidad de las fuerzas armadas
Trabajar fuera de la zona de seguridad del robot.
Figura 28 Zona de seguridad.
Se debe evitar el contacto con los motores porque alcanzan temperaturas altas durante el servicio y esto puede provocar quemaduras a la piel.
Figura 29 Motores
Prestar atención a los textos y/o símbolos que se muestran en la ventana o pared del laboratorio.
Figura 30 Simbología reglamentarias
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Marcas y señales preventivas que no se deben retirar del robot KUKA.
Figura 31 Simbología de prevención
Valla de protección
Figura 32 Valla de seguridad
Pulsadores de parada de emergencia, interruptores de confirmación interruptores de llave para abrir el gestor de conexiones
Figura 33 Pulsadores de emergencia del KCP
Los campos de trabajo se deben reducir a la medida mínima posible necesaria. Un campo de trabajo debe protegerse con dispositivos de seguridad.
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FMS
Figura 34 Zonas de seguridad robot KUKA
Los interruptores de confirmación del robot industrial se encuentran en el KCP. En la KCP se encuentran instalados 3 interruptores de confirmación. Los interruptores de confirmación tienen 3 posiciones:
No pulsado
Posición intermedia
Pulsado a fondo
Figura 35 pulsadores del hombre muerto
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