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ROBIN
Robótica Industrial
Guião do Trabalho Laboratorial Nº 5
Criação de um mecanismo
no ABB RobotStudio 5.15.01
Homepage: http://www.dee.isep.ipp.pt/~mss
Email: [email protected]
Ano Letivo: 2013/2014
© 2013 ISEP – Instituto Superior de Engenharia do Porto
Guião N.º 5: Criação de um mecanismo no ABB RobotStudio 5.15.01 Página 3 de 18
Robótica Industrial – 2013/2014 Manuel Silva
Criação de um mecanismo no ABB RobotStudio 5.15.01
Sumário: Este guião pretende facultar aos alunos as bases para a criação de mecanismos, com
movimentos próprios, no ABB RobotStudio.
Este guião descreve quais os passos necessários para se criar um novo mecanismo, isto é, uma
representação gráfica de um robô, uma ferramenta, um eixo externo ou outro dispositivo. As
várias partes de um mecanismo movimentam-se ao longo, ou em torno, de eixos ou juntas.
No caso descrito neste guião, o mecanismo desenvolvido vai ser do tipo ferramenta. Uma
ferramenta é um objeto especial, por exemplo, uma tocha de soldadura por arco eléctrico ou uma
garra, que opera sobre a peça que é objeto do trabalho por parte do robô. Para se conseguirem
movimentos corretos nos programas do robô, os parâmetros da ferramenta devem ser
especificados nos dados da ferramenta (tool data). A parte mais importante dos dados da
ferramenta é o Tool Center Point (TCP), que é a posição do centro da ferramenta em relação ao
punho, ou extremidade, do robô (que é o mesmo que a ferramenta padrão, tool0).
A criação de um mecanismo depende da construção hábil dos principais nós da estrutura em
árvore. Quatro destes – as ligações, as juntas ou articulações, as frames / ferramentas e a
calibração – são inicialmente marcadas a vermelho. À medida que cada nó é configurado, com
sub-nós suficientes para torná-lo válido, a marcação torna-se verde. Assim que todos os nós se
tornarem válidos, o mecanismo será considerado compilável e pode ser criado.
Para a criação de um mecanismo, será conveniente criar uma nova estação de trabalho em branco
(Empty Station), conforme se apresenta nas Figura 1, Figura 2 e Figura 3. Seguidamente,
recorrendo às ferramentas de Modeling deverão ser criados três sólidos, do tipo caixa (box),
ficando o aspecto final após este passo como se mostra na Figura 4. Os sólidos (caixas) a criar
deverão ter as dimensões e estar localizados de acordo com o indicado:
Part_1 Length = 50, Width = 100, Height = 50, Corner Point (25, 50, 0);
Part_2 Length = 50, Width = 25, Height = 50, Corner Point (25, 50, 50);
Part_3 Length = 50, Width = 25, Height = 50, Corner Point (25, 25, 50).
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Figura 1 Janela inicial do ABB RobotStudio 5.15.01 com a opção de criação de uma nova estação
(New Station) assinalada
Figura 2 Janela inicial do ABB RobotStudio 5.15.01 com a opção de criação de uma nova estação
vazia (Empty Station) assinalada
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Figura 3 Aspecto de uma Empty Station
Figura 4 Aspecto da nova estação com os três sólidos já criados
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Seguidamente, selecionando a opção Create Mechanism, que se encontra na parte superior
direita do ecrã, surgirá uma nova área como se observa na Figura 5. Deverá definir-se o tipo de
mecanismo a criar como sendo do tipo “Tool” (ver Figura 6).
Figura 5 Aspecto da janela para criação de mecanismo
Fazendo duplo “clic” com o botão do lado esquerdo do rato em cima de “Links” surge uma nova
janela onde irão ser definidos os links para este mecanismo (Figura 7). De referir que é
necessário definir uma base em cima da qual se irão movimentar as peças móveis, o que implica
cuidado com os nomes dos objetos selecionados. A definição da base deverá ser idêntica à
mostrada na Figura 7, sendo necessário “clicar” em cima do botão que apresenta uma seta verde
para acrescentar às “Added Parts”.
Deverão ser definidas em seguida as restantes ligações (links) (Figura 8), de forma a ser possível
criar posteriormente as juntas (Joints) para efetuar o movimento. O aspecto final, após a criação
de todas as ligações, é o apresentado na Figura 9.
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Figura 6 Definição do tipo do mecanismo, como sendo do tipo Tool (ferramenta)
Figura 7 Criação da base do mecanismo (link L1)
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Figura 8 Criação da última ligação do mecanismo (link L3)
Figura 9 Aspecto do mecanismo (e, em particular, da janela Create Mechanism) após a conclusão da
criação de todas as ligações
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Seguidamente é necessário criar as juntas (joints) para permitir o movimento relativo entre as
ligações (de referir que a ligação baselink é a única que se encontra fixa, sem possibilidade de
movimento). Para a criação das juntas faz-se novamente duplo clique, mas agora em cima de
Joints, surgindo a janela apresentada na Figura 10.
Figura 10 Ecrã para criação de junta
O mecanismo criado será constituído por duas “caixas” a deslizar em cima de outra (no fundo
uma aproximação muito simples à garra existente no robô do ISEP). Como tal, as juntas deverão
ser prismáticas. A área selecionada na Figura 10 representa o eixo segundo o qual a caixa se irá
movimentar. Neste caso será sobre o eixo yy. Os limites da junta serão de acordo com as
dimensões utilizadas nas caixas deste mecanismo. O aluno deverá conseguir criar a segunda
junta (para o movimento da terceira “caixa” sobre a base), sendo o processo idêntico ao descrito.
Após a criação das juntas é possível editá-las e ajustá-las. Para isso deve-se clicar com o botão
do lado direito do rato em cima de “J1” e selecionar Edit Joint. Recorrendo ao Jog Axis é
possível verificar o movimento efectuado pela caixa, até ao seu limite (ver Figura 11).
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Figura 11 Movimentação da junta recorrendo à opção Jog Axis
Para simular corretamente o comportamento da ferramenta de robô, é necessário definir um
conjunto de informação relativa à ferramenta (tooldata). Caso se importe uma ferramenta pré-
definida, ou se crie uma ferramenta usando a opção Create Tool Wizard, a informação relativa à
ferramenta (tooldata) é automaticamente criada; caso contrário, é necessário especificar
detalhadamente o tooldata aquando do processo de criação de um novo mecanismo do tipo
ferramenta.
Os dados contidos no tooldata simplificam o trabalho de programação no que diz respeito às
diferentes ferramentas que podem vir a ser utilizadas. Definindo conjuntos separados de
tooldata, para diferentes ferramentas, torna-se possível executar o mesmo programa do robô com
ferramentas diferentes: apenas o novo tooldata tem de ser definido. O tooldata contém as
informações necessárias para se movimentar e simular a ferramenta.
Posto isto, será necessário inserir as características da ferramenta, para o que se deverá efetuar
um duplo clique sobre a opção Tooldata, surgindo a interface apresentada na Figura 12.
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Figura 12 Definição das características da ferramenta.
Será nesta janela que se define a “extremidade” da ferramenta (TCP – Tool Center Point), sendo
este o valor que define o offset da extremidade da ferramenta face à extremidade do punho do
robô. É possível verificar que à medida que os valores do TCP são inseridos, aparece uma frame
a representar o seu posicionamento. O Tool Center Point será posteriormente utilizado para os
cálculos de trajetória, quando se definirem os targets no programa. Como também se pode
observar nesta figura, é possível definir a massa, o centro de gravidade e o momento de inércia
da ferramenta. Todos estes valores são utilizados no programa do robô, para o cálculo das
trajetórias.
Após guardar essa informação, compila-se o mecanismo/ferramenta, utilizando o botão
disponível para esse efeito (poderá ser necessário fazer o float da janela para este ficar visível).
Após a compilação, o aspecto da janela “Create Mechanism” será o da Figura 13. Como se pode
observar nesta mesma figura, surge uma nova área para a definição das poses. As poses são as
diferentes posições discretas que a garra pode assumir. Neste caso, existe uma pose criada por
omissão que é a posição do mecanismo quando o sistema é sincronizado. Seguidamente, vai-se
criar mais duas poses. Premindo o botão Add surge a janela apresentada na Figura 14. Altera-se o
nome no campo “Pose Name” para “Aberta”, e acertam-se as juntas até ao limite de abertura
possível.
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Figura 13 Aspecto da janela “Create Mechanism” após efetuar a compilação do mecanismo
Figura 14 Aspecto da janela para criação de poses
Pode-se acertar o movimento das juntas recorrendo às barras deslizantes, sendo então possível
afinar visualmente a posição das partes. O aluno deverá acertar os mecanismos para a posição de
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aberto e premir o botão Apply de forma a criar a pose “Aberta”. Em seguida deverá movimentar
as “caixas” para a posição de fechado e, mudando o nome no campo “Pose Name” para
“Fechada”, deverá efetuar novamente o Apply finalizando a criação de nova pose. Refira-se
ainda que é possível criar poses intermédias. Pode em seguida fechar a janela, ficando a janela
com o aspecto apresentado na Figura 15.
Figura 15 Aspecto global do mecanismo com as poses criadas
Para finalizar a programação do mecanismo, terão que ser definidos os tempos de transição entre
as várias posições possíveis. Prime-se então o botão “Set Transition Times”, o que irá provocar o
aparecimento de uma nova janela em forma de tabela / matriz (ver Figura 16). Aí programam-se
os tempos (em segundos) que são necessários para a garra se deslocar entre as diferentes
posições. Neste caso, definiu-se que o tempo de abertura da garra é de 2 seg. e o tempo para esta
fechar é de 1 seg. (ver Figura 17).
Após este último passo, a ferramenta encontra-se completamente modelada e pode-se fechar a
janela Create Mechanism, pressionando o botão Close que se encontra na parte inferior desta
janela e respondendo afirmativamente na caixa de texto que surge.
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Figura 16 Tabela / matriz para definição de tempos de transição entre poses
Figura 17 Tabela / matriz com a definição dos tempos de transição entre poses
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Para comprovar que a ferramenta se encontra corretamente modelada, pode-se verificar se o
movimento entre as diferentes poses corresponde ao movimento que se verifica no mecanismo
real.
Para efetuar este teste (testar as poses criadas), deve-se selecionar a ferramenta que foi modelada
na aba Layout (que se encontra do lado esquerdo da janela do ABB RobotStudio), como se
mostra na Figura 18. Depois disto, deve-se selecionar o comando Move to Pose, que se encontra
na aba Modify (ver Figura 19). Selecionado a opção Fechada (Figura 20), será possível ver o
movimento da garra enquanto esta se fecha. É possível comprovar que o tempo necessário para a
garra abrir é superior ao tempo necessário para esta fechar, tal como especificado aquando da
definição do Transition Time.
Figura 18 Seleção da ferramenta que se pretende testar na aba Layout
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Figura 19 Comando Move to Pose, que se encontra na aba Modify
Figura 20 Teste da pose Fechada
Por último, a ferramenta criada deve ser gravada para poder ser utilizada mais tarde numa
qualquer estação que seja desenvolvida. A melhor opção, neste caso, é gravar esta ferramenta
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como uma biblioteca. Um componente do tipo biblioteca é um objeto RobotStudio que foi
guardado separadamente. Normalmente, a edição dos componentes de uma biblioteca encontra-
se bloqueada.
Para este efeito, pode-se selecionar o comando Save as Library, que se encontra na aba Modify
(como se pode ver Figura 20), ou selecionar com o botão direito do rato a ferramenta que foi
modelada na aba Layout (que se encontra do lado esquerdo da janela do ABB RobotStudio),
como se mostra na Figura 18, e nas opções que surgem escolher Save as Library (ver Figura 21).
Figura 21 Gravação de mecanismo como biblioteca
Desta forma é possível importar o mecanismo (neste caso do tipo ferramenta) para a estação de
trabalho onde se encontra o robô. Naturalmente, ficam disponíveis também as movimentações da
ferramenta através das respectivas poses.
Quando importada a ferramenta não será ligada (relacionada) ao robô. Assim, para que a
ferramenta possa mover-se de forma sincronizada com o robô, torna-se necessário anexá-la ao
robô (ou seja, efetuar o attach da ferramenta ao robô).
Sugere-se ao aluno que abra a estação sobre a qual trabalhou na passada semana e importe a
biblioteca desta ferramenta, fazendo posteriormente o seu attach à extremidade do robô. Depois
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pode experimentar deslocar o conjunto robô+ferramenta para os targets que já haviam sido
criados e, eventualmente, deslocar o conjunto robô+ferramenta ao longo dos paths definidos.
Após a leitura (e realização) deste guião, o aluno deverá ficar dotado com os seguintes
conhecimentos:
Distinguir entre links e joints e para que servem;
Qual a finalidade da Tool data;
Saber o que são as poses;
Saber definir os tempos de transição (e as diferenças entre tempo de abertura e fecho).
Bibliografia
[1] ABB, RobotStudio, Version 5.15.01,
http://www.abb.com/product/seitp327/78fb236cae7e605dc1256f1e002a892c.aspx
[2] ABB—Operating manual RobotStudio 5.15.01, Revision B, ABB, 2013.
[3] ABB—Technical reference manual, RAPID Instructions, Functions and Data types,
RobotWare 5.0, Revision E, ABB, 2007.