Офлайн-программирование роботов и симуляция ячейки

Обычно робота учат с пульта. Наладчик подводит инструмент к каждой точке, запоминает её и прогоняет программу на малой скорости, а ячейка всё это время стоит. На сварочном участке сварка встаёт целиком, пока программа не готова.

Офлайн-программирование (OLP) переносит эту работу из цеха в офис: робота программируют вне производственной среды, и ячейку не останавливают ради обучения с пульта. Инженер собирает в симуляторе 3D-модель ячейки с роботом, оснасткой и деталью. В ней видно, дотягивается ли инструмент до каждой точки, что робот делает и в каком порядке, не задевает ли он соседнее оборудование. Траекторию часто строят прямо по CAD-модели детали, а готовую программу загружают в контроллер. Короткое определение термина есть в глоссарии: офлайн-программирование (OLP).

Вы передаёте 3D-модели детали и оснастки, планировку участка и нужный такт. Дальше работа идёт по шагам (рис. 1): модель ячейки, траектории и логика, проверка цикла и безопасности, выгрузка программы, привязка к реальной ячейке и доводка точек на месте.

Если ячейки ещё нет, симуляция становится частью проекта. На модели выбирают робота, расставляют позиционер и сварочный стол, проверяют, хватит ли места. Когда задача шире одной ячейки и нужна роботизированная линия, планировку ведут в услуге роботизированная линия. Если робот уже стоит и нужна только новая программа под деталь, это программирование промышленных роботов под заказ: там офлайн-способ лишь один из инструментов.

Офлайн-программирование закрывает один этап из тех, что составляют внедрение роботов в производство под ключ. Его ставят между проектом ячейки и монтажом. Смысл простой: на заводе загрузить проверенную программу, а не писать её с нуля.

Первое, что ищут в модели, это недосягаемые точки и столкновения. Затем считают время цикла: виртуальный контроллер FANUC ROBOGUIDE рассчитывает, проверяет и оптимизирует его ещё до закупки. Цикл не укладывается в такт? Робота или расстановку меняют на модели, а не на бетоне.

Дальше на очереди безопасность и связь с периферией. В ROBOGUIDE траектории и параметры Dual Check Safety проверяют до установки, а потом переносят на реального робота. Виртуальная пусконаладка заходит дальше: программы, сигналы и функции безопасности испытывают в симуляции, пока реальную ячейку ещё не запустили. В KUKA iiQWorks.Sim модель подключают к ПЛК, в том числе по OPC UA.

Отдельный случай: bin picking, когда робот по данным 3D-камеры берёт детали навалом из тары. Тут в модели смотрят, достаёт ли захват до углов и дна ящика и не цепляет ли стенки. Камеру и распознавание подбирают под деталь в проекте, где ставят машинное зрение на производстве.

Родная среда производителя запускает копию ПО контроллера, поэтому время цикла и поведение робота в ней ближе к реальным. RobotStudio построен на ABB Virtual Controller, точной копии программного обеспечения робота, и работает с теми же программами и файлами конфигурации, что и в цехе. Для роборуки FANUC такая среда называется ROBOGUIDE, у Yaskawa это MotoSim EG-VRC: она переносит программы в контроллер без компиляции.

FANUC ROBOGUIDE WeldPRO задаёт сварочные траектории с углами горелки и параметрами процесса привычными для FANUC средствами. Программы и настройки из него уходят прямо на производственного робота, поэтому точки на месте приходится обучать реже. В мультибрендовой RoboDK программу под конкретный контроллер собирает постпроцессор. Это удобно, когда в цехе стоят роботы нескольких марок. Интерфейсы, лицензии и обучение по каждой среде сравнивает обзор программы офлайн-программирования роботов.

Разработчик Р-Про прямо пишет: российские заводы рискуют тем, что иностранное ПО перестанут поддерживать, а лицензии отзовут. Его среда распознаёт геометрию в CAD, создаёт линейные, круговые и криволинейные поиски шва и выгружает программы для роботов 11 марок. Если в цехе сварочные роботы разных производителей, одна такая среда заменяет несколько родных.

Симулятор считает робота идеальным. Реальный от модели отличается. По брошюре ABB 2005 года виртуальный и реальный робот обычно расходятся на 8–15 мм, потому что сказываются механические допуски и прогиб конструкции. Опция Absolute Accuracy компенсирует это в контроллере и доводит расхождение примерно до 0,5 мм во всей рабочей зоне (рис. 2).

Поэтому на месте инженер калибрует инструмент, связывает системы координат базы робота, оснастки и мировую систему и проходит контрольные точки. Для сварки добавляют поиск шва: так робот находит кромку, даже когда заготовки идут с разбросом. Выезд на объект закладывайте в план, даже если программа готова полностью.

Офлайн-подход выгоднее всего там, где робот часто меняет программу: мелкие серии, большая номенклатура, крупные сварные конструкции с сотнями швов. По оценке RoboDK, новую программу вводят в работу за один день вместо недель, и роботизировать мелкие серии становится реально. Но так считает разработчик ПО. На вашей детали цифра будет своей.

Если одна деталь идёт годами, выигрыш меньше: программу один раз пишут с пульта, и она работает. Свои цифры прогоните через калькулятор окупаемости роботизации: часы простоя при каждой смене номенклатуры прямо влияют на окупаемость робота.

Когда симуляция входит в проект новой ячейки, её стоимость попадает в общий бюджет. Подготовить заявку помогут в услуге субсидии на роботизацию и льготный лизинг.

Программа из симулятора нужна, чтобы запуститься. А номенклатура будет меняться и дальше, так что ваши наладчики должны сами открывать модель, править точку и выгружать новую версию. Этому учат на курсе обучение работе с промышленными роботами для операторов и программистов.

Модель ячейки остаётся у вас. Она пригодится, когда поменяете оснастку или робота и когда придёт новая деталь, а обслуживание и ремонт промышленных роботов оформляют отдельным договором.

Когда офлайн-программирование не поможет или не окупится

• Модель не равна ячейке. Без компенсации реальный робот отходит от виртуального на 8–15 мм по данным ABB 2005 года. Привязать модель и довести точки на месте придётся в любом случае.
• Нет 3D-моделей. Без CAD детали и оснастки модель сначала придётся построить по обмерам, а это время и деньги.
• Деформация и разброс заготовок. Сварочное коробление и допуски на детали в симуляции не видны. Их компенсируют уже на роботе: ищут шов и корректируют траекторию.
• Одна деталь на годы. Если программа почти не меняется, робот почти не простаивает на обучении с пульта, и выигрыш от OLP невелик.
• Лицензии. Полные среды производителей платные: у KUKA бесплатна только базовая версия iiQWorks.Sim, а модули расширения покупают отдельно. Отдельно учитывайте риск отзыва лицензий на иностранное ПО.