Schunk grippery & inštalácia na SDA10F

010Efektory sú pri  návrhu a konštrukcii robotického pracoviska mimoriadne dôležitým prvkom, keďže do veľkej miery ovplyvňujú spoľahlivosť a robustnosť celej aplikácie. V ideálnom prípade by mal návrh robotického pracoviska začínať práve od gripperov a až im následne prispôsobovať výber manipulátora a ďalších komponentov. U nás to síce bolo z viacerých dôvodov naopak ale do „gripper“ fázy sme sa v určitom bode dostali aj my. Pred pár týždňami totiž na katedru dorazili dlhočakávané dvoj a trojprstové elektrické grippery EZN64 a PG70 od Schunku a každý kto má skúsenosť s týmto prvotriednym nemeckým hardwarom vám potvrdí, že nechať taký kus železa ležať v krabici by bolo neospravedlniteľným integrátorským hriechom. Ďalším krokom na ceste za ozajstným bin pickingom je teda výmena prísavky a jednoduchého „bin holdera“ za týchto dvoch súrodencov:

Schunk_pg70_ezn64_2

Na prvý pohľad síce doplnenie gripperov na effektory ramena nevyzerá zložito ale dostať to všetko do funkčného stavu si vyžadovalo značnú dávku vývojárskeho, konštruktérskeho ako aj elektroinštalačného úsilia.

Konštrukcia

Pre uchytenie gripperov ku koncovej prírube ramena Motomana bolo nutné navrhnúť a vyrobiť viacero spojovacích medzikusov. Situácia sa mierne skomplikovala aj tým, že sme sa z experimentálnych dôvodov rozhodil pridať medzi samotný gripper a koncovú prírubu ešte snímač sily, aby sme v prípade potreby mali k dispozícii aj informáciu o prítlaku grippera voči podložke.009

S návrhom medzikusov ochotne pomohli kolegovia zo SjF, pričom komponenty sa podarilo dať vyrobiť priamo z ocele, čím sme sa vyhli zdĺhavej a nespoľahlivej 3D tlači.  Po finálnej montáži obidve ramená poriadne pribrali, keďže sa hmotnosť griperov spolu so všetkými komponentami pohybuje okolo 5 kilogramov. Samozrejme narástla aj celková dĺžka ramien a uvidíme ako sa to prejaví na pracovnom dosahu robota, každopádne kľúčové pri montáži bin-picking pracoviska bude správne umiestnenie prepravky voči robotovi.

Elektroinštalácia

Prísavka mala oproti elektrickým gripperom jednu veľkú výhodu – nebolo ju tu treba napájať a vystačila si s jedinou pneumatickou hadičkou, ktorou sa do nej vnútrom robota privádzalo vákum z ejektora. Elektrické grippery si logicky vyžadujú komplikovanejšie zapojenie, navyše kým PG70 má komplet celé riadenie inegrované v telese grippera, pri EZN64 sa využíva externá riadiaca jednotka, ktorú je potrebné umiestniť do samostatného rozvádzača. Pri elektro gripperoch sa ešte odporúča oddelené napájanie logických obvodov a pohonu, čiže použitie dvoch 24V zdrojov. V kombinácii s istením, poistkami, svorkovnicami a SUB20 modulom pre spracovanie digitálnych a analógových signálov sme nakoniec pre elektroinštaláciu dvoch uchopovačov potrebovali rozvádzač rozmeru 500x500mm.

001

Motoman SDA10F je konštrukčne prispôsobený pre vedenie elektrických a pneumatických signálov vnútrom ramena, pričom k dispozícii máte dve 4mm pneumatické hadičky a dva 6 žilové káble, ktoré ústia do spoločného 12 pinového molex konektora (S1 / S2) v základni robota.  Vďaka tomu je možné celú kabeláž gripperov elegantne schovať do konštrukcie ramien, čo sme využili aj v prípade PG70tky a EZN64ky.

IMG_3544

Kým pre pripojenie PG70 postačuje 24V napájanie + Rx a Tx zo sériovej linky, pre pripojenie EZN64 je nutné viesť 3 fázy a 6 žíl z resolvera až do riadiacej jednotky. Keďže prierez vodičov vedených ramenom robota nie je pre silové káble dostačujúci, pri EZN64 sú silové vodiče zdvojované a v prípade PG70 dokonca strojované.

Riadenie

Gripery sú primárne určené na riadenie z PLC po zberniciach CAN a PROFIBUS ale na základné testovanie, parametrovanie a vývoj disponujú aj sériovým resp. USB rozhraním. Keďže so štandardnými priemyselnými zbernicami je v ROS ešte stále problém, nato aby sme gripery mohli používať a riadiť z ROS sme použili sériové rozhrania. Naštastie Schunk používa spoločný komunikačný protokol, čiže ak sa ho už raz naučíte, je vám v podstate jedno s ktorým griperrom a po ktorej zbernici komunikujete, z programátorského hľadiska je to dookola to isté. Čo bol však problém bola chýbajúca softwarová podpora pre Linux, čiže knižnice pre komunikáciu a riadenie griperov, ktoré bolo potrebné vyvinúť úplne od začiatku. Nebol to neprekonateľný problém ale aj tak, kým sa podarilo rozkomunikovať a odladiť PG70tku po RS232 a EZN64 cez štandardné USB, trvalo to dobré dva týždne poctivého vývoja a opakovaného skúšania. Ak by to niekto v budúcnosti tieto drivre potreboval, sú komunite k dispozícii aj na GitHube.

Model

Tak ako v prípade prísavky, aj pri gripperoch je po montáži nutná kalibrácia, čiže v našom prípade doplnenie pôvodného modelu robota o modely gripperov a súvisiacich prírub. Systém bude vďaka tomu vedieť riešiť kinematiku priamo pre koncové body prstov a zároveň predídeme kolíznym stavom, ktoré by mohli nastať ak by systém nemal informáciu o prítomnosti gripperov na konci ramena. Aby bolo možné s prstami gripperov v ROS modeli hýbať, opäť me si pomohli Solidworksovským urdf exporterom a vygenerovali pre obidva grippery samostatné package a prepísali ich do xacro formátu. Následne sme už iba všetky pripravené komponenty pospájali do výsledného modelu a nanovo pre neho vygenerovali moveIT package. Výsledok a zmysel týchto krokov je názorne vidieť na nasledujúcom videu:

Kým sa dostaneme ku programovaniu samotného bin-pickingu, chvíľu to ešte potrvá, každopádne naprogramovať jednoduchú aplikáciu, v ktorej vyniknú nové grippery je výhodné  najmä pre získanie prvotných skúseností s tým ako sa grippery pri reálnej manipulácii s cylindrami správajú. V nasledujúcom článku sa teda bližšie pozrieme na kalibráciu gripperov a reálne skúsenosti s ich používaním.

 František Ďurovský