Desarrollo de interfaz flexible a medida para robot

Este trabajo está orientado a realizar una aplicación con el objetivo principal de controlar y poder programar, en principio, un robot antropomórfico de seis ejes, ubicado en los talleres del área de Ingeniería de Procesos de Fabricación de la Universidad de Vigo. La metodología seguida consiste en la elaboración previa de una aplicación de comunicación con el propio robot para posteriormente instalar la aplicación de forma distribuída.

Dentro de los trabajos llevados a cabo para el desarrollo y control distribuído de una célula de fabricación constituída por robot y torno CNC en la ETSII, nos hemos encontrado con la necesidad de realizar la aplicación informática a medida para poder realizar el control del robot System Robot del que se dispone en el Laboratorio del Área de Ingeniería de Procesos de Fabricación en la ETSII.

Como requisito previo se ha desarrollado la aplicación DNC [1] que controla el Torno CNC y nos encontramos con la necesidad de la realización del control del robot para permitir la integración [2], [6] y poder realizar el control de información de forma distribuída, teniendo en cuenta la aplicación de nuevas tecnologías basadas en Internet. En este trabajo el objetivo principal buscado es la realización de una interface que permita la cómoda manipulación y programación del robot.

El robot industrial ha sido descrito como el elemento más visible de la fabricación asistida por computador y como la base técnica para la mayor automatización de la producción.

El desarrollo de los robots está estrechamente relacionado con el de las otras tecnologías de fabricación comprendidas dentro del concepto genérico de CAM. [5] [7].

El robot System Robot RM10 [4] es en el que centraremos nuestro estudio y desarrollo, ha sido adquirido para el laboratorio del área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación de la Universidad de Vigo. Es de tipo antropomórfico y cuenta con 6 grados de libertad, accionamientos por medio de servomotores de A.C. y la capacidad de carga es de 10 kg.

En la fase experimental se realiza un estudio previo para la determinación y valoración del lenguaje o lenguajes de programación a utilizar, para el desarrollo del entorno de trabajo, así como para resolver el problema de la comunicación con el sistema, ya que no se disponía de información de ningún protocolo de comunicación utilizado por parte del fabricante. En un principio se ha desarrollado una interface que simula el panel de control del robot para lo cual se realizaron las mediciones correspondientes de la señal suministrada por el control via puerto serie mediante osciloscopio. Una vez traducido el mapa de señales que se obtiene mediante el panel de control se ha procedido a la realización de la interfaz en el programa de desarrollo Visual Basic 6. Por otra parte se ha necesitado realizar un circuito paralelo para decidir si la entrada se realiza bien por el panel de control del Robot o bien desde un ordenador. Para el desarrollo del módulo de comunicaciones, via RS232, [3] ha sido necesario en primer lugar medir las velocidades y parámetros de comunicación.

La figura 1 refleja todas las opciones que se tienen en el Panel de control del robot, las cuales se han utilizado para el desarrollo de la nueva interfaz. En una segunda interfaz se decidió implementar una serie de mejoras como son por ejemplo el manejo de estas mismas instrucciones desde el ordenador utilizando ahora el teclado para enviar señales haciendo la manipulación más fácil para el usuario, utilización de teclas en formato contínuo, lectura de los mensajes de respuesta, módulo de programación, edición, carga y descarga de programas. La aplicación para el robot, exige seguridad en aspectos industriales y calidad en aspectos de producción por lo que la aplicación nos debe permitir la administración de nuestras herramientas en tiempo real y la posibilidad de la programación y ejecución de programas por lo que se desarrollaran los siguientes módulos en el programa de desarrollo Delphi: comunicación bidireccional ROBOT – PC, PC – ROBOT, configuración de la comunicación, estudio de señal de recepción, movimientos de ejes del robot, programación del robot, y administración en tiempo real del robot.

Figura1: Pantalla principal del panel de operación

La implantación de la comunicación se basa en un componente desarrollado en Delphi. En su comportamiento se puede destacar la recepción de información y el envío de datos, así como también la apertura y cierre del puerto serie. La figura 2 muestra el envío y recepción de señales con el robot y el PC.

Para el reconocimiento del protocolo de comunicación y de los valores más significativos del robot se tuvo que realizar una serie de funciones para la limpieza de la información debido a que las cadenas de datos contenían demasiados caracteres basura e hizo difícil la lectura de dicha información.

Figura 2 : Interfaz de comunicación . PC-Robot

En la realización del módulo correspondiente al movimiento de los ejes fue indispensable saber los posibles parámetros que se tienen que configurar antes de mover al robot y sus ejes, por lo que el estudio de la señal colaboró en la toma de los valores de estos parámetros, logrando desarrollar en conjunto una interfaz que moviera los ejes ya configurados, según se ilustra en la figura 3.

Figura 3: Opciones de introducción de parámetros.

Para la programación del robot se tuvo que realizar un estudio del funcionamiento de cada instrucción basada en el manual de usuario del robot[4] sin embargo fue escasa la información obtenida, por lo que se tuvo que desarrollar un simulador con reglas propias sintácticas y gramáticas para el robot para lo cual se desarrolló una base de datos llamada "robot", en la que existe una tabla "programas" donde se almacena información general de los programas creados y la ubicación. La tabla Detprogramas almacena las secuencia de instrucciones que contiene un programa, así como los parámetros utilizados. La tabla “Instrucciones” contiene el conjunto de instrucciones posibles en el robot y su sintaxis. La tabla “move”, sin duda la más importante, contiene el valor de la configuración y puntos en un plano cartesiano de ubicación de cada eje.

Para la programación del robot se realizaron los módulos siguientes: Creación de nuevos programas, carga de programas desde el robot y desde el PC, almacenamiento de programas en el robot y en el PC, simulación de ejecución paso a paso, así como, la programación del robot (figura 4).

Figura 4 : Muestra de pantalla de programación .interactiva.

El programa ejemplo esta compuesto por una serie de instrucciones previamente almacenadas y revisadas. Posteriormente se puede ejecutar este programa paso a paso y cuando el usuario se encuentre conforme a la programación requerida se pone en marcha durante un tiempo indefinido.

Un módulo de vital importancia es el del manejo del robot en tiempo real y esto quiere decir que nuestra aplicación es capaz de mover y ejecutar instrucciones configurando al robot para un posible inicio de proceso, movimiento o programación. (figura 5). El módulo realiza una serie de envíos de instrucciones interpretando y configurando lo que el usuario ha querido hacer.

Por último, se está realizando un módulo muy interesante, en fase de desarrollo, consistente en la idea de poner en marcha la aplicación en un Intranet desarrollada en Java con los movimientos básicos del robot pensando en una aplicación distribuida.

Figura 5: Módulo de control remoto del robot.

Después de realizar las fases correspondientes a la elaboración de la interfaz del robot, y poner a punto el funcionamiento del mismo, con todas las funcionalidades del panel de control en el propio PC se analiza y determina las necesidades de programación y control remoto para poder desarrollar el entorno de trabajo en la estación. La aplicación desarrollada en Delphi presenta para el usuario un entorno fácil de manejar y amigable ayudando al entendimiento de las funciones del robot. La base de datos puesta en marcha para el robot almacena información de las sesiones iniciadas por el usuario y relacionadas con la administración del robot para llevar un control sobre los distintos programas, uso o posibles defectos en el mismo. El robot al ser administrado desde el PC procesa las instrucciones con un tiempo de retardo mínimo. Es decir que ejecuta las instrucciones con un retraso pequeño casi insignificante.

Como objetivos a posteriori se plantean la depuración de la comunicación distribuída y la integración con otras aplicaciones desarrolladas que permitirían el acceso según distintas distribuciones geográficas. En nuestro caso se reduciría a una simulación de acceso desde el aula CAD/CAM del área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación, con comunicación a un servidor de aplicaciones, que ejecutaría la aplicación de control.

Un sistema automatizado ajusta sus operaciones en respuesta a cambios en las condiciones externas en tres etapas: medición, evaluación y control. La aplicación del robot comprende la etapa de control. Por lo que se refiere a las operaciones de medición y evaluación se requiere de equipo especializado como sensores específicos, pudiéndose incorporar como señales de entrada en la propia tarjeta de entradas del robot y consecuentemente en la programación del robot y por lo tanto, pueden ser gestionados por la aplicación desarrollada.

Además, la aplicación implementada permite el desarrollo de la programación del propio robot de forma amigable pudiéndose realizar de forma práctica sin necesidad de conocer el lenguaje de programación específico del Robot RM10.

Por otra parte, la aplicación permite la capacidad de introducir ciertas mejoras adicionales gracias a la modularidad del propio software con objeto de poder ser ampliado a otro tipo de dispositivos o crear el módulo de integración de la célula conformada por distintos elementos, además de la ampliación de librerías a otros tipos de robots y permitir la expansión cómoda de la aplicación.

Con respecto a las tecnologias que forman la estructura de la red distribuida podemos mencionar que estas mismas están convirtiendo las transacciones en un mundo de servicios web. Esta aplicación permitirá en un futuro la utilización de la misma para el desarrollo de utilidades de control remoto, y control distribuído con objeto de realizar un sistema integrado de Fabricación basado en web.

[1] Alonso, J.A. Pereira, A. Diéguez, J.L Desarrollo de una aplicación DNC, para controles numéricos Fagor 8050 y 8030.
[2] Chang Hsin-Chi, Lu Wen F, 1999, WWW-Based Collaborative System for Integrated Design and Manufacturing, Concurrent Engineering: Research and Applications
[3] EIA232E – Interface Between Data Terminal Equipment and Data Circuit-Terminating Equipment Employing Serial Binary Data Interchange, Electronic Industries Association.
[4] Industrias LANBI, Instrucciones de primera puesta en marcha, 1995.
[5] Manual Mitsubishi Industrial Micro robot System. Model RV-M1. BFP-A5191EB.
[6] Rodgers Paul A, Husor Avon P, Caldwell Nicholas H.M, 1999, Design Support Using Distributed Web-Based AI Tool, Research in Engineering Design.
[7] Ulrich Feth, Robot Simulation and Off-Line Programming Software, 1997.