Documentation technique KUKA 1.Introduction La documentation KUKA (disponible sur papier et sur CD-ROM) est suffisamment détaillée et claire pour comprendre et utiliser l environnement de programmation KUKA. C est pourquoi il n est pas question ici de faire un résumé de ces documents mais plutôt de donner un point de vue d utilisateur. Il s agit donc d une aide pour la prise en main de l interface et ainsi commencer à réaliser des premiers programmes rapidement. Il sera aussi abordé l aspect pratique d utilisation, notamment en cas de panne. Par ailleurs, l utilisateur devra toujours avoir à l esprit les risques encourus lors des déplacements de ce robot et donc respecter les règles de sécurité élémentaires. 2.Démarrage et contraintes Mise en marche de la baie de commande Le robot est alimenté par la baie de commande. La baie de commande ne dispose que d un seul interrupteur qui branche ou coupe l alimentation générale sur le secteur. Normalement, la baie ne doit jamais être débranchée. Des batteries sont chargées par l alimentation interne et permettent la sauvegarde des fichiers systèmes dans la mémoire PC quand on éteint la baie de commande. Cette opération est automatique et permet la sauvegarde des modifications sur le disque dur du PC. Le démarrage active automatiquement l interface graphique KUKA CROSS 3 sur laquelle on peut effectuer tous les programmes souhaités. Précautions Si des problèmes interviennent sur l interface et qu il faut redémarrer le PC (donc la baie de commande), il vaut mieux éviter de couper l alimentation trop souvent dans un espace de temps réduit. En effet, les batteries risquent de se décharger et la procédure de sauvegarde peut être tronquée. On peut donc perdre le contenu de certains fichiers systèmes. Problème de la calibration Si la calibration est perdue, il faut la recommencer sinon il est impossible de déplacer le robot. Or, si la calibration est réalisée visuellement (et non avec un palpeur), le manque de précision de cette méthode implique que la nouvelle calibration ne sera jamais identique à la précédente. Par déduction, l imprécision se retrouve sur les bases et les points de passages appris par le robot. Il faudrait alors recommencer l apprentissage de tous les points et bases définis jusqu à ce moment. Pour effectuer une calibration visuelle, le meilleur moyen est de se référer aux repères disponibles sur les axes. Voir figure 1. projet MEA3 1
Coïncidence non atteinte Coïncidence atteinte -Figure 1 : exemple de repère visuel disponible sur les axes- Panne logicielle L interface du robot est développée sous Windows 95. Il est donc possible d avoir des blocages logiciels inopinés surtout si des changements de paramètres sont effectués dans la configuration logicielle. Il est possible de revenir à l interface Windows en branchant un clavier sur le PC de la baie de commande. Appuyer alors sur les touches Ctrl + Esc simultanément pour faire apparaître le menu Démarrer de Windows et avoir accès au Panneau de configuration. 3.Prise en main de l interface Généralités L interface se présente sous forme d une fenêtre principale dans laquelle seront édités les programmes. Sur les quatre côtés on trouve des boutons qui offrent les configurations disponibles à l utilisateur. Voir figure 2. Selon les touches enfoncées, il peut apparaître de nouvelles fenêtres, réduisant ainsi la fenêtre principale. La fenêtre du bas est réservée aux messages fournis à l utilisateur sur la fonction en cours d exécution. Quand il arrive de faire de mauvaises manipulations, il faut parfois acquitter les messages d erreur pour que l on puisse reprendre la programmation. Pour cela il est indispensable de se placer sur cette fenêtre en utilisant le bouton approprié du pupitre (bleu). La fenêtre effective apparaît sur fond bleu. Dès que le démarrage est terminé, on peut voir tous les programmes disponibles dans la fenêtre principale. Certains paramètres sont réinitialisés comme, par exemple, le niveau utilisateur qui se trouve en mode opérateur (à l inverse de expert). projet MEA3 2
ISIM UM II Fenêtre principale Affichage des programmes Bouton à utilisations différentes suivant la fonction choisie Idem pour les quatre côtés Fenêtre de messages à sélectionner pour acquitter les erreurs Pavé numérique clavier -Figure 2 : interface homme machine du robot KUKA- Niveaux d utilisation Le mode manuel est disponible dans tous les cas. Il permet d apprendre au robot des points de passage, des outils, des bases, etc. Il est possible de voir certaines variables à partir des menus déroulants, comme l état des entrées sorties par exemple. Ø Niveau opérateur Ce mode ne permet d éditer que des programmes simples puisque le clavier qwerty n est pas actif. Il est par exemple impossible de d introduire des boucles, donc une fois le programme achevé, il faut le réinitialiser manuellement. L écriture d un programme ne peut se faire qu à l aide des menus déroulants disponibles sur les boutons en haut de l écran. Voir figure 3. En annexes se trouvent toutes les commandes disponibles en mode opérateur. Cette aide permet d introduire dans le programme : Des points de passage avec tous les types de mouvements (ptp, lin, circ). Des temps d attente Des conditions d arrêt à partir des entrées de la carte MFC Et quelques autres fonctions Exemple de menu déroulant : Instructions d attente projet MEA3 3
-Figure 3 : édition de programmes au niveau opérateur- Niveau expert Ce niveau donne accès au clavier, et à toutes les fonctions disponibles sur la baie de commande. Quand on active ce mode, on voit apparaître les différents types de fichiers avec des extensions différentes (.src,.dat,.sub, etc.). Par ailleurs, on s aperçoit qu il y a deux zones d archivage des fichiers : La zone dite robot La zone dite PC On travaille toujours sur la zone du robot. La zone PC contient la sauvegarde des fichiers. Déplacements manuels Pour déplacer le robot, il faut toujours appuyer sur une touche d homme mort au dos du KCP (pupitre). On doit évidemment se placer en mode T1 ou T2, mais il faut aussi choisir entre l utilisation de la souris 6 ddl (voir figure 3) ou des boutons de commande situés sur la droite du KCP.Il s avère plus facile d utiliser les six boutons de commande des axes plutôt que la souris. Rotations et translations disponibles -figure 3 : souris à 6 degrés de liberté- Ensuite, il faut choisir si l on se place dans l espace articulaire ou dans l espace cartésien. L esprit humain fonctionne plus facilement dans un espace cartésien, c est pourquoi cette méthode est préconisée. Cependant, la commande indépendante des axes est pratique dans certains cas. C est particulièrement vrai quand le robot s est bloqué dans une position ambiguë (cas ou deux axes sont alignés). projet MEA3 4
Repères Parmi les différents repères, on peut choisir entre le repère world (repère absolu), le repère base, et le repère outil. Les repères bases et outils peuvent être multiples. Ils sont choisis par l utilisateur. L outil est choisi dans le menu configuration, préréglages. La base est modifiable dans le menu variable, modifier. Il faut alors taper le nom de variable $base pour pouvoir en changer. Avec les repères cartésiens, on dispose des mouvements de translation sur les axes X, Y, et Z mais aussi des mouvements de rotations autour de ces axes ( A, B et C pour les rotations autour des axes Z, Y et X). Mesure d un point La mesure d un point est assez facile, il suffit d indiquer quel type de déplacement on veut faire jusqu à ce point (ptp, lin, circ). Mesure d un outil Parmi les différentes méthodes proposées, la plus simple est la mesure dite 4 point (dans le menu mesurer, outil). Cette mesure consiste à déplacer l outil autour d un point fixe qui sert de référence. Il faut enregistrer quatre orientations différentes de l outil en visant le point de repère choisi. Il est nécessaire d avoir des orientations suffisamment différentes pour que le système valide les mesures. Dans le cas contraire, il faut recommencer toute la procédure. Cette fonction est facilement réalisable car elle est guidée pas à pas par le logiciel. Mesure d une base La mesure d une base est relativement aisée. Là encore, plusieurs méthodes sont accessibles. Par la méthode des 3 points, il suffit de le centre du repère, un point de l axe OX, et un point du plan OXY. Par déduction, le logiciel trouve l axe OZ. Voir figure 4. Attention cependant au sens de l axe Z, le programmeur n a pas besoin de l indiquer mais il doit s en soucier lors de la programmation. Cela peut donner de mauvaises surprises lors du lancement d un programme! Remarques : Il est plus pratique et beaucoup logique de mesurer une base après avoir mesuré un outil. La mesure d un outil, avec la méthode fournie, comporte toujours une imprécision. Donc, lors de la mesure de la base, il est conseillé de garder toujours la même orientation d outil pour que les erreurs ne se propagent pas sur la mesure de la base. projet MEA3 5
ISIM UM II -Figure 4 : Mesure d une base par la méthode des 3 points- 4.Programmation La programmation proprement dite s effectue au niveau expert. Programme minimum Le minimum indispensable à l écriture d un programme tient en trois lignes qui sont automatiquement écrites dès l ouverture du fichier. Voir figure 5. Ces lignes sont : L initialisation Le départ du point home Le retour au point home L initialisation consiste à paramétrer la vitesse et l accélération sur chaque axe. On peut se passer de cette commande si on décrit soi-même la phase d initialisation. La position home permet au robot de retourner, au ralentit et tant que la touche start est tenue enfoncée, dans sa position de départ. La position home est modifiable par le programmeur. Initialisation Position de repli -Figure 5 : programme minimummode édition ou sélection Le mode sélection permet d exécuter un programme. Toutefois, on peut apporter des modifications au programme concernant les points de passage par exemple. Il est interdit d introduire des conditions de rebouclage car le programme ne peut pas être compilé. Le mode édition permet l écriture complète d un programme. Il est quand même possible de faire bouger le robot pour apprendre des points. Compilation et fichier d erreur Un programme est compilé automatiquement quand on ferme l éditeur. S il comporte des erreurs, un fichier.err du même nom est généré et la fenêtre de messages indique le nombre d erreur (voir figure 6). Pour comprendre les erreurs il faut ouvrir ce fichier.err. Il n apparaît pas sur l écran directement. Une astuce pour rafraîchir l écran est d ouvrir les fichiers PC puis d ouvrir à nouveau les fichiers robot par le menu fichier. Génération d un fichier d erreurs si fautes trouvée à la compilation Message indiquant le nombre d erreurs commises projet MEA3 6
-Figure 6 : compilation- Les folds Les folds sont des fonctions ou procédures cachées. Il y en a qui sont prévues par KUKA, c est le cas de la commande INI par exemple, qui contient plusieurs instructions. Par contre, l utilisateur peut en créer lui-même à sa convenance. Il est possible de rendre visible ces folds par le menu fold, ouvrir tous les folds. Il faut avoir à l esprit les conséquences possibles en cas de modifications de ces procédures. Programme cyclique Un programme, quel qu il soit, n est pas traité de manière cyclique par le logiciel. C est au programmeur de l indiquer s il le souhaite. Ceci est faisable simplement par l instruction loop endloop qu il place comme il veut tant que ça se trouve entre les lignes ptp home écrites à l ouverture du fichier source. Comment définir des points de passage L utilisateur a le choix entre : Faire une mesure manuelle par déplacement du robot et enregistrer le point Ou écrire une instruction de déplacement en donnant les coordonnées du point Il est évident que l écriture du mouvement sans déplacer le robot présente un risque puisque l on ne connaît pas le point d arrivée visuellement. La mesure ou l écriture d un mouvement vers un point peut se faire selon différents modes : Le mode Axis qui contient la position de chaque axe Le mode Frame qui contient les 3 indications sur la position (X, Y et Z) et les 3 indications sur l orientation (A, B, C) Le mode Pos qui contient les mêmes données que le mode Frame mais aussi 2 paramètres S et T (status et turn) qui lèvent les problèmes d ambiguïtés. Contrairement à la mesure automatique par le robot, l édition d un mouvement ne doit pas contenir forcément toutes les données de positions. Il ne change pas les données manquantes. Exemple : La commande ptp {A1 30} amène l axe 1 à 30 de son origine. Il s agit d un déplacement absolu et non relatif. Voir figure 7. Déplacement relatif Position initiale Déplacement absolu -Figure 7 : déplacements relatifs et absolus- projet MEA3 7
A quel moment définir les points de passage Le programmeur peut définir un point à tout moment, lors de l écriture d un programme. En effet, il peut l écrire comme une instruction classique ( ptp {A1 15} ) ou bien déplacer le robot qui enregistre automatiquement le point. On a deux autres possibilités : Le joker La définition d une variable Le joker est symbolisé par un point d exclamation ( ptp! ). Il permet de continuer un programme sans connaître le point de passage correspondant. Au moment de l exécution le programme s arrête pour identifier ce point de manière manuelle. La définition d une variable permet d attribuer un nom à une position. Les coordonnées sont automatiquement générées dans le fichier.dat. Précautions sur les points de passage On peut définir plusieurs bases dans un programme. Une base peut être mesurée à l aide du robot (mode manuel) ou éditée dans le programme. Exemple d édition de base : $base = {x 100, y 200, z 100, A 0, B 180, C 45} Quand on utilise plusieurs bases, il faut faire attention à ce que les points de passage soient bien définis dans la base utilisée dans la portion de programme. Par contre, quand on mesure un point avec le menu instruction, mouvement, l instruction apparaît en rouge, et le point est enregistré de manière absolue. Autrement dit, quelle que soit la base définie en début de programme, le point de destination sera toujours le même. 5.Sécurité Il y a différents moyens pour augmenter la sécurité. Il n y a pas de méthode universelle mais chaque utilisateur doit limiter les risques en fonction de l application. Mode de fonctionnement Suivant les modes enclenchés, on a des limites de vitesse et des interventions de l utilisateur différentes. Dans un premier temps, il est conseillé de toujours tester un programme pour la première fois en mode de test T1 surtout si les points n ont pas été enregistrés par déplacement manuel du robot. Ce mode effectue les déplacements à vitesse réduite de manière à ce que l on puisse activer l arrêt du robot avant une éventuelle collision. Limitation de vitesse globale On peut limiter la vitesse maximale du robot en mode automatique grâce à la fonction override directement accessible par un bouton sur le KCP. Mais cette fonction est facilement modifiable par l opérateur. Les changements de vitesse par ce bouton sont assez grands. Mais il est possible d imposer des pas changement de vitesse de 1%. En cas d erreur de manipulation du KCP, le fait d appuyer malencontreusement sur ce bouton n introduirait alors qu une augmentation de vitesse de 1%. Par ailleurs, dans chaque programme, le programmeur peut initialiser comme il le souhaite la vitesse et l accélération maximales sur chaque axe. Ceci permet, en fonction des personnes qui manipulent le robot de lancer un programme particulier avec différents niveaux de protection des personnes. projet MEA3 8
ISIM UM II Ø Volume de travail Une solution qui ne limite pas les capacités du robot et qui apporte une sécurité importante consiste à définir au robot un volume de travail limité. A priori, l environnement du robot est fixe. C est vrai en tout cas pour la cellule étudiée. Donc une fois déterminé, ce volume de travail ne doit plus être modifié. La forme du volume peut être assez complexe car on peut en concaténer plusieurs. Le logiciel permet d en définir jusqu à huit. Ø Variables systèmes Un autre moyen, plus efficace, serait de configurer les variables systèmes concernant la vitesse et l accélération maximales autorisées, ceci dans les fichiers systèmes. Le robot serait alors bridé en permanence. D autres variables, disponibles dans le fichier $machine.dat, imposent une butée logicielle sur chaque axe. Il s agit des variables $softn-end et $softp-end pour les rotations négatives et positives autorisées sur chaque axe à partir de leur origine. Le fichier $machine.dat est directement accessible en mode expert parmi tous les fichiers robot. Voir figure 8. Fichiers contenus dans l espace mémoire robot -Figure 8 : arborescence des fichiers systèmesø Inhibition d un mode de fonctionnement Enfin on peut choisir d inhiber un mode de fonctionnement par la voie d une autre variable qui se trouve dans un fichier système appelé progress.ini sous l arborescence : C: Program files KRC Init Voir figure 8. La variable concernée s appelle Kunden_version. On peut choisir un numéro correspondant au mode d inhibition voulu. Toutes les possibilités sont référencées dans le fichier. Un choix intéressant est celui qui inhibe le mode T2, particulièrement dangereux car le robot travaille à vitesse programmée et c est l utilisateur qui enclenche l arrêt d urgence en lâchant la touche d homme mort. Or, l utilisateur aussi rapide soit-il, ne peut pas arrêter le robot à temps quand sa vitesse est maximale. C est pourquoi cette solution préserve la sécurité des personnes. projet MEA3 9
Annexes Représentation des commandes programmables disponibles en mode opérateur projet MEA3 10
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