Robótica Kuka EMERSON EDUARDO RODRIGUES

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Centro de Formação Profissional
Plínio Gilberto Kröeff CETEMP
Esp. Fabiano Salvi Barbosa
Instrutor de Educação Profissional de Nível Técnico I
Programação e Integração de Robôs
com Máquinas de Manufatura

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Robótica Industrial
Um robô é uma máquina eletromecânica,
destinada a realizar tarefas de forma
autônoma ou com algum tipo de
orientação.

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Definição de Robô:
Um robô industrial é definido pela ISO8373
como um “manipulador polivalente
automaticamente controlado, reprogramável,
programável em três ou mais eixos”.
Robótica Industrial

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Cinemáticas
•TTT – Cartesiano
•RTT – Cilíndrico
•RRT – Polar
•RRR – Articulado
Classificação de Robôs
P
R
R

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Classificação de Robôs

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Componentes de Sistemas Robóticos
O robô é montado em uma base, que em
geral com parafusos, em uma fundação
sólida ou em uma quadro metálico, essa
base possui conexões para o controlador.
No controlador existem partes importantes,
como chave geral, botoeira de comandos e
E-stop, assim como conectores para
conexões externas.

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O painel do robô é usado para editar programas,
mover o robô manualmente ajustar parâmetros,
modificar posições “ensinadas”, e alguns possuem
também portas de comunicação, além do botão E-
stop, possuem também uma chave chamada “dead-
man”, chave que deve ser acionada parcialmente
para qualquer movimento.
Componentes de Sistemas Robóticos

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Interlock
Os sistemas elétricos e mecânicos internos são supervisionados por
dispositivos internos de segurança conforme normas rígidas para a
garantia de proteção das pessoas e do equipamento.
Sistemas eletromecânicos externos podem ser incorporados aos robôs,
para isso os controladores possuem interfaces supervisionadas pelos
mesmos dispositivos de segurança normatizados.

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Acionamentos
Os robôs são acionados por servoacionamentos
e servomotores de engrenagens sincronizadas.
Cada articulação (junta) é tracionada por um
motor servo acionados, além disso possui
também um sistema de medição.

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Sistemas de Medição
Cada junta é dotada de no mínimo
um sistema de medição indireto.
Sistema de medição indireto é
aquele que o elemento de medição
está localizado no acionamento
mecânico do movimento.
O elemento básico de medição
pode ser um encoder absoluto ou
um resolver, dependendo da
escolha do fabricante.

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Encoder Absoluto

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Sistemas de Medição
O fato é que as posições não se perdem ao desconectar a energia do
controlador, isso é possível através de baterias ou memórias flash,
porém quando essa informação é perdida por qualquer motivo, deve
ser realizado um procedimento chamado Masterização para recuperar
a sincronia do sistema.

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Terminologia de Robôs
Graus de Liberdade
Carga, Payload
Volume de trabalho, Work Envelope
Precisão, Acurácia

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Terminologia de Robôs
Repetibilidade
Observância
Frame ou Ferramenta (TCP)
Singularidade

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Aplicações
Pintura
Solda

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Aplicações
Transporte e Paletização
Manipulação e Montagem

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Segurança nas áreas Automatizadas
 O aluno deve conhecer e
entender os procedimentos
de segurança descritos no
manual do operador e
manual do produto.
 Adicionalmente as
informações de segurança
que serão passadas pelo
instrutor, o aluno deverá
observar os procedimentos de
segurança descrito nos
manuais.
 Compreender segurança e
seus procedimentos no
trabalho com robôs industriais
é uma premissa deste
treinamento.

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Ações de Segurança (Riscos)
 Manutenção
 Reparos
 Mudança de programa
 Teste
 Operação
Sempre evite a área de risco!

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Travamento (power lock out & tag out)
Utilize dispositivo de travamento para fontes de energia.

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Recursos de Segurança em Robôs
 Parada de emergência (ES)
 Modo de operação
– Automática
– Manual < 250 mm/s
– Manual 100%
 Dispositivo de segurança
em manual (Dispositivo de
habilitação)
 Dispositivo de segurança
em manual 100% (Hold-to-run)
 Cadeia de segurança
 Limite área de trabalho

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Normas de Segurança
 Os robôs devem cumprir as exigências requeridas
na ISO 10218, segurança de robôs Industriais. Os
mesmos também podem cumprir com exigências
de outras normas.
 Definição de segurança função/regulamento:
– Emergency stop – IEC 204-1, 10.7
– Enabling device – ISO 11161, 3.4
– Safeguard – ISO 10218 (EN 775), 6.4.3
– Reduced speed – ISO 10218 (EN 775), 3.2.17
– Interlock – ISO 10218 (EN 775), 3.2.8
– Hold to run – ISO 10218 (EN 775), 3.2.7

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Emergência Stop
 O botão de emergência para
o robô imediatamente e
habilita os freios mecânicos.
 Os botões de emergência
estão localizados no Pendant
e no módulo de controle
padrão.
 Pode-se adicionar botões de
emergência na célula
robotizada bastando conectá-
los a cadeia de segurança do
robô.
Para reset das falhas de emergência o
botão externo de “RESET” deverá ser
pressionado.

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Trava de Segurança (Dead Man)
 O dispositivo de habilitação possui três estágios
(posições).
 Para ativação dos motores em modo manual o
botão precisa necessariamente estar na posição
intermediária.
 Os movimentos do robô irão parar imediatamente
caso o botão seja solto ou pressionado até o final.
Trava de segurança

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Sensores de Segurança (Portas)
 O dispositivo de segurança de portas está sempre
ativo, impedindo que o robô seja movimentado
com qualquer das portas abertas.
 Para ativação dos motores as portas devem estar
devidamente fechadas e permanecerem assim.
 Como a célula pode ser integrada a uma máquina
CNC, temos dentro do painel elétrico uma chave
de integração para permitir a movimentação com a
porta traseira aberta, porém um procedimento
deve ser seguido.
Movimentação liberada
Movimentação bloqueada
Para reset das portas de segurança o
botão externo de “RESET” deverá ser
pressionado.

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Sistemas de Coordenadas de Robôs
Os movimentos dos robôs são definidos em inúmeros sistemas de
coordenadas. Os sistemas de coordenadas “absolutas” se aplicam a
qualquer sistema de coordenadas que usa a base do robô como
origem.

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Os sistemas de
coordenadas de
“ferramenta” usam a
extremidade do
braço, onde as
ferramentas são
montadas, como
origem.

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As coordenadas de “peça de trabalho”, usam um ponto nas
ferramentas da área de trabalho com origem.

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As coordenadas adicionadas, são as que fazem os movimentos em
torno dos eixos cartesianos, X-Y-Z, estes denominados A entorno de
X, B entorno de Y e C entorno de Z.

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As coordenadas articulares descrevem a posição angular de cada
uma das juntas do robô, essas coordenadas são usadas pelo
controlador para realizar os cálculos, para atingir os pontos.

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Movimentação do Robô

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Procedimento de start-up:
1. Certificar-se que todos os
dispositivos de segurança estão
desacionados(ou desobstruídos) –
Botão de emergência destravado,
portas fechadas;
2. Verificar o status de operação na
torre de sinalização. A torre deverá
estar com a lâmpada verde acesa.
CUIDADO: Se a lâmpada amarela estiver
acesa, a chave By-pass está ativada
desabilitando o funcionamento da
segurança da porta traseira.

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Atividade Prática 00:
oIdentificar os elementos do controlador, braço,
Smart Pendant e de segurança
oMovimentar o Robô por Juntas
oMovimentar o Robô por Coordenadas
Referências:
•World
•Base
•Tool

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Programação (KRL)
Definindo Classe de Usuário:
oUsuário – 68kuka1secpw59
oPerito – kuka4947
oManutentor – kuka4947
oAdministrador – kuka__________
No Menu principal, selecionar:
Configuração > Grupo de Usuários, é exibido o usuário atual.
1. Pressionar Login
2. Selecionar o usuário desejado
3. Digitar a senha correspondente
4. Confirmar com login

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Programação (KRL)

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Programação (KRL, Criação, Edição e Exclusão)

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Programação (KRL) KUKA

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Programação (KRL, Execução do Programa)

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Programação (Execução do Programa, Movimentos)
oProgramar o Robô para fazer
movimentação por 5 pontos aleatórios
executando com diferentes tipos de
movimentos, por juntas, linear e circular.

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oProgramar o Robô para desenhar na
lousa com a caneta já presa na garra:
Os lados da figura
devem ter
aproximadamente
100mm
Usar um afastamento
de aproximadamente
10mm da lousa
Paprox1
P2
P1
P4
P3

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oProgramar o Robô para
desenhar na lousa
com a caneta já presa
na garra:
Um triângulo inscrito
no quadrado do
exercício
anterior:
Paprox1
P2
P1
P4
P3
P5
Pafas1
Pafas2

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desenhar na lousa
com a caneta já presa
na garra:
Uma circunferência
inscrita no mesmo
quadrado:
Paprox1
P2
P1
P4
P3
P5
Pafas1
P6
P8
P7
Pafas2
Paprox2

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Programação (KRL, Movimentos Relativos)

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Programação (Movimentos Relativos)

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Programação (Movimentos Relativos)
Efeito no Robô
KUKA
LIN p10 CONT Vel = 2,00 m/s CPDAT1
LIN_REL {X 100, Y 50}
Y+
X+
p10 100mm
50mm

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desenhar na lousa com
a caneta já presa na garra:
Um quadrado de 100mm de lado, um
triângulo e uma circunferência inscritos no
quadrado usando movimentação relativa:
Paprox1

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desenhar na lousa com
a caneta já presa na garra:
Um letreiro escrito FESTO – KUKA, usando
movimentação relativa:
FESTO
KUKA
Paprox1

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Programação (Fluxogramas)
As instruções de movimentação consideramos Processamento,
portanto são representadas como um retângulo contendo o tipo e
os parâmetros para o movimento:
• Tipo: (L, C, J);
• Parâmetros: obrigatório (Pontos Destino e/ou Auxiliares),
opcionais(Velocidade, Contorno, Base, Ferramenta)
J P1, 50% L P3, CONT, 50% L P3 +Z30, CONT, 50%

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Programação (KRL, Atrasos em tempo)
Tempo
S
N

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Monitoramento e manipulação (KUKA, Inputs e Outputs)

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Programação de Controle (KRL, Outputs)
Nº Output´s e
Valores

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Programação de Controle (Outputs)

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oProgramar o Robô para soltar a caneta e
pegar a argola depois passar a argola sem
colidir no hexágono, depois soltar a argola e
pegar a caneta:

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oProgramar o Robô para mover-se por 4
pontos equidistantes 300mm no espaço, com
velocidade de 10% e indicar através do LED
Q1 que o mesmo está a 30ms para chegar no
ponto P2, ao sair do P2 depois de 50ms
desligar o Q1:
oO LED Q1 esta no painel de operação.

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Programação de Controle (KRL, Inputs)
Nº Input´s e
Valores

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Programação de Controle (Inputs)

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oProgramar o Robô para transportar as peças
do Alimentador para o Tubo de Armazenagem,
verificando se o mesmo não está cheio, mas o
mesmo só pode pegar peça se ela estiver
disponível e o start for pressionado:

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oProgramar o Robô para mover-se por 4
pontos equidistantes 300mm no espaço, com
velocidade de 10% e programar para que se o
botão reset do painel for pressionado ele não
vá até o P2:

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Instrução de Parada Programada
Halt
Esta função para a execução do
programa esperando novo comando do
operador para prosseguir.
É muito útil, quando queremos que o
robô pare para reabastecimento ou
esvaziamento de sistemas auxiliares,
pois o mesmo ficará parado até que o
operador de forma consciente o comande
para prosseguir.
PÁRA
OPERADOR

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Controle do fluxo do programa
 Podemos utilizar a instrução “IF” para decidir o que o robô deve fazer no
meio do programa.
 A instrução “IF” avalia uma expressão e se a expressão for verdadeira, o
código dentro do “IF” é executado, caso contrario o robô continua a
execução na próxima instrução.
 A instrução “IF” pode ser incrementada com os argumentos opcionais
“ELSE” podendo criar combinações em cascata.
 Podemos utilizar a instrução “WHILE”, para repetir ações no programa
com base em uma condição específica.

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Controle do fluxo do programa (Operadores Relacionais)
Servem para relacionar (comparar) valores de variáveis e/ou
constantes com outras variáveis e/ou resultados de
expressões, o resultado de uma operação relacional será
sempre “TRUE” ou “FALSE”.

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Instrução IF
 IF Hoje é Segunda THEN
Vá trabalhar
 ENDIF
 IF Hoje é segunda THEN
Vá trabalhar
 ELSE
Descanse
 ENDIF
 IF Hoje>=Segunda AND Hoje<=Sexta THEN
Vá trabalhar
 ELSE
IF Hoje é Sábado THEN
Descanse
ELSE
Assista ao jogo
ENDIF
 ENDIF
 IF Hoje>=Segunda AND Hoje<=Sexta THEN
Vá trabalhar
 ELSE
IF Hoje é Sábado THEN
Descanse
ELSE
IF Hoje é Domingo THEN
Assista ao jogo
ENDIF
ENDIF
 ENDIF
Condição
N
S
Instruções
Instruções
Condição
N
S
Instruções
Instruções
Instruções
Instruções
Condição
S
N
Instruções
Instruções
Condição
N
S
Instruções
Instruções

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Instrução While
WHILE Hoje >=Segunda AND Hoje <=Sexta
Vá trabalhar
ENDWHILE
Faça o que quiser
Condição
N
S
Instruções
Instruções

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Variáveis de Sistema
$IN[ X ], $OUT[ X ]
Armazenam nas variáveis do tipo BOOL, os valores das entradas e/ou saídas
físicas, indexadas pelo número. Onde o X é número da entrada ou saída.
$IN_HOME
Armazena na variável do tipo BOOL a indicação de que o robô está em home
position.
$T1, $T2, $AUT, $EXT
Armazenam nas variáveis do tipo BOOL, indicação do modo de operação
ativo no controlador.
$POS_ACT
Armazena na variável do tipo E6POS, as coordenadas completas de
posicionamento da posição atual.

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oProgramar o Robô para transportar as peças do
Alimentador para os Tubos de Armazenagem,
verificando se o mesmo não está cheio, mas o
disponível e o start for pressionado, além disso
cada tubo tem um tipo de peça (pretas ou
coloridas):
Programação de Controle (Decisões e repetições)

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Instrução de Atribuição de Valor (Variáveis)
= Este símbolo realiza a atribuição do
valor resultante no lado direito para uma variável
no lado esquerdo.
CONT = 0
CONT = CONT+1
POS1 ={X 0,Y 0,Z 0, A 0, B 0, C 0}
ATENÇÃO: É DIFERENTE DE “IF $IN[2] == 1 THEN”, ISSO É UMA COMPARAÇÃO.

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Criação de Variáveis (Declaração)
ATENÇÃO: PODE SER FEITA EM
QUALQUER PARTE DO PROGRAMA,
MAS PARA SER RECONHECIDA EM
TODO O PROGRAMA TEM QUE SER
DECLARADA NO INICIO DO MESMO,
FORA DA ROTINA PRINCIPAL.

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Programação (KRL, Movimentos com variáveis)
É possível criar frames para manipular coordenadas para movimentar o
robô com coordenadas relativas sem perder o ponto de referência.
DECL FRAME Pos1={X 0,Y 0,Z 0,A 0,B 0,C 0}
DECL Cont = 1
PTP XP1 ou LIN XP1
Pos1 = P1
WHILE Cont<=3
Pos1.X = Pos1.X + 10
PTP Pos1 ou LIN Pos1
Cont = Cont +1
ENDWHILE
P1 gravado
P1+10 P1+20 P1+30

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oProgramar o Robô para transportar as peças
do Alimentador para uma posição definida na
mesa empilhando-as até 5 peças, mas o
disponível e o start for pressionado:
Programação de Controle (Variáveis)

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Programação particionada (Rotinas e subrotinas)
DEF MAIN () ;PROGRAMA (ROTINA) PRINCIPAL PADRÃO
<INSTRUÇÕES>
FGARRA()
<INSTRUÇÕES>
END
DEF FGARRA () ;ROTINA PARA FECHAR A GARRA
<INSTRUÇÕES>
<INSTRUÇÕES>
END

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oCriar rotinas independentes de abertura e
fechamento da garra, verificando os sinais dos
sensores, incorporar no programa da atividade
12.
Programação de Controle (Rotinas e subrotinas)

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Requisitos da Máquina CNC:
oMarca e modelo da máquina Torno ROMI GL240
oComando CNC FANUC 0i-TD
oTipo de Interface elétrica I/O digitais
oPrevisão de integração para automação
oCaracterísticas da máquina:
•Placa hidráulica automática;
•Porta pneumática, hidráulica ou elétrica
automática;
•Dispositivos de segurança conforme Norma NR12.
Integração (Requisitos da Aplicação)

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Requisitos Célula Robotizada:
oMarca e modelo do Robô KUKA Agillus KR600
oControlador KRC4
oTipo de Interface elétrica I/O digitais
oCaracterísticas da célula robotizada:
•Porta traseira protegida eletricamente;
•Conector de integração;
•Dispositivos de segurança conforme Norma NR12.
oObjetivo geral da automação, carga e descarga de
peças na máquina automaticamente sem intervenção
humana.
Integração (Requisitos da Aplicação)

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Ligações da Máquina CNC:
oCircuitos de emergência: dois sinais de contatos NF
do circuito de emergência da máquina para a conexão
do relé de segurança da célula, pois ao pressionar a
emergência da máquina o robô deve parar também.
Integração (Ligações elétricas)

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oComandos da máquina para a célula Robotizada: três
sinais de contatos NA para indicar no mínimo três
situações da máquina, porta abriu para o robô retirar
peça usinada, placa soltou a peça usinada para o robô
retirar, placa fixou a peça bruta para nova usinagem.

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oRetornos na máquina da célula Robotizada: três
sinais de entradas digitais para receber no mínimo três
comandos para a máquina, robô em posição de pegar
e segurando a peça já usinada para retirar, robô em
posição de soltar a peça bruta para ser usinada, robô
fora da máquina em posição de repouso para a
máquina fechar a porta e usinar.

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Ligações da Célula Robotizada :
oCircuitos de emergência: dois sinais de entrada no
relé do circuito de emergência da célula para a
conexão dos contatos NF do sistema de emergência
da máquina, pois ao pressionar a emergência da
máquina o robô deve parar também.

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Ligações da Célula Robotizada:
oRetornos na célula Robotizada: três sinais de
entradas digitais para receber no mínimo os três
comandos para a máquina, porta abriu para o robô
retirar peça usinada, placa soltou a peça usinada para
o robô retirar, placa fixou a peça bruta para nova
usinagem.

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Ligações da Célula Robotizada :
oComandos na célula Robotizada: três sinais de
contatos NA para indicar no mínimo as três situações
para a máquina, robô em posição de pegar e
segurando a peça já usinada para retirar, robô em
posição de soltar a peça bruta para ser usinada, robô
fora da máquina em posição de repouso para a
máquina fechar a porta e usinar.

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Comandos da Máquina (Interface por funções M)
Introdução
A interface para códigos “M” externos foi desenvolvida para
permitir agregar nas máquinas Romi outros sistemas simples de
automação de modo fácil e com flexibilidade na programação.
Com esta interface muitas automações externas não necessitarão
de inclusão de lógica de ladder na máquina Romi.
A programação é feita via códigos “M” (conforme explicações
abaixo), os quais são inseridos no programa de peça da máquina.
Há seis códigos “M” divididos em três pares. Cada par é
associado a uma entrada e uma saída PLC.

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Tabela dos Códigos M Externos
Os códigos “M” desta interface possuem quatro tipos de
programação e mais três possíveis configurações de
funcionamento.
Essas configurações são feitas em uma tela específica.
Para cada conjunto (par de códigos “M”, entrada e saída do PLC
correspondente) há configurações independentes.
Parametrização: Ver Manual de Interface para Códigos M
Externos

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oIntegrar a Célula Robotizada com a Máquina
CNC Torno ROMI GL 240.
Programação do Robô (Integrado com Máquina)

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Centro de Formação Profissional
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Programação e Integração de Robôs
com Máquinas de Manufatura
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