Документація роботизованих комірок KNUBA on Robolab KNUBA

Основи робототехніки та колаборативних роботів

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Поняття робота та кобота

Промисловий робот — це керована автоматизована машина, здатна виконувати рухи з високою точністю та повторюваністю відповідно до заданої програми. У міжнародних стандартах, зокрема ISO 8373, робот визначається як «маніпулятор з трьома або більше ступенями рухливості, запрограмований для виконання різноманітних задач, що не обмежуються одним конкретним застосуванням». Типовий промисловий робот працює в ізольованій зоні, оснащеній огородженнями та системами безпеки, оскільки його рухи характеризуються великою силою, масою та швидкістю (див. рисунок 1.1.1).

Вступ до роботизованої комірки KUKA ready2educate vision

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Роботизована комірка KUKA ready2educate vision — це навчальний комплекс для вивчення промислової робототехніки, програмування та інтеграції систем комп’ютерного зору. Комірка побудована на базі сучасного обладнання KUKA та відображає підходи, що використовуються у реальних виробничих середовищах.

Основні компоненти

1. Промисловий робот KUKA

Маніпулятор серії KUKA KR AGILUS
6 ступенів свободи
Висока швидкість та точність позиціонування
Використовується для задач переміщення, сортування та обробки деталей

2. Контролер робота

Контролер KUKA KR C5
Сучасна платформа керування нового покоління
Забезпечує:
- виконання програм
- керування рухом робота
- інтеграцію з периферійними системами
Підтримує мову програмування KRL (KUKA Robot Language)
Має покращену продуктивність, безпеку та можливості підключення порівняно з попередніми поколіннями

3. Панель керування (SmartPAD)

Ручний пульт оператора KUKA
Використовується для:
- навчання точок (teaching)
- редагування програм
- запуску та діагностики системи

4. Система комп’ютерного зору (Vision system)

Камера (2D або 3D залежно від конфігурації)
Освітлення для стабільного розпізнавання об’єктів
Програмне забезпечення для:
- виявлення об’єктів
- визначення координат та орієнтації
Інтеграція з роботом для виконання задач типу vision-guided pick

5. Захват (End-of-Arm Tool)

Пневматичний захват
Призначений для захоплення та переміщення об’єктів

6. Робоча зона

Робочий стіл або платформа
Зона розміщення об’єктів
Може включати позиційні шаблони або навчальні елементи

7. Система безпеки

Кнопка аварійної зупинки (E-STOP)
Захисні елементи (огорожа або обмеження доступу — залежно від конфігурації)
Вбудовані функції безпеки контролера KR C5

8. Додаткове обладнання

Мережеве підключення (Ethernet)
Комп’ютер для налаштування vision-системи
Джерело стисненого повітря (за наявності пневматики)

Функціональні можливості

Комірка дозволяє:

Вступ до роботизованої комірки Estun

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Склад роботизованої комірки Estun

Роботизована комірка Estun, що використовується в навчальній лабораторії, складається з набору обладнання, яке дозволяє виконувати повний комплекс навчальних операцій: від базових рухів маніпулятора до роботи із захватами, комп’ютерним зором та зовнішніми обчислювальними модулями. Кожен елемент комплексу виконує окрему функцію і забезпечує студентам можливість відпрацювати практичні навички на реальному промисловому обладнанні.

Основним елементом комплексу є колаборативний робот Estun S5-90 PRO, призначений для відпрацювання базових та прикладних маніпуляційних задач. Для роботи з об’єктами різної форми та маси використовуються кілька типів захватних пристроїв OnRobot, які дозволяють моделювати різні виробничі сценарії. Додатково в комірці застосовується камера OAK-D Pro для лабораторних робіт, пов’язаних із комп’ютерним зором, а також обчислювальний модуль Jetson Orin Nano, що забезпечує можливість запуску алгоритмів аналізу зображень та інтеграції зовнішніх програмних компонентів.

Безпека

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Правила роботи в лабораторії

Під час виконання лабораторних робіт із роботизованою коміркою студенти зобов’язані дотримуватися встановлених правил безпеки та організації робочого місця. Комірка містить обладнання з рухомими механізмами, електронними модулями та захватними пристроями, що можуть становити небезпеку у разі неправильної експлуатації. Дотримання правил даного розділу є обов’язковою умовою допуску до роботи з роботом Estun S5-90 PRO.
Перед початком роботи студент повинен ознайомитися з будовою комірки, розташуванням аварійних вимикачів, зоною досяжності робота та порядком безпечного увімкнення обладнання. Забороняється вмикати робот чи перемикати режими без дозволу викладача. Усі налаштування, підключення та ввімкнення живлення виконуються виключно під контролем викладача або технічного фахівця.
Під час роботи з маніпулятором необхідно слідкувати, щоб у зоні його досяжності не знаходилися сторонні предмети та інші студенти. Переміщення робота вручну допускається тільки в режимі навчання та на мінімальній швидкості. Виконання програмних рухів необхідно контролювати, попередньо переконавшись, що траєкторія не перетинається з перешкодами.
Особливу увагу слід приділяти взаємодії із захватними пристроями OnRobot. Торкатися пальців механічних гриперів, силіконових елементів чи вакуумних присосок у момент їх активної роботи заборонено. Заміна гриперів за допомогою механізму швидкої зміни OnRobot Quick Changer виконується лише після повної зупинки робота та вимкнення живлення на захватному пристрої.
Під час роботи з камерою OAK-D Pro не можна перекривати область огляду або торкатися оптичних поверхонь. Камера повинна залишатися нерухомою під час виконання програм, які використовують дані глибини чи обробку зображень.
Після завершення роботи студент повинен привести маніпулятор у безпечне положення, завершити програму, очистити зону від зайвих предметів та повідомити викладача про завершення роботи. Заборонено залишати лабораторію, не переконавшись, що обладнання переведене у безпечний стан.

KUKA ready2educate cell vision

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Короткий опис: KUKA ready2educate — навчальна роботизована комірка для базового програмування, безпечної експлуатації та лабораторних сценаріїв.

Локальні мануали (KUKA)

Через політику конфіденціїйності компанії KUKA, локальні PDF-мануали KUKA доступні за запитом у співробітників/викладачів Robolab.

Офіційні ресурси KUKA

Estun S5-90 PRO

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Опис

Ця сторінка містить офіційну документацію для роботизованої комірки Estun Codroid на базі робота Estun S5-90 PRO.

Офіційний мануал

Повний оригінальний мануал виробника доступний у форматі PDF:

Estun Codroid Manual (PDF)

Захвати OnRobot

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

У лабораторії Robolab є доступними OnRobot 2FG7, SG, VGC10 які є змонтовані на робота через адаптер Quick Changer.

Нижче ви можете завантажити документацію від виробника.

Документація OnRobot

Офіційні ресурси OnRobot

Правила використання та безпека

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Заходи безпеки

Переконайтеся, що робот та інструмент правильно та надійно закріплені болтами. Забезпечте достатній простір для вільного переміщення робота.
Переконайтеся, що заходи безпеки та/або параметри конфігурації безпеки робота, визначені та правильно налаштовані.Під час роботи з роботом не носіть вільний одяг або прикраси. Довге волосся має бути зібране.
Якщо робот пошкоджений, не використовуйте його (наприклад, якщо кришка осі ослаблена, пошкоджена або знята).
Ніколи не вставляйте пальці в блок керування.
Не підключайте жодні пристрої безпеки до стандартного інтерфейсу вводу/виводу (Standard I/O). Для цього слід використовувати лише інтерфейс безпечного вводу/виводу (Safety I/O).

Підключення та запуск кобота Estun

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Розміщення, схема розташування позицій

Рис. 3.1.1 Схематична діаграма підключення компонентів робота

Рекомендація: Під час роботи робота оператор повинен перебувати поза зоною досяжності маніпулятора для забезпечення особистої безпеки.
Даний робот оснащений функцією виявлення зіткнення та відповідає вимогам стандарту ISO/TS 15066:2016.

Підготовка та запуск

Після правильного підключення кабелів робота подайте живлення на систему та увімкніть контролера. При цьому буде чути запуск вентилятора в шафі керування. Далі натисніть кнопку живлення на передній панелі шафи керування. Кнопка засвітиться зеленим світлом і залишатиметься увімкненою — це означає, що шафа керування перебуває під живленням.

Механічна частина та монтаж

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Складові частини робота

Робот серії Codroid S має шість обертових осей. Конструктивно маніпулятор складається з великої та малої ланки, які виконують функцію з’єднувальних елементів кінематичного ланцюга. Основа маніпулятора оснащена роз’ємом, що зв’язує його з контролером. На кінці маніпулятора розміщені кнопка керування та світловий індикатор. На боковій частині фланця інструмента встановлені кнопка, дисплей та роз’єм для комутації схвату.

Рис. 4.1.2 Складові частини робота

Робоча зона маніпулятора

Під час вибору місця встановлення робота та його програмування необхідно враховувати циліндричний простір, розташований безпосередньо над та під маніпулятором. Слід уникати переміщення інструмента в межах цього циліндричного простору, оскільки це може призвести до входження в сингулярну зону. У такому випадку окремі осі можуть розвивати надмірно високу кутову швидкість під час руху. Це знижує ефективність роботи робота та ускладнює виконання коректної оцінки ризиків.

Електрообладнання та інтерфейси

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Інтерфейс фланця

Основа маніпулятора оснащена силовим багатоконтактним роз’ємом підвищеної надійності (heavy-duty interface).На кінці маніпулятора встановлені кнопки керування та світлові індикатори.На боковій частині фланця інструмента розміщені кнопки, дисплей та авіаційний роз’єм. Загальний вигляд інтерфейсу фланця наведено на рисунку 5.1.1.

Рисунок 5.1.1 Загальний вигляд інтерфейсу фланця

Таблиця 5.1.1

Інтерфейс	Опис
M8	Живлення, входи/виходи та комунікаційні сигнали
Кнопка фланця 0	Кнопка з можливістю налаштування користувацьких функцій; за замовчуванням — режим вільного ведення (Free Drag)
Кнопки фланця 1–3	Користувацькі кнопки для налаштування функцій у меню конфігурації
Дисплей	Відображає стан робота, стан шинної комунікації, стан входів/виходів, швидкість передачі RS485, стан користувацьких кнопок тощо
Світлова стрічка	Світлова індикаційна стрічка стану робота

Таблиця 5.1.2

Використання та обслуговування кобота

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Анотація

Технічне обслуговування може виконуватися лише компанією Profi Robotics Ukraine
Перед проведенням технічного обслуговування або ремонту необхідно виконати візуальну перевірку обладнання та робочого місця відповідно до всіх вимог безпеки, наведених у цьому посібнику.
Після заміни системи керування або вузлів осей робота необхідно виконати повторне калібрування робота. Процедура калібрування та метод перевірки результатів описані в інструкції з перевірки нульових позицій. Також необхідно перевірити параметри системи. Якщо є резервна копія параметрів — її можна імпортувати; якщо ні — параметри потрібно налаштувати повторно.

Щоденна інспекція

Загальне очищення

Якщо на контролері або маніпуляторі робота виявлено пил, бруд або моторну оливу, їх можна видалити ганчіркою, змоченою очищувальним засобом.

Огляд пульта керування

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Інтерфейс входу в систему

Обліковий запис для запуску за замовчуванням — admin, пароль — 123456. Якщо IP-адресу підключеного контролера було змінено, можна натиснути червону кнопку, щоб задати потрібні IP-адресу та порт і зберегти їх.

Натискання кнопки «Clear Cache» очищує кеш браузера. Рекомендується очищувати кеш під час зміни підключеного робота. Загальний вигляд інтерфейсу входу в систему наведено на рисунку 7.1.1.

Рисунок 7.1.1 Загальний вигляд інтерфейсу входу в систему

Головна сторінка

Після успішного входу в систему ви будете перенаправлені на головний інтерфейс, який за замовчуванням відображає вміст вкладки «Project» і поділений на 4 робочі області. Загальний вигляд головного інтерфейсу наведено на рисунку 7.2.1.

Рисунок 7.2.1 Загальний вигляд головного інтерфейсу

Камера OAK-D Pro

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Що таке OAK-D Pro та її роль у комірці

OAK-D Pro — це компактна стерео-камера машинного зору, яка в нашій комірці використовується як джерело зображення та глибини для задач виявлення й позиціонування об’єктів. У конфігурації лабораторії застосовується USB-варіант камери: передача даних і живлення виконуються через USB-C.

На відміну від звичайної веб-камери, OAK-D Pro має не лише кольоровий сенсор, а й стереопару моно-камер та вбудовані інфрачервоні елементи підсвічування. Це дає змогу стабільніше отримувати глибину в сценах, де мало текстури або недостатньо світла.

Обчислювальний модуль NVIDIA Jetson Orin Nano

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Призначення Jetson Orin Nano у лабораторній комірці

Jetson Orin Nano у нашій комірці виконує роль локального edge-комп’ютера, на якому запускається прикладне ПЗ, сервіси візуалізації, модулі керування інтеграцією та інструменти взаємодії з камерою і роботом.

На відміну від звичайного офісного ПК, Jetson оптимізований для задач комп’ютерного зору та AI-обчислень поблизу обладнання, тобто без обов’язкової передачі даних у хмару. Це зменшує затримки, спрощує роботу з периферією (USB/GPIO/мережа) і підвищує відтворюваність лабораторних сценаріїв.

Пакет codroid-api: довідник використання

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Призначення та межі відповідальності

codroid-api — це низькорівневий Python-клієнт для контролера Codroid, який поєднує:

WebSocket-керування (команди, стани, IO, події).
HTTP-операції (обмін login-ключами, читання/збереження .crp-проєктів).
Уніфікований API для прикладного ПЗ (зокрема codroid-ball-picker).

Пакет не є веб-інтерфейсом (UI) і не замінює логіку прикладної програми: він надає керовані примітиви руху, моніторингу, OnRobot-викликів та доступу до даних проєкту.

Основні класи і як вони взаємодіють

CodroidConfig (codroid_api/client.py)
- зберігає host/port, токен, дані авторизації, коди команд і шляхи setparam;
- формує ws_url.
CodroidAPI (codroid_api/client.py)
- головний асинхронний клієнт;
- встановлює WebSocket, надсилає/читає повідомлення, виконує рухи, IO-опитування, допоміжні HTTP-операції.
CodroidSettings (codroid_api/settings.py)
- джерело конфігурації з .env (CODROID_*);
- збирає окремі конфігурації для user-каналу і robot-каналу.
RobotSession (codroid_api/robot_session.py)
- довгоживуча сесія з фоновими задачами прослуховування і опитування (listener/poll);
- знімає з UI необхідність вручну керувати reconnect, posture/DI/status snapshots, release/acquire control.

Канали підключення і модель авторизації

У поточній реалізації використовуються два WebSocket-канали:

Пакет onrobot-api: довідник використання

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Призначення і роль у нашому технологічному стеку

onrobot-api забезпечує пряме керування гріпером OnRobot через Compute Box і використовується як апаратно-орієнтований шар для:

2FG7 (основний сценарій pick-and-place),
RG2,
VGC10.

Для комірки Estun Codroid основний фокус — TWOFG (2FG7).

Транспортні інтерфейси

У коді реалізовані три канали взаємодії:

XML-RPC (основний)
- endpoint (кінцева URL-точка): http://<compute-box-ip>:41414/;
- створюється в Device.getCB() через xmlrpc.client.ServerProxy.
Резервний REST-канал (fallback) (точково)
- використовується в set_finger_orientation() при відсутності XML-RPC методу;
- endpoint: /api/dc/twofg/set_finger_orientation/{t_index}/{true|false}.
Потік статусу Socket.IO (status stream)
- OnRobotStatusClient підписується на повідомлення message і кешує останні дані (payload);
- дозволяє читати device.variable без синхронного опитування (polling) XML-RPC.

Базові класи

Device (onrobot/device.py)
- зберігає IP Compute Box (Global_cbip);
- повертає XML-RPC-проксі (getCB()).
TWOFG (onrobot/twofg.py)
- головний драйвер 2FG7;
- має блокування потоку (thread-lock) для безпечних викликів _call_xmlrpc()/_call_rest();
- вміє запускати потік статусу (status stream).
OnRobotStatusClient (onrobot/status_client.py)
- управляє Socket.IO підключенням;
- надає latest_payload()/get_device_variable(…).
GripperProfile (onrobot/gripper_profiles.py)
- централізує обмеження force/speed/width і типові налаштування (default tuning).

Параметри профілю 2FG7 (фактичні межі з коду)

Для профілю twofg7 зафіксовано:

Мережева схема і адресація

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Топологія мережі комірки

У поточній лабораторній конфігурації Jetson Orin Nano є центральним вузлом інтеграції. Через нього проходить взаємодія між UI, контролером робота та OnRobot Compute Box.

Операторський ПК -> Jetson (UI): браузерний доступ до codroid-ball-picker по HTTP (:8050).
Jetson -> Robot Controller (Codroid): websocket-з’єднання до двох endpoint-ів контролера робота (:9000 та :9098).
Jetson -> OnRobot Compute Box: XML-RPC канал керування грипером (:41414) і канал статусу (Socket.IO по HTTP на IP Compute Box).
Jetson <-> OAK-D Pro: локальне USB-C підключення (без IP-адресації, рівень USB).

Практичне правило маршрутизації для лабораторії:

Версії та сумісність

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Матриця сумісності компонентів

Для стабільної лабораторної експлуатації необхідно фіксувати «базову конфігурацію» стенду (software + platform + firmware) і оновлювати її тільки через контрольований процес (див. 14.2).

Таблиця 14.1.1. Базові software-версії (за поточним станом репозиторіїв)

Компонент	Поточне значення	Джерело
codroid-ball-picker	0.1.0	codroid-ball-picker/pyproject.toml
codroid-api	0.1.0	codroid-api/pyproject.toml
onrobot-api	0.1.0	onrobot-api/pyproject.toml
Python runtime	>=3.11	pyproject.toml усіх трьох проєктів
depthai	3.2.1	codroid-ball-picker/pyproject.toml
Контейнер UI (base image)	ubuntu:22.04	codroid-ball-picker/Dockerfile

Таблиця 14.1.2. Platform/runtime сумісність для Jetson

Компонент платформи	Вимога / робочий діапазон	Примітка
JetPack	5.x або 6.x	за деплой-інструкцією docs/deploy_jetson_docker.md
NVIDIA Container Runtime	Обов’язково встановлено	потрібен для GPU-доступу в контейнері
Docker + Compose plugin	Обов’язково встановлено	запуск/оновлення контейнера через docker compose
Мережевий режим контейнера	network_mode: host	потрібен прямий доступ до підмережі робота/грипера
UI endpoint	http://<jetson-ip>:8050	контейнер запускається з --host 0.0.0.0 --port 8050

Таблиця 14.1.3. Інтеграційні адреси й протоколи (baseline)

Практичні уроки з KUKA ready2educate cell

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Практичні матеріали для занять з KUKA ready2educate:

Навчальні workbook-файли KUKA доступні за запитом у співробітників Robolab.

Рекомендовано починати з Level 1 і переходити до наступних рівнів після виконання базових вправ.

Profi Robotics Estun Pick-and-Place

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Мета

Цей розділ описує повний практичний сценарій роботи з ПЗ Estun Codroid Pick-and-Place на основі фактичної реалізації в репозиторіях:

codroid-ball-picker — веб-інтерфейс (Dash), оркестрація калібрування, детекції, pick-and-place, моніторинг.
codroid-api — низькорівневий websocket/HTTP клієнт для керування роботом Codroid.
onrobot-api — API керування гріпером OnRobot 2FG7 через Compute Box.

Документація нижче орієнтована на роботу в лабораторній комірці з Jetson Orin Nano, OAK-D Pro та OnRobot 2FG7.

Склад ПЗ і відповідальність компонентів

Веб-інтерфейс (UI) та прикладна логіка (codroid-ball-picker)
- вкладки Applications / Monitoring / Calibration;
- панель Setup (drawer) для підключень і конфігурації;
- програми Verification, Manual Pick, Auto Pick & Place, Plate Pick & Place Test;
- збереження артефактів у data/.
Робот (codroid-api)
- підключення до контролера Codroid;
- переміщення в координатах, jog, службові команди;
- моніторинг стану/поз.
Гріпер (onrobot-api)
- підключення до OnRobot Compute Box (XML-RPC, порт 41414);
- команди move/grip/halt, читання стану (ширина, force, busy, gripped).

Запуск, зупинка і оновлення контейнера (Jetson)

Старт контейнера

У каталозі codroid-ball-picker:

Архітектура комірки

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Карта компонентів та потоків даних

Таблиця. End-to-end потоки даних і керування

Потік	Джерело -> Приймач	Транспорт	Призначення
F1 (операторський)	Browser -> Dash UI (run_codroid_picker.py)	HTTP	Команди оператора, керування сценаріями, моніторинг
F2 (камера)	OAK-D Pro -> codroid-ball-picker	USB / DepthAI	RGB/depth кадри для візуалізації, детекції, калібрування
F3 (робот-команди)	codroid-ball-picker -> Robot Controller	WebSocket (codroid-api)	Motion-команди, power/mode, coordinate control
F4 (стан робота)	Robot Controller -> codroid-ball-picker	WebSocket events	Телеметрія, пози, warning/alarm, E-stop/overspeed стани
F5 (грипер-команди)	codroid-ball-picker -> Compute Box	XML-RPC (onrobot-api)	Grip/release, force/speed/width керування
F6 (грипер-стан)	Compute Box -> codroid-ball-picker	Socket.IO (HTTP)	Поточний стан 2FG7 (width/force/grip detect тощо)
F7 (персистентність)	codroid-ball-picker <-> data/*	Файлова система	Калібрування, workspace, drop target, app settings

Ключові точки синхронізації між vision, motion і gripper:

Глосарій

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Глосарій термінів

Таблиця. Базові терміни

Термін	Пояснення
APOS / DAPOS	Цільові joint-позиції робота (кутові координати осей)
CPOS / DCPOS	Цільові cartesian-позиції TCP (x, y, z, a, b, c)
CoordinateId	Активна користувацька система координат контролера (у цьому проєкті типовий робочий слот: 5)
tool frame	Система координат, прив’язана до TCP/інструмента
workspace	Робоча область у площині камери, розрахована за маркерами
prerequisites	Набір обов’язкових передумов перед запуском програми (калібрування, workspace, drop target тощо)
heartbeat	Періодичний службовий сигнал, що підтримує «утримувані» команди руху

Таблиця. Типові status/alarm стани та інтерпретація