1

PODSTAWY ROBOTYKI

Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki

Kierunek: Automatyka i Robotyka

Studium Dzienne Magisterskie

Rok III, semestr VI

1. Organizacja przedmiotu

Informacje organizacyjne

• Prowadzący:

∗ Wykłady: 2godz. w sem. VI ⇒ prof. dr hab. inż. Andrzej Grono, prof. nadzw. PG, tel.

2056, konsultacje w pok. 205 w godzinach ustalonych,

∗ Laboratorium 1 godz. w sem. VI ⇒ adiunkci.

• Program i harmonogram zajęć:

∗ Wykłady ⇒ 2 godz. x 15 tyg. = 30 godz. w sem. VI zgodnie z rozkładem zajęć –

ramowy program w załączeniu,

∗ Wycieczka techniczna ⇒ 1 dzień w maju, na koszt studentów (propozycja, udział

dobrowolny),

∗ Laboratorium ⇒ 2 godz. x 7 = 14 oraz 1 godz. wprowadzenia w sem. VI zgodnie z

rozkładem zajęć,

• Literatura ⇒ z załączeniu.
• Przykładowe zagadnienia kontrolne ⇒ w załączeniu.

• Forma zaliczenia przedmiotu:

∗ Wykłady ⇒ zaliczenie pisemne w czasie trwania roku, według punktacji podanej przy

ocenie sprawozdania,

∗ Laboratorium ⇒ zasady w załączeniu,
∗ Do indeksu jest wpisywana jedna ocena, jako średnia arytmetyczna pozytywnych ocen z

wykładów i laboratorium.

Dodatkowe uwagi:

Obecność na wykładach nie jest obowiązkowa

Wszelkie komunikaty organizacyjne są podawane wyłącznie podczas zajęć i
mają moc obowiązującą

Wyniki egzaminu i zaliczeń nie są wywieszane do wiadomości publicznej

Wpisywanie do indeksów odbywa się wyłącznie grupowo

2

Ramowy program wykładów

01

Wprowadzenie

02

Roboty przemysłowe jako narzędzia

03

Budowa robotów przemysłowych

04

Napędy robotów przemysłowych

05

Wprowadzenie do kinematyki robotów

06

Chwytaki głowice technologiczne

07

Sterowanie robotów przemysłowych

08

Metodyka wprowadzania robotów przemysłowych do przemysłu

9

Roboty przemysłowe w elastycznych systemach produkcji

10

Charakterystyki robotów przemysłowych i ich badanie

11

Przykłady zastosowania robotów w przemyśle

12

Bezpieczeństwo na zrobotyzowanych stanowiskach pracy

13

Poza przemysłowe zastosowania robotów

14

Symulacja robotów przemysłowych

15

Zasilanie robotów

16

Sztuczne mięśnie

17

Perspektywy rozwoju robotów

3

Program i harmonogram ćwiczeń laboratoryjnych

Ustalenia wstępne

Ćwiczenia laboratoryjne będą odbywały się w sali E-54. Program i harmonogram

ćwiczeń laboratoryjnych będzie podany do wiadomości przed rozpoczęciem zajęć, na tablicy
ogłoszeń, znajdującej się przed tą salą. Podziału na grupy dokona prowadzący zajęcia, przy
wydatnym udziale studentów. Ćwiczenia laboratoryjne odbywają się według skryptu
Politechniki Gdańskiej: Podstawy Robotyki Laboratorium pod redakcją A. Grono, Gdańsk
2001, który jest do nabycia w Księgarni Politechniki Gdańskiej znajdującej się w Gmachu
Głównym.

Do zaliczenia ćwiczeń bierze się pod uwagę następujące elementy:
przygotowanie

(2-5,5),

wykonanie programu

(2-5,5),

sprawozdanie, przy czym:

strona redakcyjna

05 punktów (R)

sposób prezentacji

05 punktów (P)

wartość merytoryczna

14 punktów (M)

wnioskowanie,

10 punktów (W)

---------------

Σ

Σ

Σ

Σ = 34 p

Skala ocen:

Σ ⊂ 〈00; 21) ⇒

2,0

Σ ⊂ 〈21; 25) ⇒

3,0

Σ ⊂ 〈25; 28) ⇒

3,5

Σ ⊂ 〈28; 30) ⇒

4,0

Σ ⊂ 〈30; 32) ⇒

4,5

Σ ⊂ 〈32; 34) ⇒

5,0

Σ ⊂

〈34〉 ⇒

5,5

Uwagi dotyczące sprawozdania:
1. Na pierwszej stronie należy podać wszystkie, niezbędne dane identyfikacyjne
2. Należy stosować się do uwag zawartych w części wstępnej skryptu
3. Nie należy przepisywać treści części wprowadzającej do ćwiczenia zawartej w skrypcie
4. Należy omówić metody pomiaru stosowane w ćwiczeniu oraz podać schematy

pomiarowe, według których realizowano pomiary

5. Tablice wykresy należy przedstawić umiejętnie z zachowaniem jasnych reguł komunikacji

autor/czytelnik

6. Należy dokładnie ustosunkować się do otrzymanych wyników, ew. wspierając się

aparatem matematycznym

4

Literatura do całości przedmiotu

A. Podstawowa

1. Niederliński A.: Roboty przemysłowe. Warszawa: WSiP 1981.
2. Kaczmarczyk A.: Roboty przemysłowe lat osiemdziesiątych. Warszawa: WKŁ 1984.
3. Buda J., Kováč M.: Zastosowanie robotów przemysłowych. Wydawnictwa Naukowo-

Techniczne, Warszawa 1979.

4. Craig J.: Wprowadzenie do robotyki. Warszawa: WNT 1993.
5. Pr. zb. pod red. A. Moreckiego i J. Knapczyka: Podstawy robotyki. Warszawa: WNT

1999.

6. Pr. zb. pod kierunkiem M. Olszewskiego: Manipulatory i roboty przemysłowe,

automatyczne maszyny manipulacyjne. Warszawa: WNT 1992.

7. Morecki A., Knapczyk J., Kędzior K.: Teoria mechanizmów i manipulatorów. Podstawy i

przykłady zastosowań w praktyce. WNT Warszawa 2002.

8. Arendt R., Grono A., Kubiak P., Orzechowski P., Opaliński A.: Podstawy Robotyki

Laboratorium. Skrypt pod redakcją A. Grono. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej.
Gdańsk 2001.

9. Barczyk J.: Laboratorium Podstaw Robotyki. Oficyna Wydawnicza Politechniki

Warszawskiej, Warszawa 1994.

10. Barczyk J.: Budowa robotów przemysłowo-edukacyjnych L1 i L2. Instytut Automatyki

Przemysłowej Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1991.

11. Workspace User Manual. Robot Simulations 1991.
12. OBRUSN: Dokumentacja techniczno-ruchowa. Robot przemysłowo-edukacyjny L2.

Toruń 1991.

13. Borenstein J., Everett H. R., Feng L.: Where am I? Sensors and methods for mobile robot

positioning. Edited and compiled by Borenstein J. The University of Michigan, 1996
(osiągalna w formie cyfrowej).

B. Uzupełniająca


PIAP. ZN79/MERA 018/211. Roboty przemysłowe PR02. Wymagania i badania.

Maślanek R., Jaworska I. Sterowanie neuronowe manipulatorem. Pakiet programów do

laboratorium dydaktycznego. Materiały XII Krajowej Konferencji Automatyki. Gdynia,
6-8 września, 1994. str. 274-279.

Jaworska J., Łaski T.: Sterowanie odporne manipulatorem. Pakiet programów do

laboratorium dydaktycznego. W: /Materiały/ XI KKA. Białystok - Białowieża, 17-20
września 1991. Białystok: Politechnika Białostocka, Podkomitet Automatyki Polskiego
Komitetu Pomiarów, Automatyki i Robotyki NOT.

Arendt R.: Budowa i algorytmy działania modelu laboratoryjnego sterowanej numerycznie

wiertarki do obwodów drukowanych. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, seria
Automatyka z. 118, Gliwice 1996, s. 33 - 42.

Narewski J.: Koncepcja oraz oprogramowanie sterowanej mikrokomputerowo wiertarki

numerycznej do obwodów drukowanych. Praca dyplomowa magisterska. Wydział
Elektryczny PG, specjalność Automatyka i Robotyka. Gdańsk 1995.

Tadeusiewicz R.: Systemy wizyjne robotów przemysłowych. Warszawa: WNT 1992.

Tadeusiewicz R.: Sieci Neuronowe. Akademicka Oficyna Wydawnicza. Warszawa: 1993.

OBRUSN: Robot przemysłowo - edukacyjny L2. Prospekt ri 2. doc. Toruń.

5

Grzechca W., Kałuski J.: Wybrane zagadnienia badań i pomiarów robotów

przemysłowych. Politechnika Śląska, Skrypty Uczelniane Nr 1815, Gliwice 1994.

Romsom E.P., Duin R. P. W.: Model Based Recognition of 3D Objects From Single 2D

Images. Proceedings of 2nd Inetrnational Conference on Autonomous Systems.
Amsterdam: December 1989.

Bernhard R. Albright S.L. et al, Robot calibration, Chapman & Hall, London 1993.

Menq C. H., Borm J. H., Lai J. Z.: Estimation and observability measure of parameter

errors in a robot kinematic model. Proceedings USA-Japan Symposium on Flexible
Automation. Minneapolis, Minnesota, 1998, s. 73-79.

Robinson P., Orzechowski P.: Experiences of robot simulation and off-line programming

using WORKSPACE. Proceedings of the Twelfth Conference of the Irish Manufacturing
Comitee. 6th-8th September 1995, Cork. University College Cork 1995, s. 141-148.

Rosenblatt F. Principles of Neurodynamics. Spartan Books. Washington DC: 1962.

Fukushima K. Cognitron: Self-Organizing Multilayered Neural Network. Biol. Cybernet.

Nr 20, str. 121-136. 1975.

Fukushima K. Cognitron: Self-Organizing Multilayered Neural Network. NHK Technical

Monograph Nr 30. 1981.

Fukushima K., Miyake S. Neocognitron: A New Algorithm For Pattern Recognition

Tolerant Of Deformations And Shifts In Position. Pattern Recognition Vol. 15, Nr 6, str.
455-469, 1982.

Szakacsits S. User’s Guide NeoC Explorer Version 1.0. Jozef Attila University,

Szeged, Hungary 1994.

C. Pomocnicza


Materiały na CD dostarczane przez prowadzącego.

6

Zagadnienia kontrolne

1.

Systemowa interpretacja różnych form pracy ludzkiej.

2.

Przyczyny rozwoju robotów.

3.

Generacje robotów przemysłowych.

4.

Parametry techniczne robota przemysłowego.

5.

Dokładność ruchu i zdolność rozdzielcza mechanizmów robota przemysłowego.

6.

Podstawowe schematy kinematyczne manipulatorów robotów przemysłowych.

7.

Chwytaki i głowice technologiczne.

8.

Podstawowe rodzaje przekładni mechanicznych stosowanych w manipulatorach.

9.

Układy sterowania robotów.

10.

Efektywność ekonomiczna i aspekty społeczne robotyzacji.

11.

Przestrzeń robocza manipulatora.

12.

Specyfika urządzeń współpracujących z robotami.

13.

Metody uczenia robota.

14.

Zastosowania poza przemysłowe robotów.

15.

Metody programowania robotów.

16.

Główne części składowe robota przemysłowego.

17.

Napędy manipulatorów.

18.

Klasyfikacja robotów.

19.

Zastosowania robotów.

20.

Liczba stopni manipulatora.

21.

Systemy współrzędnych manipulatorów.

22.

Perspektywy rozwoju robotów.

23.

Metodyka wprowadzania robotów do przemysłu.

7

2. Słowo wstępne - ROBOTYKA W XXI WIEKU

Można śmiało zacząć od słów Już starożytni ... . Istotnie, właśnie w już starożytności

skonstruowano aniołka podającego ręcznik królowi po kąpieli. Wprawdzie nie był to robot w
sensie obecnej definicji, ale można uznać tę konstrukcję za protoplastę obecnych robotów.
Termin robot pochodzący od słowa czeskiego robota, oznaczającego niewolniczą,
pańszczyźnianą pracę, po raz pierwszy został użyty przez czeskiego pisarza Karola Čapka w
fantastycznym dramacie RUR-Robot Uniwersalny Rossuma wydanym w 1920 roku. Utwór
zyskał dużą popularność i pojęcie robot weszło do niemal wszystkich języków europejskich.
Pierwotnie oznaczało sztucznego człowieka. Dopiero w połowie lat sześćdziesiątych słowo
robot uzupełniono przymiotnikiem, tworząc nowe pojęcie robot przemysłowy. W tym
znaczeniu ta konstrukcja nie jest kopią człowieka, a jedynie ma za zadanie wyręczać
człowieka w wykonywaniu licznych prac, zwłaszcza monotonnych oraz uciążliwych,
związanych z procesem produkcyjnym. Tak narodziła się robotyka i od czasu jej powstania
budzi zrozumiałe zainteresowanie. Dotyczy to również Polski, chociaż trudno uznać, że jest to
kraj w tym względzie przodujący.

Stosunkowo późno, wprowadzono u nas nauczanie robotyki, bowiem kierunek studiów

Automatyka i Robotyka został powołany dopiero w 1987 roku. W zakresie robotyki studenci
Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej uczestniczą obowiązkowo w
przedmiocie Podstawy Robotyki, który jest w całości prowadzony przez Katedrę Automatyki.
Studenci mogą również wybierać dodatkowe przedmioty z tego kierunku studiów,
prowadzone przez inne Katedry Politechniki Gdańskiej. W nowym programie studiów udział
robotyki znacznie zwiększono, podwójnie rozszerzając czas przeznaczony na Podstawy
Robotyki oraz wprowadzono nowy przedmiot Mechatronika powstały na bazie przedmiotu
Urządzenia Automatyki i Robotyki.

Program wykładów przedmiotu Podstawy Robotyki obejmuje mechanikę i

projektowanie robotów, sterowanie robotów, sensorykę i elementy inteligencji maszynowej
oraz robotykę przemysłową i ze wzglądu na brak aktualnie przedmiotu Roboty Przemysłowe,
program Podstaw Robotyki częściowo zawiera elementy tego pierwszego.

Laboratorium z Podstaw Robotyki jest prowadzone dla studentów odbywających studia

na kierunku Automatyka i Robotyka zarówno na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki jak i
na Wydziale Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej. Cwiczenia są
prowadzone według skryptu Politechniki Gdańskiej współautorstwa: Ryszarda Arendta,
Andrzeja Grono, Pawła Kubiaka, Artura Opalińskiego i Piotr Orzechowskiego pt.:
„Laboratorium podstaw robotyki”, wydanego pod redakcją Andrzeja Grono.

Laboratorium Podstaw Robotyki jest wyposażone w dwa roboty przemysłowo-

edukacyjne typ L2, produkcji OBRUSN Toruń z komputerami sterującymi. Na tych
stanowiskach są prowadzone ćwiczenia związane z budową sterowanie i badaniem robotów.
We własnym zakresie opracowano doskonalsze programy sterowania robotów L2. Pozostałe
ćwiczenia odbywają się na stanowiskach komputerowych. Do symulacji kinematyki
manipulatora robota przemysłowego oraz do symulacji zrobotyzowanego stanowiska
montażowego zakupiono w Anglii program WORKSPACE 2.0. Badania symulacyjne układu
sterowania manipulatorem są prowadzone z zastosowaniem oprogramowania otrzymanego z
Politechniki Warszawskiej. Dotychczasowe wyposażenie laboratorium uzupełniono o
stanowisko sterowanej numerycznie wiertarki do obwodów drukowanych, na którym są
prowadzone 3 ćwiczenia. Do pozostałych, nowych ćwiczeń planuje się zakupienie stanowisk
komputerowych.

W nowym programie przedmiotu Podstawy Robotyki przewidziano również

seminarium. Polega ono na prezentacji, analizie i dyskusji dotyczącej najnowszych osiągnięć

8

w robotyce, na podstawie dostępnej literatury. Tematy są opracowywane i referowane przez
studentów. Szczegółowy dobór tematyki seminarium jest zależny od uzdolnień i
zainteresowań grupy studenckiej.

Wprowadzony w nowym programie studiów przedmiot Mechatronika stanowi

uzupełnienie praktycznej wiedzy z tej dziedziny.

Należy mieć świadomość, że obecny student - to inżynier działający głęboko w XXI

wieku. Jak wówczas będzie wyglądała robotyka? Uważa się, że obecna doba należy do
komputerów, a już za kilka lat człowiekowi trudno będzie obejść się bez robotów. Na rynku
pojawiają się roboty coraz sprawniejsze i coraz tańsze. Naukowcy i konstruktorzy uważają, że
około roku 2005 w społeczeństwach nasili się zapotrzebowanie, a zarazem i popyt na roboty
przede wszystkim ułatwiające codzienną pracę, np. automatyczne odkurzacze czy rozmaite
zabawki dotrzymujące dzieciom towarzystwa. W 2010 roku można spodziewać pierwszych
wielofunkcyjnych robotów, ale wykonujących takie czynności, na jakie zostały
zaprogramowane. Prognozuje się, że dziesięć lat później pojawią się roboty inteligentne - z
możliwością uczenia się nowych zadań. Oczywiście te prognozy są oparte na dzisiejszym
stanie wiedzy i obecnych możliwościach technicznych.

Inżynierowie europejscy i amerykańscy zrezygnowali już z prób skonstruowania robota

androidalnego, czyli podobnego do człowieka. Ich celem jest zbudowanie maszyn służących
ludziom. Jedynie Japończycy nie zaniechali starań i nadal trudzą się, by ich roboty wyglądały
jak ludzie. Fumio Hara z Science University w Tokio skonstruował już nawet głowę robota do
złudzenia przypominającą twarz znanej w Japonii prezenterki telewizyjnej. Ta mechaniczna
głowa za pomocą zainstalowanych w niej kamer potrafi śledzić „wzrokiem” ludzi i
naśladować ich mimikę.

Także producent samochodów Honda pracuje nad robotem androidalnym. Udało mu się

już skonstruować prototyp. Jest to mechaniczny 160-centymetrowy ludzik o roboczej nazwie
P3. Potrafi się z wdziękiem poruszać, nawet wchodzić po schodach i otwierać drzwi. Bez
trudu osiąga prędkość 2 km/godz., jednak już po 25 minutach musi udać się do stacji
ładowania akumulatorów. Ten model ma już następcę. Są też tacy, którzy twierdzą, że na tym
właśnie polega wyższość robota nad człowiekiem. Maszynie, nawet człekopodobnej, można
doładować lub wymienić akumulatory. A jednak życie robota zależy od człowieka. Paradoks
cywilizacji czy też świadoma ostrożność homo sapiens? Każdy ruch robota jest
zaprogramowany i sterowany na odległość przez człowieka. Nigdy ten mechaniczny człowiek
nie osiągnie doskonałości istoty ludzkiej.

Powodem, dla którego Japończycy z takim samozaparciem dążą do skonstruowania

robota-człowieka lub choćby maszyny przyjaznej człowiekowi, jest szybkie starzenie się
społeczeństwa japońskiego. Coraz więcej seniorów wymaga opieki i pomocy, a nie może im
tego zapewnić zbyt mała liczba młodych opiekunów. Konstruktorzy dążą, by tę rolę przejęły
odpowiednio zaprogramowane roboty i starają się stworzyć namiastkę człowieka - istotę
przyjazną człowiekowi, dobrą i chętną do niesienia pomocy.

A jeśli ktoś potrafi kiedyś taką maszynę uduchowić, może wtedy okaże się, że

wysiłek, aby kultywować ponadczasowe powszechnie uznawane wartości, nie poszedł na

marne. Jest tylko jeden warunek. Trzeba pamiętać, że roboty powstają dla człowieka, a nie
przeciw niemu. Hi. :-).

9

3. Rys historyczny rozwoju robotyki i sytuacja obecna

3.1. Rys historyczny rozwoju robotyki

Pierwsze automaty pojawiły się już w czasach starożytnych. Archytas z Tarentu,

przyjaciel Platona, 400 lat p.n.e. wynalazł kilka ciekawych zabawek mechanicznych, np.
takich jak fruwające ptaki. Wykonał drewnianego gołębia, który według przekazów
historycznych mógł latać.

W średniowieczu konstruowano tzw. androidy, tj. ruchome figury o wyglądzie

człowieka, wykonujące określone czynności, np. zamykanie i otwieranie drzwi, witanie
wchodzących. W średniowieczu, odrodzeniu i czasach poprzedzających rewolucję
przemysłową powstało wiele różnych mechanizmów, wykonujących określone czynności.
Mimo że nie była wtedy znana elektryczność, zbudowano wiele przedziwnych modeli
poruszanych energią wody, siłą ciężkości, energią zmagazynowaną w sprężynach. W tym
okresie budowano przepiękne zegary z poruszającymi się figurkami ludzi i zwierząt. Za
najbardziej skomplikowany uważa się automat wykonany w 1774 roku przez Jaqueta Drosa,
w postaci dziewczynki grającej na klawikordzie. Lalka ta poruszając ramionami, wybierała
palcami właściwe klawisze i grała melodię przez pięć minut. Androidy zbudowane przez
Jaqueta Drosa można zobaczyć w muzeum w Neuchatel (Szwajcaria). Cechą wspólną tych
mechanizmów była próba naśladowania ruchu żywych organizmów, przede wszystkim
człowieka i zwierząt.

Słowo robot po raz pierwszy pojawiło się w 1920 roku, kiedy to czeski pisarz Karel

Ćapek napisał dramat fantastyczno-naukowy „R.U.R. - Robot Uniwersalny Rossuma”. Pisarz
nazwał robotami sztuczne istoty - maszyny, będące imitacją człowieka i odznaczające się
dużym zdyscyplinowaniem i wydajnością pracy, o pewnych własnościach inteligencji, zdolne
do podejmowania decyzji i wykonywania prac, ale wolne od wszelkich uczuć.

Nazwa wprowadzona w literaturze rozpowszechniła się praktycznie we wszystkich

krajach uprzemysłowionych i obecnie przyjęto nazywać robotami automatyczne maszyny,
które wykonują czynności charakterystyczne dla człowieka.

3.2. Rozwój robotyki przemysłowej

Międzynarodowa Federacja Robotyki (IFR) wspólnie 7. Europejską Komisją

Ekonomiczną sporządza coroczne raporty zawierające dane statystyczne o rozwoju robotyki w
uprzemysłowionych krajach świata. Tu podaje się kilka wybranych zestawień ukazujących
stan obecny i historię rozwoju robotyki przemysłowej. Liczbę zainstalowanych robotów w
przemyśle w wybranych krajach w latach 1984-2002 podano w tabl. 3.1. Tablicę sporządzono
na podstawie statystyki prowadzonej przez Międzynarodową Federację Robotyki (IFR) i
wcześniejsze raporty.

Z tablicy 3.1 wynika, że w końcu 2002 roku w eksploatacji było ok. 770 tys. robotów

przemysłowych oraz że zdecydowanie najwięcej robotów jest zainstalowanych w Japonii
(ponad 40% wszystkich robotów na świecie), następnie w USA, w Niemczech i we Włoszech.

Liczby robotów zainstalowanych pod koniec 1999 roku w różnych częściach świata

pokazano na rys. 3.1. Na rys. 3.2 pokazano procentowy udział robotów zainstalowanych w

przemyśle w krajach Unii Europejskiej. Liczby robotów instalowanych rocznie w latach

1993-2002 pokazano na rys. 3.3.

10

Tablica 3.1.

Liczba zainstalowanych robotów w przemyśle w wybranych krajach w latach 1984-2002

Rys. 3.1. Liczba robotów zainstalowanych pod koniec 1999 roku w różnych częściach świata

11

Rys. 3.2. Procentowy udział robotów zainstalowanych w przemyśle krajów Unii Europejskiej

Zwiększaniu sprzedaży robotów towarzyszy znaczący wzrost nakładów finansowych

przeznaczonych na robotyzację i automatyzację, co pokazano na przykładzie Niemiec w
latach 1990-2000 - rys. 3.4 oraz coraz większy ich udział w wykonywaniu operacji
technologicznych w przemyśle. Na rys. 3.5 przedstawiono liczbę robotów przypadającą w
przemyśle motoryzacyjnym na 10000 pracowników w wybranych krajach, w latach 1993 i
1999.

Rys. 3.3. Liczby robolów instalowanych rocznie w latach 1993-2002

12

Rys. 3.4. Nakłady na robotykę i automatykę w Niemczech

Rys. 3.5. Liczba robotów w przemyśle motoryzacyjnym przypadająca na 10.000

pracowników

Zastosowanie

omawianych

robotów

przemysłowych

w

różnych

procesach

technologicznych na przykładzie przemysłu Niemiec pokazano na rys. 3.6.

13

Rys. 3.6. Zastosowanie robotów przemysłowych w różnych procesach

technologicznych w Niemczech

Z analizy danych wynika, jak szybko rozwija się rynek robotów przemysłowych.

Niezwykle znaczący udział Japonii w robotyzacji przemysłu na całym świecie jest skutkiem
polityki tego państwa w zakresie uzupełniania siły roboczej - w Japonii brak siły roboczej do
wykonywania nieciekawej pracy uzupełnia się właściwie przez rozwój robotyzacji.

14

4. Zakres i problematyka badawcza robotyki

Robotyka zajmuje się problemami dotyczącymi mechaniki, sterowania ruchem,

sensoryki, inteligencji maszynowej, projektowania, zastosowań i eksploatacji manipulatorów,

robotów i maszyn kroczących. W Encyklopedii Powszechnej PWN podano, że

„zastosowaniem robotów, ich mechaniką, sterowaniem i projektowaniem zajmuje się nauka

zwana robotyką”.

W robotyce jako nauce można wyróżnić następujące działy:

robotykę teoretyczną (teoria robotów i manipulatorów),

robotykę ogólną (metody, zagadnienia ekonomiczne, socjalne, społeczne, kształcenie,

terminologia, rozwój i perspektywy przyszłościowe).

Badania w robotyce teoretycznej dotyczą przede wszystkim struktur mechanicznych,

układów napędowych, lokomocji, układów sensorycznych, teorii sterowania, a także

sterowników i układów programujących oraz inteligencji maszynowej. Prace w dziedzinie

struktur mechanicznych obejmują zagadnienia związane z dokładnością pozycjonowania i

orientacją w przestrzeni roboczej. Jak dotąd z pięciu zmysłów człowieka: wzroku, dotyku,

smaku, słuchu, węchu, tylko wzrok i dotyk są przydatne w robotyce. Sterowanie głosem jest

przedmiotem intensywnych badań na świecie. Znaczna część badań z zakresu sztucznej

inteligencji (przez niektórych badaczy zwana inteligencją maszynową) dotyczy wspomagania

użytkownika w procesie informacyjnym wykonywanego zadania.

Robotyka ogólna zajmuje się zagadnieniami ekonomicznymi, socjalnymi. społecznymi,

kształcenia, ochrony i bezpieczeństwa pracy. Ważnym działem są tutaj prace z zakresu
standaryzacji terminologii i oznaczeń. Jest to stosunkowo słabo rozwinięty dział robotyki i jak
dotąd brak jest pewnych i w pełni obiektywnych metod oceny skutków ekonomicznych,
socjalnych i społecznych robotyzacji.

Według kryterium zastosowań robotów można natomiast wyróżnić następujące działy

robotyki:

robotyka przemysłowa (zastosowanie robotów i manipulatorów w przemyśle

elektromaszynowym, spożywczym, papierniczym, szklarskim, w chemii, energetyce,

górnictwie i innych działach gospodarki),

robotyka maszyn kroczących (jedno-, dwu-, cztero-, sześcio-, wielonożnych,

mieszanych kołowo-nożnych, do realizacji funkcji chodu, biegu, skoku, pełzania),

robotyka medyczna i rehabilitacyjna (manipulatory i roboty do chirurgii, terapii,

protetyki, rehabilitacji),

robotyka dziedzinowa (zastosowanie robotów w innych dziedzinach: do prac

podwodnych, w przestrzeni kosmicznej, na innych planetach, do prac naukowych, do

celów wojskowych, inspekcyjnych, walki z pożarami, katastrofami, w budownictwie,

ro

l

nictwi

e

, transporcie, usługach, administracji).

Przedmiotem zainteresowania robotyki przemysłowej jest zespół zagadnień związanych

z zastosowaniem robotów i manipulatorów przemysłowych do celów robotyzacji takich

podstawowych procesów produkcyjnych, jak odlewnictwo, spawalnictwo, malarstwo,

lakiernictwo, montaż, obsługa pras i wiele innych procesów przemysłowych, wymagających

znacznego wysiłku fizycznego, szkodliwych i niebezpiecznych dla człowieka. Rozwój

15

techniki komputerowej umożliwia rozwój metod symulacji komputerowej z zakresu

projektowania zrobotyzowanych stanowisk technologicznych.

Robotyka maszyn kroczących jest dziedziną zajmującą się projektowaniem i

sterowaniem ruchu jedno-, dwu- i wielonożnych maszyn kroczących lub mieszanych nożno-

kołowych. Budowę tych maszyn wzoruje się na budowie i ruchu owadów, ssaków lub gadów.

Wybór chodu dostosowanego do terenu czy zapewniającego dobrą mobilność robota, jest

jednym z podstawowych, chociaż trudnych, zagadnień badawczych.

Prace badawcze w dziedzinie robotyki medycznej i rehabilitacyjnej koncentrują się na

zagadnieniach zastosowania robotów do celów chirurgii, terapii, wspomagania w przypadku

niedowładów kończyn człowieka oraz obsługi pacjentów. Interesującym przykładem

wykorzystania robota w dziedzinie chirurgii może być zastosowanie robota do operacji

usuwania tkanki w czaszce pacjenta, innym jeszcze są manipulatory rehabilitacyjne sterowane

głosem lub ruchami głowy, brody, gałki ocznej.

W ostatnich latach notuje się intensywny rozwój robotyki dziedzinowej do celów poza

przemysłowych. Są to manipulatory umieszczane na statkach podwodnych do badania

zasobów podwodnych, manipulatory na statkach kosmicznych - do konserwacji satelitów

telekomunikacyjnych i pobierania próbek na innych planetach. Rozwija się grupa robotów

przystosowanych do gaszenia pożarów lub do prac związanych z usuwaniem skutków

katastrof, do celów inspekcyjnych i likwidacji działań terrorystów, gdzie obecność człowieka

jest niepożądana. W obsłudze sfery gospodarczej i handlu obserwuje się obecnie zastosowanie

robotów do zadań związanych z pakowaniem, paletyzacja i transportowaniem towarów. W

rolnictwie należy oczekiwać wzrostu robotyzacji procesów suszenia ziarna, nawadniania,

nawożenia, zbioru tytoniu, warzyw, owoców, sortowania i pakowania owoców itp. W

budownictwie przewiduje się zrobotyzowanie prac ziemnych, układanie elewacji budynków i

inne. Ekspansji systemów zrobotyzowanych oczekuje się w pracach administracyjno-

biurowych i domowych. Zapewne niedługo pojawią się roboty osobiste przez analogię do

komputerów PC.

5. Prawa robotyki

Robotykę jako naukę charakteryzują pewne prawa. Pierwsze trzy prawa, zwane

kanonami robotyki, sformułował w latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku Isaac Asimov w
powieści „The Caves of Steel":
Pierwsze prawo robotyki:
Robot nie może ingerować w działanie człowieka, oprócz tych działań, które szkodzą
człowiekowi.
Drugie prawo robotyki:
Robot musi być posłuszny rozkazom wydawanym przez człowieka, oprócz tych rozkazów,
które są sprzeczne z pierwszym prawem.
Trzecie prawo robotyki:
Robot musi chronić swoją egzystencje, oprócz tych przypadków, które są sprzeczne z
pierwszym lub drugim prawem.

16

Trzy prawa (kanony) robotyki mają charakter uniwersalny i ponadczasowy. Nie

wymagają komentarza. Oprócz tych fundamentalnych praw w ostatnich latach sformułowano
wiele innych.
Czwarte prawo robotyki (Campbella i Dilowa):
Robot musi ujawniać swoją naturę robota. W szczególności robot nie może udawać
człowieka.
Piąte prawo robotyki można sformułować następująco:
Im bogatsze jest wyposażenie robota w układy sensoryczne, zapewniające percepcję
warunków otoczenia, a w szczególności możliwości autonomicznego określania działań przez
jego układ sterowania, tym - do pewnego dopuszczalnego stopnia - może być uboższa, mniej
złożona jego konstrukcja. Ten dopuszczalny stopień jest zależny od celu, który został przed
robotem postawiony oraz od możliwości zrealizowania tego celu przez robola.
Często stwierdza się, że można formułować wiele podobnych praw o rożnej doniosłości: tu

będzie przytoczone jeszcze jedno, stanowiące odpowiednik powiedzenia: ,,mądry głupiemu

ustępuje”. Jest to pewna wersja prawa Kopernika-Grahama. Brak jest cech charakteryzujących

„mądre" i „głupie roboty”. Można się tylko posłużyć ilorazem inteligencji, naturalnie o ile

istnieje możliwość określenia ilorazu inteligencji robota. Wtedy byłoby do przyjęcia

traktowanie robota z większym ilorazem inteligencji jako mądrzejszego, a robota z mniejszym

ilorazem inteligencji jako mniej mądrego. Pozostałoby jeszcze do ustalenia, w jakim sensie

można mówić o ustępowaniu robotów. Oczywiście istnieje wiele możliwości interpretacji, a

jedną z prostszych jest następująca:

Jeśli cele dwóch robotów kolidują ze sobą, to najpierw powinna zostać zrealizowana

strategia tego robota, którego iloraz inteligencji jest niższy.

W związku z rozwojem robotyki i prowadzonymi badaniami z tego zakresu zapewne

będą odkryte i sformułowane następne prawa.