2013-06-04

1

Automatyka i Robotyka

1.

Bubnicki Z.: Teoria i algorytmy sterowania. WNT, Warszawa, 2002.

2.

Czemplik A.: Modele dynamiki układów fizycznych dla inżynierów.
Zasady i przykłady konstrukcji modeli dynamicznych obiektów
automatyki. WNT, Warszawa, 2008.

3.

Kaczorek T., A. Dzieliński, W. Dąbrowski, R. Łopatka: Podstawy teorii
sterowania. WNT, Warszawa, 2006.

4.

Mazurek J., H.Vogt, W. Żydanowicz: Podstawy Automatyki. Oficyna
Wyd. Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2006.

5.

Rumatowski K.: Podstawy Automatyki. Część 1. Układy liniowe o
działaniu ciągłym. WPP, Poznań, 2004.

6.

Rumatowski K.: Podstawy regulacji automatycznej. WPP, Poznań,2008.

7.

Zieliński T. P.: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów: od teorii do
zastosowań. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2005.

Literatura (automatyka)

1.

Buratowski, T.: Podstawy robotyki. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo

–

Dydaktyczne AGH ,

Kraków, 2006.

2.

Jezierski, E.: Dynamika

robotów. WNT, Warszawa, 2006.

3.

Honczarenko, J.: Roboty

przemysłowe: Budowa i zastosowanie. WNT,

Warszawa, 2010.

4.

Zdanowicz, R.: Podstawy robotyki. Wyd. Polit.

Śląskiej. Gliwice, 2010.

5.

Morecki, A., Knapczyk, J.: Podstawy robotyki. Teoria i elementy
manipulatorów. WNT, Warszawa, 1999.

6.

Craig, J.J.

– Wprowadzenie do robotyki. Mechanika i sterowanie, WNT

1993.

7.

Spong, M. W., M. Vidysagar

– Dynamika i sterowanie robotów WNT

Warszawa 1997.

8.

McKerrow, Ph. J.

– Introduction to Robotics, Addison-Wesley 1991.

9.

Fu, K.S R.C. Gonzalez, C.S.G. Lee

– Robotics: Control, Sensing, Vision,

and Intelligence, McGraw-Hill Book Comp.1989.

Literatura (robotyka)

Automatyka jest

nauką o sterowaniu w systemach technicznych, jest

jednocześnie dziedziną wiedzy, która zajmuje się możliwościami
ograniczenia lub wyeliminowania

udziału człowieka w czynnościach

zwianych ze sterowaniem.

Automatyka – cybernetyka techniczna

Historia automatyki

może być podzielona na następujące okresy:

• wczesny okres (do 1900 roku),

• okres przedklasyczny (1900–1940),

• okres klasyczny (1935–1960) i

• okres nowoczesny (po 1955 roku).

Historia automatyki

Czółna z odsadnią

2013-06-04

2

Najdawniejszy automat, o znanej zasadzie

działania, został zbudowany w III

wieku p.n.e. przez Ktesibiosa z Aleksandrii i zastosowany do regulacji
przepływu wody w bardzo dokładnym i skomplikowanym zegarze wodnym.

Zegar wodny

Zegar wodny Ktesibiosa

należący do zbiorów

Muzeum w Monachium

– jego rekonstrukcja.

XIX

wieczna

ilustracja

przedstawiająca

starożytny

zegar Ktesibiosa

Maszyna parowa i regulator prędkości

Pływakowy regulator Połzunowa z 1765r

Odśrodkowy regulator J.Watta z 1784r

2013-06-04

3

Kolejnymi udokumentowanymi krokami w rozwoju automatyki

były:

• zastosowanie regulatora ciśnienia gazu w sieci gazowej służącej

do

oświetlania ulic Londynu w 1820 roku (za pomocą lamp gazowych)

• wynalezienie bimetalicznego regulatora temperatury (Ure, 1830)

• pojawienie się w połowie XIX wieku pierwszych maszyn sterowanych

dla

statków, które zawierały w swoim układzie sprzężenie zwrotne.

Rozwój regulatorów i serwomechanizmów

Równania różniczkowe

W

1868

roku

James

Clerk

Maxwell

(odkrywca

równań pola

elektromagnetycznego)

opisał jak wyprowadzić liniowe równania

różniczkowe dla różnych mechanizmów regulatora i przedstawił analizę
stabilności dla odśrodkowego regulatora obrotów.

W latach 1892

–1898 Oliver Heaviside wynalazł rachunek operatorowy,

przebadał zachowania systemu w stanie nieustalonymi wprowadził
pojęcie odpowiadające późniejszej transmitancji.

W latach 20 i 30. XX wieku

ideę Heaviside’a (pojęcie odpowiadające

późniejszej transmitancji) powiązano z przekształceniami całkowymi
Fouriera i

Laplace’a (Bromwich, Carson, van der Pol, Doetsch), co

spowodowało, że pojawiły się szersze możliwości wykorzystania
rachunku

operatorów w wielu zagadnieniach fizyki i techniki, a także w

zagadnieniach

automatycznej

regulacji

układów mechanicznych.

Doszukanie

się tych powiązań dowiodło też ostatecznie słuszności

metod

Heaviside’a.

Rachunek operatorowy

Metoda częstotliwościowa

W Bell Labs(laboratoriach telefonicznych Bella) w latach 20. i 30. XX wieku

badano i stosowano w systemach telekomunikacji

podejście oparte na

dziedzinie

częstotliwościowej, którego podstawą były metodyki: Pierre

Simon de

Laplace’a, Jean Baptiste Joseph Fouriera, Augustin Louis

Cauchy’ego.

Z tego okresu

datują się ogólne metody syntezy układów regulacji

automatycznej oparte na charakterystykach

częstotliwościowych (Harold

Stephen Black, Harry Nyquist, Hendrik Wade Bode).

Powstały wówczas m.in. takie urządzenia jak:

•automatyczny pilot do samolotów,

•systemy pozycjonowania dział,

•systemy sterowania antenami radarów

•Inne systemy wojskowe oparte na sprzężeniu zwrotnym.

Dalszy

rozwój dostępnych technik sterowania stał się niezbędny z uwagi

na

złożoność i oczekiwania co do możliwości takich systemów

wojskowych.

Wzmogło to zainteresowanie systemami sterowania i

zaowocowało nowymi pomysłami i metodami.

II wojna światowa

Cybernetyka czyli sterowanie i przekazywanie informacji w organizmie

żywym i w maszynie

Norbert Wiener

2013-06-04

4

Zastosowanie informatyki w automatyce jest powodowane m.in. przez:

• zastępowanie urządzeń analogowych urządzeniami cyfrowymi,

• rozwój systemów operacyjnych czasu rzeczywistego.

• Rozwój języków programowania ukierunkowanych na regulację i

sterowanie tzw. controlware

– są to między innymi specjalistyczne języki

programowania przeznaczone do

zastosowań w sterowaniu, języki

przeznaczone do programowania

sterowników programowalnych,

• języki do programowania układów napędowych.

• Włączenie regulatorów do sieci komputerowych umożliwiło m.in. zdalny

odczyt i nastawianie ich

parametrów, diagnostykę parametrów procesu i

regulatora i

zdalną zmianę algorytmu regulacji.

Fuzja automatyki i informatyki

Zastosowania automatyki

przyczyniły się m.in. do tego, że:

• możliwe stały się loty kosmiczne,

• mogły powstać satelity komunikacyjne,

• samoloty stały się bezpieczniejsze i bardziej wydajne

• silniki samochodów i procesy chemiczne mniej zanieczyszczają środowisko

• wytwarzanie stało się szybkie i wydajne dzięki zastosowaniu elastycznych

(programowalnych)

systemów wytwarzania z zastosowaniem robotów.

Zastosowania automatyki

Robotyka

Karel Čapek

(1890-1938)

1920:

R.U.R. (Rosumovi Umělí Roboti)

R.U.R. (Roboty Uniwersalne Rosuma)

Prawo zerowe:

Robot nie może szkodzić ludzkości, ani nie może, przez zaniedbanie, narazić
ludzkości na szkodę.

Prawo pierwsze:

Robot nie może zranić istoty ludzkiej ani nie może przez zaniedbanie, narazić
człowieka na zranienie, chyba że narusza to prawo o wyższym priorytecie.

Prawo drugie:

Robot musi spełniać polecenia wydawane przez człowieka, poza poleceniami
sprzecznymi z prawami o wyższym priorytecie.

Prawo trzecie:

Robot musi chronić samego siebie dopóty, dopóki nie jest to sprzeczne z
prawem o wyższym priorytecie.

Prawa robotyki Assimova

2013-06-04

5

Devol i Engelberger

Puma (Programmable Universal Machine for Assembly)

2013-06-04

6

Robotyka jest dziedziną nauki i techniki, zajmującą się wszystkimi
problemami dotyczącymi mechaniki, sterowania ruchem, sensoryki,
inteligencji maszynowej, projektowania, zastosowań i eksploatacji
manipulatorów, robotów i maszyn kroczących.

Robot to urządzenie techniczne, przeznaczone do zastępowania człowieka
przy wykonywaniu określonych czynności manipulacyjnych, przystosowane
do realizacji różnych, łatwo zmienianych programów ruchu manipulacyjno-
transportowego, użytecznego w procesie produkcyjnym.

(A. Morecki)

Definicje

Roboty są automatami ruchowymi o uniwersalnym przeznaczeniu,
wyposażonymi w wiele osi, których ruch, zarówno pod względem jego
sekwencji, jak i jego rodzaju, jest swobodnie programowalny, tzn., może
być zmieniany bez mechanicznej ingerencji. Są one wyposażone w
chwytaki, narzędzia oraz inne oprzyrządowanie. Mogą wykonywać
czynności manipulacyjne oraz zadania wytwórcze.

(norma niemiecka)

Definicje

2013-06-04

7

Manipulating industrial robot as defined in ISO 8373:

An automatically controlled, reprogrammable, multipurpose, manipulator
programmable in three or more axes, which may be either fixed in place or
mobile for use in industrial automation applications.

W tłumaczeniu:

Manipulacyjny robot przemysłowy to:

automatycznie sterowany, reprogramowalny manipulator o uniwersalnym
przeznaczeniu, wyposażony w co najmniej trzy osie ruchu, których ruch
podlega programowaniu, umocowany lub mobilny, przeznaczony do
automatyzacji procesów przemysłowych.

Definicje

Źródła informacji

Źródła energii

Procesor

informacji

Urządzenie

wykonawcze

(manipulator)

Przestrzeń robocza - środowisko

Robot

Sterowania

Pomiary

Język programowania

Obserwacje

Oddziaływania

Sieci
komunikacyjne

2013-06-04

8

2013-06-04

9

Opportunity

2013-06-04

10

Inspektor

Gordon Moore

Prawo Moore'a

W 1965 roku Gordon Moore,

analizując wykresy

wzrostu

wydajności obwodów scalonych, zauważył,

że każdy nowa generacja układów zawiera około
dwa razy

więcej elementów niż poprzednia a okres

pomiędzy kolejnymi generacjami wynosi ok. 18-24
miesięcy. Wynika stąd eksponencjalny wzrost
wydajności komputerów.

Prawo Moore’a

2013-06-04

11

Roje Robotów czyli

inteligencja rozproszona

Koniec wprowadzenia do

automatyki i robotyki