POLITECHNIKA RADOMSKA
im. Kazimierza Pułaskiego
Wydział Transportu
PRACA PRZEJŚCIOWA
MARCIN KATANA
gr. ISP
ROBOTYZACJA W PRZEMYŚLE
Radom 2008
Spis Treści:
1. Wstęp...................................................................................................................................... 3
2. Rys historyczny...................................................................................................................... 4
3. Podstawowe terminy i pojęcia................................................................................................ 5
3.1 Co to jest robotyka i czym się zajmuje & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ..5
3.2 Podstawowe pojęcia.& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ..6
4. Klasyfikacja i podział robotów.& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ..7
4.1 Roboty militarne& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ...7
4.2 Roboty medyczne & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ....8
4.3 Roboty mobilne & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ...& 9
4.4 Nano roboty & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & .9
4.5 Roboty do rozrywki & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ...10
4.6 Roboty przemysłowe & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & .10
4.6.1 Roboty spawalnicze & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & 11
4.6.2 Roboty malarskie & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ....12
4.6.3 Roboty montażowe & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & .12
4.6.4 Roboty paletyzujące & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & 13
4.6.5 Roboty do utylizacji i zabezpieczenia odpadów & & & & & & & & & & & & .13
5. Elementy pracy układu zrobotyzowanego & & & & & & & & & & & & & & & & & & ...13
5.1 Ogólna budowa systemu pracy robota& & & & & & & & & & & & & & & & & & ..13
5.2 Budowa systemu pracy robota przemysłowego& & & & & & & & & & & & & & ....14
6 Języki programowania robotów przemysłowych& & & & & & & & & & & & & & & & 15
Bibliografia & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & ..18
Strona | 2
1. WST
P
Nie ma bardziej uniwersalnego  narzędzia niż człowiek i dlatego tak często tak
trudno zastąpić go robotem. Jednocześnie nie ma tak ułomnego  narzędzia
jakim jest człowiek i dlatego tak łatwo zastąpić go robotem.
Te dwie sprzeczności doskonale obrazują obecną sytuację w robotyzacji.
Człowiek dostosuje się do każdych warunków  jak trzeba będzie, to się pochyli,
nagnie, sam oceni sytuacje i odpowiednio zmodyfikuje swoje działanie. Tymczasem dla
robota trzeba te warunki odpowiednio stworzyć i muszą one być niezmienne. Ale za to robot
będzie pracował szybciej i wydajniej, bez zmęczenia i zawsze tak samo. Taka sama czynność
zostanie wykonana po raz tysięczny z taką samą dokładnością jak za pierwszym razem, bez
potrzeby przerw w pracy, przez cała dobę. Uciążliwość środowiska lub warunki
niedopuszczalne dla pracy ludzi nie są przeszkodą dla pracy.
Szybkość, dokładność, wydajność, jakość pracy robota powodują obniżenie kosztów
wytwarzania. Z tych powodów niektóre powtarzalne czynności w przemyśle w coraz
większym stopniu wykonywane są przez maszyny.
Robotyka to dziedzina, której wykorzystanie sięga bardzo wielu aplikacji. Roboty stosowane
są na świecie w wielu sektorach produkcyjnych, co sprawia, że ich rynek rozwija się obecnie
bardzo szybko. Postęp nie omija również Polski, co jest ważne, gdyż dla krajowego
przemysłu robotyzacja może być jednym z kluczowych czynników decydujących o dalszym
wzroście.
Analiza bieżących statystyk i prognoz na przyszłość pozwala sądzić, że tempo rozwoju
robotyki na świecie pozostanie w kolejnych latach bardzo duże. O ile wartość całego rynku w
2005r. szacowana była na około 5,4 mld dolarów, to ocenia się, że do roku 2010 osiągnie
poziom 17,1 mld dolarów, czyli będzie ponad trzykrotnie większa.
Strona | 3
2. Rys historyczny
Człowiek od początku swego istnienia zawsze starał się ułatwić sobie wykonywanie
pewnych czynności. Z tego powodu wymyślał różne narzędzia, początkowo będące tylko
przedłużeniem kończyn człowieka, które ciągle udoskonalał. Wraz z ich doskonaleniem
następowało ich specjalizowanie do konkretnych celów. W wyniku połączenia kilku narzędzi
i ich cech zaczęły powstawać pierwsze mechanizmy i maszyny. Z czasem człowiek zaczął
dążyć do tego, że maszyny mogły zastąpić podstawowe funkcje organizmów żywych, oraz
upodobnił je do samego siebie. Pojawienie się urządzeń elektrycznych, pneumatycznych i
hydraulicznych pozwoliło na budowanie coraz to bardziej zaawansowanych technicznie
urządzeń realizujących funkcje ręki człowieka. Zostały one nazwane manipulatorami
(łac. manus  ręka).
Po raz pierwszy terminu robot użył czeski pisarz Karel Capek w 1921 roku w swojej
sztuce. Terminem tym określił maszynę - niewolnika zastępującą człowieka w najbardziej
uciążliwych zajęciach. Nazwa wywodzi się od czeskiego robota czyli ciężka praca.
W języku angielskim pojecie to pojawiło się po raz pierwszy w krótkim opowiadaniu
Isaaca Asimova - Kłamca (Liar) w 1941 roku.
Rozwój współczesnych manipulatorów w świecie datuje się od 1950r. kiedy rozpoczęto
w USA prace nad budową urządzeń manipulacyjnych dla przemysłu nuklearnego.
Równolegle z rozwojem tego typu maszyn osiągnięto znaczny postęp w dziedzinie budowy
obrabiarek, układów sterujących i pomiarowych. Umożliwiło to wybudowanie pierwszych
maszyn manipulacyjnych ze sterowaniem programowym przeznaczonych do automatyzacji
czynności manipulacyjnych i produkcyjnych.
Strona | 4
3. Podstawowe terminy i pojęcia
3.1 Co to jest robotyka i czym się zajmuje
Początkowo najbardziej powszechnie akceptowana definicja robotyki była
zaproponowana w Stanach Zjednoczonych przez RIA (Robotic Industries Association):
Robot jest przeprogramowywalnym, wielofunkcyjnym manipulatorem (lub urządzeniem)
zaprojektowanym do przenoszenia materiałów, części, narzędzi, lub wyspecjalizowanych
urządzeń za pomocą zmiennych, programowanych ruchów do wykonywania wielu zadań.
Około 1942 roku amerykański pisarz Isaac Asimov w opowiadaniu  Zabawa w berka
wprowadził trzy prawa robotyki, które jego zdaniem musiały być przestrzegane przez roboty:
" prawo pierwsze: Robot nie może skrzywdzić człowieka, ani przez zaniechanie
działania dopuścić, aby człowiek doznał krzywdy.
" prawo drugie: Robot musi być posłuszny rozkazom człowieka, chyba że stoją one w
sprzeczności z pierwszym prawem..
" prawo trzecie: Robot musi chronić sam siebie, jeśli tylko nie stoi to w sprzeczności z
pierwszym lub drugim prawem.
W wolnej encyklopedii internetowej Wikipedia termin robotyka widnieje jako:
robotyka  (ang. robotics) interdyscyplinarna dziedzina wiedzy działająca na styku
mechaniki, automatyki, elektroniki, sensoryki, cybernetyki oraz informatyki. Domeną
robotyki są również rozważania nad sztuczna inteligencja - w niektórych środowiskach
robotyka jest wręcz z nią utożsamiana.
Robotyka to dziedzina, która obejmuje wszystko co jest związane z teoria, budowa oraz
eksploatacja robotów.
Głównymi działami dzisiejszej robotyki są:
" kinematyka manipulatorów,
" dynamika manipulatorów,
" planowanie ruchów i optymalizacja trajektorii,
" sterowanie robotów,
" systemy sensoryczne,
" robotyka specjalna (roboty mobilne, podwodne, specjalne),
Strona | 5
" eksploatacja robotów,
" elastyczne systemy produkcyjne
3.2 Podstawowe pojęcia
Kinematyka - to dział mechaniki zajmujący się, matematycznym opisem ruchu ciał oraz
badaniem geometrycznych właściwości ich ruchu, pomijając przy tym działające siły i
bezwładność ciał
Robot  to urządzenie techniczne przeznaczone do wykonywania niektórych czynności
manipulacyjnych i lokomocyjnych człowieka, mające określony poziom energetyczny,
informacyjny i sztucznej inteligencji.
Robot przemysłowy  to urządzenie techniczne do zastępowania człowieka przy
wykonywaniu określonych czynności manipulacyjnych, przystosowane do realizacji różnych
łatwo zmiennych programów ruchu manipulacyjno  transportowego.
Manipulator  układ techniczny przystosowany do realizacji niektórych funkcji kończyny
górnej człowieka np. funkcji manipulacyjnej lub wysięgnikowej.
Jednostka kinematyczna  mechanizm z dołączonymi napędami, tworzący układ ruchu
maszyny manipulacyjnej.
Para kinematyczna  sposób połączenia ruchowego członów.
Przestrzeń robocza  obszar w obrębie którego porusza się konstrukcyjne zakończenie
ostatniego, wolnego członu mechanizmu jednostki kinematycznej.
Chwytak  element roboczy maszyny manipulacyjnej służący do uchwycenia obiektu
manipulacji, utrzymania go podczas manipulacji oraz uwolnienia po zakończeniu
manipulacji.
Pozycjonowanie  sterowanie przemieszczeniem chwytaka lub elementu maszyny
manipulacyjnej, przez doprowadzenie zespołu ruchów jednostki kinematycznej do zadanych
położeń.
Błąd pozycjonowania  różnica pomiędzy zadanym i rzeczywiście osiągniętym położeniem
zespołu ruchowego jednostki kinematycznej.
Powtarzalność pozycjonowania  wielkość określająca o ile różnią się zadane pozycje
końcówki manipulatora w kolejnych cyklach pracy.
Strona | 6
4. Klasyfikacja i podział robotów
W literaturze światowej ze względu na to, że nauka o robotach nie jest w pełni
sformalizowana spotyka się różne podejście do problemu klasyfikacji.
Klasyfikacja robotów
" Roboty militarne
" Roboty medyczne
" Roboty mobilne
" Nano roboty
" Roboty do rozrywki
" Roboty przemysłowe
4.1 Roboty militarne
Najczęstszym zastosowaniem w tej dziedzinie jest
rozbrajanie bomb. Roboty produkowane do tego
celu maja postać bardzo stabilnej ruchomej
platformy, na której zamocowana jest kamera i silne
z
ródło światła. Robot taki, kontrolowany zdalnie
przez operatora, jest w stanie rozbroić bombę lub
przy pomocy manipulatora przenieść ja w miejsce
gdzie detonacja nie wyrządzi nikomu szkody.
Zastosowaniem robotów często jest
eksploracja środowisk z jakichś powodów
niedostępnych dla człowieka. Przykładem są
roboty przeznaczone do pracy pod woda -
mające postać zdalnie sterowanych bądz
w
większym stopniu autonomicznych mini-łodzi
podwodnych wyposażonych w kamery i
manipulatory.
Strona | 7
Istnieją też roboty przeznaczone do operowania w środowiskach o bardzo silnej radiacji, takie
jak zbudowany na wzór pająka
Robug III. Wdzięcznym dla inteligentnych maszyn zadaniem jest też eksploracja kosmosu, w
czym utwierdziły nas sukcesy takich konstrukcji jak Sojourner, Spirit oraz Opportunity
przeznaczonych do eksploracji Marsa.
4.2 Roboty medyczne
Strona | 8
4.3 Roboty mobilne
4.4 Nano roboty
Robot używa do poruszania się dwóch niezależnych
mikroaktywatorów, "muskułów".
Pierwszy umożliwia ruch do przodu, drugi zaś skręcanie.
Nie ma zaprogramowanych kierunków. Zamiast tego
reaguje odpowiednim ruchem na zmiany elektryczne
w siatce elektrod, która jednocześnie dostarcza mu mocy
do wykonania tych akcji.
Ten mikrorobot i jego wariacje mogą zostać wykorzystane do
celów ochrony i bezpieczeństwa, kontroli i napraw
układów scalonych, badania niebezpiecznych środowisk
czy nawet do manipulowania ludzkimi komórkami i tkankami
Strona | 9
4.5 Roboty do rozrywki
4.6 Roboty przemysłowe
Roboty przemysłowe znajdują głównie zastosowanie przy produkcji wielkoseryjnej, w
której skomplikowany cykl technologiczny musi być powtarzany wielokrotnie, z dużą
precyzją. Jednym z wymogów nowoczesnych linii produkcyjnych jest możliwość szybkiego
 przezbrojenia procesu technologicznego. Najlepszym przykładem jest przemysł
samochodowy, gdzie na jednej taśmie montażowej może być produkowanych
kilka różnych modeli aut. Obecnie roboty przemysłowe stosuje się także przy produkcji
mało- i średnio-seryjnej, gdzie pracują przy uciążliwych lub niebezpiecznych dla człowieka
procesach technologicznych. Główne zastosowanie robotów to: spawanie, szlifowanie,
lakierowanie, odlewnictwo, obróbka cieplna, kucie, obróbka plastyczna, ciecie, przenoszenie
materiałów, paletyzacja, inspekcje itd.
Kolebką robotów przemysłowych były Stany Zjednoczone, natomiast ich dynamiczny
rozwój nastąpił w Japonii, która do dziś wiedzie prym w ich produkcji, będąc światowym
potentatem tej branży. Pod względem ilości, na świecie ponad 50% robotów pracuje właśnie
w Japonii, na drugim miejscu plasuje się Unia Europejska - około 30%, oraz USA  ok. 10%.
Wśród krajów europejskich największa liczba zainstalowanych robotów jest w Niemczech,
Włoszech, Francji oraz Wielkiej Brytanii.
Strona | 10
Definicja robota wg normy ISO ITR 8373 jest następująca:
 Robot przemysłowy jest automatycznie sterowana, programowana, wielozadaniowa
maszyna manipulacyjna o wielu stopniach swobody, posiadająca własności manipulacyjne
lub lokomocyjne, stacjonarne lub mobilne.
Klasyfikacja ze względu na obszar zastosowań:
" Roboty spawalnicze
" Roboty malarskie
" Roboty montażowe
" Roboty do przenoszenia materiałów i załadunku palet
" Roboty stosowane do obróbki materiałów
" Roboty do utylizacji i zabezpieczania odpadów
4.6.1 Roboty spawalnicze
Roboty używane są do spawania w specjalizowanych stanowiskach wyposażonych w
roboty z końcówką spawającą, statyw lub stół do mocowania i zmiany położenia spawanych
elementów. Warunkiem poprawnej pracy układu jest zachowanie powtarzalnych warunków
dokładności przygotowania (wymiary, kształt, stan powierzchni) i mocowania względem
siebie łączonych elementów. Jednak sprawność całego węzła technologicznego jest wynikiem
wiedzy i doświadczenia projektanta, który spośród wielu wariantów wybierze najtrafniej typ
robota i zaprojektuje urządzenia współpracujące w jego otoczeniu. Wykorzystanie czasu
pracy robota wymaga co najmniej dwóch statywów lub stołów obrotowych. Równocześnie ze
spawaniem na jednym stanowisku trwają prace montażowe oraz przygotowanie elementów do
spawania na innym, obsługiwanym przez robota w następnej kolejności. Czynności
pomocnicze często wykonywane są ręcznie, co stanowi rozsądny kompromis granic
automatyzacji. Jakość wykonywanego połączenia jest kontrolowana przez układy pomiarowe
i sterujące spawarki a zgodność wyrobu z wymaganiami jest monitorowana przez obsługę.
Jakość połączenia wykonanego w ten sposób nie może przekroczyć założonych granic
tolerancji.
Strona | 11
4.6.2 Roboty malarskie
Innym polem zastosowania robotów w przemyśle jest natryskowe malowanie wyrobów.
Powtarzalność i szybkość pracy robotów pozwala uzyskać prawie doskonałe pokrycie malowanego
materiału. Dodatkowym powodem stosowania robotów przy malowaniu natryskowym jest eliminacja
szkodliwości stosowanych substancji dla człowieka
4.6.3 Roboty montażowe
Z analizy rozwoju robotyki wynika, iż w przyszłości największym obszarem zastosowań
robotów będą prace montażowe. Prace te ze względu na dokładność i powtarzalność
czynności są idealne do robotyzacji i dlatego też większość obecnie produkowanych urządzeń
jest montowana automatycznie lub półautomatycznie.
Należy wspomnieć, iż procesowi montażu mogą podlegać różnego rodzaju operacje
technologiczne, od mało skomplikowanych (np. zakręcanie nakrętki na śrubie) do bardzo
skomplikowanych (operacje montażu układów elektronicznych).
Strona | 12
4.6.4 Roboty paletyzujące
Zastosowanie robotów do przenoszenia
materiałów pozwala nie tylko zredukować
koszty związane z zatrudnianiem
wykwalifikowanych pracowników do obsługi
urządzeń transportowych, ale także poprawić
bezpieczeństwo pracy. Innym bardzo ważnym
celem tego typu robotów jest zastąpienie
człowieka w wykonywaniu monotonnych
operacji takich jak np. układanie, sortowanie.
4.6.5 Roboty do utylizacji i zabezpieczania odpadów
Obecnie jednym z podstawowych zastosowań robotów jest utylizacja i zabezpieczanie
odpadów przemysłowych i militarnych. Przykładem takiego zastosowania może być
np. rozbrajanie amunicji. Roboty mogą być także wykorzystywane do zabezpieczania i
utylizacji substancji radioaktywnych.
5 Elementy pracy układu zrobotyzowanego
5.1 Ogólna budowa systemu pracy robota
Strona | 13
5.2 Budowa systemu pracy robota przemysłowego
Czujniki położenia, siły, odległości panel operatorski szafka sterownicza
Napędy: silniki elektryczne
Siłowniki pneumatyczne
Strona | 14
6 Języki programowania robotów przemysłowych
Podział metod programowania robotów przemysłowych:
Metody programowania robotów
przemysłowych
On-Line Off-Line
(na stanowisku pracy robota) (poza stanowiskiem pracy robota)
Programowanie Programowanie
Programowanie za pomocą
ręczne przez nauczanie
języków programowania
Programowanie Programowanie
dyskretne ciągłe
Ze względu na sposób programowania i komunikowania się ze środowiskiem zewnętrznym
dokonano klasyfikacji na trzy generacje:
" Pierwsza generacja  roboty nauczane; wyposażone w pamięć do której wprowadzane
są komendy, odtwarzany w sposób cykliczny bez ingerencji ze strony operatora. Nie
posiadają one sprzężeń zwrotnych od manipulowanego obiektu  manipulowanie
odbywa się w torze otwartym. Są aktualnie najbardziej rozpowszechnione.
" Druga generacja  roboty uczące się; są w stanie rozpoznawać żądany obiekt
(ograniczenia dotyczą kształt i u położenia)za pomocą złożonych systemów kamer i
czujników.
Strona | 15
" Trzecia generacja  roboty inteligentne; mają samodzielnie aktualizować i korygować
program pracy w zależności od napotkanych zmieniających się warunków pracy.
Obecnie nie istnieje jeszcze robot, który w pełni realizuje powyższe założenia.
Podstawowymi, najbardziej rozpowszechnionymi metodami programowania robotów
są: programowanie przez nauczanie oraz programowanie za pomocą tekstowych języków
nauczania. Programowanie przez nauczanie wymaga od programisty ręcznego lub
mechanicznego przemieszczenia manipulatora wzdłuż zadanego toru ruchu i wprowadzenia
tego toru do pamięci układu sterowania.
Metoda ta jest określana jako "programowanie przez obwiednie toru"(Leadtrough),
"teach-by-showing", lub "teach in". W fazie nauczania robota użytkownik może ręcznie
prowadzić robota lub sterować nim za pomocą ręcznego programatora. Programator jest
przenośnym pulpitem z klawiszami, które umożliwiają sterowanie każdym połączeniem
ruchowym manipulatora lub każdym stopniem swobody. Niektóre z takich sterowników
pozwalają na sprawdzenie warunków i wybór opcji działania, co umożliwia zapis prostych
programów logicznych. Niektóre programatory ręczne są wyposażone w alfanumeryczne
wyświetlacze i w swej złożoności są zbliżone do terminali komputerowych.
Metoda ta da się podzielić na:
" Programowanie dyskretne
" Programowanie ciągłe
Podczas programowania dyskretnego wykorzystuje się sterownik ręczny do sterowania
silnikami wykonawczymi w celu mechanicznego prowadzenia robota przez szereg punktów w
przestrzeni. Każdy punkt jest wczytywany do pamięci układu sterowania w celu póz
niejszego
odtworzenia całego toru podczas cyklu pracy. Spośród wszystkich metod programowania
robotów programowanie dyskretne jest prawdopodobnie obecnie najbardziej
rozpowszechnione. Znaczna ilość zastosowań robotów przemysłowych wymaga
przemieszczeń manipulatora od punktu do punktu (PTP point to point), które są właśnie
programowane ta metodą. Dotyczy to na przykład takich zastosowań, jak przemieszczanie
części, zakładanie przedmiotów na obrabiarki i ich wyjmowanie po obróbce itp.
Programowanie ciągłe jest natomiast wykorzystywane tam, gdzie wymagane są płynne ruchy
ramienia robota wzdłuż toru będącego krzywą. Najczęściej spotykanym przykładem tego
rodzaju zastosowania robota jest malowanie natryskowe, podczas którego kiść robota, z
dołączonym do niej pistoletem do malowania musi wykonywać płynne regularne ruchy.
Strona | 16
Innym przykładem jest wykonywane przez robota spawanie łukowe. Programowanie off-line
polega na pisaniu programu sterowania robota z dala od jego stanowiska pracy. Najczęściej
opiera się ono na programowaniu za pomocą języków tekstowych. Programista pisze program
na monitorze komputerowym wykorzystując bazujący na angielskim język wysokiego
poziomu. W celu nauczenia robota położeń punktów w przestrzeni roboczej procedura ta jest
zwykle wspomagana technikami programowania przez nauczanie. Pozwala to na bardzo
dokładne "uchwycenie" punktów charakterystycznych przestrzeni. Język tekstowy
wykorzystywany jest do ustalenia logiki i kolejności programu, a ręczny sterownik do
definiowania położenia poszczególnych punktów w przestrzeni roboczej.
Strona | 17
Bibliografia:
1. Emil Rdzanek - Praca Dyplomowa Inżynierska  Opracowanie i wykonanie układu
mechaniki oraz sterowania manipulatora dydaktycznego Warszawa 2003r. (PDF)
2. Artykuły:  Polski rynek robotyki ,  Roboty przemysłowe  moda czy konieczność? 
Automatyka Podzespoły Aplikacje APA 3/2008r. (PDF)
3. Marcin Pawlak, Krzysztof Krawczyk   Sterowanie wieloosiowym napędem
pozycjonującym robota przemysłowego IRB-6 - Zeszyty Problemowe  Maszyny
Elektryczne nr 77/2007. (PDF)
4. Andrzej Jardzioch  Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych  Uruchomienie i
sprawdzenie programów sterowania robota dla zadanych cyklów pracy gniazda
obróbki  Politechnika Szczecińska 2005 (PDF)
5. Robotyka i napędy (PDF)
6. www.robotyka.com
7. www.thocp.net/
8. www.astor.com.pl
9. www.piap.pl
10. Roboty przemysłowe  laboratorium FANUK S-420S (PDF)
Strona | 18