Automatyka i Robotyka Wykład nr 12
Historia robotyki
Automatyka i Robotyka
1947  pierwszy teleoperator sterowany elektrycznie;
1948  teleoperator wykorzystujący sprzężenie zwrotne od
siły;
1949  prace nad maszynami sterowanymi numerycznie;
1954  George Devol projektuje pierwszego
programowalnego robota;
1956  Joseph Engelberger, student fizyki na Columbia
University, kupuje prawa od G. Devola i zakłada
Unimation Company;
1961  pierwszy robot Unimate zostaje zainstalowany w
fabryce General Motors w Trentou, New Jersey;
Agata Nawrocka
opracowanie pierwszego robota ze sprzężeniem
Katedra Automatyzacji Procesów zwrotnym od siły;
Akademia Górniczo-Hutnicza 1963  pierwszy system wizyjny na uzytek robota;
1 2
1971  opracowanie w Stanford University robota Stanford Arm;
Automatyka i Robotyka Wykład nr 12 Automatyka i Robotyka Wykład nr 12
Historia robotyki c.d.
Definicje robotyki
1973  opracowanie pierwszego jezyka programowania
Początkowo najbardziej powszechnie akceptowana
robotów (WAVE)  Stanford;
definicja robotyki była zaproponowana w Stanach
1974  opracowanie sterowanego komputerowo robota T3
Zjednoczonych przez RIA (Robotic Industries Association):
przez Cincinnati Milacron;
1975  pierwsze zyski finansowe osiągnięte przez Unimation
Robot jest przeprogramowywanym, wielofunkcyjnym
Inc.;
manipulatorem (lub urządzeniem) zaprojektowanym do
1976  opracowanie systemu RCC do montażu w procesie
przenoszenia materiałów, części, narzędzi, lub
produkcyjnym w Draper Labs, Boston; zastosowanie
wyspecjalizowanych urządzeń za pomocą zmiennych,
przez NASA ramienia robotycznego w kosmosie;
programowanych ruchów do wykonywania wielu zadań.
1978  opracowanie przez Unimation robota PUMA;
1979  opracowanie w Japonii robota SCARA;
1981  pierwszy robot o napędzie bezpośrednim  Carnegie-
Mellon University.
lata 80-te roboty domowe (Roomba), zabawki (Aibo)
3 4
Automatyka i Robotyka Wykład nr 12 Automatyka i Robotyka Wykład nr 12
Definicje robotyki
Definicje robotyki
Około 1942 roku amerykański pisarz Isaac Asimov w
Słownik wyrazów obcych [PWN, Warszawa 2003]:
opowiadaniu  Zabawa w berka wprowadził trzy prawa
roboty  maszyna lub urządzenie techniczne imitujące
robotyki, które jego zdaniem musiały być przestrzegane
działanie (czasem nawet wygład) człowieka, odznaczające się
przez roboty:
określonym stopniem automatyzacji [& ].
prawo pierwsze: Robot nie może skrzywdzić człowieka,
ani przez zaniechanie działania dopuścić, aby człowiek
robotyka  nauka zajmująca się projektowaniem i
doznał krzywdy.
zastosowaniem robotów, ich mechanika i sterowaniem,
prawo drugie: Robot musi być posłuszny rozkazom
robotyka  (ang. robotics) interdyscyplinarna dziedzina
człowieka, chyba że stoją one w sprzeczności z pierwszym
wiedzy działająca na styku mechaniki, automatyki, elektroniki,
prawem.
sensoryki, cybernetyki oraz informatyki. Domeną robotyki są
równie rozważania nad sztuczna inteligencja - w niektórych
prawo trzecie: Robot musi chronić sam siebie, jeśli tylko
środowiskach robotyka jest wręcz z nią utożsamiana.
5 6
nie stoi to w sprzeczności z pierwszym lub drugim prawem.
Automatyka i Robotyka Wykład nr 12 Automatyka i Robotyka Wykład nr 12
Klasyfikacja robotów Klasyfikacja robotów
Roboty można podzielić na klasy ze względu na:
A. rodzaj zasilania:
elektryczne,
A. rodzaj zasilania:
pneumatyczne,
B. mobilność:
hydrauliczne;
C. posiadanie nadmiarowości ruchowej:
D. rodzaj zastosowanych przegubów:
B. mobilność:
E. sztywność przegubów i ramion:
stacjonarne,
F. przynależność do generacji robotów:
mobilne;
G. poziom inteligencji (JRA):
H. poziom języka programowania:
C. posiadanie nadmiarowości ruchowej:
nieredundantne,
redundantne;
7 8
Automatyka i Robotyka Wykład nr 12 Automatyka i Robotyka Wykład nr 12
Klasyfikacja robotów Klasyfikacja robotów
D. rodzaj zastosowanych przegubów:
G. poziom inteligencji (JRA):
rotacyjne,
urządzenia sterowane ręcznie,
translacyjne,
roboty o stałej sekwencji ruchów,
mieszane;
roboty o zmiennej sekwencji ruchów,
roboty odtwarzające,
E. sztywność przegubów i ramion:
roboty sterowane numerycznie,
sztywne,
roboty inteligentne;
elastyczne;
H. poziom języka programowania:
F. przynależność do generacji robotów:
systemy uczone przez prowadzenie,
I generacji  roboty odtwarzające,
systemy programowane na poziomie robota,
II generacji  roboty wyposażone w system sensoryczny,
systemy programowane na poziomie zadania;
III generacji  roboty wyposażone w system wizyjny,
IV generacji  roboty o sterowaniu adaptacyjnym,
9 10
V generacji  roboty inteligentne;
Automatyka i Robotyka Wykład nr 12 Automatyka i Robotyka Wykład nr 12
Definicje robotyki Klasyfikacja robotów
ROBOTYKA - jest to dziedzina nauki i techniki, zajmująca się Istnieje ogólna klasyfikacja robotów, podobnie jak i
wszystkimi problemami dotyczącymi mechaniki, sterowania komputerów, ze względu na ich generacje :
ruchem, sensoryki, inteligencji maszynowej, projektowania,
zastosowań, eksploatacji manipulatorów, robotów i maszyn roboty programowalne  wykonują zawsze jeden i ten
kroczących. sam program wiele razy,
W robotyce mona wyróżnić :
roboty adaptacyjne  wyposażone są w czujniki,
robotyka teoretyczna  jest to teoria robotów i informujące czy określony detal znajduje się na miejscu  w
manipulatorów, razie gdy detalu brakuje robot może sam go poszukać,
robotyka przemysłowa  są to zastosowania robotów i
manipulatorów w równych dziedzinach życia roboty inteligentne  nie programuje się im faz
robotyka medyczna i rehabilitacyjna wykonania zadania, tylko zadaje się określoną czynność
robotyka ogólna  są to metody, aspekty ekonomiczne, (zdolne do samoprogramowania ).
socjalne zastosowania robotów.
11 12
Automatyka i Robotyka Wykład nr 12 Automatyka i Robotyka Wykład nr 12
Klasyfikacja robotów Roboty przemysłowe
Roboty przemysłowe
Najczęściej maja one postać mechanicznego
Roboty militarne
ramienia o pewnej liczbie stopni swobody.
Taki robot o wielkości człowieka jest w stanie
Roboty medyczne
manipulować z ogromną szybkością i
Roboty mobilne
precyzją przedmiotami o wadze do kilkuset
Nano roboty kilogramów. Zwykle są one programowane
do wykonywania wciąż tych samych,
Roboty do rozrywki
powtarzających się czynności, które mogą
wykonywać bezbłędnie przez cała dobę. W
fabrykach pracuje 90% produkowanych
robotów, połowa z tego używana jest przy
produkcji samochodów.
13 14
Automatyka i Robotyka Wykład nr 12 Automatyka i Robotyka Wykład nr 12
Roboty militarne
Roboty przemysłowe
Dzięki robotyzacji zyskujemy:
Najczęstszym zastosowaniem w tej
dziedzinie jest rozbrajanie bomb.
lepsze wykorzystanie zasobów - roboty zwiększają wydajność
Roboty produkowane do tego celu
kosztownych linii produkcyjnych poprzez zachowanie ściśle
maja postać bardzo stabilnej
zdefiniowanych i szybkich ruchów prowadzące do minimalnych czasów
przestojów maszyn, ruchomej platformy, na której
zamocowana jest kamera i silne
redukcje kosztów pracy - roboty bezpośrednio redukują ilość pracy oraz
z
ródło światła. Robot taki,
usprawniają realizacje trudnych zadań,
kontrolowany zdalnie przez operatora,
jest w stanie rozbroić bombę lub przy
zwiększenie ergonomii i bezpieczeństwa pracowników - roboty
minimalizują wypadki spowodowane powtarzaniem tych samych czynności pomocy manipulatora przenieść ja w
oraz kontaktem z niebezpiecznymi maszynami,
miejsce gdzie detonacja nie wyrządzi
nikomu szkody.
lepsza jakość wyrobów przy mniejszej ilości odpadów - dzięki
powtarzalności, przewidywalności i lepszej kontroli nad spójnością
15 16
procesu.
Automatyka i Robotyka Wykład nr 12 Automatyka i Robotyka Wykład nr 12
Roboty militarne Roboty medyczne
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.
Istnieją te roboty przeznaczone do operowania w
środowiskach o bardzo silnej radiacji, takie jak
zbudowany na wzór pająka Robug III. Wdzięcznym
dla inteligentnych maszyn zadaniem jest
te eksploracja kosmosu, w czym utwierdziły nas
sukcesy takich konstrukcji jak Sojourner, Spirit oraz
Opportunity przeznaczonych do eksploracji Marsa.
17 18
Automatyka i Robotyka Wykład nr 12 Automatyka i Robotyka Wykład nr 12
Roboty humanoidalne
Roboty mobilne
19 20
Automatyka i Robotyka Wykład nr 12 Automatyka i Robotyka Wykład nr 12
Konfiguracja kartezjańska (PPP)
Klasyfikacja na podstawie własności
geometrycznych
Dla manipulatora kartezjańskiego
Konfiguracja kartezjańska (PPP)
zmienne przegubowe są
współrzędnymi kartezjańskimi
Konfiguracja cylindryczna (OPP)
końcówki roboczej względem
podstawy. Biorąc pod uwagę opis
Konfiguracja antropomorficzna (OOO)
kinematyki tego manipulatora jest
on najprostszy spośród wszystkich
Konfiguracja sferyczna (OOP)
konfiguracji. Taka struktura
manipulatora jest korzystna w
Konfiguracja SCARA (OOP)
zastosowaniach głównie do montażu
na blacie stołu oraz do transportu
Manipulatory równoległe o zamkniętym łańcuchu materiałów lub ładunków.
kinematycznym
21 22
Automatyka i Robotyka Wykład nr 12 Automatyka i Robotyka Wykład nr 12
Konfiguracja cylindryczna (OPP) Konfiguracja antropomorficzna (OOO)
Pierwszy przegub jest obrotowy i
Do grupy manipulatorów antropomorficznych
wykonuje obrót względem podstawy,
zalicza się te manipulatory które posiadają
podczas gdy następne przeguby są
strukturę składająca się z trzech przegubów
pryzmatyczne. W takiej strukturze
obrotowych. Przedstawiona struktura
zmienne przegubowe są jednocześnie
manipulatorów nosi równie nazwę
współrzędnymi cylindrycznymi końcówki
manipulatorów z łokciem.
roboczej względem podstawy, a
Manipulatory tej klasy posiadają często
przestrzenia robocza jest niepełny
dodatkowe człony w celu zwiększenia liczby
cylinder.
stopni swobody, jednak jest to konfiguracja
antropomorficzna ponieważ trzy pierwsze
pary kinematyczne licząc od podstawy są
obrotowe.
23 24
Automatyka i Robotyka Wykład nr 12 Automatyka i Robotyka Wykład nr 12
Konfiguracja sferyczna (OOP)
Konfiguracja SCARA (OOP)
Konfiguracja sferyczna powstaje z
zastąpienia w konfiguracji
SCARA (Selective Compliant
antropomorficznej trzeciego przegubu
Articulated Robot for Assembly)
obrotowego przegubem
pryzmatycznym. Nazwa tej konfiguracji
Głównym przeznaczeniem tej klasy
wywodzi się stąd, że współrzędne
manipulatorów jest montaż elementów i
sferyczne, określające położenie
podzespołów oraz powtarzalne przenoszenie
końcówki roboczej względem układu
detali oraz ich sortowanie.
współrzędnych o początku w
Strukturę tę równie wykorzystuje się
przecięciu osi z1 i z2, są takie same,
do tworzenia obwodów drukowanych w
jak trzy pierwsze zmienne
elektronice. SCARA posiadając strukturę
przegubowe.
(OOP), różni się od konfiguracji sferycznej
wyglądem jak i obszarem zastosowania.
25 26
Automatyka i Robotyka Wykład nr 12 Automatyka i Robotyka Wykład nr 12
Manipulatory równoległe o zamkniętym Klasyfikacja na podstawie budowy jednostki
łańcuchu kinematycznym kinematycznej
Zasada działania tego typu robotów opiera
Jednostki monolityczne
się na idei odpowiednio zaprojektowanych
Jednostki modułowe
ramion robota. Użycie tych ramion pozwala
ustawić pozycje i orientacje ruchomej Jednostki pseudomodułowe
platformy. Takie roboty posiadają
3 ramiona, które wprowadzają 3 stopnie
swobody. Ruchoma platforma jest
wyposażona w efektor który posiada
dodatkowy stopień swobody umożliwiający
np. obrót.
27 28
Automatyka i Robotyka Wykład nr 12 Automatyka i Robotyka Wykład nr 12
Jednostki modułowe
Jednostki monolityczne
Do tego typu konstrukcji zalicza się jednostki kinematyczne
złożone zgodnie z potrzebami z dostarczonych przez producenta
Do tego typu konstrukcji zalicza się
gotowych zespołów ruchu.
jednostki kinematyczne o stałej,
Pomimo że producent nie ogranicza możliwych do zestawienia
niezmiennej konstrukcji mechanizmu.
struktur, jednak są one ograniczone przez własności mechaniczne
Producent dostarcza wszystkie
i dynamiczne dostarczonych modułów.
niezbędne zespoły ruchu wraz
Przykładowo odbiorca dostarcza informacji na temat zadanych
z efektorem zgodnie z oczekiwaniami
zakresów ruchu poszczególnych członów manipulatora, a
odbiorcy. Przy obecnym rozwoju
producent dostarcza odpowiednie moduły wraz z układem
techniki należy zauważyć że jednostki
zasilania i sterowania.
monolityczne znajdują coraz mniejszą
Jednostki modułowe mogą być bardzo wygodnym rozwiązaniem
grupę odbiorców ze względu na
ze względów ekonomicznych oraz technologicznych.
wymagania związane z elastycznością
zrobotyzowanych systemów
produkcyjnych.
29 30
Automatyka i Robotyka Wykład nr 12 Automatyka i Robotyka Wykład nr 12
Jednostki pseudomodułowe
Klasyfikacja ze względu na obszar
Do tej grupy konstrukcji zalicza się jednostki zastosowań
o stałej strukturze kinematycznej, ale
dopuszczonej przez producenta możliwości
wymiany przez użytkownika niektórych Roboty spawalnicze
zespołów ruchu, z reguły będących na
końcu łańcucha kinematycznego.
Roboty malarskie
Roboty montażowe
Roboty do przenoszenia materiałów i załadunku palet
Roboty stosowane do obróbki materiałów
Roboty do utylizacji i zabezpieczania odpadów
31 32
33