Robotyka

Robot-urządzenie przeznaczone do realizacji niektórych czynności manipulacyjnych i lokomocyjnych człowieka, mające pewien określony poziom inteligencji maszynowej.

Robot przemysłowy-automatycznie sterowana programowana wielozadaniowa maszyna manipulacyjna o wielu stopniach swobody, posiadająca własności manipulacyjne lub lokomocyjne, stacjonarne lub mobilne, dla ważnych zastosowań przemysłowych.

Robotyka-dziedzina wiedzy poświęcona teorii, konstrukcji i eksploatacji robotów.

Robotyzacja-zastosowanie robotów do wykonywania określonych działań.

Zakres robotyki

We współczesnej robotyce można wyróżnić następujące działy:

Robotyka: teoretyczna, ogólna, metrologiczna, mobilna, medyczna i rehabilitacyjna, przemysłowa, pozaprzemysłowa.

Robotyka teoretyczna-zajmuje się zagadnieniami kinematyki, dynamiki, optymalizacji sterowania adaptacyjności, zastosowania sztucznej inteligencji – systemów eksperckich , metod logiki rozmytej, sieci neuronowej, metod optymalizacji itp.

Robotyka ogólna- zajmuje się różnymi aspektami robotyki, a mianowicie: ekonomicznymi, socjalnymi, społecznymi, kształcenia, ochrony i bezpieczeństwa pracy. Ważnym tutaj zagadnieniem są prace z dziedziny standaryzacji terminologii i oznaczeń.

Robotyka metrologiczna-dotyczy zautomatyzowanych i zrobotyzowanych pomiarów, inspekcji i diagnostyki.

Robotyka mobilna-zajmuje się budową robotów mobilnych – kołowych, gąsienicowych, wielonożnych, kołowo-nożnych itp. Do realizacji jazdy, chodu, biegu i skoku.

Robotyka medyczna i rehabilitacyjna- jest dziedziną koncentrującą się wokół wykorzystania robotów do celów chirurgii, terapii, wspomagania utraconych funkcji kończyn górnych i dolnych człowieka, pielęgnacji pacjentów.

Robotyka przemysłowa-zajmuje się zastosowaniem robotów w przemyśle elektromaszynowym, spożywczym, papierniczym, szklarskim, w chemii, energetyce i innych.

Robotyka pozaprzemysłowa- dotyczy zastosowań robotów do prac podziemnych, do badań dna morskiego, w kosmosie, na innych planetach, do pracy naukowej, w wojskowości, w gaszeniu pożarów, w budownictwie, usługach, transporcie, administracji, energetyce (w tym nuklearnej), ochronie środowiska, edukacji itp.

Generacje robotów przemysłowych

Roboty I generacji-urządzenie wyposażone w pamięć do której wprowadza się rozkazy. Następnie już bez ingerencji operatora – zdolne są do wykonywania zaprogramowanych czynności. Roboty tej generacji nie mogą samodzielnie zbierać informacji o zewnętrznym środowisku pracy.

Roboty II generacji-potrafią rozpoznać żądany obiekt w zbiorze bez wzgl. na jego położenie i kształt. Dopuszczalna jest także zmiana miejsca pracy robota wzglądem poszukiwanego obiektu.

Roboty III generacji-charakteryzują się pewnymi ‘intelektualnymi’ możliwościami aktualizowania programu pracy w zmieniających się warunkach. Wyposażenie robota w analizator obrazu, słuchu i czucia umożliwia rozpoznawanie przedmiotów w przestrzeni która została zakodowana w pamięci.

Klasy robotów

Roboty sekwencyjne-jest to robot o sekwencyjnym układzie sterowania. Sterowanie sekwencyjne jest układem sterowania, w którym stan ruchu maszyny wynika z określonego porządku. Działanie robota jest binarne, start-stop oraz trajektoria między dwoma binarnymi poożeniami końcowymi jest sterowana.

Robot realizujący zadaną trajektorię-jest to robot, który realizuje ustaloną procedurę sterowanych ruchów wg instrukcji, które specyfikują żądaną pozycję (zwykle uzyskiwaną przez interpolację) oraz żądaną prędkość w danym położeniu. Prędkość jest zmienna dla każdej osi ruchu, co umożliwia generowanie zadanej trajektorii. Do tej kategorii robotów zaliczamy robota typu Playback, CNC. Robot typu Playback jest robotem, który może powtarzać zadanie programowe, ustalone zdalnie przez nauczanie. Robot typu CNC jest systemem, w którym dedykowany, przechowywany w pamięci komputera, program jest wykorzystywany do realizacji wszystkich lub niektórych podstawowych numerycznych funkcji sterujących.

Robot adaptacyjny-jest to robot o sensorycznym adaptacyjnym układzie sterowania, lub uczącym się układzie sterowania. Typowym przykładem jest tutaj robot wyposażony w sensory wizyjne, w których jest możliwa korekta ruchu podczas pobierania elementów, montażu lub spawania łukowego. Sterowanie sensoryczne jest układem sterowania, w którym ruchy robota są realizowane zgodnie z sygnałami wyjściowymi, uzyskiwanymi z czujników zewnętrznych. Sterowaniem adaptacyjnym nazywamy układ, w którym nastawia się parametry na podstawie warunków uzyskanych w procesie detekcji. Uczący się układ sterowania jest układem, w którym doświadczenie (uzyskane podczas uprzednich cykli pracy) jest automatycznie wykorzystywane do zmiany parametrów i/lub algorytmów.

Teleoperator- jest to robot ze sterowaniem zdalnym, realizowanym przez operatora lub komputer. Jego funkcji są związane z przenoszeniem na odległość funkcji motorycznych i sensorycznych operatora. Do tej kategorii robotów zaliczamy roboty ze zdalnym sterowaniem lub ze wspomaganiem komputerowym.

Czynniki stymulujące rozwój robotyki

Na wzrastające zastosowanie oraz rozwój nowych modeli robotów przemysłowych składa się wiele czynników, które można podzielić na trzy następujące grupy: czynniki techniczne, ekonomiczne i społeczne.

Czynniki techniczne:

1.Postęp w konstrukcji elementów automatyki (silniki wykonawcze o korzystnym stosunku mocy do masy, wzmacniacze o małych gabarytach, opanowanie metod masowej i taniej produkcji mikrokomputerów), które sprawił, że produkcja robotów stała się ekonomicznie opłacalna.

2.Wzrost zapotrzebowania różnych gałęzi nowoczesnego przemysłu na manipulowania przedmiotami w zbyt wysokiej temperaturze, o dużej masie, niedogodnych kształtach, promieniotwórczymi, w szkodliwych wyziewach, pyłach, agresywnych cieczach i parach czy też w atmosferze pozbawionej tlenu (ręczne manipulowanie jest tutaj niemożliwe).

3.Wzrost wymagań jakościowych wobec produkowanych wyrobów.

Czynniki społeczne

1.Stale malejąca liczba kandydatów do wykonywanie prac nudnych, monotonnych i powtarzających się , niedających satysfakcji emocjonalnej, lecz niestety niemożliwych do wyeliminowania z bardzo dużej liczby procesów przemysłowych. Brak chętnych do wykonywania tego typu prac jest spowodowany wzrostem poziomu wykształcenia społeczeństw.

2.Powszechne tendencje do zwiększenia bezpieczeństwa pracy.

Czynniki ekonomiczne:

1.Dążenie do wzrostu wydajności pracy wynikające ze zwiększającej się konkurencyjności.

2.Instalowanie kapitałochłonnych maszyn, które zmusza do maksymalnego ich wykorzystania w pracy ciągłej przez całą dobę, co jest praktycznie możliwe tylko przy obsłudze tych maszyn przez roboty.

3.Wzrost kosztów pracy ludzkiej sprawiające, że robot dla wielu prac staje się operatorem tańszym niż człowiek.

4.Wypieranie przez roboty stosowanych przy produkcji masowej (wieloseryjnej) wielu kosztownych wąsko wyspecjalizowanych automatów produkcyjnych, jak np.: automaty do malowania, spawania czy szlifowania. Jest to spowodowane tym ,że czas moralnego zużycia się produktów wieloseryjnych staje się coraz krótsze, co częstokroć czyni nieopłacalnym projektowanie i konstruowanie automatów do produkcji wielkoseryjnej.

5.Zintegrowane programy transportu wewnątrzzakładowego są z reguły przystosowane do ściśle określonego profilu produkcji, a zmiana sposobu ich funkcjonowania jest niezwykle kosztowna. Zastosowanie robotów na styku poszczególnych układów transportowych umożliwia zwiększenie ich elastyczności, tzn. szybszą i tanią zmianę sposobu ich funkcjonowania przez zmiany programów robotów.

Zastosowanie robotów

Roboty przemysłowe stosuje się na stanowiskach roboczych, w których wykorzystuje się przewagę robota nad człowiekiem a ograniczenie możliwości robota nie stanowi w tym przeszkody. Przeznaczone są do przemieszczenia materiałów, części, narzędzi lub specjalnych urządzeń wykonujących różne programowalne ruchy w celu realizacji określonych zadań – technologicznych, transportowych lub obsługowych.

Typowe zastosowania robotów dotyczą:

-spajania-spawania, zgrzewania, napawania;

-prac manipulacyjnych i transportowych związanych z obsługą maszyn – maszyny odlewnicze, prasy, obrabiarki, linie do produkcji szkła;

-transportu – paletyzowanie, przemieszczenie;

-malowanie;

-obróbki – wiercenie, szlifowanie, polerowanie, gratowanie, cięcie;

-montażu – skręcanie, składanie;

-klejenia;

-diagnostyki;

-pomiarów;

Efekty automatyzacji i robotyzacji

Efekty automatyzacji i robotyzacji można podzielić na:

-ekonomiczne

-pozaekonomiczne

Efekty ekonomiczne mogą być wyrażone wartością pieniężną i wpływają na koszt produkcji.

Do efektów ekonomicznych zaliczamy:

-wzrost wydajności pracy

-wzrost jakości, zmniejszenie ilości braków

-zmniejszenie ilości odpadów produkcyjnych.

Do efektów pozaekonomicznych zaliczamy:

-wyeliminowanie ciężkich, męczących i monotonnych czynności ręcznych

-zwiększenie bezpieczeństwa i higieny pracy na stanowiskach pracy

-podnoszenie kultury pracy

-poprawa organizacji pracy

Rozwój automatyzacji i robotyzacji jako dziedziny interdyscyplinarnej wymaga znacznie większego i wszechstronnego przygotowania specjalistycznego niż to obserwuje się w innych dziedzinach, ponieważ wymaga opanowania różnych rozwiązań układowych, elektrycznych, hydraulicznych, pneumatycznych i mieszanych.