ROBOTYKA- dział nauki i techniki, który zajmuje się problematyką mechaniki sterowania, projektowania pomiarów, zastosowań oraz eksploatacji manipulatorów i robotów. ROBOT- jest mechanicznym urządzeniem wykonującym zadania w sposób automatyczny. DZIAŁY ROBOTYKI:-Robotyka teoretyczna -Robotyka ogólna -Robotyka metrologiczna -Robotyka maszyn lokomocyjnych -Robotyka medyczna i rehabilitacyjna -Robotyka przemysłowa -Robotyka poza przemysłowa (w tym domowa) -Systemy wizyjne -Sztuczna inteligencja SCHEMAT OGÓLNY ROBOTA: Układ zasilania; Układ sterowania; Układ napędowy TRZY PRAWA ROBOTYKI (ASIMOV): 1)Robot nie podejmuje żadnej akcji skierowanej przeciwko istocie ludzkiej ani nie dopuści do jej zagrożenia poprzez zaniechanie akcji; 2)Robot będzie wykonywał rozkazy wydawanie przez istoty ludzkie, chyba że jest to sprzeczne z prawem pierwszym; 3) Robot będzie zapobiegał samo destrukcji dopóki nie jest to w sprzeczności z pierwszym lub drugim prawem; Później ASIMOV dodał jeszcze jedno nadrzędne prawo (tzw. prawo zerowe) robot nie podejmie żadnej akcji skierowanej przeciw ludzkości, ani nie dopuści do jej zagrożenia. ROBOT PRZEYMSŁOWY- międzynarodowa organizacja standardów (ISO) –manipulacyjna robot przemysłowy jest automatycznie sterowaną, programową, wielozadaniową maszyną manipulacyjną o wielu stopniach swobody, posiadającą właściwości manipulacyjne lub lokomocyjne, stacjonarną lub mobilną, dla ważnych zastosowań przemysłowych. EFEKTOR KOŃCOWY- jest urządzeniem umieszczonym na końcu ramienia robota, zaprojektowanym do oddziaływania z otoczeniem. Możliwości i funkcje efektora końcowego zależą od zastosowania robota. Może to być urządzenie chwytające, używane do dokonywania zamierzonego styku z obiektem lub do wytwarzania finalnego efektu robota w jego otoczeniu. MANIPULATOR ROBOTYCZNY- to pojęcie związane z robotyką. Opisuje ono „mechaniczne ramię” stosowane głównie w fabrykach samochodów, automatycznych liniach produkcyjnych, fabrykach w których istnieje zagrożenie dla zdrowia ludzi. Inaczej mówiąc jest to część robota pełniąca funkcję ludzkich kończyn górnych. Dla lepszego opisu takiego ramienia wprowadzone zostały pojęcia: człon automatyki, współrzędne lokalne, współrzędne globalne, stopnie swobody. Pozwalają one w sformalizowany sposób opisać budowę manipulatora oraz zależności występujące pomiędzy kolejnymi elementami składowymi. Manipulatorem nazywamy N-ramionowy układ połączony ze sobą przegubami, zakończony efektorem. Pojedyncze ogniwo manipulatora zbudowane jest z przegubu oraz następującego po nim ramienia, gdzie przegub zapewnia ruch. SENSOR- fizyczne bądź biologiczne narzędzie będące najczęściej elementem składowym większego układu, którego zadaniem jest wychwytywanie sygnałów z otaczającego środowiska, rozpoznawanie i rejestrowanie ich. W naukach technicznych czujnik to urządzenie dostarczające informacji o pojawieniu się określonego bodźca, przekroczeniu pewnej wartości progowej lub o wartości rejestrowanej wielkości fizycznej.  CECHY CHARAKTERYSTYCZNE ROBOTA: Autonomia; Zdolności sprawcze; Redukuje koszty wytworzenia; Zwiększa precyzję i produktywność; Zwiększa elastyczność; Pozwala na uwolnienie człowieka od wykonywania prac uważanych za nudne, powtarzalne, niebezpieczne; Może pełnić funkcje reprezentacyjne. DEFINICJA ROBOTA WG. ISO ITR 8373: Robot przemysłowy jest automatycznie sterowaną, programowaną, wielozadaniową maszyną manipulacyjną o wielu stopniach swobody, posiadającą właściwości manipulacyjne lub lokomocyjne, stacjonarną lub mobilną. KONFIGURACJA ANTROPOMORFICZNA: Do grupy manipulatorów antropomorficznych zalicza się te manipulatory które posiadają strukturę  składającą  się z  trzech przegubów obrotowych. Przedstawiona struktura manipulatorów nosi również nazwę manipulatorów z łokciem. Manipulatory tej klasy posiadają często dodatkowe człony w celu zwiększenia liczby stopni swobody, jednak jest to konfiguracja antropomorficzna ponieważ trzy pierwsze pary kinematyczne licząc od podstawy są obrotowe. PEDIPULATOR- maszyna wspomagająca lub realizująca czynności stania lub kroczenia człowieka bądź podobne czynności maszyny, przy użyciu (odpowiednio ukształtowanych) jednej, dwóch lub wielu „nóg” i „stóp”, a także pojedyncza „noga” maszyny „kroczącej”. Pedipulator może być układem jedno lub kilku członowym. LICZBA STOPNI SWOBODY- liczba niezależnych zmiennych opisujących jednoznacznie stan (modelu) układu fizycznego. MASZYNA KROCZĄCA- urządzenie techniczne przeznaczone do realizacji wybranych funkcji podobnych do funkcji lokomocyjnych zwierząt i owadów posiadających kończyny i odnóża. OTOCZENIE ROBORA- jest to przestrzeń, w której robot jest usytuowany. Dla robotów stacjonarnych otoczenie ogranicza się do przestrzeni roboczej. PRZESTRZEŃ ROBOCZA- Struktura jednostki kinematycznej wraz z opisem wymiarowym schematu kinematycznego i zakresem przemieszczeń zespołów ruchu w sposób jednoznaczny określają przestrzeń ruchów mechanizmu, a wynikowo przestrzeń ruchów chwytaka lub narzędzia. Ze względów użytkowych, przestrzeń ta jest opisana, niezależnie od zwymiarowanego szkicu, także przez podanie objętości. W PRZESTRZENI ROBOCZEJ WYRÓŻNIA SIĘ: - główną przestrzeń roboczą - w obrębie której przemieszcza się konstrukcyjne zakończenie ostatniego, wolnego, ale nierozdzielnie związanego z mechanizmem jednostki kinematycznej członu, z reguły sprzęgu chwytaka lub narzędzia; - przestrzeń kolizyjną - w obrębie której zawierają się wszystkie elementy konstrukcyjne i przemieszczają się wszystkie zespoły ruchu - człony mechanizmu jednostki kinematycznej; - przestrzeń ruchów jałowych - przestrzeń kolizyjną z wyłączeniem głównej przestrzeni roboczej; - strefę zagrożenia - przestrzeń zabronioną przepisami lub normami BHP dla obsługi w czasie pracy jednostki kinematycznej. AKTOR- służy jako muskuł systemu, wytwarza ruch za pomocą energii elektrycznej, pneumatycznej lub hydraulicznej. KOMUNIKATOR- jednostka przesyłająca informacje i otrzymująca instrukcję od oddalonego operatora. ZASILACZ ENERGII- ogólnie urządzenie magazynujące energię, takie jak akumulatory dla jednostki mobilnej, także elektroniczne urządzenia zasilające. STOPNIE SWOBODY I RODZAJE POŁĄCZEŃ: Człon sztywny w przestrzeni trójwymiarowej ma sześć stopnie swobody: trzy wykorzystywane do zajęcia przez końcówkę manipulatora odpowiedniej pozycji w przestrzeni oraz trzy do odpowiedniego zorientowania tej końcówki względem obiektu; Z punktu widzenia kinematyki manipulator może być traktowany jako układ brył sztywnych połączonych w łańcuch za pomocą przegubów; Kolejne ogniwa manipulatora stanowiącego otwarty łańcuch kinematyczny są numerowane począwszy od nieruchomej podstawy (ogniwo 0). Pierwsze ogniwo ma numer 1, chwytak ogniwa N. Przeguby są numerowane tak, że i-ty przegub umiejscowiony jest między ogniwem i-1 a i-tym. Manipulator o N stopniach swobody składa się z (N+1) ogniw połączonych N przegubami (każdy reprezentuje jeden stopień swobody). OGNIWA MANIPULATORA: -ai- długość i-tego ogniwa mierzona jako odległość między osiami przegubów i oraz i+1; -αi- kąt skręcenia i-tego ogniwa prawo skrętnie wokół ai (xi) mierzony jako kąt między osiami przegubów i oraz i+1; -di- odległość mierzona wzdłuż i-tego przegubu (zi) między i ; -θi- kąt miedzy i określony prawoskrętnie wokół osi i-tego przegubu (zi) ; NOTACJA DENAVITA-HARTENBERGA: Osie ortogonalnego układu współrzędnych związanego z i-tym ogniwem sterowane są następująco: -oś zi- pokrywa się z osią przegubu (i+1); -oś x- jest prostopadła do osi zi-1 oraz zi jest skierowana od przegubu i do (i+1); -oś y- uzupełnia prawoskrętny układ współrzędnych ZMODYFIKOWANA NOTACJA DENAVITA-HARTENBERGA: -oś zi- pokrywa się z osią przegubu i; -oś xi- jest prostopadła do osi zi oraz zi+1 jest skierowana od przegubu i do (i+1); -oś yi- uzupełnia prawoskrętny układ współrzędnych PARAMETRY OPISUJĄCE MANIPULATORY I ROBOTY: - w-stopnie swobody; -n- liczba członów ruchomych; -pi- liczba połączeń odpow ; RUCHOWOŚĆ-liczba stopni swobody łańcucha kinematycznego machanizmu z unieruchomionym członem- podstawą MANEWROWOŚĆ- liczba stopnie swobody łańcucha kinematycznego mechanizmu z unieruchomionym członem- podstawą i członem ostatnim w łańcuchu kinematycznym dokładność manipulatorów określająca jak blisko manipulator może dojść do zadanego punktu ( punkt obliczony) w przestrzeni roboczej. POWTARZALNOŚĆ- wielkość określająca jak blisko manipulator może dojść do pozycji uprzednio osiągniętej. UKŁADY ODNIESIENIA ZWIĄZANE Z ROBOTEM I JEGO PRZESTRZENIĄ: -Układ odniesienia podstawy- inna nazwa układu związana z nieruchomą częścią robota- członem 0; -Układ odniesienia stanowiska- umieszczony w miejscu związanym z realizowanym zadaniem; -Układ odniesienia kiści- związany z ostatnim członem manipulatora, często umiejscowiony w środku kiści, porusza się wraz z ostatnim członem; -Układ odniesienia narzędzia- związany z końcem każdego narzędzia, którym operuje robot, zwykle umiejscowiony w osi palców robota; -Układ odniesienia docelowy- miejsce do którego robota przemieszcza narzędzie ZADANIE PROSTE KINEMATYKI: Do opisu kinematyki prostej niezbędne jest podanie równań kinematyki robota. Zadanie kinematyki prostej można określić posiadając dane o zmiennych przegubowych należy określić pozycję i orientację końcówki roboczej. Manipulator nazwiemy kinematycznie redundantnym, jeżeli liczba jego stopni swobody jest większa niż liczba zmiennych potrzebnych do opisu konkretnego zadania czyli wymiar przestrzeni operacyjnej jest mniejszy niż wymiar przestrzeni złączy. ZADANIE ODWROTNE KINEMATYKI: polega na wyznaczeniu położeń (czyli położeń złączy poszczególnych stopni swobody manipulatora) przy założeniu że znane jest położenie i orientacja chwytaka w przestrzeni kartezjańskiej. Istnienie lub brak rozwiązań kinematyki określa przestrzeń roboczą danego manipulatora. Brak rozwiązań oznacza, że manipulator NIE MOŻE osiągnąć pożądanych pozycji i orientacji ponieważ znajdują się one poza jego przestrzenią roboczą. DYNAMIKA MANIPULATORÓW Dynamiczne właściwości manipulatora można określić w postaci zmian jego położenia w czasie w zależności od sił i momentów napędowych. PROSTE ZADANIE DYNAMIKI- polega na wyznaczeniu ruchu manipulatora wywołanego działaniem wektora sił i momentów napędowych. ODWROTNE ZADANIE DYNAMIKI- mamy dany punkt trajektorii np. w postaci współrzędnych konfiguracyjnych i ich pochodnych w czasie a szukamy wektora wymaganych sił i momentów napędowych τ. PLANOWANIE TRAJEKTORII: TRAJEKTORIA PUNKTU LUB CZŁONU- (we współrzędnych kartezjańskich)- zbiór przebiegów czasowych położeń prędkości i przyspieszeń pewnego punktu lub członu. TRAJEKTORIA WE WSPÓŁRZĘDNYCH KONFIGURACYJNYCH- zbiór odpowiednich przebiegów czasowych przemieszczeń prędkości i przyspieszeń w połączeniach członów. Zadanie wyznaczania takiego przebiegu-> planowanie trajektorii. INFORMACJE POTRZEBNE DO PRZEPROWADZENIA PROCESU PLANOWANIA TRAJEKTORII: -geometryczny opis manipulatora, chwytaka oraz obiektów istniejących w przestrzeni roboczej, a w szczególności przeszkód; -równania kinematyki i dynamiki manipulatora, które określają jego możliwości wykonawcze; -użyty wskaźnik jakości sterowania wg. Którego wyznaczana jest trajektoria DWA GŁÓWNE ETAPY PRZEPROWADZANIA PLANOWANI TRAJEKTORII: 1. Planowanie trajektorii we współrzędnych uogólnionych, której odpowiada trajektoria tuchu chwytaka i członów manipulatora (w przestrzeni roboczej) łącząca położenie początkowe chwytaka z zadanym położeniem docelowym. 2. Parametryzacja czasem (etap planowania trajektorii z uwzględnieniem czasu) PROBLEMY GEOMETRYCZNE ZWIĄZANE Z TORAMI KARTEZJAŃSKIMI: -Problem I rodzaju- nieosiągalne punkty pośrednie: chociaż punkt trajektorii odpowiadający początkowemu położeniu manipulatora i punkt docelowy znajdują się w przestrzeni roboczej, to może się zdarzyć, że nie wszystkie punkty odcinka prostej między tymi punktami znajdują się w przestrzeni roboczej. -Problem II rodzaju- duże wartości prędkości kątowych w parach obrotowych w pobliżu osobliwości: w pewnych punktach przestrzeni roboczej manipulatora nie jest możliwe znalezienie skończonej wartości prędkości kątowej w każdej parze obrotowej odpowiadającej pożądanej prędkości członu roboczego określonej we współrzędnych kartezjańskich. -Problem III rodzaju- osiągnięcie położenia początkowego i docelowego w różnych konfiguracjach: w szczególności problem ten wystąpi jeśli punkt docelowy nie może być osiągnięty przy tej samej konfiguracji łańcucha tak jak w punkcie startowym. CHWYTAKI ROBOTÓW. DEFINICJA KIŚCI I CHWYTAKA: KIŚĆ SFERYCZNA- przeguby pomiędzy ramieniem manipulatora a chwytakiem (przeguby kiści są prawie zawsze obrotowe, a ich osie przecinają się w jednym punkcie) CHWYTAK- jest niezbędnym wyposażeniem jednostki kinematycznej maszyny manipulacyjnej wykonującej w procesie produkcyjnym zadanie transportowe. Podstawowym zadaniem chwytaka jest uchwycenie obiektu, trzymanie go w trakcie czynności manipulacyjnych i uwolnienie obiektu w miejscu docelowym. Chwytak jest urządzeniem nakładającym na transportowany obiekt tyle ograniczeń swobody ruchu , ile potrzeba do zapewnienia pożądanego w danym procesie produkcyjnym przebiegu transportowania. Ograniczenia ruchu transportowego obiektu realizowane są dwoma sposobami: -przez wytworzenie pola sił działających na obiekt- chwytanie siłowe; -przez wytworzenie połączeń między elementami chwytaka i obiektu, których więzy odbierają obiektom żądaną liczbę stopni swobody- chwytanie kształtowe. KLASYFIKACJA CHWYTAKÓW: Ze względu na zasadnicze różnice w budowie wyróżniono chwytaki: a) ze sztywnymi końcówkami chwytnymi: zalety: -prosta budowa połączeń w parach kinematycznych, zwartość konstrukcji; -wpływ sił tarcia ograniczony do minimum przez zastosowanie łożysk tocznych w obrotowych parach kinematycznych; wady: -obciążenie napędu mechanizmu siłami bocznymi, w przypadku niesymetrycznego obciążenia końcówek chwytaka; -zależność sił tarcia od położenia końcówek chwytnych; -zmienność siły chwytu w całym zakresie chwytania; -niezmienność początkowego i końcowego położenia końcówek chwytnych, tym samym stały zakres ich przemieszczania b) ze sprężystymi końcówkami chwytnymi; c)z elastycznymi końcówkami chwytnymi: zalety: -możliwości chwytania przedmiotów z narażonymi na uszkodzenie powłokami; -możliwość budowania chwytaków wielokońcówkowych- duża uniwersalność rozwiązań; -możliwość łatwego nastawienia wartości sił chwytu przez zmianę ciśnienia w końcówkach; -dobre przyleganie do powierzchni przedmiotu manipulacji; -tanie wykonanie i proces montażu wady: -starzenie i szybkie zużywanie się elementów elastycznych; -brak odporności na wysokie temperatury; -długie czasy zawierania i rozwierania końcówek chwytnych( konieczność napełnienia i opróżnienia wnętrza komór sprężonym powietrzem czy olejem) d) ze stopów metali wykazujących efekt pamięci kształtu e)adhezyjne PODCIŚNIENIOWE: zalety: -prostota konstrukcji; -mały koszt wykonania; -niewielki ciężar; wady: -przenoszone mogą być tylko te obiekty które mają powierzchnię płaską lub kulistą o dużej gładkości; -niezbędna jest szczelność przyssawki- przeszkodą jest występowanie drobin (opiłków metali) między obrzeżem przyssawki a powierzchnia chwytanego obiektu; -czas uchwycenia jest większy niż w przypadku innych chwytaków; -trwałość przyssawki gumowej jest niewielka; -ograniczona temperatura stosowania; -konieczność wprowadzenia do czaszy przyssawki krótkotrwałego impulsu ciśnieniowego w celu uwolnienia obiektu; -hałas powstający w wyniku rozprężania gazu f) adhezyjne MAGNETYCZNE: wady: -możliwość chwytanie jedynie przedmiotów wykonanych z materiałów ferromagnetycznych; -gwałtowne przemieszczenia obiektu manipulacji przy zbliżeniu się chwytaka ( powoduje to utratę dokładności położenia początkowego); -występowanie magnetyzmu szczątkowego, który powoduje przyciąganie drobin metalowych oraz utrudnia zwolnienie metalu; -zmniejszenie siły chwytu na skutek zabrudzenia miejsca uchwycenia np. opiłkami; -wydzielanie się ciepła w uzwojeniu elektromagnesu zalety: -materiały metalowe są zazwyczaj cięższe; Ze względu na zmianę właściwości ferromagnetycznych maksymalna temperatura pracy chwytaków elektromagnetycznych wynosi ok 600 stopni.g) specjalne- urządzenia chwytające WYSPOSAŻENIE CHWYTAKÓW Typowe wyposażenie chwytaków: -wymienne nakładki na końcówki chwytne; -czujniki; -urządzenia pomocnicze; -narzędzia technologiczne; Nakładki na końcówki chwytne mogą spełniać zadania: -chwytanie obiektu o ściśle określonym kształcie; -chwytanie obiektu o różnych wymiarach; -zapewnienie elastycznego styku końcówki chwytnej z powierzchnią chwytanego obiektu; -ustawienie powierzchni styku końcówki chwytnej z obiektem według wymagań procesu produkcyjnego; -powodowanie żądanych w procesie produkcyjnym trwałych deformacji obiektu manipulacji w miejsc uchwycenia; -izolowanie cieplne chwytaka; Podstawowe czujniki w jakie wyposażone są chwytaki maszyn manipulacyjnych stosowanych współcześnie w robotyzacji są: -czujniki zbliżenia chwytaka lub końcówek chwytnych do obiektu; -czujniki dotyku końcówek chwytnych do powierzchni obiektu; -czujniki nacisku końcówek chwytnych na obiekt; -czujniki temperatury; Narzędzia pomocnicze i narzędzia technologiczne stosowane jako wyposażenie chwytaków mogą realizować zadania: -technologiczne, których wykonanie w trakcie manipulacji nie wpływa na pewność uchwycenia obiektu; -eliminowania niedokładności wzajemnego ustawienia obiektu manipulacji i końcówek chwytnych albo obiektu manipulacji i urządzenia mocującego maszyny technologicznej; -właściwego ukierunkowania (zorientowania) obiektu manipulacji. WYBÓR SPOSOBU UCHWYCENIA Prawidłowe uchwycenie obiektu manipulacji jest zależne od: -sposobu unieruchomienia obiektu w chwytaku; -parametrów obiektu manipulacji; -początkowego ustawienia chwytaka względem obiektu; -warunków dynamicznych procesu manipulacji. Po dokonaniu wyboru kształtowego chwytania należy wykonać nasadki na końcówki chwytne (dokładny negatyw kształtu chwytnej powierzchni) i przymocować te nasadki do końców standardowego chwytaka. Po wyborze siłowego sposobu chwytania należy określić najbardziej niezawodny sposób uchwycenia danego obiektu przyjmując jako główny wyróżnik kształt chwytanego obiektu. ZASADY PROJEKTOWANIA CHWYTAKÓW Podstawowe zasady projektowania: -wybór miejsca uchwycenia; -obliczenie sił i momentów sił działających na obiekt w warunkach dynamicznych; -określenie liczb końcówek chwytnych, sposobu i zakresu ich przemieszczenia; -dobór układu przeniesienia napędu; -obliczanie zespołu napędowego; -opracowanie konstrukcji chwytaka, w tym także konstrukcji przyłącza Parametry wejściowe niezbędne do projektowania chwytaków: A)Warunki eksploatacji i warunki geometryczne stanowiska: 1)warunki eksploatacji- zakres dopuszczalnych parametrów otoczenia przy których zapewniane są żądane parametry techniczne i użytkowe chwytaka; 2)warunki gabarytowe strefy chwytania, sposób bazowania obiektu i ustawienie w pozycji chwytania; 3)wymiary gabarytowe strefy uwolnienia obiektu, sposób bazowania i parametry położenia obiektu w strefie uwolnienia. B)charakterystyki robota: 1)prędkość przyspieszenia poszczególnych zespołów ruchomych- określają siły bezwładności; 2)powtarzalność pozycjonowania- uwzględniana przy określeniu zakresu rozwarcia końcówek chwytnych; 3)rodzaj napędu- uwzględniany przy projektowaniu zespołu napędowego chwytaka; 4)zakończenie ramienia- miejsce przyłączenia chwytaka C)charakterystyka obiektu: 1)kształt i parametry geometryczne obiektu- określają kształt, parametry i liczbę końcówek chwytnych, konfigurację chwytaka, zakres rozwarcia końcówek chwytnych; 2)masa i charakterystyki bezwładnościowe obiektu- umożliwiają wyznaczenie sił bezwładności działających na obiekt podczas pracy robota; 3)charakterystyki wytrzymałościowe obiektu stanowią ograniczenie maksymalnej wartości siły chwytu; NAPĘDY. MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA RUCHU. UKŁADY SENSORYCZNE. UKŁAD NAPĘDOWY- układ przenoszący energię z sieci elektrycznej do zespołu robota (członów układu kinematycznego lub chwytaka) i składający się z: -układu zawierającego i sterującego pracą silnika napędowego; -silnika napędowego (serwomotoru) będącego źródłem energii mechanicznej; -przekładni mechanicznej łączącej silnik z zespołem robota, spełniającej zadanie mechanizmu do zmiany ilości i rodzaju ruchu(przekładnie redukcyjne), a gdy silnik wykonuje ruch obrotowy, są stosowane przekładnie przekształcające ten ruch na postępowy(koło zębate- zębatka, przekładnia i śruba toczna) ETAPY OBLICZANIA UKŁADU NAPĘDOWEGO: -ustalenie parametrów kinematyki, silnika i przekładni; -zdefiniowanie pożądanych osiągów manipulatora w terminach cyklów roboczych; -zdefiniowanie pozycji, prędkości, przyspieszenia dla każdego przegubu; -przejście do momentów w przegubie za pomocą dynamicznego modelu manipulatora (model ten powinien uwzględniać grawitacyjne i tarciowe siły i momenty) WYMAGANIA STAWIANE NAPĘDOM W ROBOTACH PRZEMYSŁOWYCH: 1) ze względu na dużą liczbę stopni swobody (z reguły 5-7)- konieczność sterowania grupą elementów wykonawczych 2) szerokie granice zmian zakresów obciążeń napędu z przewagą obciążeń inercyjnych (masowych) 3) duża dokładność pozycjonowania elementu roboczego robota oraz dobra jakość procesów dynamicznych 4) odtwarzanie żądanej trajektorii lub żądanej pozycji bez przeregulowań 5) z uwag na liczbę par kinematycznych manipulatora- wysoka dokładność 6) możliwość pracy robota ze znacznymi obciążeniami dynamicznymi i w nieustalonych warunkach eksploatacji 7) długotrwała praca w stanie bezruchu elementu roboczego NAPĘDY PNEUMATYCZNE: ZALETY: -prosta i niezawodna konstrukcja; -duża prędkość elementu wyjściowego napędu; -proste sterowanie sekwencyjne, gdyż pozycjonowanie odbywa się za pomocą zderzaków; -możliwość pracy w środowisku agresywnym i zagrożonym pożarem; -duży współczynnik sprawności; -mały stosunek masy napędu do uzyskiwanej mocy; -mały koszt napędu i całego robota oraz małe nakłady związane z eksploatacją; -odporność na przeciążenia i wibracje; WADY: -niestałość prędkości członu wyjściowego napędu w przypadku zmian obciążeń spowodowana ściśliwością czynnika roboczego; -ograniczona liczba punktów pozycjonowania (najczęściej dwa punkty); -konieczność wyhamowania członu wyjściowego napędu w końcowej fazie ruchu, ponieważ przy dużych prędkościach jego uderzenie o twardy zderzak powodowałoby znaczne przeciążenie dynamiczne; -głośna praca napędu NAPĘDY ELEKTROHYDRAULICZNE: ZALETY: -duża szybkość działania; -bezstopniowa regulacja prędkości elementu wyjściowego napędu; -bardzo dobre własności dynamiczne wynikające z korzystnego stosunku sił (momentów) czynnych do mas (momentów bezwładności); -łatwość sterowania, spokojny i płynny ruch; -mała wrażliwość na zmiany obciążenia i przeciążenia; -duża trwałość (elementy napędu są montowane przez czynnik roboczy); -duży wybór typowych elementów hydraulicznych wytwarzanych przez przemysł; WADY: -konieczność stosowania układów zasilających (zasilaczy hydraulicznych) co znacznie zwiększa jego masę; -mniejsza sprawność, większy koszt energii niż w przypadku napędów elektrycznych; -głośna praca, szczególnie przy dużych prędkościach obrotowych i ciśnieniach; -wrażliwość na zanieczyszczenia czynnika roboczego, co wymaga starannej i umiejętnej obsługi; -możliwość wystąpienia przecieków, ograniczających stosowanie w niektórych procesach produkcyjnych; -ograniczona trwałość ciecz roboczej; -możliwość pracy w temperaturach do 150°C; NAPĘDY ELEKTRYCZNE: Zalety: -mały koszt uzyskiwanej energii i proste doprowadzenie jej do silnika; -niezmienność parametrów pracy; -zwarta konstrukcja i małe wymiary urządzeń sterujących; -cicha praca (niski poziom szumu i wibracji); -brak zanieczyszczenia otoczenia; -bezpieczeństwo pracy; -duża szybkość działania i wysoka dokładność przemieszczeń (dzięki zastosowaniu cyfrowych układów pomiarowych z czujnikami impulsowymi o dużej dokładności); PRZEKŁADANIA MECHANICZNA W układach napędowych robotów stosowane są następujące rodzaje przekładni: -do przekazywania ruchu silnika do członów jego łańcucha kinematycznego (par kinematycznych); -przekształcające ruch obrotowy na postępowy; stosuje się wówczas gdy w układzie kinematycznym są ruchy translacyjne (postępowe) a silnik wykonuje ruch obrotowy; -redukcyjne służące do istotnej zmiany ilości ruchu (prędkości obrotowej) wysoką dokładnością przenoszenia ruchu, bezluznością, małymi momentami bezwładności wirujących mas i dużą sztywnością skrętną. UKŁADY SENSORYCZNE: Czujniki stosowane w robotach dzieli się na: -czujniki dostarczające informacje o parametrach charakteryzujących stan robota; -czujniki dostarczające informacje o stanie środowiska; Parametry stanu robota: położenie i prędkości jego członów oraz siły wywierane na człony. Parametry stanu otoczenia robota: położenie i orientacja w przestrzeni chwytanych przedmiotów ich kształty i barwy, parametry zaburzeń pracy robota oraz ważnego rodzaju specjalistyczne cechy środowiska, które należy znać przy wykorzystywaniu określonej operacji. UKŁADY POMIAROWE POŁOŻENIA I PRZEMIESZCZENIA: Układy te umożliwiają realizację pętli sprzężenia zwrotnego położeniowego. Wymagania stawiane układom pomiarowym: -duży zakres pomiarowy(nawet kilka m); -wysoka dokładność pomiaru ( dla ruchu postępowego, dla obrotowego); -przystosowanie do pracy w warunkach przemyszłowych (duże zapylenie, grożące wybuchem, drgania); -sygnał wyjściowy w postaci przebiegu elektrycznego, dogodnego do dalszego przetwarzania.;;Podstawowym elementem przetwornika dotykowego typu "sztuczna skóra" jest "matryca mikrokopuł" wykonana z cienkiej membrany metalowej. Mikrokopuły są sprężyste, przy czym każda z nich ma dwa stabilne położenia równowagi : 1. położenia wypukłe (na zewnątrz) jeśli nie działają na nie żadne siły zewnętrzne oprócz ciśnienia zasilającego. 2. położenie wklęsłe (do wewnątrz), jeżeli nad mikrokopułą pojawi się odpowiednia ???najczęściej?? skóry są wykonywane z przewodzących prąd elastomerów, które składają się z: -warstwy sztucznego lub naturalnego kauczuku mającego pożądane właściwości mechaniczne (elastyczność, odporność na rozdarcie); -zawieszonych w niej cząstek przewodzących prąd (grafit, węgiel aktywny, srebro miedź lub cynk) RYS; Efekt elastometryczny -rezystancyjny polega na zmianie rezystancji przebicia między dwiema elektrodami przyłożonymi do elastomeru w zależności od zewnętrznej siły nacisku na elektrody. Zwiększenie siły nacisku powoduje zmniejszenie rezystancji przejścia i zwiększenie prądu płynącego przez elektrody. UKŁADY WIZYJNE: Zadania układów wizyjnych: -detekcji- polegające na wykryciu obecności przedmiotu o znanym kształcie, podawanego przez podajnik do ściśle określonego miejsca, ze ściśle określoną orientacją; -klasyfikacji- polegające na przyporządkowaniu wykrytego przedmiotu jednej z kolku możliwych klas przedmiotów.; -wyznaczenia współrzędnych przedmiotów w dwuwymiarowej płaszczyźnie podejmowania lub stołu montażowego lub w przestrzeni trójwymiarowej. Podstawowe metody rozpoznawania obrazu: -optyczne- w których wykorzystuje się układ soczewek skupiających, do dokonywania przy jego użyciu transformaty Fouriera; -cyfrowe- polegające na komputerowym wykorzystywaniu metod matematycznych: statystyki , teorii podejmowania decyzji, teorii informacji i opracowanego na ich podstawie specjalistycznego oprogramowania; -biologiczne(biocybernetyczne)- polegające na zastosowaniu sztucznych sieci neuronowych. Sterowanie i programowanie robotów. STEROWANIE ROBOTÓW. Funkcją układu sterowania na podstawie zadanej trajektorii jest wyznaczenie takich sygnałów sterujących napędami manipulatora, które umożliwiają jej realizację. Najczęściej sygnały te są obliczane na podstawie informacji pochodzącej z czujników sprzężenia zwrotnego. STEROWNIK ROBOTA Sterownik robota jest zwykle urządzeniem opartym na mikroprocesorze, które może być programowane za pomocą instrukcji w celu opisania operacji robota i sterowania jego pracą. Sterownik robota: 1)napędza silniki przymocowane do każdej osi robota i koordynuje ruch każdej osi; 2)może włączać i wyłączać cyfrowe i analogowe sygnały wejściowe i wyjściowe; 3)komunikuje się z innymi sterownikami, komputerami osobistymi (PCs) lub komputerem głównym (host computer); 4)używa sensorów do otrzymania informacji o środowisku robota BLOKI FUNKCJONALNE STEROWNIKA: a) Interfejs użytkownika: Blok ten jest interfejsem między robotem i operatorem przez urządzenia takie jak pulpit nauczania lub komputer osobisty. Interfejs ten dostarcza operatorowi środków do tworzenia programów "krokowania" robota, nauczania pozycji, wykonywania diagnostyki. b)Pamięć programu robota i pamięć parametrów sterowania Blok ten przechowuje program robota i zmienne sterowania osiami robota. Bloku tego używają również inne sterowniki zewnętrzne poprzez blok komunikacji sieciowej. c) Blok wykonywania sekwencji programu Blok ten wykonuje program robota powstały przez interpretowanie interfejsu użytkownika i zapisuje go w bloku pamięci programu. Blok wykonania interpretuje rozkazy w programie i wysyła informację dla bloku sterowania ruchem w celu poruszania osiami robota. d)Blok sterowania ruchem Blok ten steruje ruchem robota stosownie do informacji pobranej od bloku wykonywania sekwencji programu. Blok ten również komunikuje się z blokiem sterowania sensorów i modyfikuje ścieżkę na podstawie informacji otrzymanej z sensorów. e)Blok wejść/wyjść Blok sterowania 1/0 steruje efektorem końcowym i urządzeniami peryferyjnymi i komunikuje się ze sterownikami zewnętrznymi np. sterownikami programowalnymi. Sygnały we/wy mogą być analogowe lub cyfrowe. f)Blok sterowania sensorycznego Blok sterowania sensorami komunikuje sygnały sensoryczne ze sterownikiem robota. Sygnały sensoryczne mogą reprezentować dane pozycyjne lub przesunięcia ścieżki, dane dotyczące nastawienia szybkości czy dane dotyczące modyfikacji procesu g)Blok komunikacji sieciowej. TRZY POZIOMY PROGRAMOWANIA ROBOTA: 1. Programowanie przez nauczanie: Metoda ta polega na przemieszczeniu robota do pożądanego punktu docelowego i zapisywaniu jego pozycji w pamięci programatora, a następnie jej odczytywaniu. W fazie nauczania robota, użytkownik może "ręcznie" prowadzić robota lub sterować nim za pomocą ręcznego programatora, który umożliwia sterowanie każdym połączeniem ruchomym manipulatora lub każdym stopniem. Niektóre z takich sterowników pozwalają na sprawdzenie warunków i wybór opcji działania co umożliwia zapis prostych programów logicznych. 2. Języki bezpośredniego programowania robotów. Zazwyczaj języki komputerowego programowania robotów wykonują specjalne cechy, wynikające ze specjalistki programowania manipulatorów. Podzielić je można na trzy kategorie: -wyspecjalizowane języki manipulacyjne; -biblioteka podprogramów robota dla istniejącego języka komputerowego; -biblioteka podprogramów robota dla nowego języka opóźnionego przeznaczenia. 3. Języki programowania na poziomie zadanie. Zalicza się tutaj języki, które pozwalają użytkownikowi na wskazanie wprost pożądanych celów zamiast wyszczególniania każdego działania robota. W takim systemie użytkownik ma możliwość włączenia instrukcji do programu opracowanego na znacznym wyższym poziomie niż język bezpośredniego programowania robota. System programowania robota na poziomie zadania powinien mieć zdolność do automatycznego wykonywania wieli planowanych zadań. PROGRAM ROBOTA Jest zwykle pisany w wysoko poziomowym języku robota z rozkazami dla ruchu wejść/wyjść sekwencji programu sterowania narzędziami oraz specyfikacjami aplikacji. 1. Rozkaz ruchu – może zawierać następujące elementy: a) dane ???? w konfiguracji przegubów. W reprezentacji kartezjańskiej zapisywana jest pozycja i orientacja TCP. W reprezentacji konfiguracji przegubów zapisywane są wartości przesunięcia od pozycji zerowej. b) typ interpretacji- podaje jak poruszać się do wyspecyfikowanej pozycji (wybierana jest albo interpolacja przegubna, linowa lub kołowa). c) szybkość- określa szybkość przemieszczenia robota dla pozycji docelowej. W interpolacji przegubowej podaje się stosunek szybkości do maksymalnej szybkości połączenia. W liniowej lub kołowej podaje się szybkość TCP. Czasami podaje się czas osiągnięcia pozycji docelowej. d) typ zakończenia- podaje jak robot ma poruszać się przez pozycję docelową. Można podać zatrzymanie w pozycji docelowej lub zbliżenie się do niej bez zatrzymywania. W pierwszym przypadku operator może podać jak blisko robot powinien dojść do pozycji docelowej. 2.Rozkazy sekwencji programu a)Rozkazy rozgałęzienia – mogą dotyczyć rozgałęzień bezwarunkowych (skok do konkretnej linii bez jakiegokolwiek warunku) lub warunkowych (wyspecyfikowany warunek jest prawdą lub fałszem). b)rozkazy oczekiwania – używa się do czekania przez określony czas lub do momentu spełnienia konkretnego warunku. W ostatnim przypadku może być wyspecyfikowany upływ czasu jeżeli warunek nie zostanie spełniony. c)rozkazy wywołania – wywołują podprogram. Dostępne mogą być argumenty lub wartości powrotu. Rozkazy wywołania mogą wywoływać podprogram pośrednio. Wysyłany podprogram zwraca sterowanie do programu wywołującego przy rozkazie powrotu. 3. Rozkazy sterowania zdarzeniami. Sekwencja rozkazów nie może być wykonana podczas pauzy lub równolegle za pomocą bieżącego rozkazu programu gdy spełniony jest wyspecyfikowany warunek. Rozkaz ten jest przydatny, gdy występuje zdarzenie, które nie może być wcześniej zdefiniowane, jak wejście monitoringu do operatora czy wypadnięcie elementu z chwytaka podczas wykonywania programu. 4.Rozkazy aplikacyjne Rozkazów tych używa się do wykonywania specyficznego dla zastosowania (aplikacji) ruchu lub specyficznej sekwencji.