ROBOT:Wg A. Moreckiego to urządzenie techniczne przeznaczone do realizacji niektórych czynności manipulacyjnych i lokomocyjnych człowieka, mające określony poziom energetyczny, informacyjny i sztucznej inteligencji. Wg normy ISO: Manipulacyjny robot przemysłowy jest automatycznie sterowana, programowaną, wielozadaniowa maszyna manipulacyjna o wielu stopniach swobody, posiadajaca zdolnosci manipulacyjne lub lokomocyjne, stacjonarna lub mobilna, dla waznych zastosowan przemyslowych. Wg H.J. Warencke- Robot to urządzenie przeznaczone do automatycznej manipulacji z mozliwoscia wykonania programowalnych ruchów względem kilku osi, zaopatrzone w chwytaki lub narzedzia i skonstruowane specjalnie do zastosowana w przemyśle. Roboty przemysłowe to podklasa robotów.

Manipulator (przemysłowy) - urządzenie przeznaczone do wspomagania lub całkowitego zastąpienia człowieka przy wykonywaniu czynności manipulacyjnych w przemysłowym procesie produkcyjnym. Sterowanie manipulatorem odbywa się ręcznie lub automatycznie za pomocą własnego układu sterującego. Rozróżniamy : Manipulator automatyczny- urzadzenie o niezmiennym programie wykonywanych ruchów. Manipulator zdalny(telepoperetor)- manipulator posiadajacy własny napęd i zdalnie sterowny przez czlowieka. Manipulator reczny- manipulator wprawiany w ruch sila miesni ludzkich. Pedipulator- maszyna kroczaca, dwa lub wiecej nozna , o roznym stopniu automatycznosci.

W skład schematu funckcjonalnego robota (irb) wchodzą: -podstawa:płyta lub inna konstrukcja (nieruchoma), która jest pierwszym członem; -korpus: obudowa elementów zespołów ruchów ramienia; -raemię dolne i górne; -przegub(kiść, nadgarstek) część układu ruchu między elementem roboczym a ramieniem, orientuje element roboczy;

-element roboczy: np chwytak lub wkręt itp; -sterowanie; -napędy;

Różnice między manipulatorem a robotem: a)manipulator: -wykonuje zamkniety cykl ruchow powtarzalnych; -na ogół ma sztywny program(z reguly zmiana programu pracy manipulatora wymaga fizycznych zmian w jego konstrokcji); -sztywny program wspolpracy z ewentualnymi urządzeniami technologicznymi.

b)robot:-może realizować duża liczbę różnorodnych czynności manipulacyjnych za pomoca sygnałó generowanych generowanych programowalnym układzie sterowania; -najczęściej czynności powtarzalne ale mogące ulec zmianie odpowiednio do zmiany programu, stanu środowiska lub podanie informacji; -cykl ruchów manipulacyjnych kl=lub (i0 lokomocyjnych; -wykorzystaniu układu wejść/wyjść dla współpracy z urządzeniami technologicznymi, układami sensorów, systemami komunikacji.

Łańcuch kinematyczny - układ kinematyczny, którego człony są połączone szeregowo(zbior ogniw polaczonych przegubami) o--o--o. Składa się z: -odcinek globalny- okresla zdolnosci lokomocyjne robota; -odcinek regionalny- okresla ruchy manipulacyjne(osiaganie odp. polozenia); -odcinek lokalny- okresla orjentacje przedmiotu lub narzędzia.

Przegub-uklad kinematyczny przenoszacy ruch od np.silnikow.

Ogniwa-poszczególne czlony robota polaczone przegubami.

Klasy polaczen -jest to liczba okreslajaca liczbe stopni swobody i liczbe wiezow danego polaczenia(przegubu). (rysunki z klocakmi).kl.I :liczba stopni swobody 5; liczba więzów 1(blat + kulka). kl.II: l.s.s. 4; l.w. 2(blat + walec). kl.III: l.s.s. 3; l.w. 3(blat + klocek). kl.IV: l.s.s. 2; l.w. 4(rurka w rurce). kl.V: l.s.s. 1; l.w. 5(klocek wysuwany z rurki).

{***********************SYMBOLE I SCHEMATY ŁAŃCUCHÓW************************}

Manewrowość manipulatora - liczba swobody dla łańcucha, który ma unieruchomiony pierwszy i ostatni człon. M=R-6 gdzie R to ruchliwość.

Ruchliwość - to liczba stopni swobody łańcucha kinetycznego z unieruchomionym I członem. R= 6(n - 1) - _i=1Σ⁵ pi i gdzie: n - liczba ogniw, i - nr klasy przegubu, pi - liczba przegubów „i” tej klasy.

Redundancja (nadmiarowość) łańcucha kinematycznego świadczy o posiadaniu przez łańcuch kinematyczny nadmiarowych stopni swobody.

Stopień redundancji manipulatora - jeśli manipulator posiada n stopni swobody, a trajektorie można zapisać za pomocą m współrzędnych to różnicę n - m nazywamy stopniem redundancji manipulatora względem określonej klasy trajektorii (m). Jeżli n-m>0 to manipulator jest redundantny. Jeśli n=m to manipulator jest nieredundantny.

Przestrzeń robocza-miejsce geometryczne tych punktow do których można dotrzec z koncem efektora.(pomocnicza)-przestrzen poruszania się opcjonalnych czlonow odc.lokalnego.

Przestrzeń kolizyjna- to przestrzen w ktorej zawieraja się i przemieszczaja wszystkie ogniwa lancucha kinematycznego.

Przestrzeń jałowa- jest to przestrzen kolizyjna -(minus) przestrzen robocza.

Klasyfikacja robotów przemysłowych: -robot sekwencyjny wyposażony w sekwencyjny (wykonując kolejnoi zaprogramowane ruchy i czynności) układ sterowania; -robot realizujący zadane trajektorie który realizuje ustaloną procedurę sterowanych ruchów według instrukcji programowych specyfikujących żądane położenie oraz żądaną prędkość ruchu; -robot adaptacyjny mający sensoryczny lub adaptacyjny układ sterowania, względnie uczący się układ sterowania. Przykładem jest robot wyposażony w czujniki wizyjne w którym jest możliwa korekta ruchów podczas pobierania elementów, montażu lub spawania łukowego.; -teleoperator ze sterowaniem zdalnym realizowanym przez operator lub komputer.

Klasyfikacja ze względu na generacje: I Generacji: nie mają czujnikow ,sensorów wewnetrznych(głuche i ślepe), II Generacji: maja czujniki zewnetrzne, male mozliwosci rozpoznawania zmian otoczenia, III Generacji: takie jak II posiadajace komputer nadrzedny streujacy wszystkim(inteligentne).

Roboty mają zastosowania do celów przemysłowych, naukowych, szkoleniowych, badawczych pod wodą i w przestrzeniu ksomicznej, medycznych oraz w celach specjalnych np. walki z terrorystami.

Roboty dymensyjne(zlozone) - umozliwiaja pozycjonowanie do dowolnego punktu w przestrzeni roboczej.

Roboty proste - zespoly ruchu umozliwiaja osiagniecie tylko skrajnych polozen.

Liczba możliwych konfiguracji struktur łańcucha kinematycznego: V=6ⁿ gdzie n - liczba stopni swobody ł.k.

Konfiguracje i typy: TTT - robot o współ. kartezjańskich; RTT - robot o współ. cylindrycznych; RTR - robot o współ. sferycznych; RRR - robot o współ. kątowych (antropomorficzny). T - translacja, R - rotacja.

Zakładając _┴ albo ║ 3 przegubów mamy : T_┴T_┴T - robot kartezjański; T║R_┴T - robot cylindryczny; R_┴R_┴T - robot sferyczny; R_┴R║R - robot antropomorficzny.

SCAN

Proste zadanie kinematyki - polega na wyznaczeniu orientacyjnego punktu pracy we współrzędnych zewnętrznych, jeśli znane są wszystkie nastawy w przegubach (g).

- proste równanie kinematyki gdzie x współrzędna opisująca punkt pracy, q współrzędne naturalne robota. Równanie to wyraża położenie i orientacje punktu pracy we współrzędnych zewnętrznych jeśli znamy współrzędne wewnętrzne.

Odwrotne zadanie kinematyki - polega na znalezieniu nastaw w przegubach jeśli znane jest położenie i orientacja punktu pracy określone w układzie zewnętrznym.

- odwrotne równanie kinematyki podaje nam zależność nastawu w przegubach robota, od położeń i orientacji punktów pracy.

Metody programowania- programowanie przez zmianę położeń ; przez wymianę nośnika programu; przez uczenie; za pomocą języka programowania wyzszego poziomu;

Podstawowe zadania układu sterowania robotów: -programowanie robota i wprowadzenie danych do pamięci; -przechowywyanie programu; -egzekucja programu-oddziaływanie na napędy itp.; -reagowanie na informacje napływając z otoczenia(od urządzeń współpracujących, od człowieka); -umożliwienie sterowania ręcznego.

Klasyfikacje układów sterowania: -układy nie komputerowe = ukł. realizujące pozycjonowanie w układzie otwartym; -ukł. komputerowe = ukł. realizujące pozycjonowanie w ukł. zamkniętym; -ukł pneumatyczne = programowanie przez zmiane połączeń np. w matrycy diodowej; -ukł elektryczne = programowanie przez wymiane nośnika programu; -ukł sterowania z pozycjonowaniem zderzakowym = pozycjonowanie za pomocą języka symbolicznego; -ukł sterowania z pozycjonowaniem dywersyjnym.

Wszystkie układy sterowania robotów przemysłowych są układami o strukturze hierarchicznej tzn. struktura funkcjonalna jest strukturą hierarchiczną zmieniającą różne poziomy hierarchii. Dwie podstawowe warstwy to: -warstawa najniższa(sterowania napędu); -warstwa najwyższa(warstwa koordynacji).

Warstwy hierarchiczności układów sterowania i ich zadania: 1.warstwa planowania -zadania w sztucznej inteligencji przekształca info o zadaniach na operacje zadania. 2.warstwa rozpoznawania przedmiotu to warstwa w której znajduje się system rozpoznania przedmiotu np. system wizyjny. Umożliwia on określenie rodzaju, położenia i orientacje zidentyfikowanego przedmiotu. 3.warsta planowania trajektorji ruchu: - uczenie (zapamietywanie wartosci wspolrzednych poszczegolnych elemetow które odpowiadaja punktom trajektori w trakcie sterowania recznego); - wyznaczanie przebiegow czasowych wspolrzednych tak aby przemiescic się wedlug zadanych trajektori do punktu koncowego; - zoptymalizowanie ruchu( w czasie i energi).4. warstwa koordynacji napedu wyznacza parametry wlaczana poszczegulnych napedow; zalezy od zapisanego programu i zdarzen zewnętrznych. Zalezy też od zdarzeń wewnętrznych (np. osiągnięcia w poprzednim kroku programu określonych położeń). 5. warstwa sterowania napedem: - uruchamianie silnikow(silownikow) w odpowiedznich odstepach czasu ( o tym decyduje warstwa koordynacji); - wykonanie ruchu dla zadanego polozenia; - hamowanie i zatrzymanie napedu po dojsciu do polozenia. Warstwa sterowania napędów potrzebuje parametrów parametrów warstwy wyższej tj. sygnałó o momencie rozpoczęcia ruchów, wartości położeń końcowych.

Metody programowania robotow przemysłowych: I Online(na stanowisku pracy): 1.Programowanie ręczne; 2.Programowanie przez nauczanie: a)progrmowanie dyskretne(PTP); b)programowanie ciągłe(CP); II.Off-line (poza stanowiskiem pracy robota): 1. Programowaniez apomoca tektowych języków programowania.

Sterowanie PTP - sekwencyjne wykonywanie czynnośc tj. ustalanie współrzędnych a anstepnie ich zapamiętywanie. W procesie odtwarzania trajektoria między dwoma punktami pokonywana jest po lini prostej.

Sterowanie CP - probkowanie z dostatecznie dużą częstotliwością przemieszczenia robota w czasie.

Pozycjonowanie przez przestawianie - periodyczne i aperiodyczne, odhchyłka statyczna, PTP.

pozycjonowanie przez nadąrzanie - zadana, realizowana, odchylka dynamiczna CP.

Układ regulacji otwarty (tor) [obiekt sterujacy] ---- syg----> [obiekt sterowany]

Układ regulacji ze sprzężeniem [obiekt sterujacy] ---- syg----> <-- inf---[obiekt sterowany]

Zadanie pozycjonowania: realizacja ruchu robota, okreslenie wlkosci sterujących dla sterownika napędu.

Elastycznym systemem produkcyjnym, w skrócie FMS nazywa się zespół sterowanych numerycznie obrabiarek CNC zintegrowanych poprzez zautomatyzowany transport i magazynowanie oraz wspólne sterowanie komputerowe.

Elementy elastycznego systemu produkcyjnego: -maszyny i urządzenia produkcyjne np. obrabiarki, maszyny pomiarowe; -urządzenia transportowe np. roboty przemysłowe, transportery, wózki sterowane automatycznie; -magazyny np. zautomatyzowany magazyn centralny (AS/RS), magazyny lokalne, bufory między operacyjne przy obrabiarkach; -sieć nadzorujących komputerów i mikroprocesorów realizującyh m.in. śledzenie stanu wykonywanych częśći, przekazywania instrukcji wykonywania poszczególnych operacji do maszyn z jednoczesnym zabezpieczeniem dostępności potrzebnych narzędzi..

Elastyczna sieć produkcyjna - na ogół składa się z kilku wzajem powiązanych linii, gniazd lub pojedynczych modułów. Jest to najbardziej złożony rodzaj elastycznego systemu produkcyjnego.

Podsystemy:

Elastyczny moduł produkcyjny - jest to najprostszy typ FMS( elastyczny moduł produkcyjny). Składa się z jednej obrabiarki ogólnego przeznaczenia sterowanej numerycznie przez komputer, wyposażonej w zmieniacze narzędzi i palet (np. robot), oraz bufora półfabrykatów i obrabianych detali. Elastyczny moduł produkcyjny znany jest również jako autonomiczna stacja obróbkowa.

Elastyczne gniazdo produkcyjne - składa się z kilku modułów produkcyjnych związanych z pewnym rodzajem wyrobu lub procesu technologicznego, zintegrowanych wzajemnie poprzez transport, magazynowanie i wspólne sterowanie komputerowe.

Elastyczna linia produkcyjna - zbiór specjalistycznych maszyn rozmieszczonych w ustalonym porządku, w którym każda operacja może być wykonywana na jednej maszynie. Pracuje podobnie jak automatyczna linia produkcyjna, różni się od niej zdolnością do częstych i szybkich przezbrojeń.

Modele wejściowo-wyjściowe:

u(t)-->obiekt-->y(t)

u(s)-->K(s)-->y(s) jeślu układ jest liniowy, stacjonarny, ciągły K(s)=y(s)/u(s);

u(s)=L[u(t)]

y(s)=L[y(t)]

K(s)=def=y(s)/u(s)=L(s)/M(s)
Liniowość: systemy liniowe to takie w których obowiązuje zasada superpozycji,

Ciągłość: ciągłe sygnały opisujące system lub element to ciągłe funkcje czasu,

Stacjonarność: stacjonarne to takie układy, w których parametry występują w modelu matematycznym, nie zależą od czasu,

Dyskretność: dyskretne sygnały opisujące system są dyskretnymi funkcjami czasu,

Niestacjonarność: stacjonarne to układy, w których co najmniej jeden z parametrów jest funkcją czasu,

Nieliniowość: systemy nieliniowe, nie obowiązuje w nich zasada superpozycji.

Transmitancja operatorowa - jeżeli układ jest liniowy, ciągły, stacjonarny, jednowymiarowy, to transmitancję operatorową układu nazywamy stosunek operatorowej odpowiedzi na wyjściu do operatorowego sygnału wejściowego, przy zerowych warunkach początkowych. Transmitancja operatorowa jest najważniejszym modelem matematycznym wejście/wyjście.

Transformata Laplace’a odwrotna: obliczamy jako sumę residuów funkcji F(s)^st; residua obliczamy w biegunach F(s)e^st (si biegunie funkcji F(s)*e^st);

Charakterystyka jednostkowa (odpowiedź jednostkowa na skok jednostkowy): jeśli u(t)=1(t)= 1 gdy t > 0 i 0 gdy t < 0.

Charakterystyka impulsowa: u(t)=δ(t) - delta Diraca (impuls jednostkowy), (całka od -∞ do ∞) ∫ δ(t)dt=1;

Podstawowe własności transformacji Laplace’a: Linowość: L[a₁*f₁(t)+a₂*f₂(t)]= a₁L[f₁(t)]+a₂ L[f₂(t)]= a₁F₁(s)+ a₂F₂(s); różniczkowanie względem czasu: L[df(t)/dt]=s*L[f(t)] - f(0) = s*F(s) - f(0). K(s)=L(s)/M(s), jeżeli s1,s2,...,sl nazywamy zerami transmitancji K(s); rozwiązania równania M(s)=0 to tak zwane bieguny transmitancji K(s). Położenie zer i biegunów transmitancji określa własności dynamiczne, zachowanie się układu. Takie położenie biegunów (wszystkie bieguny leżą w lewej płaszczyźnie zespolonej świadczy, że taki układ jest stabilny; całkowanie względem czasu: L[₀∫ ^tf(t)dt]=1/s *L[f(t)]=F(s)/s ta własność całkowania funkcji czasu odpowiada dzieleniu przez zmienną zespoloną s transformaty; wartość początkowa: lim (t ->0+) f(t)= lim (s->∞) s*F(s); wartość końcowa: lim (t->∞) f(t)=lim (s->0) s*F(s); przesunięcie w czasie jeśli L[f(t)]=F(s) to L[f(t-T)]= e^-Ts F(s), K(s)=y(s)/u(s)=L(s)/M(s); dany sygnał u₁(t), poszukujemy y₁(t): K(s)=y(s)/u(s)=y₁(s)/u₁(s) -> y₁(s)=K(s)* u₁(s).

35. Pojęcie operatorowej transmitancji macierzowej:

u₁---ax= [x1] ----ay₁

u_r --a [x_n] ----ay_m

x`=Ax+Bu /

y=Cx+Du / L

sx(s)=[sx₁(s)] x(s)=L[x(t)]=L[x₁(t)]

[sx₂(s)] [x₂(t)]

[: ] [: ]

[sx_n(s)] [x_n(s)]

x(s)=[x₁(s)] Sx(s)=A*x(s)+Bu(s)

[x₂(s)] Y(s)=C*x(s)+D*u(s)

[x_n(s)]

Pozycjonowanie dokładne (na przykładzie Irb-6) polega na tym że każda z osi robota musi osiągnąć zadane położenie z maksymalną dokładnością; ruch kończy się gdy każda z osi osiągnie z max dokładnością zadane położenie.

Pozycjonowanie zgrubne (na przykładzie Irb-6) polega na tym, że w tym samym momencie następuje włączenie wszystkich napędów biorących udział w ruchu do punktu „p”; napędy zostają wyłączone kiedy pierwsza z osi osiągnie zadane położenie.

Pozycjonowanie liniowe (na przykładzie Irb-6) polega na tym, że w jednym momencie zostaja włączone wszystkie napędy biorące udział w ruchu i wszystkie napędy zostają wyłączone w tym samym momencie po osiągnięciu punktu P, a ruch poszczególnych osi jest liniowy(ze stałą prędkością).