1. Trzy grupy czynników wpływające na rozwój robotyzacji.

Istnieje wiele czynników stymulujących rozwój robotyki przemysłowej i coraz szerszego stosowania robotów w nowoczesnym przemyśle. Podzielono je na trzy grupy:

• Czynniki społeczne - W wielu krajach np. w Japonii istnieje niedobór siły roboczej do wykonywania prac żmudnych i monotonnych. Niedobory pracowników na tych stanowiskach pracy uzupełniano robotami.

• Czynniki ekonomiczne - Zmienne wymagania rynkowe zmuszają do produkowania szerokiego asortymentu wyrobów w partiach o niewielkiej liczności. Osiąga się to poprzez instalowanie robotów.

• Czynniki techniczne - Postęp w konstrukcji elementów automatyzacji oraz masowy rozwój techniki mikrokomputerowej sprawił, że produkcja robotów stała się opłacalna.

2. Kiedy, i przez kogo, po raz pierwszy został wprowadzony termin „Robot” ?

Termin „robot" został wprowadzony w 1920 r. przez czeskiego pisarza Karola Capka w napisanej w 1920 r. sztuce R.U.R. (Rossumus Universal Robots) dla określenia maszyny o wyglądzie ludzkim, mającej pewne właściwości intelektualne, wolnej od wszelkich uczuć i zdolnej do podejmowania samodzielnych decyzji.

3. Podać kryteria wg których możemy klasyfikować roboty.

Istnieje wiele różnych klasyfikacji oraz sposobów systematyzacji robotów. Zależy to od przyjętych kryteriów, którymi czasami mogą być, np. kształt, budowa, przeznaczenie czy wreszcie wyposażenie w mniej lub bardziej zaawansowane układy techniczne.

Według Moreckiego i Knapczyka [33] roboty możemy podzielić na trzy klasy:

• biotechniczne

• automatyczne:

• interakcyjne:

Przyjmując kryterium podziału według przeznaczenia, możemy wyróżnić następujące klasy robotów:

• do celów przemysłowych,

• do celów badawczych pod wodą, w przestrzeni kosmicznej i na powierzchni innych planet,

• do celów wojskowych,

• do badań naukowych,

• do celów szkoleniowych.

Roboty przemysłowe możemy podzielić na jednoramienne i wieloramienne, na jednolite i modułowe składane z typowych modułów. Ogólnie możemy podzielić roboty przemysłowe wg tzw. cech użytkowych, rozumianych jako zestaw podstawowych właściwości kinematycznych, mechanicznych i informatycznych, które pozwalają określić podstawowe właściwości i możliwości użytkowe robota. Według kryterium własności dynamicznych można wyróżnić roboty o osiągach związanych z przemieszczeniem i prędkością ruchu. Oddzielnym kryterium może być dokładność położenia, orientacji oraz zapewnienia żądanej dokładności w określonych sferach przestrzeni roboczej. Według kryterium sterowania wyróżniamy roboty z prostym elektromechanicznym układem sterowania wyposażonym w ograniczniki ruchu i wyłączniki aż do wyszukanych komputerowych układów sterownia typu on-line.

4. Schemat struktury robota I, II i III generacji.

Struktura robota I generacji

Struktura robota II generacji

Struktura robota II generacji

5. Modułowe komponenty robota przemysłowego.

Mając do dyspozycji: efektor robota, moduł ramienia, moduł pochylenia, moduły kolumny, moduły podstawy, możemy stworzyć trzy roboty o odmiennych strukturach kinematycznych - robota klasy 3T (kartezjański), robota klasy 2T1R (cylindryczny) i robota klasy 1T2R (sferyczny).

Wykorzystując do budowy manipulatorów zespoły ruchów regionalnych ramiona, kolumnę, obrotnicę, oraz włączając dodatkowo do tego zbioru zespołów zespół przegubowy, można otrzymać dużą liczbę odmian kinematycznych struktur manipulatorów przemysłowych.

6. Trzy formy ruchliwości robota przemysłowego

Ruchliwość robotów zawiera się w trzech formach:

• ruchliwości powierzchniowej,

• w ruchliwości przestrzennej.

Roboty mogą być montowane na szynach wykazując przy tym ruchliwość liniową, umożliwiającą robotom przemieszczanie się do tyłu i do przodu na szynach i  obsługiwanie kilku    urządzeń    znajdujących    się    w    linii.    Przemieszczanie powierzchniowe umożliwia poruszanie się w dwóch kierunkach, do przodu i do tyłu
oraz pomiędzy maszynami. Ruchliwość przestrzenną wykazują roboty zamontowane na suwnicach (zwane portalowymi lub bramowymi) lub wózkach szynowych z podnośnikiem.

7. Transformacja prosta robota na przykładzie robota o dwóch stopniach swobody ( szkic + zależność)

Manipulator robota przemysłowego stanowi zespół członów połączonych ze sobą szeregowo parami kinematycznymi, które umożliwiają ich względny ruch obrotowy i przesuwny. Przedmiotem kinematyki manipulatorów są wszystkie geometryczne i czasowe właściwości ruchu. Manipulatory składają się z członów prawie sztywnych, połączonych w sposób umożliwiający ruch względny sąsiednich członów W połączeniach ruchowych umieszcza się zwykle czujniki położenia, umożliwiające pomiar względnych położeń sąsiednich członów. W przypadku par obrotowych te przemieszczenia względne nazywane są kątami konfiguracyjnymi. W niektórych manipulatorach występują pary przesuwne. Względne przemieszczenie między członami w takiej parze jest przesunięciem, czasem zwanym odsunięciem wzdłuż osi pary. Na swobodnym końcu łańcucha członów, tworzącego manipulator, znajduje się człon roboczy. Odpowiednio do przewidywanego zastosowania członem roboczym może być chwytaki uchwyt elektrody spawalniczej lub inne urządzenie. Położenie manipulatora przedstawiamy zwykle w postaci opisu położenia układu współrzędnych narzędzia związanego z końcówką wykonawczą, względem układu współrzędnych podstawy, związanego z nieruchomą podstawą manipulatora. Podstawowym zadaniem w badaniu manipulacji mechanicznej jest tzw. proste zadanie kinematyki. Jest to zadanie statyczno-geometryczne polegające na obliczeniu pozycji i orientacji członu roboczego manipulatora. W szczególności w przypadku, gdy dany jest zbiór kątów konfiguracyjnych, proste zadanie kinematyki polega na obliczeniu pozycji i orientacji układu narzędzia względem podstawy. Na rys. 3.3. pokazano w płaszczyźnie xy obrót wokół osi z o kąt α i przesuniecie o r_o wektora narzędzia W.

Transformacja wektora narzędzia w

Wektor W odwzorowuje się w układzie współrzędnych zewnętrznych xy za pomocą wektorów jednostkowych e_x, e_y, więc

X_Po = x_w cos α- y _w sina + x₀

y _Po = x_w cos α- y _w sina + y₀

Zapis macierzowy w stałym zewnętrznym kładzie współrzędnych x, y z będzie miał postać:

Transformację A narzędzia W można przedstawić w postaci jednorodnej macierzy składającej się z podmacierzy o orientacji R o wymiarach 3x3 i wektorach położenia P, gdzie:

R=[e_x e_y e_z], P=r_o

Łańcuch przegubów odpowiada w stałym układzie współrzędnych kolejnym elementem transformacjom A₁......A_n, gdzie spełniona jest zależność:

T_n=A₁A₂......A_n-1A_n

Transformacje wierzchołka narzędzia można rozłożyć na dwa podukłady:

ramienia a

⁰T_u=³T3=A₁A₂A₃

kiści w

⁰T_u=³T₆=A₃A₄A₆

Manipulator Stanfordzki posiada sześć osi sterowanych, pięć rotacyjnych i jedną translacyją (rys 3.4). Położenie i orientację trzeciej osi względem podstawy oraz położenie i orientację szóstej osi względem trzeciej przedstawiono poniżej:

TU MA BYC RYSUNEK Z STRONY 56 ( NIE ZAŁAŃCZAM BO ZAJMUJE DUŻO MIEJSCA )

8. Transformacja odwrotna robota na przykładzie o dwóch stopniach swobody ( szkic + zależność)

Zadanie to formułuje się w następujący sposób: dane są pozycja i orientacja członu roboczego manipulatora, należy obliczyć wszystkie możliwe zbiory współrzędnych konfiguracyjnych, umożliwiające osiągnięcie zadanych pozycji i orientacji. Zadanie odwrotne kinematyki jest trudniejsze od zadania prostego kinematyki ze względu na to, że równania kinematyki są nieliniowe, ich rozwiązanie nie zawsze jest łatwe, a nawet możliwe do otrzymania w postaci jawnej. Pojawiają się wątpliwości co do istnienia jednego rozwiązania lub rozwiązań wielokrotnych. Istnienie lub brak rozwiązań równań 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.

Na rys. 3.6 przedstawiono zastępczy schemat kinematyczny robota pokazanego na rys 3.5 Zmiany położenie i orientację wektora narzędzia w lokalnym układzie współrzędnych x^', y^' , z^' ( rys 3.7). Należy określić wielkości sterujące, czyli przemieszczenia I_z, I_r oraz kąty C, D i P. Podczas obliczeń wychodzimy od założonej orientacji i położenia narzędzia:

RYSUNEK Z WZORAMI ZE STRONY 57 ORAZ 58

9. Wymień czujniki określające stan robota.

Czujniki określające sten robota :

• czujnik pomiarowy przemieszczenia - stanowi sprzężenie zwrotne położeniowe,

• czujnik pomiarowy położenia - stanowi sprzężenie zwrotne położeniowe. Z punktu widzenia konstrukcji i funkcjonowania czujnika pomiarowego polożenia można wyróżnić dwa bloki funkcjonalne :

• przetwornika pomiarowego przekształcającego przemieszczenie w inną wielkość fizyczną,

• układu zasilająco-przekształcającego,

• czujnik pozycji - czujniki te służą do określania pozycji przesuwających się elementów , są umieszczane wprost na wale silnika,

• czujnik prędkości ruchu - stanowi sprzężenie zwrotne prędkości,

• czujnik siły - mają w robotyce zastosowanie w układach zabezpieczających mechanizmy robota przed przeciążeniem mechanicznym, w układach sterowania, pomiarach masy, itp.

10. Wymień czujniki określające stan otoczenia robota.

Czujniki określające sten otoczenia robota:

• czujnik zbliżeniowy,

• laserowy trójwymiarowy czujnik odległości,

• czujnik taktylny (dotykowy),

• czujnik wizyjny.

11. Struktura systemu programowania robotów.

Programowanie robota wymaga nauczenia go pewnych sekwencji wykonywanych w określonym celu. Większość takiego programu stanowi opis trajektorii po jakiej porusza się robot przemieszczając części lub narzędzia Do przygotowania programu pracy robota, który odpowiedzialny jest za wykonanie:

• przemieszczenia po określonej trajektorii,

• gromadzenie informacji z układów sensorycznych,

• podejmowanie decyzji w zależności od aktualnej sytuacji,

Używa się języków przypominających języki programowania wysokiego poziomu służące do programowania komputerów

PROGRAMOWANIE ROBOTA IRb:

1. Po włączeniu robot jest synchronizowany do swego aktualnego położenia (błąd położenia jest kasowany automatycznie),

2. Przy zatrzymaniu robot jest synchronizowany do swego aktualnego położenia

3. Do włączania zasilania, uruchamiania robota, przełączenia robota z stanu gotowości w stan pracy służy panel operacyjny.

FUNKCJA PANELU OPERACYJNEGO:

1. Panel ten znajduje się w szafie sterowniczej

2. Służy do uruchamiania robota i nastawiania różnych rodzajów pracy

3. Podczas normalnej pracy (gdy robot jest zaprogramowany) panel sterowania służy do pełnej kontroli robota.

4. Na panelu sterowania znajdować się może zespół akumulatorów (zasilanie rezerwowe).

4. Do programowania robota służy panel programowania ( może byś wykorzystywany do obsługi kilku robotów).

FUNKCJE PANELU PROGRAMOWANIA:

1. Panel programowania jest przenośny, lub umieszczony w specjalnym otworze szafy sterowniczej

2. Służy do przeprogramowywania robota dla nowych zastosowań

3. Wciskanie przycisków na panelu powoduje ze część manipulacyjna robota przyjmuje położenie, zapisywane w pamięci programu (gdy wciśnięty jest przycisk zapamiętaj), a następnie odtwarza podczas pracy automatycznej lub krok po kroku.

5. W celu uniknięcia ponownego przygotowania programów po długim czasie postoju bez zasilania z sieci lub w przypadku stosowania więcej niże czterech różnych programów stosujemy kasety z taśmą magnetyczna.

12. Z jakim dodatkowym oprzyrządowaniem może współpracować zmieniacz chwytaków?

Zmieniacz chwytaków może współpracować z wymiennymi adapterami. Adaptery są przymocowane do oprzyrządowania dodatkowego. Połączenie adaptera z robotem jest realizowane poprzez wprowadzenie tłoczków zmieniacza do otworów adaptera.

13. Omówić chwytak do prac montażowych z wymiennymi palcami.

Podstawowym zadaniem chwytaka jest uchwycenie obiektu manipulacji, trzymanie obiektu w trakcie czynności manipulacyjnych oraz jego uwolnienie w miejscu docelowym. Na prawidłowe uchwycenie przedmiotu mają wpływ różne czynniki takie jak: kształt przedmiotu, jego wymiary, masa, położenie środka masy, rodzaju materiału obiektu, stan powierzchni, temperatura i inne. Konstrukcja chwytaka powinna uniemożliwić łatwą jego wymianę oraz jednocześnie jego sztywne i dokładne połączenia z ramieniem robota. Chwytaki robotów mogą mieć napęd pneumatyczny, hydrauliczny lub elektryczny.

15. Podać możliwe usytuowania robotów w systemach montażowych (szkice).

Gdzie:

USN - układ sterowania numerycznego obrabiarek i robota

HOi - hydraulika OSNi

ZOi - zasilanie OSNi

OSN1, OSN2 - dwie tokarki

Mwej - magazyn wejściowy

Mwyj - magazyn wyjściowy

Mchw - magazyn chwytaków

Stresor - stanowisko reorientacji

16. Zadanie - wyznaczenie okresu zwrotu nakładów inwestycyjnych związanych z robotyzacją przy zadanych parametrach wejściowych.

Pomimo licznych zalet roboty usługowe wciąż nie mogą uzyskać statusu urządzeń masowych, powszechnego użytku. Bariera pozostają finanse. Cena wyrobu finalnego, czyli robota usługowego jest wciąż bardzo wysoka. Pomimo tych trudności prognozy dla robotów usługowych są bardzo pomyślne.

18. Wymagania stawiane przedmiotom, które mają być poddane manipulacji

Nie ma

Manipulacja to czynności wykonywane przez człowieka lub maszynę w celu właściwego rozmieszczenia przedmiotów lub narzędzi w przestrzeni roboczej. Maszyny manipulacyjne (manipulatory przemysłowe) poruszają przedmiotami korzystając z ramion i chwytaków poruszanych przez napędy elektryczne, pneumatyczne lub hydrauliczne. Manipulator może być sterowany przez człowieka (teleoperator) lub komputer działający według z góry ustalonego programu. Jeżeli maszyna manipulacyjna przypomina człowieka i może być reprogramowana to nazywana jest robotem przemysłowym.

Obecnie większość robotów może manipulować przedmiotami wyłącznie według z góry założonego przez inżynierów planu.

20. Wyjaśnić pojęcie mechanizacji i automatyzacji

Automatyzacja to znaczne ograniczenie lub zastąpienie (proces zastępowania) ludzkiej pracy fizycznej i umysłowej przez pracę maszyn działających na zasadzie samoregulacji i wykonujących określone czynności bez udziału człowieka. Również zastosowanie maszyn do pracy niemożliwej do wykonania w inny sposób.

Z punktu widzenia automatyki, automatyzacja jest to działalność natury technicznej, ekonomicznej i organizacyjnej, mająca na celu wprowadzenie praw, metod i urządzeń automatyki w rozmaite dziedziny życia.

Mechanizacja zastąpienie pracy ręcznej pracą maszyn.

---