****************

1. Systemowa interpretacja różnych form pracy ludzkiej.

• Praca bez narzędzi - człowiek oddziałuje na przedmiot z otoczenia rękoma, energią mięśni.

• Praca z narzędziami prostymi - narzędzia proste, narzędzia napędzane siła ludzkich mięśni.

• Praca z narzędziami złożonymi do których dostarczana jest energia z zewnątrz (energia człowieka tylko do transportu).

• Praca z narzędziami złożonym, sterowanymi automatycznie - przedmiot mimo automatyzacji manipulowany ręcznie. Sterowanie: w torze otwartym lub w torze sprzężenia zwrotnego.

Warunki sterowania w torze otwartym:

• całkowita znajomość obiektu sterowania

• stacjonarność ob. Sterowania

• usunięcie wpływu zakłóceń

• uwzględnienie warunku początkowego

Sterowanie w sprzężeniu zwrotnym:

• sporadyczne (wyłącznik krańcowy)

• ciągłe

• Praca z narzędziami złożonymi sterowanymi i obsługiwanymi przez roboty. Manipulacja przedmiotem przez roboty. Roboty zaprogramowane przez człowieka.

• Praca z manipulatorami śledzącymi, z zewnętrznymi źródłami energii, sterowanymi przez człowieka.

****************

1. Przyczyny rozwoju robotów.

• Czynniki techniczne:

• Postęp w konstrukcji elementów automatyki.

• Pojawiły się małe silniki o dobrych parametrach.

• Rozwój tanich komputerów.

• Wzrost zapotrzebowania na manipulowanie przedmiotami niemożliwymi do ręcznego manipulowania (np. ciężkie, niewygodne do przenoszenia, szkodliwe środowisko).

• Dążenie do utrzymania jednolitego i wysokiego standardu jakościowego wymaganego przez konkurencję.

• Czynniki ekonomiczne:

• Instalowanie kapitałochłonnych maszyn - potrzeba wykorzystania ich non-stop (zwiększenie wydajności).

• Wzrost kosztów produkcji - praca ludzka droższa.

• Rozwój masowości - masowej produkcji.

• Czynniki społeczne:

• Stale malejąca liczba pracowników do prac monotonnych. Wzrost poziomu wykształcenia. Malejąca stopa przyrostu naturalnego w krajach rozwiniętych.

• Powszechne tendencje do wzrostu bezpieczeństwa pracy.

• Czynniki socjologiczne:

• Czynniki związane podobieństwami maszyny cybernetycznej i człowieka.

****************

1. Generacje robotów przemysłowych.

• Roboty generacji 1.

• Całkowity brak sprzężeń zwrotnych od manipulowanego przedmiotu, manipulowanie w torze otwartym względem przedmiotu.

• Konieczność precyzyjnego zaprogramowania ruchów ramion manipulatora względem określonego układu współrzędnych.

• Konieczność ustabilizowania stanu początkowego manipulowanego przedmiotu.

• Najczęściej stosowane roboty na halach produkcyjnych.

• Różne rodzaje programowania:

• 1 klasa - metoda krokowa (małokrokowe) z sekwencyjnym sterowaniem (kolejny krok po sygnale zakończenia poprzedniego).

• 2 klasa - programowanie metodą krokowa z analogową nadążną regulacją położenia ramion. Dokładność taka na jaką pozwalają czujniki - przeważnie potencjometryczne.

• 3 klasa - programowane metodą uczenia z cyfrową regulacją położenia ramion. Polega na wprowadzeniu kolejnych punktów trajektorii ruchu ramienia przedstawione w postaci cyfrowej - pobrane z czujników.

Metody uczenia:

• Ramiona robota ustawia się ręcznie i otrzymany punkt wprowadza do pamięci. (wybrane punkty)

• Ramiona robota steruje się ręcznie do kolejnych punktów trajektorii i wprowadza do pamięci. (system punktów)

• Ramiona wodzi się ręcznie ciągle wzdłuż wybranej trajektorii i podczas tego wprowadza do pamięci duża liczbę punktów. (ciągły system sterowania)

• Roboty generacji 1,5.

• Ruchy ich manipulatorów nie są całkowicie zdeterminowane na etapie projektu, mają wpływ na nie pewne współrzędne obiektu , mierzone przez proste przetworniki sił lub położenia

• Wyznaczenie współrzędnych stanu obiektu jest realizowane prostymi środkami.

• Na halach produkcyjnych również.

• Roboty generacji 2.

• Mają informację o środowisku zewnętrznym.

• Działają tak aby zoptymalizować działanie.

• Nie ma inteligencji.

• Ma tak zwaną ograniczoną możliwość rozpoznawania kształtu i położeń. Rozróżniania nielicznych klas przedmiotów.

• Działa nadal według określonego programu.

• Szybki rozwój.

• Złożone systemy przetwarzające.

• Roboty generacji 2,5, 3.

• Ich system sterowania musi sobie poradzić w przypadkach niepewności. (inteligentny robot)

• Nie na hale produkcyjne.

****************

3. Parametry techniczne robota przemysłowego.

• Liczba stopni swobody (można utożsamiać z liczbą napędów).

• Schemat kinematyczny manipulatora.

• Przestrzeń robocza manipulatora.

• Udźwig (manipulatora).

• Liczba ramion

• Liczba chwytaków ramienia

• Bład pozycjonowania

• Liczba kroków programowanych

• Prędkości: obrotowe i liniowe

****************

1. Dokładność ruchu i zdolność rozdzielcza mechanizmów robota przemysłowego.

2,5 - 5mm, kroki 0,1 mm?

****************

2. Podstawowe schematy kinematyczne manipulatorów robotów przemysłowych.

****************

3. Chwytaki i głowice technologiczne.

Antropomorficzne i hybrydowe (szeregowe, równoległe)

• Część robota

• Najbardziej różnorodna część robota

• Za każdym razem projektowany dla konkretnego zadania

• Bezpośrednio współpracuje z manipulowanym przedmiotem

• Od niego w sposób istotny zależy dokładność manipulacji

• Nie może być wykonana jako część uniwersalna często samemu się wykonuje

Przeznaczenie:

• Uchwycenie manipulowanego przedmiotu

• Oddziaływanie na manipulowany przedmiot z siła zapobiegającą zmianę jego orientacji względem chwytaka pod względem sił zewnętrznych lub bezwładności

• Ewentualna poprawa orientacji manipulowanego przedmiotu

Chwytanie:

• Poprzez obejmowanie uniemożliwiające poruszanie nie nadaje się do wszystkich kształty, wielkość

• Chwytanie cierne - duża siła by się nie poruszył

• Przyssanie - których inaczej się nie da - przyssawka przystosowana do przedmiotu

• Magnetyczne - wyłącznie przedmioty ferromagnetyczne (trzeba dużego magnesu)

• Elektormagnetyczne proste - prąd chwyta, brak - odpuszacza - przedmioty z mała remanacją magnetyczną

• Proste z magnesem trwałym do kompensacji i uwalnia

• Magnes trwały i uwalnianie pneumatyczne

• Proste z uwalnianiem pneumatycznym

Konstrukcja (uwzględnić):

• Miejsce i sposób uchwycenia przedmiotu (z 2 wymiarów wybiera się większy)

• Wrażliwość przedmiotu na ścisk

• Materiał z którego wykonany jest przedmiot

• Temperatura przedmiotu

• Masa przedmiotu

• Możliwa orientacja przedmiotu w przestrzeni

Głowice technologiczne:

Mogą też służyć do pomiarów

Korpusy - zazwyczaj odlewane duża sztywność. Aluminium i dla większych żeliwo.

Przeguby - zazwyczaj łożyska toczne.

Pary postępowe - toczne, nawet ślizgowe mają elementy toczne.

****************

5. Podstawowe rodzaje przekładni mechanicznych stosowanych w manipulatorach.

• Zębate - maksymalnie do kilku, problemem są luzy

• Falowe (harmoniczna) - duże przełożenia (1:320), małe luzy

Liczba zębów pierścienia elastycznego jest mniejsza niż części napędzanej.

Obrót części zewnętrznej jest zgodny.

Przełożenie =(elestyczny-zewn)/zew - liczba zębów

W środku rolki

****************

5. Podstawowe czujniki i układy pomiarowe w robotyce.

• Ogranicznik zderzakowy

• Wyłączniki drogowe - wyłączają jeśli osiągnięte zostało założone położenie

• Wyłączniki krańcowe - są opóźnienia

• Potencjometry

• Liniowe, obrotowe

• Pozwalają ustawić między min a max

• Nie trwałe

• Działanie stosunkowo proste

• Zanik tego typu przetworników w robotach

• Przetworniki transformatorowe (zmiana położenia, kąta obrotu na napięcie

Zalety:

• Duża dokładność

• Mały wpływ zakłóceń na pomiary

• Duża pewność ruchowa

• Prosty system przetwarzania sygnałów cyfrowych

• Stosunkowo niska cena

Wady:

• W tych elementach zachodzi potrzeba stosowania stabilizowanych napięć przemiennych (duże częstotliwości 200 do 10kHz)

• Cykliczny charakter zmian wielkości wyjściowej przy stałej zmianie wielkości wyjściowej

Rezolwery - układ fazoczuły

• Przetworniki fazowo-anologowe - sygnał wprost proporcjonalny do różnicy faz 2 sygn.

• Induktosyny (kąt na napięcie) - na jednym pasku (druty nadrukowane) dwa uzwojenia wzbudzenia (sin,cos - przesunięte o 90 ale nie na płytce), na drugim jedno uzw. wyjścia

• Cyfrowe pomiary położenia (kwantyzacja zakresu pomiarowego)

• Pomiary względne - przyrostowe (dość duża dokładność, problem - wyzerowanie)

• Pomiary bezwzględne - liniały kodowe lub tarcze kodowe

• Przetworniki sił i naprężeń

• Tensometryczne - dokładność 1,5%

• Magnetoelektryczny - zmiana wektora magnetyzacji

• Przetworniki dotykowe (sygnał po kontakcie)

• Wyłącznik krańcowy

• „sztuczna skóra”

• przetworniki optyczne

• detekcja przedmiotów (obecności) o znanej „tożsamości”

• zadanie klasyfikacji - przyporządkowanie odpowiedniej klasy

• wyznaczenie współrzędnych - w przestrzeni 2 lub 3 wymiarowej

trudności:

• szumy świetlne (zmiany natężenia światła)

• pulsujące strumienie świetlne - wirujące przedmioty

• sam manipulator stwarza cienie

• zmiany zdolności odbijania światła (np. brud na urządzeniu)

• kontrastowść - marne tło

• czujniki fotometryczne

• transoptor (przetwornik zbliżenia transportowy) - sprzężenie nadajnika z odbiornikiem - odbija promienie

• przetworniki wizyjne obrazu - kamery

• laserowe przetworniki kształtu

• laserowe pomiary odległości

• korelator optyczny - porównuje ze wzorem i określa prawdopodobieństwo zgodności

• czujniki fotometryczne

• ogranicznik położenia przedmiotu - taca wibracyjna z prostym ogranicznikiem

****************

5. Systemy wizyjne robotów.

****************

6. Układy sterowania robotów.

Układ sterowania - w celu realizacji algorytmu aby osiągnąć cel zadania

• zapewnienie następstwa kroków

• zapewnienie właściwej sekwencji kroków

Warunki sterowania w torze otwartym (znacznie łatwiejsz):

• całkowita znajomość obiektu sterowania

• stacjonarność ob. Sterowania

• usunięcie wpływu zakłóceń

• uwzględnienie warunku początkowego

Sterowanie w sprzężeniu zwrotnym:

• sporadyczne (wyłącznik krańcowy)

• ciągłe

sterowanie point to point

****************

5. Efektywność ekonomiczna i aspekty społeczne robotyzacji.

• Czynniki ekonomiczne:

• Instalowanie kapitałochłonnych maszyn - potrzeba wykorzystania ich non-stop (zwiększenie wydajności).

• Wzrost kosztów produkcji - praca ludzka droższa.

• Rozwój masowości - masowej produkcji.

• Czynniki społeczne:

• Stale malejąca liczba pracowników do prac monotonnych. Wzrost poziomu wykształcenia. Malejąca stopa przyrostu naturalnego w krajach rozwiniętych.

• Powszechne tendencje do wzrostu bezpieczeństwa pracy.

****************

5. Przestrzeń robocza manipulatora.

Przestrzeń robocza manipulatora jest ograniczona maksymalnymi położeniami chwytaka.

• Właściwa - przestrzeń punktów w której może zostać umieszczony środek kiści manipulatora

• Rozszerzona - maksymalna (razem z manipulowanym przedmiotem)

• Ruchy globalne - ruchy podstawy

• Ruchy regionalne - ruchy wykonywane manipulatora względem podstawy

• Ruchy lokalne - sprowadzone od odpowiednich ruchów chwytaka

****************

5. Specyfika urządzeń współpracujących z robotami.

Podajniki, przenośniki, zasobniki, stoły indeksowane

****************

6. Metody uczenia robotów.

• Ramiona robota ustawia się ręcznie i otrzymany punkt wprowadza do pamięci. (wybrane punkty)

• Ramiona robota steruje się ręcznie do kolejnych punktów trajektorii i wprowadza do pamięci. (system punktów)

• Ramiona wodzi się ręcznie ciągle wzdłuż wybranej trajektorii i podczas tego wprowadza do pamięci duża liczbę punktów. (ciągły system sterowania)

****************

5. Zastosowanie poza przemysłowe robotów.

• Teoretyczne (synteza i projektowanie sztuczna inteligencja, sterowanie ruchem, boimechanika)

• Metrologiczne

• Robotyka maszyn lokomocyjnych

• Medycyna i rehabilitacja

• Wojskowe

• Elastyczne systemy produkcyjne (FMS)

****************

5. Metody programowania robotów.

• 1 klasa - metoda krokowa (małokrokowe) z sekwencyjnym sterowaniem (kolejny krok po sygnale zakończenia poprzedniego).

• 2 klasa - programowanie metodą krokowa z analogową nadążną regulacją położenia ramion. Dokładność taka na jaką pozwalają czujniki - przeważnie potencjometryczne.

• 3 klasa - programowane metodą uczenia z cyfrową regulacją położenia ramion. Polega na wprowadzeniu kolejnych punktów trajektorii ruchu ramienia przedstawione w postaci cyfrowej - pobrane z czujników.

****************

6. Główne części składowe robota przemysłowego.

• Układ sterowania (urządzenia peryferyjne, szafa lub pulpit sterowniczy)

• Układ napędowy (część manipulacyjna)

• Układ mechaniczny (część manipulacyjna)

• Wyposażenie technologiczne

• Sensory wewnętrzne

• Zadajnik pozycji

• Kiście

****************

5. Napędy manipulatorów.

• Napędy hydrauliczne:

Zalety:

• Łatwość precyzyjnego sterowania

• Łatwość uzyskiwania dużych sił

• Bardzo dobre właściwości dynamiczne

• Możliwość uzyskania dowolnie małych przesunięć, prędkości

• Możliwość jednostajnego przesuwania

• Mała wrażliwość na przeciążenia i zmianę obciążenia

• Łatwość konserwacji (olej smaruje i chłodzi)

• Duża pewność ruchowa

Wady:

• Duży hałas

• Wycieki oleju - wszystko zapaskudzone

W skład napędów hydraulicznych wchodzą

• Elementy wykonawcze sprzęgnięte bezpośrednio z ramieniem

• Elementy sterujące: wzmacniacze

• Źródło przepływu (pompa)

• Źródło energii

• Dużo elementów dodatkowych (np. zawory, przewody)

• Olej (syntetyczny - lepsze właściwości, mineralny - duża zmiana lepkości(T), emulsje olejowo-wodne - zapobiegają tworzeniu się wybuchowej mgiełki olejowej, ciekłe metale - lepkość około wody, niewiele zmienia się z Temp.)

• Napędy pneumatyczne:

Zalety:

• Bardzo duża pewność ruchu

• Większa prostota konstrukcji w porównaniu z hydraulicznymi

• Niższa cena urządzeń w porównaniu...

• Mała masa urządzeń - pomijalność czynnika roboczego (powietrze)

• Powolne narastanie sił

• Duża przeciążalność

• Iskrobezpieczństwo

Wady:

• Trudność uzyskania ruchów jednostajnych (dotyczy ruchów wolnych)

• Duża wrażliwość ruchu na zmianę obciążenia

• Gwałtowny rozruch przy małym obciążeniu

• Znacznie mniejsze siły w stosunku do hydraulicznych

• Konieczność zabezpieczenia elementów przed korozją

• Trudność sterowanie położenia elementu wykonawczego (ściśliwość, zanieczyszczenie środowiska)

• Przy wyższych ciśnieniach rosną koszty

• Napędy elektryczny:

Zalety:

• Małe znamionowe prędkości obrotowe ale nie tak małe jak w hydraulicznych i trzeba przekładni

• Odporność na krótkotrwałe przeciążenia

• Małe rozmiary

• Mała bezwładność wirnika

• Małe czasy rozruchu i hamowania

• Niska cena w porównaniu z hydraulicznymi

• Prostota zasilania

• Duża niezawodność

• Prosta konserwacja

• Małe wymiary układu sterowania

Wady:

• Niekorzystny stosunek siła-masa

• Gorsza dynamika niż hydrauliczne

• Wrażliwe na długotrwałe przeciążenia

• Duże prędkości kątowe znamionowe trza przekładni

• Iskrzenie

Głównie silniki prądu stałego, zwykle obcowzbudne.

Zalety:

• Duża liczba biegunów niska prędkość

• Małe stałe czasowe mała bezwładność

Wady:

• Szczotki - trzeba je często wymieniać albo czyścić komutator - szczotki

• Iskrzenie na komutatorze

• Powstawanie strefy nieczułości tarcie szczotek o komutator

Silniki dyskowe:

• Wrażliwe na przeciążenia - nie mają pojemności cieplnej!

Silniki skokowe:

• Są małej mocy

• Działają w układzie otwartym

• Można łączyć z układami hydraulicznymi

• Trzeba tłumić drgania co wpływa na dynamikę

****************

5. Klasyfikacja robotów.

• przeznaczenie:

• Do badań naukowych

• Do celów edukacyjnych

• Do celów przemysłowych

• Do celu eksploracyjnych

• Według stopnia specjalizacji

• Wyspecjalizowane (wąskie zakresy)

• Specjalne

• uniwersalne

• Względem rodzaju napędu robota:

• Hydrauliczne

• Pneumatyczne

• Elektryczne

• mieszane

• Względem właściwości geometrycznych:

• Różna konfiguracja geometryczna

• Różny zakres obrotu, przemieszczeń liniowych

• Praca w różnych układach współrzędnych

• Kryteria kinematyczne

• Wg stopni swodbody (2,3,4,5)

• Względem własności dynamicznych

• Względem dokładności: maks 2,5 - 5mm

• Względem mobilnosci:

• Stacjonarne

• Mobilne

• Oprogramowanie

• Stałoprogramowe

• Robot inteligenty

• Robot do prostych operacji

• Robot do złożonych operacji

• Punkt do punktu

****************

5. Zastosowanie robotów.

• Do badań naukowych

• Do celów edukacyjnych

• Do celów przemysłowych

• Do celu eksploracyjnych

• Teoretyczne (synteza i projektowanie sztuczna inteligencja, sterowanie ruchem, boimechanika)

• Metrologiczne

• Robotyka maszyn lokomocyjnych

• Medycyna i rehabilitacja

• Wojskowe

• Elastyczne systemy produkcyjne (FMS)

****************

5. Liczba stopni manipulatora.

W=6n-5p₅-4p₄-3p₃-2p₂-p₁

p_i - liczba par kinematycznych odpowiednich klas

n - liczba ogniw

w - liczba stopni swobody

klasa I - odbiera jedną możliwość, zostawiając 5

klasa II - odbiera 2 możliwości..

klasa V - pięć możliwości

usytuowanie = położenie (x,y,z) + orientacja (kąty, położenie)

2^k - liczba możliwych ruchów

k - liczba członków

****************

6. Systemy współrzędnych manipulatorów.

• Kartezjańskie x, y, z (robot musi się przesuwać - dużo miejsca zajmuje)

• Cylindryczne R, φ, z (promień, kąt w bok, wysokość)

• Sferyczne R, φ, θ (promień, kąt w bok, kąt w dół)

• Torusowi

****************

5. Perspektywy rozwoju robotów.

• Zdolność widzenia, orientacji i rozpoznawania obiektów

• Wyposażenie w odpowiednie czujniki

• Obróbka informacji uzyskanych z otoczenia w centralnej maszynie liczącej

• Wyposażenie w kilka rąk i chwytaków

• Zoptymalizowana przez maszynę liczącą praca kilku rąk i chwytaków

• Ruchliwość

• Zminimalizowana konstrukcja

• Ręka antropomorficzna

• Porozumiewanie za pomocą języka

****************

5. Metodyka wprowadzania robotów do przemysłu.

Brak ogólnej metodyki. Wybór optymalnego robota.

• Analiza stanowiska:

• zadania manipulacyjne

• obiekt manipulacji

• technologia

• przestrzeń i czas

• Wybór typu robota:

• dokładność

• liczba osi sterowanych

• liczba kroków

• prędkość przemieszczeń

• liczba kroków programowych

• strefa obsługi

• liczba sterowanych funkcji zewnętrznych

• ograniczenia procesu manipulacji

• analiza ekonomiczna

• dobór urządzeń dodatkowych

• dobór oprogramowania

• techniczno-organizacyjne zabezpieczenie eksploatacji stanowiska

• Zasady:

• Równoczesności - skraca czas

• Ekonomiczności czynności manipulacyjnej

• Synchronizacji (współbieżność w czasie)

• Optymalnego ustawienia robota

• Zgodność robota z wykonywaną praca

• Podział procesu na podprocesy

8

---