Sterowanie robotów odpowiedzi 1. Rodzaje pracy robota przemysÅ‚owego -ruch PTP (point to point) wystempuje w prostych czynnosciach manipulacyjnych jak przenoszenie obiektów .Wartosci zadane w tego typu ruchu to poÅ‚ożenie koÅ„cowe i oriÄ™tacja efektora oraz czas trwania ruchu .nie istotny jest ksztaÅ‚t toru. -ruch MP (multipoints) wielopunktowy: gdy na drodze wystÄ™pujÄ… przeszkody należy je ominąć wprowadzajÄ…c dodatkowe punkty poÅ›rednie oraz przyjmujÄ…c pożądane czasy trwania etapów miÄ™dzy punktami ,dÄ…zymy do minimalizacji czasu trwania. -ruch PC (path control) odtwarzanie zadanej ciÄ…gÅ‚ej Å›cieżki (malowanie spawanie) tylko w robotach o możliwoÅ›ci pÅ‚ynnego stewrowania każdej z osi. 2. Planowanie trajektorii przy pomocy wielomianów trzeciego stopnia analiza pojedynczego segmentu Zostanie rozważony problem przemieszczenia efektora z poÅ‚ożenia poczÄ…tkowego do zadanego poÅ‚ożenia koÅ„cowego przy narzuconym czasie ruchu (tf-to). RozwiÄ…zujÄ…c zadania kinematyki odwrotnej dla obu kraÅ„cowych punktów można otrzymać wektory zmiennych zÅ‚Ä…czowych qo i qf. Istnieje nieskoÅ„czenie wiele gÅ‚adkich funkcji qr(t), które mogÄ… być użyte do interpolacji pomiÄ™dzy punktami. Funkcja powinna być możliwie prosta, aby generowanie jej nie obciążaÅ‚o nadmiernie sterownika robota. IstniejÄ… co najmniej cztery wÄ™zÅ‚y narzucone na qr(t), w chwilach to i tf. Dwa pierwsze wynikajÄ… z narzuconych poÅ‚ożeÅ„ w tych chwilach, czyli qr(to)=qo i qr(tf)=qf. Dwa pozostaÅ‚e wynikajÄ… z faktu, że w obu kraÅ„cowych poÅ‚ożeniach prÄ™dkoÅ›ci powinny być równe zeru, czyli q(to)=q(tf)=0. Te cztery warunki mogÄ… być speÅ‚nione na przykÅ‚ad przez wielomian stopnia trzeciego o ogólnej postaci: qr(t)=ao+a1(t-to)+a2(t-to)2+a3(t-to)3. RóżniczkujÄ…c wzglÄ™dem czasu tÄ™ funkcjÄ™ otrzymuje siÄ™ przebieg zadanej prÄ™dkoÅ›ci: * qr(t)=a1+2a2(t-to)+3a3(t-to)2. Postać gÅ‚adkiej trajektorii Å‚Ä…czÄ…cej oba koÅ„cowe punkty 3(qf -qo) 2(qf -qo) qr (t) = q0 + (t -t0)2 - (t -t0)3 (tf -t0)2 (tf -t0)3 stÄ…d prÄ™dkość na tej trajektorii bÄ™dzie wielomianem stopnia drugiego " 6(qf -qo) 6(qf -qo) qr (t) = q0 + (t -t0) - (t -t0)2 (tf -t0)2 (tf -t0)3 " " 6(q - qo ) 12(q - qo ) f f a przyÅ›pieszenie bÄ™dzie miaÅ‚o charakter liniowy qr (t) = q0 + - (t - t0 ) (t - t0 )2 (t - t0 )3 f f Z ostatniej postaci wynika, że na obu koÅ„cach trajektorii zadanej bÄ™dÄ… wystÄ™powaÅ‚y skoki przyÅ›pieszenia, co oczywiÅ›cie jest wadÄ… zastosowanego podejÅ›cia. 3. Planowanie trajektorii przy pomocy wielomianów trzeciego stopnia wybór prÄ™dkoÅ›ci w punktach wÄ™zÅ‚owych. W przypadku ruchu manipulatora przez wiele punktów poÅ›rednich i zatrzymywania siÄ™, można wyznaczyć niezależne postacie trajektorii zadanej na każdym z segmentów. Najczęściej jednak wymaganie takie spowodowaÅ‚o by znaczne spowolnienie caÅ‚ej trajektorii. Dlatego należy rozważyć przypadek gdy na obu kraÅ„cach segmentu sÄ… narzucone wiÄ™zy na poÅ‚ożenia oraz wiÄ™zy prÄ™dkoÅ›ci Przez wybór prÄ™dkoÅ›ci w punktach poÅ›rednich można dokonywać koordynacji trajektorii w kolejnych segmentach. IstniejÄ… trzy najczęściej stosowane metody wyboru tych prÄ™dkoÅ›ci: - programista zadaje dowolne wartoÅ›ci prÄ™dkoÅ›ci kartezjaÅ„skich W tym przypadku pożądane wartoÅ›ci prÄ™dkoÅ›ci sÄ… przeliczane na prÄ™dkoÅ›ci zÅ‚Ä…czowe. Przeliczanie to jest stosunkowo proste gdyż jest oparte na relacji liniowej z wykorzystaniem odwrotnej macierzy jakobianowej. Metoda ta może być użyteczna gdy jest konieczne precyzyjne sterowanie prÄ™dkoÅ›ciÄ… w wybranych punktach. Warto podkreÅ›lić że prÄ™dkość jest tutaj rozumiana jako wektor szeÅ›ciu skÅ‚adowych. Typowy przykÅ‚ad takiej trajektorii dla zadanego typu podnieÅ› przenieÅ› połóż pokazuje rysunek: Podstawowymi punktami sÄ… punkty pp i pk. Pożądane jest oczywiÅ›cie dostatecznie szybkiej trajektorii która można otrzymać przy stosunkowo malej precyzji kontrolowania przebiegu toru w pewnych segmentach, jednak prÄ™dkość odejÅ›cia do punktu pp i dojÅ›cia do punktu pk powinny być dokÅ‚adniej kontrolowane. Jeżeli w przestrzeni roboczej bÄ™dÄ… wystÄ™powaÅ‚y przeszkody to w celu ich ominiÄ™cia trzeba wprowadzić szereg punktów poÅ›rednich. - ukÅ‚ad programowania samoczynnie wyznacza wartoÅ›ci prÄ™dkoÅ›ci wykorzystujÄ…c proste heurystyczne metody. W tej metodzie w kolejnych chwilach w których manipulator powinien znajdować siÄ™ w punktach poÅ›rednich przyjmuje prÄ™dkoÅ›ci równe Å›redniemu nachyleniu Å‚amanej Å‚Ä…czÄ…cej dany poÅ›redni punkt z dwoma sÄ…siednimi. PrÄ™dkość w k- tym punkcie jest narzucana zgodnie z wzorem: Natomiast w punktach poczÄ…tkowych i koÅ„cowych prÄ™dkość zadana jest równa zeru. - ukÅ‚ad programowania samoczynnie wybiera wartoÅ›ci prÄ™dkoÅ›ci w taki sposób aby zachować ciÄ…gÅ‚ość przyspieszenia w tych punktach W tej metodzie wyboru prÄ™dkoÅ›ci w punktach poÅ›rednich stosuje siÄ™ zasadÄ™ ciÄ…gÅ‚oÅ›ci przyspieszenia na caÅ‚ej trajektorii zadanej. Narzuca to wiÄ™zy innego rodzaju na współczynniki , dla kolejnych segmentów. Sprowadza siÄ™ to do rozwiÄ…zania ukÅ‚adu równaÅ„ liniowych w których niewiadomymi sÄ… te wÅ‚aÅ›nie. W ogólnym przypadku N etapowej trajektorii wiÄ™zy tego typu można zapisać w postaci równania Ax = b w którym poszukiwany 4Nn wymiarowy wektor x skÅ‚ada siÄ™ ze współczynników a 4Nn wymiarowy wektor b zawiera narzucone poÅ‚ożenia w punktach poÅ›rednich. 4. Planowanie trajektorii metodÄ… odcinków liniowych ze zÅ‚Ä…czkami parabolicznymi analiza pojedynczego segmentu. NajprostszÄ… postaciÄ… funkcji Å‚Ä…czÄ…cej punkt poczÄ…tkowy z koÅ„cowym dla trajektorii jednosegmentowej jest: Å„Å‚ q0 t < t0 ôÅ‚ qr (t) = + a1(t - t0 ) t0 d" t d" t òÅ‚a 0 f ôÅ‚ q t > t f f ół Tylko że funkcja ta charakteryzuje siÄ™ skokami prÄ™dkoÅ›ci zadanej w punktach poczÄ…tkowym i koÅ„cowym. Aby wygenerować dostatecznie gÅ‚adkÄ… funkcjÄ™ można do tego liniowego przebiegu dodać dwa paraboliczne poÅ‚Ä…czenia które zapewniÄ… ciÄ…gÅ‚ość prÄ™dkoÅ›ci na takiej trzyodcinkowej trajektorii. Na odcinkach parabolicznych prÄ™dkość zmienia siÄ™ liniowo w czasie a przyÅ›pieszenie ma wartość staÅ‚Ä…. ZaÅ‚ożenia poczÄ…tkowe: oba poÅ‚Ä…czenia paraboliczne charakteryzujÄ… siÄ™ takÄ… samÄ… bezwzglÄ™dnÄ… wartoÅ›ciÄ… .. q m przyÅ›pieszenia wtedy przebieg q(t) bÄ™dzie symetryczny wzglÄ™dem punktu ëÅ‚ 1 1 . ìÅ‚ (t0 + t ), (q0 + q )öÅ‚ ÷Å‚ f f ìÅ‚ ÷Å‚ 2 2 íÅ‚ Å‚Å‚ . q(t)=&(t ) = 0 q f Odcinki paraboliczne muszÄ… być tak dobrane aby speÅ‚niać wiÄ™zy dla prÄ™dkoÅ›ci . Przebieg taki przedstawia rysunek: PodstawÄ… wyznaczenia zależnoÅ›ci pozwalajÄ…cych na zaplanowanie jednosegmentowej trajektorii jest porównanie prÄ™dkoÅ›ci na koÅ„cu odcinka parabolicznego z prÄ™dkoÅ›ciÄ… na odcinku liniowym z uwzglÄ™dnieniem symetrii wzglÄ™dem punktu Å›rodkowego. Ostatecznie otrzymujemy równanie kwadratowe w którym niewiadomÄ… jest czas trwania odcinka parabolicznego "t: Ä = t - t0 && qm ("t)2 -&&m q Ä"t + (q - q0 ) = 0 gdzie f f 2 q - q0 Ä Ä f ëÅ‚ öÅ‚ Tylko jedno rozwiÄ…zanie posiada sens fizyczny: - ìÅ‚ ÷Å‚ - "t = && 2 2 qm íÅ‚ Å‚Å‚ Aby wyrażenie podpierwiastkowe byÅ‚o dodatnie należy przyjąć wystarczajÄ…co dÅ‚ugi czas trwania segmentu: q - q0 f Ä e" 2 Å" && qm Gdy w ostatnim wzorze zachodzi równość to czas trwania części liniowej spada do zera i trajektoria skÅ‚ada siÄ™ z faz rozpÄ™dzania i hamowania. 5. Planowanie trajektorii metodÄ… odcinków liniowych ze zÅ‚Ä…czkami parabolicznymi koordynacja segmentów. W bardziej ogólnym przypadku projektowania należy rozważyć trajektoriÄ™ wielosegmentowÄ… gdzie pod uwagÄ™ bierzemy niezależnie każdÄ… skÅ‚adowÄ… wektora qr(t). Jednakże wówczas należy mieć na uwadze że wewnÄ™trzne punkty trajektorii stajÄ… siÄ™ punktami przybliżonymi. W zwiÄ…zku z tym zakÅ‚ada siÄ™ że trajektoria powinna w zasadniczych fragmentach każdego z segmentów przebiegać wzdÅ‚uż prostych Å‚Ä…czÄ…cych punkty wÄ™zÅ‚owe a w pobliżu każdego punktu wÄ™zÅ‚owego wprowadzane jest poÅ‚Ä…czenie paraboliczne pozwalajÄ…ce na gÅ‚adkie przejÅ›cie do kolejnego segmentu. Odchylenie od punktów poÅ›rednich maleje w miarÄ™ wzrostu przyÅ›pieszeÅ„ zespołów napÄ™dowych które oczywiÅ›cie majÄ… zawsze ograniczone wartoÅ›ci . Taki sposób nie budzi zastrzeżeÅ„ w przypadku punktów poÅ›rednich które wprowadzamy tylko w celu ominiÄ™cia przeszkód. Jednak metodÄ™ tÄ™ można udoskonalić tak by zapewnić dokÅ‚adne przejÅ›cie przez punkt wÄ™zÅ‚owy. W tym celu wprowadza siÄ™ pseudo-punkty leżące na prostej przechodzÄ…cej przez zadany punkt i znajdujÄ…ce siÄ™ po obu jego stronach. Minimalna odlegÅ‚ość miÄ™dzy tymi punktami musi być tak dobrana aby oba odcinki paraboliczne poÅ‚Ä…czyÅ‚y siÄ™ w punkcie wÄ™zÅ‚owym. Jest oczywiste że wprowadzenie dwóch punktów poÅ›rednich wydÅ‚uża czas realizacji trajektorii. 6. Ogólna struktura systemu sterowania pozycyjnego robota i cechy manipulatora jako obiektu sterowania Podstawowym zadaniem ukÅ‚adu sterowania robota jest takie sterowanie zespołów napÄ™dowych, aby efektor robota możliwie najdokÅ‚adniej realizowaÅ‚ zadanÄ… trajektoriÄ™. Najpopularniejszym rodzajem pracy robota jest realizacja ruchów jego manipulatora w przestrzeni swobodnej, bez kontaktu z elementami otoczenia. Takie operacje jak przenoszenie detali zawierajÄ… oczywiÅ›cie fragmenty ruchów, w których wystÄ™puje kontakt z otoczeniem, lecz czas tego kontaktu jest stosunkowo niewielki w porównaniu do ogólnego czasu ruchu efektora. Zatem warto tak planować trajektoriÄ™ ruchów swobodnych i realizować jÄ… w sposób możliwie dokÅ‚adny, aby zwiÄ™kszyć szybkość wykonywania operacji technologicznych. UkÅ‚ad sterowania robota, podobnie jak ukÅ‚ad sterowania każdego obiektu dynamicznego, skÅ‚ada siÄ™ z szeregu typowych podzespołów tworzÄ…cych razem zamkniÄ™ty ukÅ‚ad regulacji. CechÄ… zamkniÄ™tego ukÅ‚adu regulacji jest bieżące porównanie zachowania siÄ™ przebiegów wyjÅ›ciowych ukÅ‚adu z zaÅ‚ożonymi i takie sterowanie obiektu, aby minimalizować uchyb regulacji. Ogólna struktura zamkniÄ™tego ukÅ‚adu sterowania pozycyjnego robota. Manipulator jest wielowymiarowym obiektem regulacji, stÄ…d wszystkie zaznaczone na tym rysunku sygnaÅ‚y sÄ… n wymiarowymi wektorami, a przedstawione produkty sÄ… faktycznie zÅ‚ożone z n podzespołów. ZespoÅ‚y napÄ™dowe manipulatora sÄ… zasilane ze wzmacniaczy mocy, w sposób narzucony przez regulator. Z kolei regulator wypracowuje swój sygnaÅ‚ wyjÅ›ciowy na podstawie porównania trajektorii zadanej z trajektoriÄ… rzeczywistÄ…. Najczęściej porównanie to ma postać wypracowania aktualnego wektora uchybu regulacji e(t) = qr(t) - q(t), chociaż w niektórych ukÅ‚adach regulacji uwzglÄ™dnia siÄ™ historiÄ™ przebiegu tego uchybu lub prÄ™dkość zmian uchybu regulacji 7. UkÅ‚ad sterowania robota z niezależnymi sterownikami osi WiÄ™kszość robotów przemysÅ‚owych jest wyposażona w zespoÅ‚y napÄ™dowe z silnikami prÄ…du staÅ‚ego i przekÅ‚adniami redukujÄ…cymi prÄ™dkość obrotowÄ…. Każdy zespół napÄ™dowy jest sterowany w ukÅ‚adzie zamkniÄ™tym ze sprzężeniem pozycyjnym tworzÄ…c tak zwany serwonapÄ™d pojedynczej osi. TypowÄ… strukturÄ™ tego ukÅ‚adu przedstawia poniższy rysunek. Silnik prÄ…du staÅ‚ego jest sterowany prÄ…dowo ze wzmacniacza mocy generujÄ…cego Ia, moment bezwÅ‚adnoÅ›ci wirnika Jm. Wirnik silnika jest poÅ‚Ä…czony ramieniem manipulatora przez przekÅ‚adnie mechanicznÄ… o przeÅ‚ożeniu 1:k. Wielkość Ji jest efektywnÄ… bezwÅ‚adnoÅ›ciÄ… ramienia widzianÄ… z waÅ‚u wyjÅ›ciowego przekÅ‚adni a bf jest współczynnikiem tarcia wiskotycznego. UkÅ‚ad sensoryczny sÅ‚uży do pomiaru poÅ‚ożenia zÅ‚Ä…cza q(t) i jej prÄ™dkoÅ›ci q*(t). Liniowy sterownik skÅ‚ada siÄ™ ze wzmacniacza mocy, a jego sygnaÅ‚ wyjÅ›ciowy jest generowany na podstawie uchybu poÅ‚ożenia uwzglÄ™dnianego ze współczynnikiem wagowym kp i sprzężenia prÄ™dkoÅ›ciowego uwzglÄ™dnianego ze współczynnikiem wagowym kp. 8. Sterowania metodÄ… wyznaczonego momentu podstawy Model dynamiki sztywnego manipulatora: ** * * * B(q)q+c(q,q)+h(q)+f(q,q)= Ä gdzie B(q) - inercja manipulatora , c(q,q) - siÅ‚y sprzeżeÅ„ prÄ™dkoÅ›ciowych , h(q) - siÅ‚y Ä Ä Ä * grawitacyjne f(q,q) - siÅ‚y tarcia. Na podstawie tego równania możemy dla każdej zadanej trajektorii qr(t) wyznaczyć odpowiadajÄ…cy jej przebieg wektora uogólnionych siÅ‚ napÄ™dowych Är(t) gdy trajektoria jest Ä Ä Ä dostatecznie gÅ‚adka to możliwe jest wygenerowanie przebiegu wektora siÅ‚ napÄ™dowych przez zespół napÄ™dowy robota. 9. Podstawowy, zamkniÄ™ty ukÅ‚ad sterowania metodÄ… wyznaczonego momentu Str84 i 85 10. Porównanie struktur sterowania pozycyjnego z nieliniowym odsprzÄ™ganiem 11. Zasady doboru nastaw regulatorów w ukÅ‚adzie sterowania robota Stosujemy uproszczenia: 1)Macierze Kp i Kd powinny być symetryczne. Kompensowanie uchybu ei przez sygnaÅ‚ Äi powinno być realizowane z takÄ… samÄ… intensywnoÅ›ciÄ… jak kompensowanie uchybu ej przez sygnaÅ‚ Äj. W Ä Ä Ä Ä Ä Ä robotyce nigdy nie stosujemy regulatorów caÅ‚kowych ze wzglÄ™du na ich wolne dziaÅ‚anie. Stosujemy głównie regulatory PD. W regulatorze niediagonalnym symetrycznym PD możemy przyjmować miejsca zerowe w tych miejscach które odpowiadajÄ… sÅ‚abym sprzeżeniom skroÅ›nym w manipulatorze. 2)Innym rozwiÄ…zaniem jest przyjÄ™cie macierzy Kp i Kd postaci: Kp=B(q)diag{Kp1,...,Kpi,...,Kpn} ; Kd=B(q)diag{Kd1,...,Kdi,...,Kdn}. Sterownie adaptacyjne 1)PÄ™tla dolna powinna być jak najszybsza 2)PÄ™tla górna (adaptacyjna) jest wolniejsza nie tylko dlatego że wykonywane sÄ… tam bardziej skomplikowane operacje ale również z tego powody by można byÅ‚o okreÅ›lić czy dotychczasowe parametry regulatora sÄ… wÅ‚aÅ›ciwe. Na to potrzeba kilku okresów regulacji w pÄ™tli dolnej. W przypadku gdy pÄ™tla górna zbliży siÄ™ czasowo do pÄ™tli dolnej może dojść do zmiany stabilnoÅ›ci ukÅ‚adu. SÄ… dwa rozwiÄ…zania sterowania adaptacyjnego: a)z modelem odniesienia b)z samonastawiajÄ…cym siÄ™ regulatorem ] 12. Sterowanie adaptacyjne robotów Sterowniki adaptacyjne bazujÄ… na ogólnej zasadzie ciÄ…gÅ‚ego dopasowania parametrów regulatora do zmian wystÄ™pujÄ…cych w obiekcie sterowania WiÄ™kszość algorytmów tego sterowania jest oparta na zaÅ‚ożeni, że relacjÄ™ pomiÄ™dzy syg. wy a we obiektu daje siÄ™ opisać przy użyciu zÅ‚ożonego modelu liniowego o parametrach zmiennych w czasie. MogÄ… one być wyznaczone na bieżąco przy użyciu odpowiednich technik estymacji. MajÄ…c bieżące oszacowania parametrów zÅ‚ożonego modelu obiektu można dobrać najbardziej odpowiednie nastawy regulatora. StÄ…d wynika że sterowanie adaptacyjne można zastosować wszÄ™dzie tam gdzie parametry obiektu nie zmieniajÄ… siÄ™ zbyt szybko w stosunku do dynamiki samego obiektu oraz w stosunku do szybkoÅ›ci dziaÅ‚ania urzÄ…dzeÅ„ przetwarzajÄ…co sterujÄ…cych. Każdy z ukÅ‚. ster. adapt. zawiera dwie pÄ™tle sprzężenia zwrotnego (wew. i zew.). PÄ™tla wew. zawiera proste regulatory zaliczone do klasy PID o dużej szybkoÅ›ci dziaÅ‚ania. PÄ™tla zew. wypracowuje nastawy regulatora i jest stosunkowo wolna, ponieważ zmiany nastaw regulatora nie mogÄ… być zbyt szybkie. 13. Sterowanie Å›lizgowe robotów Stosuje siÄ™ przy wystÄ™powaniu dużego zakresu zmian param. obiektu lub wysokiego poziomu zakłóceÅ„. Polega na przyjmowaniu dostatecznie dużych syg. we, tak, aby zawsze kierować trajektoriÄ… ukÅ‚adu zamkniÄ™tego w sposób zmniejszajÄ…cy uchyb regulacji poÅ‚ożenia i prÄ™dkoÅ›ci. W klasycznym rozwiÄ…zaniu sterownik dziaÅ‚a jak 2stanowy przekaznik zadajÄ…cy max lub min poziomy syg. we. Zalety tego ster. to: ruch Å›lizgowy po zadanej z góry hiperpowierzchni w przestrzeni stanów obiektu. Jest to rodzaj ruchu oscylacyjnego realizowanego w taki sposób, że jakiekolwiek zejÅ›cie z hiperpow.przeÅ‚Ä…czeÅ„ powoduje przeÅ‚Ä…czenie syg. sterujÄ…cego na taki poziom, że ruch ukÅ‚adu bÄ™dzie odbywaÅ‚ siÄ™ w kierunku tej hiperpow.,która jest uksztaÅ‚towana w taki sposób by przechodziÅ‚a przez stabilny punkt równowagi ukÅ‚adu w którym uchyb poÅ‚ożenia i jego pochodna przyjmujÄ… wart. zerowe. Dlatego oscylacyjny ruch ukÅ‚. bÄ™dzie odbywaÅ‚ siÄ™ w pobliżu hiperpow. przeÅ‚. w sposób zapewniajÄ…cy Å›lizganie po niej w kierunku punktu równowagi. a)przyp.idealny,b-realistyczny) 14. Naturalne wiÄ™zy pozycyjne i sterowanie w warunkach wystÄ™powania tych wiÄ™zów 15. Sterowanie pozycyjno-siÅ‚owe robota kartezjaÅ„skiego 16. Klasyczne sterowanie pozycyjno-siÅ‚owe robota o dowolnej strukturze Jest to sposób sterowania koÅ„cówki efektora (podobnie jak ster. impedancyjne). Jego cechÄ… jest to, że nie można jednoczeÅ›nie sterować siÅ‚Ä… i pozycjÄ…. Obecnie sterowanie pozycyjno siÅ‚owe jest zastÄ™powane sterowaniem impedancyjnym, gdyż czyste sterowanie pozycyjno siÅ‚owe ma tÄ™ podstawowÄ… wadÄ™ iż trzeba bardzo precyzyjnie okreÅ›lać rozpoczynanie kontaktu z obiektem. W przeciwnym przypadku robot może wygenerować bardzo duże siÅ‚y. 17. Pasywne sterowanie podatne w robotyce 18. Podstawy analogii elektryczno-mechanicznych Obwód szeregowy LC jego model analogowy Obwód równolegÅ‚y LC i jego model analogowy UkÅ‚ad masa-sprężyna i jego model analogowy UkÅ‚ad sprężyna-masa i jego model analogowy 19. Analogia prÄ™dkość-prÄ…d; porównanie podstawowych elementów liniowych i ich poÅ‚Ä…czeÅ„ Tab. Podstawowe relacje pomiÄ™dzy wielkoÅ›ciami mechanicznymi i elektrycznymi, w przypadku stosowania analogi prÄ™dkość-prÄ…d Tab. Zestawienie równoważnych ukÅ‚adów szeregowo-równolegÅ‚ych w przypadku stosowania analogii prÄ™dkość- prÄ…d 20. Analogia prÄ™dkość-napiÄ™cie; porównanie podstawowych elementów liniowych i ich poÅ‚Ä…czeÅ„ 21. Impedancja elektryczna i mechaniczna: podobieÅ„stwa i różnice 22. Sterowanie impedancyjne/admitancyjne robotów Sterowanie impedancyjne jest to jeden z rodzajów sterowania ukÅ‚adu (robota). Jego zalety i zasadÄ™ dziaÅ‚ania widać w chwili, kiedy jest bezpoÅ›rednia styczność miedzy robotem a otoczeniem i manipulator (czy koÅ„cówka efektora) stale oddziaÅ‚uje na to otoczenie (rysunek). W takim przypadku czÄ™sto nie da siÄ™ z góry okreÅ›lić wszystkich koniecznych nastaw ukÅ‚adu aby oddziaÅ‚ywanie nastÄ™powaÅ‚o w wymaganÄ… siÅ‚Ä… (ponieważ np. nieznana może być substancja z jakiej wykonany jest obiekt). W przypadku sterowania pozycyjno siÅ‚owego w takiej sytuacji musi wystÄ™pować ciÄ…gÅ‚e dosterowywanie , tzn. regulowanie na wyczucie . Natomiast dla ster. impedancyjnego w podczas kontaktu z otoczeniem zachodzi wymiana energii pomiÄ™dzy koÅ„cówkÄ… efektora (manipulatora) a otoczeniem z którym ten efektor kontaktuje siÄ™ co pozwala na dokÅ‚adne okreÅ›lenie z jakÄ… siÅ‚Ä… w danej chwili ukÅ‚ad dziaÅ‚a na otoczenie. Pozwala to na dużo szybsze przetworzenie tej informacji. Taki sposób sterowania wykorzystywany może być np. w robotach kroczÄ…cych, gdyż wystÄ™pujÄ… różne rodzaje podÅ‚oża i ukÅ‚ad bardzo szybo musi poprzez różnego typu ukÅ‚ady samoregulacji zareagować by siÄ™ robot nie przewróciÅ‚. 23. PrzykÅ‚ady naturalnego sterowania pozycyjno-siÅ‚owego i impedancyjnego 24. Metody programowania robotów. Programowanie robota to wprowadzenie do pamiÄ™ci sterownika wszystkich informacji niezbÄ™dnych do realizacji pożądanych trajektorii i interakcji z otoczeniem. Metody programowania robotów można podzielić na trzy grupy: programowanie sekwencyjne, programowanie przez uczenie, programowanie tekstowe. Cechy programowania sekwencyjnego. Programowanie sekwencyjne byÅ‚o powszechnie stosowane w starszych konstrukcjach robotów z napÄ™dami hydraulicznymi lub pneumatycznymi i jest w dalszym ciÄ…gu stosowane w konstrukcjach, które nie posiadajÄ… możliwoÅ›ci pomiaru bieżących wartoÅ›ci zmiennych zÅ‚Ä…czowych. Na każdej osi robota umieszczony jest zestaw mikro-wyÅ‚Ä…czników mechanicznych lub fotoelektrycznych. Po zadaniu pozycji ograniczników ruchu osi, programowanie sprowadza siÄ™ do zadawania kolejnoÅ›ci ruchów osi oraz zaciskania lub zwalniania chwytaka. W każdym kroku wykonywany jest ruch tylko jednej osi okreÅ›lonego poÅ‚ożenia. W pierwszych robotach wykorzystujÄ…cych tÄ… metodÄ™, programowanie odbywaÅ‚o siÄ™ za pomocÄ… matrycy diodowej wiersze odpowiadaÅ‚y poszczególnym osiom manipulatora, a kolumny kolejnym krokom programu. Pózniej matryca diodowa zostaÅ‚a zastÄ…piona pamiÄ™ciami elektrycznymi programowanymi przy użyciu prostej klawiatury. ZaletÄ… tej metody programowania jest bardzo duża prostota i czytelność struktury programu. PodstawowÄ… wadÄ… jest brak możliwoÅ›ci koordynacji ruchów w kilku zÅ‚Ä…czach. Zatem metoda ta jest odpowiednia do programowania prostych, powtarzalnych czynnoÅ›ci manipulacyjnych, typowych dla obsÅ‚ugi maszyn. Nie można jednak realizować ruchów po zadanych torach, gdyż należaÅ‚oby przedstawić je w postaci dyskretnych punktów w przestrzeni roboczej, a na to nie pozwala z reguÅ‚y pojemność pamiÄ™ci. Programowanie przez uczenie. Polega na przeprowadzeniu manipulatora wzdÅ‚uż zadanej trajektorii przy jego rÄ™cznym sterowaniu, z wykorzystaniem panelu sterowania i zapamiÄ™taniu tej trajektorii. Panel sterowania sÅ‚uży do niezależnego zadawania ruchu poszczególnych osi, przy czym w fazie uczenia sterowanie osi odbywa siÄ™ w torze otwartym. SygnaÅ‚y wyjÅ›ciowe systemu sensorów wewnÄ™trznych sÄ… wykorzystywane do zapamiÄ™tywania trajektorii z dostatecznie dużą rozdzielczoÅ›ciÄ…. Panel sterowania czÄ™sto jest wyposażony w joystick uÅ‚atwiajÄ…cy sprowadzenie efektora do pożądanej pozycji. Z panelu sterowania wprowadzane sÄ… również instrukcje dodatkowe: otwieranie i zamykanie chwytaka, czekanie przez okreÅ›lony czas, nadawanie odpowiednich wartoÅ›ci dwustanowym wyjÅ›ciom zewnÄ™trznym uruchamiajÄ…cym inne urzÄ…dzenia. Kolejne instrukcje podstawowe i dodatkowe sÄ… zapamiÄ™tywane w pamiÄ™ci programu i w trakcie jego wykonywania sÄ… poddawane interpretacji. Programowanie przez uczenie zapewnia kontrolowanie procesu tworzenia instrukcji, umożliwia ich graficzne przedstawianie na odpowiednich wyÅ›wietlaczach oraz poprawianie wprowadzonych instrukcji. Programowanie tekstowe. Polega na tworzeniu w trybie off-line symbolicznego zestawienia pożądanych operacji robota przy użyciu jÄ™zyka programowania. Instrukcje jÄ™zyka opisujÄ… podstawowe ruchy robota, dziaÅ‚anie chwytaka i obsÅ‚ugÄ™ wejść i wyjść ukÅ‚adu sterowania. Poszczególne pozycje manipulatora sÄ… reprezentowane przez zmienne nazwowe stanowiÄ…ce parametry formalne instrukcji. Instrukcje wprowadzania danych przyporzÄ…dkowujÄ… tym zmiennym wartoÅ›ci rzeczywiste. JÄ™zyki programowania tekstowego zawierajÄ… standardowe instrukcje skoków bezwarunkowych i warunkowych, tworzenia pÄ™tli, arytmetyczne i logiczne. W zależnoÅ›ci od wykorzystywanej metody opisu operacji wykonywanych przez robota, jÄ™zyki programowania można podzielić na: JÄ™zyki programowania powstaÅ‚e w wyniku rozszerzenia lub modyfikacji typowych jÄ™zyków, nazywane jÄ™zykami robotycznie-zorientowanymi. JÄ™zyki programowania obiektowo-zorientowane. 25. JÄ™zyki programowania robotów. Wykorzystywane sÄ… w programowaniu tekstowym. W zależnoÅ›ci od wykorzystywanej metody opisu operacji wykonywanych przez robota, jÄ™zyki programowania dzielimy na 2 grupy: f&JÄ™zyki programowania powstaÅ‚e w wyniku rozszerzenia lub modyfikacji typowych jÄ™zyków, nazywane jÄ™zykami robotycznie zorientowanymi (robot-oriented programming languages) program skÅ‚ada siÄ™ z szeregu instrukcji zwanych makro-ruchami, które mogÄ… dotyczyć opisu przemieszczania poszczególnych ogniw Å‚aÅ„cucha kinematycznego lub w zaawansowanych wypadkowego ruchu efektora. Syntaktyka przypomina np. BASIC, FORTRAN, PASCAL, LISP. PrzykÅ‚adowe jÄ™zyki to AL, VAL f&JÄ™zyki programowania obiektowo-zorientowane (object-oriented lub task-level programming languages) bazujÄ… na zdefiniowaniu modelu otoczenia robota. Poszczególne obiekty otrzymujÄ… nazwy i parametry okreÅ›lajÄ…ce ich ksztaÅ‚t i wymiary oraz przyporzÄ…dkowanie lokalnych ukÅ‚adów współrzÄ™dnych. W programie okreÅ›la siÄ™ kolejno, które z obiektów majÄ… być przemieszczane i w jaki sposób (pozycyjnie z zadanÄ… wartoÅ›ciÄ… lub siÅ‚owo w okreÅ›lonym kierunku). System programowania posiada edytor, kompilator lub interpreter oraz interfejs wprowadzania danych obiektowych, np. z baz danych. Organizacja przesyÅ‚u danych powinna być zgodna z systemami CAD/CAM. PrzykÅ‚ad: AUTOPAS