Transcript Robotyka

Robotyka
•pojęcie „robot” wprowadził czeski
dramatopisarz Karel Čapek w 1920 r.,
•z czeskiego robota = praca,
•maszyny człekokształtne, roboty,
miały wykonywać najcięższe prace
Podział maszyn manipulacyjnych
maszyny
manipulacyjne
sterowane ręcznie
sterowane programowo
stałoprogramowe
manipulatory
urządzenia
Pick-and-Place
programowalne,
także sterowane
sensorycznie
roboty serwisowe
(mobilne)
roboty przemysłowe
Pojęcia podstawowe
• Roboty – uniwersalne, programowalne maszyny
manipulacyjne o wielu osiach.
• Roboty serwisowe – najczęściej mobilne maszyny
manipulacyjne, realizujące zadania robocze lub
transportowe.
• Stałoprogramowe maszyny manipulacyjne – stosowane
przy ruchach o stałej trajektorii.
• Manipulatory – maszyny realizujące ruchy zadawane i
sterowane ręcznie przy obserwacji wizualnej (przeważnie).
Różnice między manipulatorem a robotem
manipulator:
• wykonuje zamknięty cykl ruchów
powtarzalnych;
• na ogół ma sztywny program (z reguły zmiana
programu pracy manipulatora wymaga
fizycznych zmian w jego konstrukcji);
• sztywny program współpracy z ewentualnymi
urządzeniami technologicznymi.
Różnice między manipulatorem a robotem
robot:
• może realizować duża liczbę różnorodnych
czynności manipulacyjnych za pomocą sygnałów
generowanych w programowalnym układzie
sterowania;
• najczęściej czynności powtarzalne ale mogące ulec
zmianie odpowiednio do zmiany programu, stanu
środowiska lub podanie informacji;
• cykl ruchów manipulacyjnych lub/i lokomocyjnych;
• wykorzystanie układu wejść/wyjść dla współpracy
z urządzeniami technologicznymi, układami
sensorów, systemami komunikacji.
Robot przemysłowy
Przegub
„dłoni”
Przyłącze
narzędzia
Przegub
„ramienia”
Przegub
„barkowy”
Przegub
„kadłuba”
Kinematyka robotów
• Manipulator składa się z
połączonych ruchomo ciał
(w przybliżeniu
sztywnych), które
wykonują złożone ruchy
w przestrzeni roboczej.
• W kinematyce
manipulatorów i robotów
bardzo ważnymi
operacjami są obroty
(rotacje) i przesunięcia
(translacje)
Kinematyka robotów
• Do ustawienia narzędzia robota w określonym
położeniu w przestrzeni roboczej niezbędnych jest
w sumie 6 osi, odpowiadających 6 stopniom
swobody w ruchy ciała w przestrzeni.
• 3 stopnie swobody dla określenia położenia
wybranego punktu ciała w przestrzeni,
np. we współrzędnych X, Y, Z,
• 3 stopnie swobody dla jego zorientowania przez
obroty wokół osi O – obracanie, osi P –
przechylanie poprzeczne i osi W – przechylanie
wzdłużne.
Konfiguracje i typy robotów
Osie podstawowe – 3 osie tworzące ramię robota (osie
ruchu regionalnego) – do ustalenia punktu
w przestrzeni.
Osie dłoni – 3 osie do ustawienia (zorientowania) chwytaka
w dowolnym przestrzennie kierunku.
• 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.
Kinematyka typu PPP, TTT – kartezjańska
•
•
•
•
•
•
•
bardzo duża przestrzeń robocza, prostopadłościan,
3 liniowe napędy,
łatwość wizualizacji pracy(+),
łatwa w programowaniu (+),
duża sztywność (+),
wymaga dużego miejsca do pracy (-),
ruch prostoliniowy wymaga - pojedyncze osie muszą
przemieszczać się z różną, ale stałą prędkością.
Kinematyka typu OPP, RTT –
cylindryczna
• cylindryczna przestrzeń robocza,
• 2 liniowe napędy + 1 obrotowy pozwala osiągnąć położenie wokół
siebie (+),
• ruch obrotowy łatwy w programowaniu (+),
• niewykonalne osiągnięcie położenia efektora ponad manipulatorem
(-),
• niewygodna w omijaniu przeszkód (-),
• obrotowa kolumna (oś1) dźwiga oś liniową (oś2) ruchu pionowego,
ta z kolei oś ruchu poziomego (oś3) przemieszczeń w kierunku
promieniowym
Kinematyka typu OOP, RRT –
sferyczna
• cylindryczna przestrzeń robocza,
• 1 napęd liniowy + 2 obrotowe dają stosunkowo duży zasięg
poziomy (+),
• niewygodna w omijaniu przeszkód (-),
• stosunkowo mały zasięg pionowy (-)
Kinematyka typu OOP, RRT – SCARA
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
przestrzeń robocza – wycinek kuli,
z poziomo ułożonym ramieniem,
1 napęd liniowy + 2 obrotowe,
duża sztywność manipulatora,
stosunkowo duża (+),
nieskomplikowana przestrzeń
robocza (+),
2 możliwości osiągnięcia pozycji w
przestrzeni roboczej (-),
trudna do sterowania (-),
bardzo skomplikowana struktura
ramienia (-),
4 osie – tylko jedna oś ruchu
lokalnego (obrotu dłoni)
Kinematyka typu OOO, RRR –
antropomorficzna
•
•
•
•
•
•
•
•
przestrzeń robocza – wycinek kuli,
3 napędy obrotowe pozwalają omijać przeszkody,
stosunkowo duża przestrzeń robocza(+),
struktura trudna do programowania(-),
2 lub 4 sposoby osiągnięcia pozycji w przestrzeni(-),
najbardziej skomplikowana struktura (-),
trzy ruchy realizowane przez obrotowe przeguby – roboty przegubowe,
najmniejsza przestrzeń użytkowa dla porównywalnych prędkości
ruchu(+).
Zwiększanie liczby osi
Oś siódma
• w celu zwiększenia przestrzeni roboczej,
• przez podwieszenie lub osadzenie robota na synach
• obróbka przedmiotów o długości ponad 30m.
Oś ósma (7 i 8)
• stół obrotowo-pochylny,
• korzystne ustawienie obrabianego przedmiotu.
Napędy robotów
• głównie silniki elektryczne prądu przemiennego,
• napęd hydrauliczny – roboty przeznaczone dla
ekstremalnie dużych obciążeń lub w strefie zagrożonej
wybuchem,
• umieszczane blisko środka przestrzeni roboczej robota –
eliminacja sił bezwładnościowych przy ruchach robota.
Napęd elektryczny
Budowa:
• silnik elektryczny prądu przemiennego ze sterowaną prędkością
obrotową,
• hamulec elektromagnetyczny,
• sensor położenia kątowego.
Charakterystyka:
• możliwie mały moment bezwładności,
• max liczba obrotów silnika ok. 3000 min-1,
• z przekładnią redukcyjną 100:1 (max. prędkość ramienia robota
ok. 0,5 s-1) – przekładnie falowe (elastyczne, harmoniczne), rzadko planetarne
Napęd hydrauliczny
Budowa:
• siłowniki liniowe połączone z mechanizmami dźwigowymi lub
• siłowniki obrotowe zabudowane bezpośrednio na ramieniu robota.
Charakterystyka:
• sterowanie za pomocą serwozaworów,
• mała masa (+),
• bardzo małe obciążenia bezwładnościowe przy bardzo dużym
momencie obrotowym(+),
• ostre wymagania eksploatacyjne(-),
• trudności z doprowadzaniem i spływem oleju(-).
Chwytaki
• Jednym z najważniejszych
elementów manipulatora
jest końcówka robocza,
często nazywana
efektorem lub
chwytakiem.
• Ramię i kiść, tworzące
manipulator, są używane
przede wszystkim do
pozycjonowania końcówki
roboczej i narzędzia.
Struktura (OOO)
O - odchylenie (yaw)
O - nachylenie (pitch)
O - obrót (roll)
Przeznaczenie chwytaków
• Chwytaki szczękowe z napędem pneumatycznym, które przez
mechanizm dźwigniowy umożliwiają uzyskiwanie dużej siły
chwytu.
• Szczególnie szeroko mogą otwierać się chwytaki szczękowe z
napędem jarzmowym.
• Chwytaki z końcówkami wyposażonymi w igły stosowane są do
chwytania materiałów włókienniczych.
• Chwytaki przyssawkowe stosuje się do chwytania gładkich,
płaskich przedmiotów (płyt szklanych, detali z tworzywa
sztucznego). Próżnię uzyskuje się z pompy próżniowej ze
zbiornikiem buforowym lub wytwarza poprzez przepływ
sprężonego powietrza przez eżektor (strumienicę) – małą
zwężkę Venturiego umieszczoną bezpośrednio przy
przyssawce.
Chwytaki szczękowe
Chwytaki przyssawkowe