Robotyka

1. Robotyka pojęcie „robot” wprowadził czeski dramatopisarz Karel Čapek w 1920 r., z czeskiego robota = praca, maszyny człekokształtne, roboty, miały wykonywać najcięższe prace

2. maszyny manipulacyjne sterowane ręcznie sterowane programowo programowalne, także sterowane sensorycznie stałoprogramowe urządzenia Pick-and-Place roboty serwisowe (mobilne) roboty przemysłowe manipulatory Podział maszyn manipulacyjnych

3. 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).

4. 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.

5. 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/ilokomocyjnych; • wykorzystanie układu wejść/wyjść dla współpracy z urządzeniami technologicznymi, układami sensorów, systemami komunikacji.

6. Robot przemysłowy Przegub „dłoni” Przegub „ramienia” Przyłącze narzędzia Przegub „barkowy” Przegub „kadłuba”

7. 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)

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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

12. 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 (-)

13. 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)

14. 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(-), • najbardziejskomplikowana struktura (-), • trzy ruchy realizowane przez obrotowe przeguby – roboty przegubowe, • najmniejsza przestrzeń użytkowa dla porównywalnych prędkości ruchu(+).

15. 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.

16. 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.

17. 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

18. 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(-).

19. 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)

20. 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.

21. Chwytaki szczękowe

22. Chwytaki przyssawkowe