roboti industriali - iota.ee.tuiasi.roiota.ee.tuiasi.ro/~mpobor/doc/cursuri/ricurs1.pdf · roboti...

ROBOTI INDUSTRIALI

Note de curs

Conf. dr.ing. Marian

Poboroniuc

ROBOTI INDUSTRIALI – CURS 1 2

“Ce este un ROBOT ?”

• > 9 decenii de existenta – conceput

de scriitorul ceh Karel Capek.

Definitia 1: “ Un manipulator reprogramabil si

multifunctional realizat in scopul manipularii

materialelor, pieselor, sculelor sau

dispozitivelor specializate, intr-un mod

specific diferitelor miscari programate, pentru

a realiza o varietate de sarcini” - 1979

! Forta prin inteligenta artificiala

! Sistem in care inteligenta artificiala intalneste

lumea reala

CONCEPTE

NOI


Definitia 2 - Webster

“ROBOTUL este un dispozitiv

automat care realizeaza operatii sau

are functii normal etichetate ca

umane, sau o masina avand o forma

umana”


ROBOTICA

Se refera la studiul si

utilizarea robotilor.

Denumirea a fost

utilizata pentru prima data de

omul de stiinta si scriitor, Isaac

Asimov (2.01.1920-6.04.1992)


LEGILE ROBOTICII

LEGEA ZERO:

“ Un ROBOT nu trebuie sa produca nici un

rau umanitatii, sau, prin lipsa de actiune, sa

permita producerea unui rau asupra

umanitatii”


LEGILE ROBOTICII

LEGEA 1: “ Un ROBOT

nu trebuie sa produca nici

un rau unei fiinte umane,

sau, prin lipsa de actiune,

sa permita aceasta, dar in

conditiile respectarii legilor

de ordin superior” (aici

LEGEA ZERO).


LEGILE ROBOTICII

LEGEA 2:

“ Un ROBOT trebuie sa

execute ordinele primite

de la o fiinta umana,

exceptie facand acele

ordine care intra in

conflict cu o lege de ordin

superior”


LEGILE ROBOTICII

LEGEA 3:

“ Un ROBOT trebuie sa se protejeze pe sine

insusi, atata timp cat aceasta protectie nu intra

in conflict cu legi de ordin superior”


Deci, ce este un ROBOT? In general:

O masina programabila care imita actiunile sau aparenta

unei creaturi inteligente … uzual considerata a fi omul!

Pentru a fi definita drept robot, o masina trebuie

sa poata:

1) Sesiza si percepe: preia informatii despre mediul inconjurator

2) Executa anumite sarcini: locomotie si/sau manipulare, de exp.

realizare actiune de mutare sau manipulare obiecte.

3) Fi reprogramata: sa realizeze sarcini diverse

4) Functiona autonom si/sau sa interactioneze cu omul


Tipuri de roboti Roboti manipulatori

• Manipulatori mobili

http://www.egr.msu.edu/~tanjindo/mm..JPG


Tipuri de roboti

Umanoid

Roboti pe

picioare

Roboti acvatici

Roboti mobili pe rotiRoboti aerieni

• D.p.d.v al locomotiei


Roboti mobili- Exemple

Hilare II

http://www.laas.fr/~matthieu/robots/

Sojourner Rover

NASA _ JPL, Explorare Marte

http://www.laas.fr/~matthieu/robots/


Exemple Roboti Autonomi

http://www.spawar.navy.mil/robots/images/gsr.jpg


De ce utilizam robotii?

Aplicatii in medii:

– Periculoase

– Murdare

– Plictisitoare

– Dificil de strabatut

Sarcini:

– Automatizare

– Reparatii

– Asistenta

– Care necesita autonomie


De ce utilizam robotii? Creste calitatea productiei

– Precizie superioara (micrometri)

– Precizie repetabila consistenta produselor

Creste eficienta– Muncesc continuu fara a obosi

– Nu au nevoie de vacante

Creste siguranta – Opereaza in medii periculoase

– Nu au nevoie de confort – aer conditionat, protectie la zgomote etc.

Reducere costuri– Reducere numar rebuturi

– Cost redus pentru forta de munca

Reducere timp productie– Raspuns rapid la modificarile de proiectare

Productivitate crescuta– Creste valoarea productiei/persoan/ora


Putina istorie a robotilor Automat: o masina sau mecanism de control

proiectat a urmari in mod automat o secventa predefinita de operatii, sau sa raspunda la instructiuni codate.


Istoria robotilor 1961

– George C. Devol obtine primul brevet U.S. No. 2,998,237.

– Joe Engelberger formeza Unimation si a fost primul producator de roboti.


Istoria robotilor

1966-1972 -Shakey (Stanford Research Institute)

– Primul robot mobil operand pe baza de tehnici AI.

Sarcini simple:

– Recunoastere obiecte –vedere artificiala

– Gasire traiectorie catre un obiect

– Actiuni simple asupra obiectelor (de exemplu, impingerea lor catre un loc tinta)

http://www.frc.ri.cmu.edu/~hpm/book98/fig.ch2/p027.html

http://www.frc.ri.cmu.edu/~hpm/book98/fig.ch2/Shakey.150.jpg


Istorie Roboti

1970

– General Motors –prima companie care a

utilizat un sistem dotat cu viziunea

artificiala intr-o aplicatie industriala.

Sistemul „Consight‟ se baza pe

recunoasterea formelor obiectelor iluminate

dintr-o parte - instalat intr-o turnatorie in St.

Catherines, Ontario, Canada.


Istorie roboti

1978

– Primul robot PUMA (Programmable Universal Machine for Assembly) dezvoltat de Unimation pentru General Motors.

PUMA 500 … din noua generatie

http://www.antenen.com/htdocs/frame.html


Roboti Industriali instalati

2006 – aproximativ 162 000 roboti instalati in fabricile SUA

(http://www.roboticsonline.com)

Roboti instalati

165.000 noi roboti instalati in 2012, cu

37% mai mult decat in 2011.

In 2011, 22.600 noi roboti instalati in

China; Cea mai dinamica piata !

In 2011 Japonia revine in top cu

28.000 roboti instalati, cu 27% mai

mult decat in 2010.


www.worldrobotics.org

Robot Kuka ptr

operatii de sudare

cu arc electric


Utilizarile robotilor Roboti industriali

– 70% sudare si vopsire

– 20% manipulare

– 10% alte utilizari

Cercetarea vizeaza

– Controlul manipulatoarelor

– Proiectare apucator

Complianta

Mana robotizata

– Reactie in functie de informatia

vizuala si forta

– Automatizari flexibile


Arhitectura sistemelor tip ROBOT Structura Mecanica

– Model cinematic

– Model dinamic

Actionare: Electrica, Hidraulica, Pneumatica, Muschi Artificial

Controlere (regulatoare)

Senzori

Comunicare

Interfata utilizator

Sursa de putere

Senzori mediu

inconjurator

Planif.

miscare Controler

Structura

Mecanica

Configuratie

sensoriala


Categorii de roboti

Brate manipulatoare

Roboti mobili pe roti

Roboti pasitori

Structuri hibride, rezultat al asocierii brat

manipulator- baza mobila & vehicule

marine robotizate;


Brate manipulatoare

Puternica reprezentare in mediul industrial in domenii de

asamblare si mentenanta


Roboti mobili pe roti

Mobilitatea le permite

abordarea unor aplicatii

diversificate: mentenanta,

intretinere, transport etc.


Roboti pasitori

Datorita complexitatii sunt

inca in diverse stadii de

experimentare in laborator


Structuri hibride

Brat manipulator-baza mobila Vehicule marine


Arhitectura manipulatoarelor

si robotilor industriali

Sistem de programare Sursa de energie

Sistem de comanda

------------------------

Sistem senzorial

Sistem de actionare

------------------------

Structura mecanica

Mediu

Instructiuni

Comenzi

Masuratori

Observatii Actiuni

ROBOT




MEDIUL – spatiul in care

actioneaza robotul

manipulator, fiind definit

de configuratiile

geometrice si proprietatile

fizico-chimice ale

obiectelor din acel spatiu




SARCINA – o suita de

actiuni exercitate asupra

mediului, pentru

modificarea acestuia de la

o stare initiala la o stare

finala dorita.


Modulul operational


si robotilor industrialiROBOT

Modulul de sesizare si decizie


Modulul operational – este

format din structura mecanica si

sistemul de actionare.

Executa actiuni asupra mediului

prin transformarea energiei

primite de la o sursa externa, pe

baza comenzilor primite de la

sistemul de comanda.






Modulul de sesizare si decizie –

elaboreaza comenzile pe baza :

• instructiunilor primite de la sistemul

de programare,

• observatiilor referitoare la mediu,

furnizate de sistemul senzorial

• masuratorilor efectuate asupra starii

robotului de catre senzorii interni.


Structura mecanica

Alcatuita in general din

corpuri rigide (fara

jocuri si elasticitate –

cazul ideal), legate intre

ele prin articulatii,

formand lanturi

cinematice.


Structura mecanicaIn functie de modul de

legare al corpurilor

segmentelor componente,

deosebim:

• manipulatoare cu lant

cinematic simplu deschis

• roboti manipulatori cu

structura arborescenta

• roboti manipulatori cu lant

inchis





deosebim:





• roboti manipulatori cu lant

inchis





deosebim:






lant cinematic inchis


Structura mecanica

Partea din structura

mecanica care serveste la

apucarea si deplasarea

obiectelor, se numeste

dispozitiv de

prehensiune sau efector.


Sistemul mecanic

Dispozitiv de ghidare Dispozitiv de

prehensiune

Mecanism generator de

traiectorie Mecanism de orientare


Descompunerea miscarii unui

obiect aflat in efector

FAZA 1 : Deplasarea unui punct al obiectului

manipulat, numit punct caracteristic, pe o

traiectorie oarecare prin modificarea celor trei

coordonate ale punctului caracteristic, miscare

realizata prin intermediul unui dispozitiv cu cel

putin 3 grade de libertate numit mecanism

generator de traiectorie.


Descompunerea miscarii unui

obiect aflat in efector

FAZA 2 : Deplasarea (rotirea )unei drepte,

numita dreapta caracteristica, care trece prin

punctul caracteristic, dupa o pozitie dorita.

Operatia se numeste orientare si se realizeaza

prin modificarea celor trei unghiuri Euler care

definesc pozitia dreptei caracteristice. Miscarea

se realizeaza prin intermediul mecanismului de

orientare.


Mecanisme de orientare

• Cu miscari independente

• Cu miscari dependente

• Tip “trompa de elefant”



• Cu miscari independente – au cate o

unitate “motor rotativ + reductor +

arbore de legatura” pentru fiecare

cupla cinematica conducatoare, deci

pentru fiecare miscare de executat.



• Cu miscari dependente – miscarile se

transmit de la motoare la elementele

cuplelor cinematice conducatoare prin

intermediul unui singur mecanism, de

obicei un tren de roti dintate diferential.

Exista o corelatie intre miscarile relative ale

diferitelor cuple cinematice conducatoare.



• Tip “trompa

de elefant” – au

constructia cea

mai compacta si

asigura cel mai

mare unghi de

serviciu, dar nu

pot fi supuse la

solicitari mari.


Tipuri de articulatii

Articulatiile prezente

in cadrul

mecanismului

generator de

traiectorie sunt cuple

cinematice:

• de rotatie

• de translatie

Robot cu articulatii de rotatie



Articulatiile prezente

in cadrul

mecanismului

generator de

traiectorie, acestea

sunt cuple

cinematice:

• de rotatie

• de translatieRobot cu articulatii de translatie


Fiecare articulatie are un numar de grade de libertate, fiecare grad de libertate

(Degree Of Freedom - DOF in engleza) fiind de obicei controlat de un motor.

Articulatie de rotatie

1 DOF controlabil

Articulatie de translatie

1 DOF controlabil

Articulatie sferica

3 DOF controlabile

Articulatiile asigura conexiunea elementelor fizice ale bratului robotizat.

Cele mai comune tipuri de articulatii:


Spatiul de lucru

Multimea pozitiilor

pe care le poate

ocupa punctul

caracteristic


Tipuri de spatii de lucru

LINIAR – descris de punctul caracteristic al unui

mecanism realizat din doua elemente unite intr-o

singura cupla cinematica.

P P‟

Spatiu liniar


Tipuri de spatii de lucru

PLAN – descris de punctul caracteristic al unui

mecanism realizat ca un lant cinematic din trei

elemente unite prin doua cuple cinematice.

SPATIAL – descris prin intermediul unui mecanism

spatial cu cel putin 3 grade de mobilitate.


Spatiu de lucru spatial


Dispozitive de prehensiune

ROL – solidarizeaza

obiectul manipulat cu un

element al dispozitivului

generator de traiectorie


Fazele prehensiunii

• Imobilizare relativa (pozitionare)

• Centrare

• Fixare-defixare


Fazele prehensiunii


• Centrare

• Fixare-defixare

Faza in care se realizeaza anularea gradelor de libertate ale

obiectului in raport cu dispozitivul de prehensiune.


Fazele prehensiunii


• Centrare

• Fixare-defixare

Faza care asigura ocuparea de catre un anumit element geometric

al obiectului de manipulat, a unei pozitii univoc determinate fata

de un sistem de referinta legat de dispozitivul generator de

traiectorii.


Fazele prehensiunii


• Centrare

• Fixare-defixare

Faza in decursul careia iau nastere reactiuni intre zonele de

contact ale cuplei cinematice obiect-dispozitiv de prehensiune,

care anuleaza torsorul fortelor externe de inertie ce actioneaza

asupra obiectului.


Clasificare dispozitive de

prehensiune

Sisteme cu actiune unilaterala (ventuza, magnetice)

Sisteme cu actiune bilaterala

Sisteme cu actiune multilaterala

Tip ventuza



prehensiune

Sisteme cu actiune unilaterala



Prinderea prin presiunea a doua degete rigide

(contact in 2 puncte, 2 linii sau 2 suprafete)



prehensiune

Sisteme cu actiune unilaterala




Performante actuale

MICROTWEEZERS –

pentru manipularea

obiectelor de dimensiuni

intre 1 micron – 1 mm

Microfrabricate dintr-un

singur cristal de silicon.

Aplicatii: microchirurgie,

microasamblare a

aparatelor tehnice,

manipulare particule in

microscopie.Efector de dimensiune 2 mm


Alte tipuri de roboti

Grup de roboti de dimensiune redusa (ALLUMETE –

ETH Zurich)


Roboti pentru divertisment


Roboti de securitate

Distrugere colete

periculoase

Bibliografie

M. Poboroniuc, Controlul robotilor. Controlul

miscarii umane prin stimulare electrica

functionala , Editura POLITEHNIUM, Iasi ,

pp.261, 2004, ISBN 973-621-074-x.

L. Ciobanu- Manipulatoare si roboti industriali,

Editura Univ. Gh. Asachi Iasi, 1994.

Ivanescu M., Roboti industriali, Ed. Universitaria,

Craiova, 1994.

roboti industriali - iota.ee.tuiasi.roiota.ee.tuiasi.ro/~mpobor/doc/cursuri/ricurs1.pdf · roboti...

Documents