PODSTAWY ROBOTYKI

PR W 3.8

8. Konstrukcja mechaniczna manipulatora

Spis treści

1. Pojęcia i definicje

- maszyna cybernetyczna
- mechanizm cybernetyczny
- manipulator
- manipulator antropomorficzny
- pedipulator
- maszyna krocząca

2. Podstawowe podzespoły manipulatorów

- schemat blokowy manipulator

3. Konstrukcja mechaniczna manipulatora

- liczba stopni swobody manipulatora
- schemat kinematyczny manipulatora
- przestrzeń robocza manipulatora
- udźwig manipulatora
- dokładność manipulatora

4. Klasyfikacja manipulatorów

- klasyfikacja oparta na kryterium rodzaju sterowania
- klasy manipulatorów antropomorficznych

5. Elementy mechaniczne manipulatorów

- podstawowe zespoły mechaniczne
- układy przekazywania napędu
- hamulce, rygle, zderzaki
- manipulatory o budowie modułowej
- tory jezdne

6. Zagadnienia dodatkowe, ciekawostki

- roboty i manipulatory do prac podwodnych

1. Pojęcia i definicje

Większość maszyn wytwarzanych mniej więcej od połowy dwudziestego wieku należała do klasy
maszyn: roboczych, silnikowych, technologicznych i transportowych. Pojawienie się nowej grupy
maszyn, a mianowicie maszyn cybernetycznych, do których zaliczamy układy modelujące procesy
biologiczne i fizjologiczne przebiegające w przyrodzie ożywionej, w tym u człowieka i u zwierząt,
spowodowało konieczność rozszerzenia klasycznej definicji maszyny zaproponowanej jeszcze
przez F. Reuleaux w 1875 roku.

W roku 1963 I. Artobolewski zaproponował następujące określenie maszyny: maszyna jest

to sztuczne urządzenie przeznaczone do częściowego lub całkowitego zastępowania funkcji
energetycznych, fizjologicznych i In

telektualnych człowieka. Funkcje energetyczne należy tutaj rozumieć jako zastępowanie

pracy fizycznej, funkcje fizjologiczne jako zastępowanie organów, np. kończyny górnej lub dolnej,
a możliwości intelektualne jako właściwości adaptacyjne przy współdziałaniu maszyny
cybernetycznej z otoczeniem. Tak określoną maszynę będziemy nazywali - cybernetyczną.

Mechanizmem cybernetycznym będziemy nazywali część maszyny cybernetycznej

zastępującej czynności ruchowe człowieka, np. w zakresie manipulacyjnym lub lokomocyjnym.

Manipulatorem będziemy nazywali mechanizm cybernetyczny przeznaczony do realizacji

niektórych funkcji kończyny górnej człowieka. Wyróżniamy tutaj dwa rodzaje funkcji:
manipulacyjne (manus - ręka) wykonywane przez chwytak i wysięgnikowe realizowane przez
ramię manipulatora.

Współczesne manipulatory składają się z pojedynczego łańcucha kinematycznego otwartego

o 5 do 9 stopniach swobody lub zdwojonego łańcucha, zespołu siłowników (napędu), układu
sterowania, czujników i układu zasilania. Na rys. 1 pokazano schemat blokowy manipulatora.

Rys. 1. Schemat blokowy manipulatora

Manipulatorem antropomorficznym nazywamy układ podobny do kończyny człowieka

(anthropos - człowiek i morphe - kształt) pod względem kształtu (w sensie anatomicznym) oraz
fizjologicznym (w sensie funkcji), czyli działania (rys. 2).

Rys. 2. Manipulator kopiujący o kształcie antropomorficznym

Pedipulatorem nazywamy „nogę” maszyny kroczącej. Pedipulator może być układem

jedno-, dwu- lub trójczłonowym.

Maszyną kroczącą (rys. 3) będziemy nazywali urządzenie techniczne przeznaczone do

realizacji wybranych funkcji podobnych do funkcji lokomocyjnych zwierząt i owadów
posiadających kończyny (kręgowce) lub odnóża (owady). Każda lokomocja maszyny kroczącej jest
typu dyskretnego i może być realizowana przy użyciu: jednej, dwóch, trzech, czterech, sześciu,
ośmiu i wielu "nóg" jako chód, bieg i skok po twardym podłożu. Na rysunku maszyna krocząca:

Rys. 3. Maszyna krocząca

Na uwagę zasługuje najnowsze osiągnięcie Hondy, która stworzyła nową generację robota

posiadającego ludzkie umiejętności, w stopniu, a w jakim wcześniej nie były one osiągalne. Robot
– nazwany ASIMO (Advanced Step to Innovative Mobility) – jest następcą zaawansowanego
robota P3 wyprodukowanego przez Hondę w roku 1997 (rys. 4). Szczycąc się prawie ludzkimi
umiejętnościami chodzenia, ostatni hi-tech robot Hondy może również poruszać ramionami,
rękoma, palcami i głową. Jedyną ingerencją człowieka w działanie robota jest jego zdalne
sterowanie. Nowy robot ma 120 cm wzrostu i waży 43 kilogramy. ASIMO zręcznie kopiuje sposób
poruszania się człowieka kalkulując następny ruch i przemieszczając środek ciężkości. Nowa gama
ruchów, które może wykonywać robot umożliwia mu wykonywanie zadań w środowisku ludzkim
takich jak zapalanie świateł, czy otwieranie drzwi. W podziękowaniu za obecność na konferencji
prasowej ASIMO skłonił się w typowo japoński sposób.

Rys. 4. Robot ASIMO

2. Podstawowe podzespoły manipulatorów

Z rys. 5 przedstawiającego schemat blokowy manipulatora wynika, że składa się on z czterech
podstawowych podzespołów, a mianowicie:

Rys. 5. Schemat blokowy manipulatora

a) Układu mechanicznego wyposażonego w odpowiednie siłowniki, który jest

zaprojektowany do realizacji różnych czynności manipulacyjnych i lokomocyjnych. Jak już
wspomniano część manipulacyjna jest zwykle otwartym łańcuchem kinematycznym pojedynczym
lub zdwojonym o wielu stopniach swobody. Połączenia między członami tego łańcucha są zwykle
typu obrotowego lub postępowego. Jeżeli wszystkie połączenia w łańcuchu są typu obrotowego,
mówimy o układzie typu antropomorficznego.

W celu przenoszenia obiektów w przestrzeni jest niezbędna struktura o 6 stopniach swobody

(rys. 6). Pierwsze trzy stopnie swobody kierują chwytak manipulatora w kierunku zadanej pozycji,
a pozostałe trzy stopnie służą do odpowiedniej orientacji chwytaka w przestrzeni. Do sterowania
ruchami łańcucha stosuje się na ogół siłowniki elektryczne lub pneumatyczne (przy niewielkich
obciążeniach rzędu kilku dekaniutonów) oraz hydrauliczne (przy dużych obciążeniach rzędu setek
dekaniutonów).

Rys. 6. Struktura o sześciu stopniach swobody

Część lokomocyjna robota może być typu kołowego, gąsienicowego, nożnego lub

mieszanego, np. kołowo-nożnego. W przypadku lokomocji nożnej jest to układ złożony z dwóch,
czterech lub sześciu nóg, z których każda ma na ogół trzy stopnie swobody.

b) Otoczenia przestrzeni, w której robot jest usytuowany. Dla robotów nieruchomych

otoczenie ogranicza się do przestrzeni roboczej, w której może poruszać się manipulator. Należy
podkreślić, że otoczenie nie jest rozumiane tylko w sensie geometrycznym, lecz również w sensie

fizycznym własności otoczenia oraz uwzględnienia wszystkiego, co w tym otoczeniu występuje, np.
przeszkód. Tak, więc manipulator musi być przygotowany do współdziałania z otoczeniem.

c) Zadania: rozumianego jako różnica dwóch stanów otoczenia: początkowego i

końcowego po zrealizowaniu zaprogramowanego celu. Zadanie jest na ogół opisane w
odpowiednim języku i realizowane przez komputer.

d) Układu sterowania - komputera, części odpowiedzialnej za generowanie sygnałów

sterujących, posyłanych do siłowników poruszających manipulator.

3. Konstrukcja mechaniczna manipulatora

Konstrukcję mechaniczną manipulatora charakteryzują następujące parametry:

- liczba stopni swobody manipulatora;
- schemat kinematyczny manipulatora;
- przestrzeń robocza manipulatora;
- udźwig manipulatora.

Robot jest maszyną, tzn. zespołem mechanizmów przeznaczonych do wykonywania pracy

użytecznej związanej z przekształcaniem energii.

Mechanizm jest układem połączonych ze sobą ciał mogących wykonywać określony ruch

względem siebie. Ciała te noszą nazwę ogniw mechanizmu. Dwa ogniwa ruchowo ze sobą
połączone tworzą parę kinematyczną. Połączenie ruchowe ogranicza w pewnym stopniu możliwość
ruchu względnego łączonych ogniw. Jak wiadomo ciało sztywne ma w trójwymiarowej przestrzeni
6 stopni swobody, tzn. możliwość wykonania 6 niezależnych ruchów – 3 przesunięć i 3 obrotów
wzdłuż i wokół osi współrzędnych tyle niezależnych ruchów mogłoby wykonać jedno ogniwo
względem drugiego, gdyby nie były ze sobą połączone (rys. 7).

Rys. 7. Stopnie swobody w przestrzeni trójwymiarowej

Połączenie stałe dwu ogniw odbiera im całkowicie możliwość ruchu względnego, czyli

odbiera 6 stopni swobody. Połączenia ruchowe zależne od rodzaju, odbierają 1 – 5 stopni swobody.
Zależnie od rodzaju połączeń ruchowych rozróżnia się 5 klas par kinematycznych. W parze
kinematycznej I klasy połączenie odbiera ogniwom 1 stopień swobody, pozostawiając możliwość
wykonania 5 niezależnych ruchów względnych. Odpowiednio w parze kinematycznej V klasy
połączenie odbiera ogniwom 5 stopni swobody, pozostawiając możliwość wykonania tylko 1 ruchu.

Zbiór par kinematycznych tworzy łańcuch kinematyczny. Łańcuch kinematyczny ma

określoną liczbę stopni swobody wynikającą z liczby ogniw i liczby par kinematycznych różnych
klas występujących w łańcuchu.
Przykłady par kinematycznych

Rys. 8. Klasy par kinematycznych

W = 6n – 5n

5

– 4p

4

– 3p

3

– 2p

2

– p

1

gdzie:
W – liczba stopni swobody łańcucha kinematycznego;
n – liczba ogniw;
p

5

, p

4

, p

3

, p

2

, p

1

– liczba par kinematycznych klasy V, IV, III, II, I.

Zazwyczaj mamy do czynienia nie z łańcuchami kinematycznymi swobodnie unoszącymi

się w przestrzeni, ale z łańcuchami, których jedno ogniwo, zwane ostoją, jest unieruchomione.
Liczba stopni swobody w ruchu względem tego unieruchomionego ogniwa, zwana także stopniem
ruchliwości łańcucha kinematycznego, jest wyrażona wzorem:

W’ = 6(n – 1) – 5n

5

– 4p

4

– 3p

3

– 2p

2

– p

1

W łańcuchu kinematycznym robotów przemysłowych jedno ogniwo jest nieruchome i liczbę

stopni swobody robota oblicza się według powyższego wzoru.

Przykład obliczania liczby stopni swobody

n = 5

p

5

= 3

p

4

= 1

p

3

= p

2

= p

1

= 0

W’ = 6(n – 1) – 5p

5

– 4p

4

-3p

3

-2p

2

– p

1

= 5

Odp.: manipulator posiada 5 stopni
swobody

Rys. 9. Obliczanie stopni swobody

Manipulator można uważać za wieloczłonowe ciało sztywne przytwierdzone z jednego

końca do podstawy, a z drugiego końca zakończone kiścią, przy czym sąsiadujące ze sobą człony
(ramiona) mogą się względem siebie obracać lub przesuwać. Aby jednoznacznie określić położenie
wszystkich ramion manipulatora w przestrzeni należy znać kąt obrotu (lub przesunięcie liniowe)
pierwszego ramienia względem podstawy robota, kąt, obrotu (lub przesunięcie liniowe) drugiego
ramienia względem pierwszego, itd.

Liczbą stopni swobody manipulatora nazywa się minimalną liczbę kątów obrotu i

przesunięć liniowych poszczególnych ramion względem siebie, umożliwiającą dla zadanego
położenia podstawy robota jednoznaczne określenie położenia ramion manipulatora w przestrzeni.

Ponieważ w aktualnie produkowanych robotach każdy napęd służy do wykonania tylko

jednego, ściśle określonego przemieszczenia ramion manipulatora (np. obrotu ramienia 3 względem
ramienia 2), to można również przyjąć, że liczba stopni swobody manipulatora jest równa liczbie
napędów Jego ramion i kiści.

Pojęcie stopni swobody ilustruje przykład robota UNIMATE MARK II firmy Unimation.

Robot fen ma manipulator o 5 stopniach swobody, gdyż jego ramiona mogą się odpowiednio
wysuwać, obracać i podnosić, a kiść manipulatora może obracać się w dwóch prostopadłych
płaszczyznach. Przy określaniu liczby stopni swobody nie uwzględnia się zmiany położenia palców
chwytaka.

Rys. 10. Manipulator robota UNIMATE MARK II

Schemat kinematyczny

Układ kinematyczny manipulatora ma umożliwić nadanie chwytakowi lub narzędziu, w

które robot jest wyposażony, a ściśle mówiąc układowi współrzędnych prostokątnych uwiązanemu
z chwytakiem lub narzędziem, określonego położenia względem układu współrzędnych
odniesienia, związanego z podstawą robota lub chwytanym czy obrabianym przedmiotem.
Wzajemne usytuowanie dwu układów współrzędnych prostokątnych jest określone przez
przemieszczenie początków układów oraz obrót osi współrzędnych.

Na rys. 11 przedstawiono schemat kinematyczny robota przemysłowego (Horizontal 80 firmy

Renault), w którym występują pary obrotowe i para postępowa. Na schemacie można wyróżnić
dwie części: ramię i kiść.

Rys. 11. Schemat kinematyczny manipulatora robota przemysłowego Horizontal 80 firmy Renault

Ramię służy do doprowadzenia chwytaka lub narzędzia do określonego punktu

przestrzeni. Ruchy wykonywane przez ramię noszą nazwę ruchów regionalnych.

Głównym zadaniem kiści jest nadanie chwytakowi lub narzędziu określonego położenia

kątowego w danym punkcie przestrzeni, tzn. obrót układu współrzędnych związanego z
chwytakiem względem układu odniesienia. Ruchy kiści mogą także w pewnym stopniu wpływać na
przemieszczenia liniowe chwytaka, jest to jednak albo wpływ uboczny wynikający z przyjętych
rozwiązań konstrukcyjnych, albo też kiść realizuje niewielki przemieszczenie dopasowujące. Ruchy
kiści noszą nazwę ruchów lokalnych.

Rozkład liczby stopni swobody przykładowych robotów

Rys. 12. Rozkład liczby stopni swobody przykładowych robotów

Największą liczbę stanowią roboty o 5 stopniach swobody, na drugim miejscu są roboty o 6

stopniach swobody. Mogłoby się wydawać, że 6 stopni swobody jest wystarczające. Jednak przy
niektórych zastosowaniach (np. malowanie wewnętrznych części karoserii samochodowych)
manipulator musi się przemieszczać w ograniczonej przestrzeni napotykając różne przeszkody na
swojej drodze. Dlatego czasem stosuje się manipulatory o większej liczbie stopni swobody.

Rys. 13. Możliwość omijania przeszkód w przypadku robota o 7 stopniach swobody

Położenia ramion manipulatora można określić kilkoma różnymi sposobami:

- traktując każde ramię jako ciało sztywne można określić jego położenia za pomocą sześciu

współrzędnych (trzy współrzędne kartezjańskie dla środka ciężkości ramienia i trzy
współrzędne eulerowskie dla orientacji ramienia względem środka ciężkości). Sposób taki
byłby jednak bardzo uciążliwy;

- za pomocą wszystkich tych przesunięć i kątów obrotu ramion względem swoich sąsiadów,

które określają stopnie swobody manipulatora. Sposób ten jest znacznie prostszy.

Współrzędne ramion manipulatora odpowiadające poszczególnym stopniom swobody
nazywa się współrzędnymi naturalnymi manipulatora.

Użyteczność współrzędnych naturalnych manipulatora wynika stąd, że układ sterowania

robota podczas pozycjonowania ramion manipulatora nastawia bezpośrednio właśnie wartości jego
współrzędnych naturalnych.

Dla bliższego scharakteryzowania ruchów wykonywanych przez manipulator użyteczny jest

jego schemat kinematyczny. Schemat ten przedstawiono dla robota UNIMATE MARK II na
rysunku. Pierwsze ramię robota może wykonywać ruch obrotowy C w swojej osi względem
nieruchomej podstawy, drugie ramię może wykonywać ruch obrotowy B w osi prostopadłej do osi
ramienia pierwszego i drugiego, trzecie ramię może wykonywać ruch przesuwny X w osi
pokrywającej się z osią ramienia drugiego i trzeciego, kiść może wykonywać ruch obrotowy D w
osi prostopadłej do osi ramienia trzeciego i swojej osi oraz obrotowy A w swojej osi.

Podstawowym zadaniem manipulatora jest przemieszczenie manipulowanego przedmiotu z

jednego miejsca w inne. Jak wiadomo z podstaw mechaniki dla zdefiniowania położenia ciała
sztywnego, jakim jest manipulowany przedmiot, należy określić 6 współrzędnych: trzy współrzędne
określające położenie wybranego punktu tego ciała, np. jego środka ciężkości, a pozostałe trzy
określające orientację ciała względem tego punktu. Stąd w ogólnym przypadku przenoszenia
przedmiotu z jednego położenia w inne należy określić potrzebne zmiany 6 współrzędnych tego
przedmiotu, a następnie zmiany te zrealizować na drodze odpowiedniego sterowania. W najbardziej
ogólnym przypadku manipulator powinien, więc mieć 6 stopni swobody. W rzeczywistości
większość produkowanych i sprzedawanych robotów generacji 1 i 1,5 ma 5, 4 lub nawet tylko 3
stopnie swobody.

Rys. 14. Manipulator o 5 stopniach swobody

Przestrzeń robocza manipulatora

Zasięg chwytaka każdego manipulatora jest ograniczony maksymalnymi przesunięciami i

kątami obrotu poszczególnych ramion i kiści oraz schematem kinematycznym manipulatora.
Wymienione czynniki określają jego przestrzeń roboczą. Jest to ważny parametr każdego robota.
Kształt przestrzeni roboczej jest związany z rodzajem układu współrzędnych dla ruchów
regionalnych. Zatem przestrzeń robocza jest to obszar zawierający wszystkie możliwe punkty
położenia początku układu współrzędnych związanego z chwytakiem lub narzędziem. Układ
współrzędnych i kształt przestrzeni roboczej zależą, więc od układu kinematycznego ramienia.

Przestrzenią roboczą właściwą manipulatora nazywa się zbiór punktów, w których może

zostać ustawiony środek osi obrotu kiści manipulatora.

Na rysunku 15 podano najczęściej spotykane typy przestrzeni roboczych właściwych:

-przestrzeń roboczą kartezjańską (prostokątną), uzyskiwaną przy kartezjańskim układzie

współrzędnych ruchów elementarnych.

-przestrzeń roboczą cylindryczną, uzyskiwaną przy cylindrycznym układzie

współrzędnych ruchów elementarnych;

-przestrzeń roboczą sferyczną, uzyskiwaną przy sferycznym układzie współrzędnych

ruchów elementarnych;

Rys. 15. Typy przestrzeni roboczych

Rys. 16. Przestrzeń robocza kartezjańska

Rys. 17. Przestrzeń robocza walcowa

Rys. 18. Przestrzeń robocza sferyczna

Rys. 19. Przestrzeń robocza antropomorficzna

Na rys. 20 przedstawiono manipulator robota montażowego PUMA 260A firmy Staubli

Unimation z zaznaczonymi osiami i zakresami ruchów w poszczególnych osiach. Jest to robot o 6
stopniach swobody i udźwigu zaledwie 1 kg, ale jest robotem bardzo szybkim (119

o

/s w osiach 1 i

2, 162

o

/s w osi 3, 577

o

/s w osi 4, 431

o

/s w osi 5 i 398

o

/s w osi 6).

Rys. 20. Przestrzeń robocza typu SCARA

Rys. 21. Robot typu PUMA

Na rys. 22 i 23 przedstawiono przekrój pionowy i poziomy przestrzeni roboczej

manipulatora robota VERSATRAN, a na kolejnym - robota UNIMATE MARK II. Przestrzenie te
są określone maksymalnym przemieszczeniem ramion manipulatorów:

a) robot VERSATRAN

- maksymalne przesunięcie poziome ramienia 760 mm;
- maksymalne przesunięcie pionowe ramienia 760 mm ;
- maksymalny kąt obrotu ramienia w płaszczyźnie poziomej 240° - dla robota;
- przestrzeń robocza 1,96 m

3

.

Rys 22. Przestrzeń robocza robota VERSATRAN

b) robot UNIMATE MARK II

- maksymalne przesunięcie poziome ramienia 1100 mm;
- maksymalny kąt obrotu ramienia, w płaszczyźnie pionowej 57° (w górę 30°, w dół 27°);
- maksymalny kąt obrotu ramienia w płaszczyźnie poziomej 220°;
- przestrzeń robocza 9 m

3

.

Rys. 23. Przestrzeń robocza robota UNIMATE MARK II

Przestrzenią roboczą rozszerzoną nazywa się przestrzeń, w której każdy punkt może

zostać uchwycony przez chwytak manipulatora. Przestrzeń robocza właściwa zawiera się zawsze w
przestrzeni roboczej rozszerzonej.

Różnorodność kierunków chwytu dla przestrzeni roboczej właściwej jest bardzo duża

(istnieje np. możliwość uchwycenia przedmiotu z przodu, z tyłu, z góry lub z dołu), natomiast
różnorodność kierunków chwytu dla przestrzeni roboczej rozszerzonej jest mniejsza. Zauważmy, że

przedmiot znajdujący się w najniższym punkcie przestrzeni roboczej rozszerzonej może być
uchwycony przez robot IRb-6 tylko pod jednym kątem — tak jak na rysunku poniżej. Dla punktu
położonego nieco wyżej swoboda jest już większa. Ale też zauważmy, że przedmiotu znajdującego
się w najniższym punkcie przestrzeni roboczej właściwej robot nie może uchwycić pionowo od
dołu.

Rys. 24. Przekrój pionowy i poziomy przestrzeni roboczej robotów produkcji polskiej IRb-6

oraz IRb-60 wraz z wymiarami charakterystycznymi podawanymi przez producenta

Roboty o przestrzeni roboczej kartezjańskiej i 3 stopniach swobody manipulatora są

bardzo rzadko spotykane. Wynika to stad, że roboty te wymagają stosunkowo dużej powierzchni
podstawy w porównaniu z objętością ich przestrzeni roboczej. Mniej miejsca wymagają roboty o
cylindrycznej, sferycznej czy quasisferycznej przestrzeni roboczej. Wyjątkiem są roboty o
dwuwymiarowej kartezjańskiej przestrzeni roboczej, będące z reguły elementami
zautomatyzowanych obrabiarek i służące do zakładania i wyjmowania narzędzi lub obrabianych
przedmiotów. Na rysunku przedstawiono przykład zastosowania robota GANTRY TRANSFER
UNIT tego rodzaju produkowanego przez angielską firmę Transmatic Ltd. Robot ten jest
zawieszony na szynach umożliwiających mu przesuwanie się nad obrabiarką. W celu powiększenia
przestrzeni roboczej stosuje się podobne rozwiązania dla robotów o większej liczbie stopni
swobody. Roboty takie są zwane robotami suwnicowymi.

Rys. 25. Robot Gantry Transfer Unit mający dwuwymiarową kartezjańską przestrzeń roboczą

Udźwig manipulatorów

Rys. 26. Udźwig przykładowej liczby robotów

Dokładność manipulatorów przemysłowych

Rys. 27. Dokładność przykładowej liczby robotów

4. Klasyfikacja manipulatorów

Ograniczymy się do systematyzacji funkcjonalnej manipulatorów oraz oddzielnie klasy
manipulatorów antropomorficznych. W poniższej tabeli podany jest przykład klasyfikacji
oparty na kryterium rodzaju sterowania:

Manipulatory antropomorficzne można podzielić na klasy wg następujących kryteriów:

- podobieństwa czynności manipulacyjno – wysięgnikowych;
- podobieństwa w zakresie sterowania i regulacji ruchu układu manipulacyjno – wysięgnikowego;
- przeznaczenia manipulatora.

5. Elementy mechaniczne manipulatorów

W konstrukcji manipulatorów stosuje się zespoły mechaniczne występujące powszechnie w
budowie maszyn, jak: sprzęgła, skrzynki przekładniowe, łożyska, prowadnice. Projektowanie ich
przebiega według zasad przyjętych dla zespołów konstrukcyjnych, tym, że specjalne wymagania
dotyczą zwiększonej niezawodności, miniaturyzacji, możliwości pracy w specjalnych warunkach
itp. Ponieważ dla potrzeb robotów rozwiązania tradycyjne nie są wystarczające, więc w konstrukcji
zespołów mechanicznych wprowadzono postęp techniczny, przejawiający się zwłaszcza w
stosowaniu specjalnych materiałów nietradycyjnych rozwiązań.

Podstawowe zespoły mechaniczne

Korpusy zespołów mechanicznych robota przy produkcji seryjnej wykonywane są w

postaci odlewów, zazwyczaj aluminiowych, a w przypadku zespołów podlegających znaczniejszym
obciążeniom - staliwnych lub żeliwnych. Korpusy odlewane pozwalają uzyskać dobrą sztywność
robota przy stosunkowo niewielkiej masie. Stosowane są również korpusy spawane oraz korpusy
łączone śrubami.

Pary kinematyczne obrotowe rozwiązuje się za pomocą łożysk tocznych. Pary postępowe

stanowią zespoły prowadnic. Stosowane są prowadnice ślizgowe oraz prowadnice wyposażone w

łożyska toczne dla ruchu postępowego. Na rys. 28 pokazano prowadnicę płaską, kulkową, a na rys.
29 prowadnicę kołową wyposażoną w standardowe, handlowe łożysko kulkowe dla ruchu
postępowego.

W robotach stosowane są elementy napędowe o ruchu obrotowym - silniki i o ruchu

postępowym - siłowniki (najczęściej cylindry pneumatyczne lub hydrauliczne). Ruch elementów
napędowych musi być przekazany elementom napędzanym, przy czym zazwyczaj potrzebna jest
zmiana prędkości ruchu i w wielu przypadkach zmiana rodzaju ruchu, tzn. zamiana ruchu
obrotowego na postępowy i odwrotnie.

Rys. 28. Prowadnica płaska, kulkowa

Rys. 29. Prowadnica kołowa z

łożyskiem kulkowym

Problem znacznego zmniejszenia prędkości ruchu występuje zazwyczaj przy napędach

silnikowych. Do redukcji prędkości i ewentualnie zmiany kierunku obrotu są stosowane
konwencjonalne mechanizmy złożone z kół zębatych. Nowym, bardzo efektownym rozwiązaniem,
które znalazło zastosowanie m.in. w robotach IRb firmymy ASEA, są przekładnie falowe.

Przekładnie falową walcową przedstawiono na rys. 30. Przekładnia składa się z trzech

zasadniczych części:
- Owalnego generatora fali osadzonego na wale napędzającym;
- Pierścienia elastycznego wykonanego w postaci kubka o cienkich ścianach, mających drobne
uzębienie zewnętrzne. Pierścień elastyczny jest osadzony na wale napędzanym. Pierścień obejmuje
generator fali i przyjmuje jego kształt owalny, przy czym wspiera się na wieńcu tocznym złożonym
z kulek, których bieżnię stanowi generator fali;
- Pierścienia zewnętrznego o kształcie kołowym, z uzębieniem wewnętrznym. Liczba zębów
pierścienia zewnętrznego jest mniejsza od liczby zębów pierścienia elastycznego. Pierścień
zewnętrzny jest nieruchomy, związany z korpusem przekładni. Podczas ruchu generatora fali
pierścień elastyczny odkształca się wchodząc w zazębienie z kolejnymi miejscami powierzchni
pierścienia zewnętrznego - wokół pierścienia wędrują dwie „fale zazębień", stąd nazwa przekładni.
Przy tym w zazębieniu pozostaje zawsze; tylko ok. 15% zębów. Ze względu na różnicę w liczbie
zębów pierścieni, podczas pełnego obrotu pierścień elastyczny przemieszcza się w stosunku do
generatora fali o kąt odpowiadający tej różnicy. Przełożenie przekładni jest równe:

pz

pz

pe

Z

Z

Z

i

−

=

gdzie:

Z

pe

– liczba zębów pierścienia elastycznego;

Z

pz

– liczba zębów pierścienia zewnętrznego.

Przekładnie falowe pozwalają uzyskać znaczne przełożenia (w przekładniach stosowanych

w robotach IRb i = 1 : 320), przy małej masie i objętości, mają małe luzy i są odporne na zużycie.
Jednak ich technologia wytwarzania jest trudna i wymagają użycia materiałów materiałów wysokiej
jakości.

1 – pierścień zewnętrzny;
2 – pierścień elastyczny;
3 – generator fali;
4 – kulki.

Rys. 30. Przekładnia falowa

Schematy dwóch przekładni falowych przedstawiono na rysunku poniżej. W przekładniach

tych koło zewnętrzne o liczbie zębów Z

pz

, jest sztywne, a koło wewnętrzne o liczbie zębów Zpe,

nieco mniejszej niż Z

pz

, jest elastyczne. Wewnątrz elastycznego koła wewnętrznego znajduje się

obracający się wodzik, zwany generatorem fali z dwoma lub trzema obracającymi się rolkami
dociskającymi koło wewnętrzne do zewnętrznego. Przekładnia z dwurolkowym generatorem fali
nazywa się przekładnią dwufalową, przekładnia z trój rolkowym generatorem fali - przekładnią
trójfalową.

Rys. 31. Przekładnia falowa: a) z dwiema rolkami; b) z trzema rolkami

- Możliwość uzyskania bardzo dużej redukcji prędkości kątowej dla jednego stopnia redukcji
(ok.10

5

) przy małym ciężarze i małych rozmiarach przekładni.

- Z powodu małej różnicy liczby zębów Z

pz

, i Z

pe

równocześnie może pracować ¼ lub więcej

całkowitej liczby zębów, wskutek czego przekładnia ta ma bardzo korzystny stosunek przenoszonej
mocy do rozmiarów.
- Mała strefa martwa, równomierny bieg, niski poziom szumów.

Przekładnie wielofalowe (trójfalowe i wyższe) stosowane są przy większych, a przekładnie

dwufalowe - przy mniejszych mocach.

Do redukcji prędkości wraz z zamianą ruchu obrotowego na postępowy używane są

przekładnie śrubowe, a wśród nich przede wszystkim przekładnie śrubowe toczne (patrz rys. 5.5).

Przekładnia składa się ze śruby i nakrętki. Między nitkami gwintu na śrubie i ściankami

rowków w nakrętce umieszczone są kulki łożyskowe. W nakrętce znajdują się rowki, dzięki którym
możliwy jest „przepływ” kulek podczas obrotu śruby; drogę przepływu kulek zaznaczono na
rysunku. Przekładnie śrubowe toczne charakteryzują się małymi oporami ruchu, wysoką
dokładnością i żywotnością.

1 – śruba;
2 – nakrętka;
3 – kulki.

Rys. 32. Przekładnia śrubowa toczna

Do zmiany ruchu obrotowego na postępowy i postępowego na obrotowy wykorzystywane są

w konstrukcji robotów dosyć powszechnie przekładnie zębate z listwą zębatą oraz przekładnie
łańcuchowe.

Układy przekazywania napędu

Kompletne układy przekazywania napędu skomponowane są z przedstawionych poprzednio

zespołów oraz różnorodnej budowy mechanizmów dźwigniowych.

Na rysunku 5.6 przedstawiono schematycznie układ przekazywania napędu w ruchach

regionalnych robotów Unimate serii 2000 i 4000 firmy Unimation. Elementami napędowymi są
cylindry hydrauliczne. W podstawie robota znajduje się siłownik ruchu φ, którego ruch postępowy
jest przekształcany na ruch obrotowy za pomocą przekładni z listwą zębatą. W kolumnie
wykonującej ruch względem podstawy zamocowany jest wahliwie siłownik ruchu Θ. Siłownik
ruchu R napędzający część wysuwną ramienia umieszczony jest z kolei w bazie ramienia,
połączonej wahliwie z korpusem. Zauważmy, że jedno ogniwo każdej pary ogniw podstawowego
łańcucha kinematycznego niesie element napędowy: siłownik ruchu kolumny względem podstawy
jest zamocowany w podstawie, siłownik ruchu ramienia względem kolumny – w kolumnie, a
siłownik wysuwu ramienia – w bazie ramienia. Takie rozwiązanie nie jest jedynym możliwym.
Jego zaletą jest to, że układ przekazywania napędu jest nieskomplikowany. Wadę natomiast stanowi
obciążenie ogniw poprzednich siłownikami wszystkich ogniw następnych, uczestniczącymi w
ruchach robota wraz z ogniwami, na których są zainstalowane.

Rys. 33. Układ przekazywania napędu w ruchach regionalnych robotów Unimate: a) schemat

kinematyczny ramienia; b) schemat układu przekazywania napędu

Na innej zasadzie jest rozwiązany układ przekazywania napędu do kiści robotów Unimate.

Siłowniki ruchów lokalnych umieszczone są w bazie ramienia i nie uczestniczą w ruchu R. Na
rysunku na następnej stronie pokazano układ przekazywania napędu dla ruchu a kiści (skręcania).
Układ dla ruchu β kiści (pochylania) jest identyczny, lecz zamocowany po przeciwnej stronie
ramienia robota. Ruch postępowy siłownika jest zamieniany za pomocą przekładni łańcuchowej na
ruch obrotowy, a ten z kolei poprzez parę kół zębatych stożkowych przekazywany jest na wałek
usytuowany wzdłuż linii wysuwu ramienia. Wałek przekazuje ruch obrotowy tulei znajdującej się
już w części wysuwnej ramienia. Dzięki prowadnicy kulkowej między wałkiem a tuleją, możliwy
jest przesuw tulei przy wysuwie ramienia.

Rys. 34. Układ przekazywania napędu w ruchach lokalnych robotów Uniamte serii 2000 i 4000 –

skręcanie kiści

Przykład innych rozwiązań układów przekazywania

Na rys. 35 przedstawiono schemat układu przekazywania napędu w ruchach regionalnych

robotów IRb. Zastosowano tu elementy napędowe o ruchu obrotowym - silniki elektryczne. Silnik -
I obrotu kolumny względem podstawy robota jest zamocowany do podstawy, a ruch przekazywany
jest za pośrednictwem przekładni falowej (rys. b). Pozostałe silniki, II napędzający ramię dolne i III
napędzający ramię górne, zamocowane są do kolumny, po jej lewej i prawej stronie. Układ
przekazywania napędu do ramienia dolnego pokazano na rysunku c. Silnik, zamocowany wahliwie
do kolumny, napędza śrubę przekładni śrubowej tocznej. Obrót śruby powoduje przesuw nakrętki
połączonej wahliwie z występem ramienia dolnego. Do napędu ramienia górnego użyty jest
identyczny silnik i przekładnia śrubowa toczna. Jej nakrętka połączona jest z wahaczem i
łącznikiem, tworzącymi wraz z ramieniem górnym i dolnym mechanizm dźwigniowy przekazujący
ruch ramieniu górnemu. Wahacz obraca się wokół tej samej osi, co ramię dolne, jest oddzielnie
ułożyskowany i jego obrót jest niezależny od obrotu ramienia dolnego.

Rys. 35. Układ przekazywania napędu w ruchach regionalnych robotów Irb

Poniżej pokazano schemat przekazywania napędu w ruchach lokalnych robotów IRb. W

robotach tych także i silniki napędowe ruchów lokalnych zamocowane są na kolumnie. Na rysunku
pokazano układ dla ruchu pochylania kiści - do ruchu skręcania kiści służy identyczny układ
umieszczony po drugiej stronie kolumny robota. Ruch obrotowy silnika poprzez przekładnię falową
przekazywany jest tarczy I ułożyskowanej w kolumnie. Do tarczy I zamocowane są przegubowo, w
punktach przesuniętych względem siebie o 90°, dwa pręty, których drugie końce w taki sam sposób
przymocowane są do innej tarczy II zamocowanej obrotowo w górnym końcu ramienia dolnego.
Tarcza II za pomocą następnej pary prętów połączona jest z tarczą III umieszczoną na końcu
ramienia górnego. Ruch obrotowy tarczy I przekazywany jest tarczy III w każdym z możliwych
położeń ramion. Osie obrotu są te same, co osie obrotu ramion, lecz tarcze są łożyskowane
niezależnie i mogą się obracać niezależnie od ramion. W rozwiązaniu zastosowanym w robotach,
IRb zgrupowanie elementów napędowych i przekładni w podstawie i kolumnie robota odciąża
ramiona i kiść, polepszając własności dynamiczne robota.

Rys. 36. Układ przekazywania napędu w ruchach lokalnych robotów IRb – pochyalnie kiści

Przyjrzymy się teraz robotowi przemysłowemu typu Versatran. Na jego podstawie

omówimy działanie wybranych elementów mechanicznych manipulatora.

Rys. 37. Robot Versatran

Jednostkę mechaniczną robota Versatran, stanowi płyta fundamentowa, na której

umieszczony jest agregat hydrauliczny i obrotowa kolumna. Na kolumnie umieszczone jest ramię
zakończone urządzeniem chwytakowym. Rozwiązanie obrotu ramienia robota pokazano poniżej.
Cały zespół nośny jest obracany za pośrednictwem kolumny, umieszczonej na łożyskach w płycie
fundamentowej robota. Obrót zapewnia zespół dwóch serwonapędów hydraulicznych, których ruch
przenoszony jest przednią łańcuchową na dwa koła łańcuchowe w dolnej części kolumny.

Rys. 38. Schemat napędu obrotu kolumny robota VERSATRAN:

1 – kolumna obrotowa; 2 - łańcuch; 3 - tłok; 4 – zestaw dwu kół łańcuchowych; 5 – cylindry

hydrauliczne

Rozwiązanie ruchu pionowego ramienia pokazano na rys. 39. Na drążku tłokowym cylindra

hydraulicznego jest obrotowo zamocowane koło zębate, które zazębia się z zespołem dwóch
zębatek. Jedna zębatka jest na stałe połączona z kadłubem robota, druga zaś przez przekładnię
dźwigniową z ramieniem. Dzięki zastosowaniu zespołu dwóch zębatek jest możliwe dwukrotne
zwiększenie skoku ramienia w porównaniu do skoku cylindra hydraulicznego.

Rys. 39. Schemat napędu pionowego ruchu ramienia robota VERSATRAN:

1 – ruchoma zębatka połączona na stałe z ramieniem robota; 2 – koło zębate; 3 – zębatka stała; 4 –

tłok; 5 – cylinder hydrauliczny; 6 – prowadzenie pionowe ramienia robota; 7 – ramie robota

Schemat rozwiązania ruchu poziomego ramienia pokazano poniżej. Ruch poziomy ramienia

jest wywołany ruchem zębatki połączonej na stałe z ramieniem i zazębionej z kołem zębatym
umieszczonym w specjalnej głowicy z dwoma rolkami prowadzącymi. Ruch koła zębatego jest
przenoszony z silnika hydraulicznego za pośrednictwem skrzynki przekładniowej. Obrót i
nachylenie chwytaka zapewniają niezależne cylindry hydrauliczne połączone za pośrednictwem
zębatki i zębnika z chwytakiem.

Rys. 40. Schemat napędu poziomego robota VERSATRAN:

1 – silnik hydrauliczny; 2 – przekładnia; 3 – zębatka; 4 – ramię robota; 5 – kółko zębate; 6 – drążek

czworokątny

Hamulce i rygle

Istotnymi zespołami mechanicznymi robotów przemysłowych są hamulce i rygle. Hamulce

są używane przy pozycjonowaniu dymensyjnym. Są one potrzebne przede wszystkim przy napędzie
elektrycznym. Gdy część manipulacyjna robota o napędzie pneumatycznym lub hydraulicznym
zatrzymuje się po wykonaniu ruchu, to jest ona utrzymywana w danym położeniu dzięki ciśnieniu
czynnika roboczego w siłowniku. Natomiast, gdy zatrzymuje się po wykonaniu ruchu robot
napędzany silnikiem elektrycznym, to nie ma w układzie napędowym siły, która przeciwstawiłaby
się ewentualnej zmianie położenia pod działaniem sił zewnętrznych, a szczególnie pod działaniem
obciążenia unoszonego przez robot. Dlatego w robotach z napędem elektrycznym, szczególnie o
większych udźwigach, trzeba stosować hamulce unieruchamiające osie robota po zakończeniu
ruchu. Należy liczyć się z tym, że hamulce będą wprowadzane do wszystkich robotów o większych
udźwigach, także i do robotów z napędami nieelektrycznymi. Jest to podyktowane względami
bezpieczeństwa, gdyż w przypadku przerwy w zasilaniu również i roboty o napędzie
pneumatycznym i elektrycznym mogą zmienić położenie pod wpływem sił zewnętrznych; w tym
kierunku zmierzają prace nad międzynarodowymi przepisami bezpieczeństwa.

Na poniższym rysunku pokazano budowę hamulca robota IRb-60 (o udźwigu 600 N).

Hamulec (luzownik), działa w ten sposób, że jest stale zaciśnięty, a zwalniany tylko na czas
wykonywania ruchu obrotowego przez daną oś. Do korpusu stanowiącego element nieruchomy,
względem, którego obraca się wał napędzany, przytwierdźmy jest magnes stały w kształcie kubka.
Do wału napędzanego przytwierdzona jest ferromagnetyczna tarcza. Tarcza jest przyciągana przez
magnes i przylegając do niego poprzez przekładkę sprężystą, unieruchamia wał w stosunku do
korpusu z dostateczną siłą. W magnesie stałym znajdują się uzwojenia zasilane łącznie z
uzwojeniami elektrycznego silnika napędowego danej osi. Gdy jest wykonywany ruch i pojawia się
napięcie w uzwojeniu silnika, to siły pola magnetycznego wytworzonego przez uzwojenie hamulca
przeciwdziałają siłom pola magnesu trwałego i tarcza zostaje zluzowana. Przekładka sprężysta
odpycha tarczę od magnesu, niwelując efekt magnetycznego „lepienia się”.

Rys. 41. Hamulec robota IRb-60

Zespoły ryglujące są stosowane przy pozycjonowaniu zderzakowym. Stosuje się je wtedy,

gdy trzeba zatrzymać i zablokować część manipulacyjną w jej ruchu względem danej osi, w
położeniu określonym przez ustawienie zderzaka mechanicznego. Zwolnienie rygla na ogół
powinno stwarzać możliwość podjęcia ruchu w obu kierunkach.

Na rysunku poniżej przedstawiono zasadę działania mechanizmu ryglującego

zastosowanego w robocie PR-02, opracowanym w Przemysłowym Instytucie Automatyki i
Pomiarów.

Rys. 42. Mechanizm ryglujący robota PR-02

Zderzaki mechaniczne są umieszczone w kolumnie wykonującej ruch obrotowy, którą

trzeba zablokować w określonym położeniu; zderzaki mogą być ustawione w odpowiednim miejscu
na obwodzie kolumny. W mechanizmie ryglującym znajduje się rygiel środkowy i dwa rygle
boczne, których końce w położeniu początkowym (rys. 42a) znajdują się w wycięciu rygla
środkowego. Rygiel środkowy zamocowany jest obrotowo do sanek mających możność przesuwu -
oddalania się i zbliżania do kolumny. Sanki są napędzane siłownikiem pneumatycznym, na rysunku
pominiętym. Przy obrocie kolumny (rys. 42b) zderzak wchodzi w kontakt z ryglem środkowym i
przesuwa go, aż do oparcia się rygla o ogranicznik. Dalszy ruch zderzaka staje się niemożliwy. Na
skutek obrotu rygla środkowego pod działaniem sprężyny rygiel boczny wychodzi z wycięcia i
blokuje zderzak z drugiej strony, uniemożliwiając jego cofnięcie się. Odblokowanie kolumny
następuje wtedy, gdy pod wpływem odpowiedniego sygnału sterującego zostaną odsunięte sanki.
Wycofany zostaje wówczas rygiel środkowy, a także, przez występ sanek, rygiel boczny i
mechanizm ryglujący powróci do położenia jak na rys. 42a. Przy obrocie kolumny w przeciwnym
kierunku rygiel środkowy obróci się w lewo i w kontakt ze zderzakiem wejdzie drugi z rygli
bocznych.

Manipulatory o budowie modułowej

Części manipulacyjne robotów mogą stanowić konstrukcje zintegrowane lub też mogą być

zbudowane z modułów dających się łączyć w różne konfiguracje o różnych układach
kinematycznych. Części manipulacyjne większości współczesnych robotów, a wśród nich np.
omawiane wcześniej części manipulacyjne robotów Unimate i IRb, są konstrukcjami
zintegrowanymi.

Rys. 43. Robot PR-02

Daleko posuniętą modularyzację ma robot PR-02 o napędzie pneumatycznym. Składa się on

z 18 modułów: 6 modułów liniowych ruchów regionalnych (oznaczenia: MA i MB, poszczególne
moduły różnią się wymiarami), 3 modułów obrotowych mchów regionalnych (MD), 6 modułów
liniowych ruchów lokalnych (MC i MA) i 3 modułów obrotowych ruchów lokalnych (ME). Z
modułów tych można zestawić bardzo bogaty zbiór różnorodnych konfiguracji. Na rysunku poniżej
pokazano przykładowo konfiguracje złożone tylko z modułów ruchów regionalnych, które można
jeszcze uzupełnić modułami ruchów lokalnych.

Rys. 44. Moduły i konfiguracje części manipulacyjnej robota PR-02

Rys. 45. Konfiguracje części manipulacyjnej robota modułowego PR-02

Na rys. 46 przedstawiono zestaw modułów robota Robitus RC firmy Mitsubishi. Zestaw

obejmuje:
- dwa typy nieruchomych podstaw (widoczne na rysunku);
- podstawę z prowadnicami i mechanizmem przesuwu;
- podstawę z modułem obrotowym, która może być montowana na podstawie z prowadnicami;
- dwa moduły kolumn, które mogą być montowane na module obrotowym bądź na podstawie
nieruchomej. Jedna z kolumn realizuje przesuw pionowy, a druga obrót;
- dwa moduły ramion, które mogą być montowane na kolumnach (jedno ramie lub dwa ramiona
naraz). Jedno z ramion ma budowę teleskopową, co umożliwia długi wysuw;
- trzy moduły ruchów lokalnych, realizujące dwa przemieszczenia i obrót.
Moduły te mogą posiadać napęd pneumatyczny lub hydrauliczny.

Rys. 46. Zestaw modułów części manipulacyjnej robota Robitus RC

Innym przykładem robota z częścią manipulacyjną o budowie modułowej jest Robby firmy

Volkswagen. Modularyzacja nie jest tu tak daleko posunięta, jak w poprzednich przykładach.
Zastosowano napęd elektryczny, przekładnie śrubowe toczne oraz przekładnie zębate z listwą
zębatą. Zestaw, pokazany na rysunku obejmuje podstawę wraz z obrotową kolumną oraz zespołem
ruchu Θ i trzy typy ramion wraz z kiśćmi. Jedno z ramion zapewnia dodatkowy ruch Θ ', drugie -
wysuw na niewielką odległość i trzecie długi wysuw.

Rys. 47. Zestaw modułów części manipulacyjnej robota Robby: a) podstawa; b) ramiona z kiściami

Oczywistą zaletą robotów o budowie modułowej jest możliwość zrealizowania

różnorodnych układów kinematycznych i dobrego dopasowania robota do wymagań konkretnego
stanowiska pracy; modułowa budowa umożliwia zaspokojenie w sposób ekonomiczny
różnorodnych potrzeb.

Rozwiązania modułowe mają także i wady. Moduły muszą być jednostkami

autonomicznymi, tzn. każdy z nich musi zawierać komplet zespołów umożliwiających mu
samodzielne funkcjonowanie, a przede wszystkim musi mieć własny napęd. Prowadzi to do
szkodliwego obciążenia modułów poprzednich napędami wszystkich modułów następnych.
Modułowa zasada budowy stwarza także konieczność stosowania specyficznych, nadmiarowych
rozwiązań układu sterowania, gdyż zazwyczaj jeden i ten sam układ sterowania jest stosowany do
części manipulacyjnych o różnych konfiguracjach (istnieje także możliwość pewnej modularyzacji
układów sterowani).

Roboty modułowe nie mają obecnie charakteru „zestawu klocków” w odpowiednim

wyborze, które kupowałby u producenta użytkownik i montował z nich u siebie robota o
pożądanych własnościach. Roboty modułowe są dostarczane użytkownikom w postaci konkretnego,
gotowego robota wykonanego przez producenta z modułów, którymi ten dysponuje.

Tory jezdne

Ruchy, jakie cała część manipulacyjna robota przemysłowego może wykonywać w stosunku

do podłoża noszą nazwę ruchów globalnych. Roboty mające możność wykonywania ruchów
globalnych bywają nazywane robotami mobilnymi.

Zapewnienie mobilności robotom przemysłowym, przeznaczonym zasadniczo do

wykonywania czynności manipulacyjnych, ma istotne znaczenie, gdy robot ma być użyty do
obsługi urządzeń tworzących linię technologiczną, czy też do wykonywania operacji
technologicznych na obiektach o znaczniejszej długości (np. nadwozia samochodów). Podstawowy
sposób stosowany obecnie w takich przypadkach polega na użyciu prowadnic szynowych. Cały
robot, lub też tylko jego część manipulacyjna, umieszczony jest na wózku, a wózek na rolkach
przemieszcza się po torze jezdnym przytwierdzonym do podłoża.

Rys. 48. Tor jezdny robota Kawasaki – Ultimate

6. Zagadnienia dodatkowe, ciekawostki

Roboty i manipulatory do prac podwodnych

Najstarszymi pojazdami podwodnymi były torpedy. Pierwszym statkiem podwodnym z własnym
napędem była w 1863 r. brytyjska torpeda - pierwszy robot. W 1953 r. Riebekoft zaprojektował
robota do prac archeologicznych w Morzu Śródziemnym (podwodna telewizja i zdalne sterowanie).
W 1975 r. na rynku pojawił się RCV-225, wykorzystywany do dzisiaj w pracach cywilnych i
wojskowych.

W początkowym okresie rozwoju technicznych środków penetracji głębin morskich (lata

pięćdziesiąte i sześćdziesiąte) do badań były wykorzystywane załogowe pojazdy podwodne.
Niektóre z nich wyposażono w manipulatory, początkowo stosunkowo proste, wykorzystywane do
pobierania próbek gruntu lub podnoszenia z dna zatopionych przedmiotów. Pierwszy manipulator
podwodny zamontowano w załogowym batyskafie „Trieste” w 1961 r.

Od lat siedemdziesiątych nastąpił rozwój bezzałogowych obiektów oceano-technicznych

dysponujących obecnie wszystkimi charakterystycznymi cechami robota, a więc możliwością
przemieszczania się i manipulacji, zdolnością technicznej obserwacji otoczenia, a także niekiedy
samodzielnego wypracowywania decyzji w sytuacjach typowych, powtarzalnych.

Ze względu na warunki pracy większość manipulatorów stosowanych w robotach

podwodnych podobna jest do antropomorficznych manipulatorów stosowanych np. w technice
jądrowej. Przeznaczone są one głównie do wykonywania rozmaitych prac podwodnych z
zastosowaniem chwytaka i wymiennych narzędzi.

Rys. 49. Robot CIRRUS

Manipulatory takie umieszcza się najczęściej w dziobowej części obiektu, a obok

rozmieszcza reflektory, kamerę TV lub (i) hydrolokator do obserwacji dna i toni wodnej.
Spotyka się także manipulatory o zupełnie innym przeznaczeniu, np.:
- ramiona do „przytrzymywania” robota w pobliżu wraku czy konstrukcji hydrotechnicznej dla
wykonania pracy innym manipulatorem;
- ramiona zakończone przyssawkami dla unieruchomienia robota przy pracy w pobliżu płaskich
ścian;
- manipulatory chwytaki o niewielkiej liczbie stopni swobody do podnoszenia dużych, ciężkich
przedmiotów (np. zatopionych torped);
- manipulatory do zamocowania ruchomego chwytaka na wybranym zatopiony obiekcie;
- manipulatory do operowania kamerą TV, fotograficzną, sonarem czy reflektorami.

Rys. 50. Pojazd podwodny Alvin

Rys. 51. Manipulator z chwytakiem odłączanym

Rys. 52. Rozmieszczanie manipulatorów i urządzeń wspomagających w dziobowej części

załogowego pojazdu podwodnego

Rys. 53. Manipulator firmy Sligsby Ing

Bibliografia

- A. Niederliński „Roboty przemysłowe”
- Praca zbiorowa pod redakcją A. Moreckiego i J. Knapczyka „Teoria i elementy

manipulatorów i robotów”

- A. Kaczmarczyk „Roboty przemysłowe lat osiemdziesiątych”
- J. Buda, M Kovac „Zastosowanie robotów przemysłowych”
- J. Honczarenko „Roboty przemysłowe. Budowa i zastosowanie”
- Materiały dodatkowe
- Strona internetowa poświęcona automatyce i robotyce: www.robotsystems.co.uk