1. Robot - programowalny, wielofunkcyjny manipulator zaprojektowany do przenoszenia różnych elementów (przedmiotów), poprzez różne programowalne ruchy, w celu realizacji różnorodnych zadań lub urządzenie automatyczne (nie automat) wykonujące czynności normalnie przyporządkowane człowiekowi czy też maszyna człekokształtna. Podstawową cechą robotów jest ich PROGRAMOWALNOŚĆ - co pozwala przystosować robota do zmiennych wymagań i środowiska pracy.

Robotyka - dział nauki i techniki zajmujący się problemami mechaniki, sterowania, projektowania, pomiarów, zastosowań oraz eksploatacji manipulatorów i robotów.

2. Manipulator - mechanizm cybernetyczny przeznaczony do realizacji niektórych funkcji kończyny górnej człowieka (manipulacyjną, wysięgnikową).

Pedipulator - jest to kończyna dolna maszyny kroczącej; może być układem jedno lub kilku członowym.

3. Podstawowy schemat blokowy robota. (A - układ zasilania; B - układ sterowania; C - układ ruchu);

4. Manipulator redundantny - manipulator posiadający więcej niż sześć stopni swobody.

5. Ruchliwość - r - liczba stopni swobody łańcucha kinematycznego mechanizmu z unieruchomionym członem - podstawą:

parametr ten określa liczbę więzów, jaką należałoby nałożyć na mechanizm, aby go całkowicie unieruchomić.

gdzie:

w - to liczba stopni swobody: liczba zmiennych położenia, jaką należy podać w celu jednoznacznego określenia układu w przestrzeni:

n - liczba członów ruchomych;

p_i - liczba połączeń par kinematycznych o i-tej klasie;

i - numer klasy odpowiadający liczbie więzów nałożonych przez połączenie między dwoma członami traktowanymi jako ciała sztywne o sześciu stopniach swobody;

W przypadku łańcuchów otwartych liczba członów ruchomych jest równa liczbie par kinematycznych co oznacza, że ruchliwość łańcucha otwartego równa się sumie liczb stopni swobody jego połączeń - par kinematycznych.

Manewrowość - m - liczba stopni swobody łańcucha kinematycznego mechanizmu z unieruchomionymi: podstawą i ostatnim w łańcuchu członem kinematycznym:

parametr ten określa liczbę więzów, jaką należałoby nałożyć na mechanizm, aby go całkowicie unieruchomić z dodatkowym unieruchomieniem jeszcze ostatniego wolnego członu, a więc określa swobodę mechanizmu, gdy np. chwytak lub narzędzie jednostki kinematycznej zajmuje ściśle określone położenie.

6. Przestrzeń robocza - przestrzeń ruchów mechanizmu - wynikowo przestrzeń ruchu chwytaka lub inaczej jest to całkowity obszar do którego sięga jego końcówka robocza przy pełnych zakresach wszystkich możliwych ruchów manipulatora. W przestrzeni wyróżnia się:

- główną przestrzeń roboczą - w obrębie której przemieszcza się chwytak (konstrukcyjne zakończenie ostatniego, wolnego członu);

- przestrzeń kolizyjna - przestrzeń w której poruszają się wszystkie ruchome części;

- przestrzeń ruchów jałowych - przestrzeń kolizyjna z wyłączeniem głównej przestrzeni roboczej;

- strefę zagrożenia - przestrzeń zabroniona przepisami lub normami BHP dla obsługi w czasie pracy jednostki kinematycznej;

W przestrzeni roboczej często wyróżnia się:

- przestrzeń roboczą osiągalną - jest to całkowity zbiór punktów osiągalnych przez manipulator;

- przestrzeń robocza pełnej sprawności - składa się z tych punktów, które manipulator może osiągnąć z wyznaczoną orientacją końcówki roboczej. (Przestrzeń robocza pełnej sprawności jest podzbiorem przestrzeni roboczej osiągalnej).

7. Dokładność - miara określająca, jak blisko manipulator może dojść do danego punktu przestrzeni roboczej.

Powtarzalność - miara określająca, jak blisko manipulator może ponownie dojść do uprzednio osiągniętego punktu.

Obecnie manipulatory mają bardzo dobrą powtarzalność ale niezbyt dużą dokładność.

8. Rozdzielczość układu sterowania - to najmniejszy przyrost ruchu, który układ sterowania może rozpoznać. Jest obliczana jako całkowita droga, którą przebywa końcówka danego członu, podzielona przez 2ⁿ, gdzie n - liczba bitów określająca rozdzielczość enkodera.

9. Łańcuch kinematyczny - część mechanizmu (lub jego całość) realizujący zdefiniowane przeniesienie ruchu. Łańcuch składa się ze skończonej liczby ogniw (członów) połączonych parami kinematycznymi.

Łańcuchy kinematyczne można podzielić trzy grupy:

- szeregowy manipulator prosty, w którym nie występują gałęzie;

- równoległy manipulator - łańcuch kinematyczny złożony ze zbioru równoległych gałęzi;

- hybrydowy manipulator - stanowi kombinację szeregowo - równoległą;

10. Podział manipulatorów wg rodzaju sterowania.

• biotechniczne:

- z ręcznym sterowaniem

- kopiujący z jednostronnym lub dwustronnym działaniem

- półautomatyczne

• automatyczne:

- programowalne

- adaptacyjne ( z sensorami i wizją )

- intelektualne ( z elementami inteligencji maszynowej )

- roboty manipulacyjne

• interakcyjne:

- zautomatyzowane

- z nadrzędnym sterowaniem

- dialogowe

11. Klasyfikacja robotów.

Przeznaczenie:

- do badań naukowych

- do celów szkoleniowych

- do celów przemysłowych

- do celów wodą, w kosmosie itd.

Stopień specjalizacji:

- wyspecjalizowane

- specjalne

- uniwersalne

Rodzaj napędu:

- pneumatyczny

- hydrauliczny

- elektryczny

- mieszany

12. Generacje robotów.

• I generacja - roboty przemysłowe zaprogramowane na odpowiednią sekwencje czynności. Instrukcje w fazie nauczania ( komutatory w pozycji 1 ) robot otrzymuje od człowieka - nauczyciela IU, następnie poprzez blok sterujący PC, układ korelacji RC, wzmacniacz Am, siłownik At, wykonawczy układ mechaniczny SM zostaje on zapisany w pamięci. Instrukcja do pamięci przekazywana jest poprzez przetworniki położenia TP ulokowane w torze sprzężenia zwrotnego , koder, interpolator i pamięć. W fazie odtwarzania ( komutatory w pozycji 2 ) sygnały płyną poprzez dekoder i SA porównywane z sygnałami z przetworników ( enkoderów ) położenia TP. Sprzężenie zwrotne zamyka się w obrębie samego układu co oznacza, że nie jest on przystosowany do rejestracji informacji wynikających ze współpracy robota z otoczeniem. Takie roboty są używane do realizacji różnych czynności manipulacyjnych z przedmiotami.

• II generacja - roboty wyposażone w zestaw czujników umożliwiający określoną współpracę z otoczeniem ( ręka Ernesta ). Robot powinien rozpoznać żądany obiekt nawet wówczas gdy przemieszcza się z innym obiektem, następnie rozpoznać ten obiekt bez względu na jego położenie i kształt geometryczny. Takie roboty realizują te wymagania za pomocą zespołu czujników. W głównych blokach podany jest program pracy PL i program obliczeniowy PC. Program pracy jest przekazywany do manipulatorów M przez wzmacniacze Am i At. Korekta zachodzi w gałęzi RL. Informacje o obiekcie są przekazywane do układu badania otoczenia SIA ( porównywanie z PC ) i jednocześnie do dwóch układów nazywanych obiektami: pośrednim Ob I i końcowym Ob F, gdzie następuje ich porównanie i wnoszenie tej informacji do programu maszynowego.

• III generacja - roboty typu oko-ręka ( rozpoznawanie obiektów ). Informacja o otoczeniu jest odbierana za pomocą sensorów i przekazywana do komputera, co umożliwia, przy znajomości modelu kinematyki i dynamiki manipulatora oraz kryterium sterowania, realizację zaplanowanego zadania, np. zadanej trajektorii. Typowymi przykładami manipulatora informacyjno-operacyjnego są manipulatory przeznaczone do operowania pod wodą lub manipulatory wykorzystywane w kosmosie.

13. Klasyfikacja geometryczna robotów.

Rozróżniamy następujące konfiguracje robotów: PPP ( kartezjańska ) , OPP ( cylindryczna ) , OOP ( sferyczna ) , OOO ( antropomorficzna ) itd.

• 
  kartezjański ( PPP ) - manipulator, którego trzy przeguby są pryzmatyczne Zmienne przegubowe dla tego manipulatora są współrzędnymi kartezjańskimi końcówki roboczej względem podstawy. Konfiguracje takie są wykorzystywane do montażu na blacie stołu oraz transportu różnego rodzaju ładunków.

konfiguracja kartezjańska

• cylindryczny ( OPP ) - jego nazwa jest związana z cylindrycznym układem współrzędnych opisującym ruch manipulatora oraz kształt jego przestrzeni roboczej. Pierwszy przegub jest obrotowy i wykorzystuje obrót wokół podstawy , a dwa pozostałe są pryzmatyczne. Zmienne przegubowe są zarazem współrzędnymi cylindrycznymi końcówki roboczej względem podstawy.

konfiguracja cylindryczna

• sferyczny ( OOP ) - zastępując trzeci przegub w konfiguracji stawowej przegubem pryzmatycznym uzyskujemy konfigurację sferyczną ( manipulator typu SCARA lub sferyczny np. FUNAC ). W przeciwieństwie do manipulatora sferycznego ( osie przegubów wzajemnie prostopadłe ) SCARA ma osie wzajemnie równoległe.

konfiguracja sferyczna konfiguracja manipulatora tupu SCARA

• antropomorficzny ( OOO ) - konfiguracja ta jest nazywana również stawową lub obrotową. Rozróżniamy tu dwa rozwiązania konstrukcyjne: manipulator z „łokciem” i struktura z „równoległobokiem”. Struktura z równoległobokiem pomimo, że mniej sztywna, to dzięki umieszczeniu silnika trzeciej osi w członie pierwszym posiada lżejsze dwa pozostałe człony. Pozwala to na stosowanie silników o mniejszej mocy. Również dynamika manipulatorów równoległobocznych jest prostsza niż manipulatorów z łokciem.

konfiguracja antropomorficzna

14. Klasyfikacja wg zastosowania.

• roboty przemysłowe - wykorzystywane przy szeroko pojętych zadaniach przemysłowych. Początkowo wykorzystywane do przenoszenia materiałów i spawania, dziś znajdują zastosowanie chyba w każdym przemyśle, a ich liczba stale rośnie.

• roboty usługowe - działają półautonomicznie lub autonomicznie wykonując usługi dla ludzi i sprzętu, wyłączając operacje przemysłowe. Innym przeznaczeniem tego typu robotów jest pełnienie dodatkowych autonomicznych funkcji takich jak: inspekcja, transportowanie oraz pozyskiwanie danych.

• roboty mobilne - posiadają napęd kołowy lub gąsienicowy, znajdują zastosowanie w różnych dziedzinach nauki techniki. Podstawowym kryterium klasyfikacji jest ilość kół napędzanych i kierowanych.

• roboty kroczące - grupa robotów szybko rozwijających się, przeznaczone są do pełnienia różnych funkcji lokomocyjnych.

• roboty latające - poruszają się w trój wymiarze, przeznaczone np. do celów zwiadowczych itp.

• roboty podwodne - przeznaczone do badań głębin morskich, zastosowań badawczo-naukowych, w ratownictwie, kontroli technicznej urządzeń podwodnych oraz w zadaniach wojskowych.

15. Systemowe ujęcie pracy.

• praca bez narzędzi

• praca z narzędziami prostymi

• praca z narzędziami złożonymi

• automatyczna obróbka przedmiotu

• praca z urządzeniami obsługiwanymi przez roboty

16. Sterowanie w torze otwartym i ze sprzężeniem zwrotnym.

• sterowanie w torze otwartym charakteryzuje się tym, że przebieg wielkości wejściowych sterujących systemu zostaje wyznaczony bez bieżącej znajomości zmieniających się w trakcie sterowania współrzędnych stanu obiektu sterowania;

• sterowanie ze sprzężeniem zwrotnym charakteryzuje się tym, że znajomość wszystkich lub niektórych współrzędnych stanu obiektu, w sposób ciągły, periodyczny lub sporadyczny jest na bieżąco wykorzystywana do wyznaczania przebiegów czasowych wielkości wejściowych sterujących tego obiektu.

17. Chwytaki.

Chwytaki bezpośrednio współpracują z manipulatorem i to od nich w istotny sposób zależy dokładność manipulatora. Ze względu na różnorodność zastosowań i wynikających z nich różnych rozwiązań konstrukcyjnych chwytaki nie mogą być produkowane przez producentów jako części uniwersalne nawet do kilku zastosowań. Służą do uchwycenia manipulowanego przedmiotu, trzymania obiektu w trakcie transportowania oraz uwolnienia obiektu w miejscu docelowym. Rozróżnia się dwa sposoby działania chwytaków:

• przez wytworzenie pola sił działających na obiekt - chwytanie siłowe,

• przez wytworzenie połączeń między elementami chwytaka i obiektem, których więzy odbierają obiektowi żądaną liczbę stopni swobody - chwytanie kształtowe.

18. Klasyfikacja chwytaków.

Chwytaki dzielimy stosując kilka kryteriów.

• sposób uchwycenia przedmiotu:

- przez obejmowanie,

- chwytanie cierne,

- chwytanie przez przyssanie,

- chwytanie magnetyczne,

• realizowany sposób chwytania:

- siłowe,

- kształtowe,

• budowa:

- ze sztywnymi końcówkami chwytnymi,

- ze sprężystymi końcówkami chwytnymi,

- z elastycznymi końcówkami chwytnymi,

- adhezyjne ( podciśnieniowe, magnetyczne ),

- specjalne urządzenia chwytające,

• sposób przemieszczania się końcówek chwytnych:

- nożycowe,

- szczypcowe,

- imadłowe.

19. Napędy robotów - wady, zalety.

Napędy elektryczne :

Podstawowymi zaletami napędów elektrycznych są:

• dostępność energii i jej stosunkowo niski koszt,

• możliwość transformacji energii;

• prosta i zwarta konstrukcja oraz niewielki ich koszt;

• duża szybkość działania i stałość prędkości obrotowej ;

• wysoka dokładność przemieszczeń i łatwe sterowanie ( dzięki zastosowaniu cyfrowych układów pomiarowych )

• niski poziom szumów i wibracji , małe zanieczyszczenia;

• łatwa konserwacja oraz eksploatacja bez nadzoru i obsługi (zwłaszcza przy silnikach bezszczotkowych);

• bezpieczeństwo pracy (stopień ochrony wg PN-79/E-08106)

Do wad napędów elektrycznych należy zaliczyć :

• ograniczone wykorzystanie w środowiskach zagrożonych wybuchem w silnikach z komutatorem szczotkowym (a co za tym idzie ograniczone trwałość szczotek);

• zależność prędkości od obciążenia , co wymaga rozbudowy układu regulacji napędu:

• występowanie dodatkowych przekładni miedzy silnikiem elektrycznym i elementem wykonawczym robota:

• stosunek mocy do masy lub momentu do masy jest gorszy niż w silnikach hydraulicznych ( zbyt duża masa obwodów magnetycznych poprawę można uzyskać przez zastosowanie magnesów stałych);

Napędy elektrohydrauliczne :

Zalety napędu elektrohydraulicznego :

• łatwość uzyskania dużych sił przy małych rozmiarach i ciężarach

• mała wrażliwość na zmiany obciążenia i przeciążenia , łatwość zabezpieczenia przed przeciążeniem;

• stosunkowa duża szybkość działania;

• wykorzystanie cieczy praktycznie nieściśliwej jako czynnika roboczego umożliwia uzyskanie wysokiej stabilności prędkości przy znacznych zmianach obciążenia, dużej dokładności pozycjonowania i znacznej częstotliwości nawrotów ;

• bezstopniowa regulacja prędkości wyjściowego napędu;

• duży współczynnik wzmocnienia mocy (ponad 1000), wysoki współczynnik sprawności przy różnych sposobach regulacji;

• brak dodatkowych mechanicznych połączeń kinematycznych między wyjściowym elementem roboczym robota ;

• duże doświadczenie w budowie tych napędów oraz szeroki asortyment typowych elementów hydraulicznych ,wytwarzanych przez przemysł .

Wady napędów hydraulicznych to :

• wykorzystanie cieczy jako czynnika roboczego jest związane ze stosowaniem układów zasilających (zasilaczy hydraulicznych ) , wobec wymagań mobilności i automatyczności robotów , układ zasilający powinien być związany z robotem , co zwiększa jego masę;

• trwałość cieczy roboczej jest ograniczona , oraz jej zakres temperatury pracy (ok. 150 ˚C). Zmiana temp. Podczas pracy zmienia właściwości cieczy w wyniku , czego zmienia się prędkość członu wyjściowego napędu,

• ewentualne zanieczyszczenia przy wycieku oleju;

Napęd pneumatyczny:

Zastosowanie tego typu napędu w robotach , związane jest z zaletami , jakie posiada ów napęd:

• dostępność i powszechność czynnika roboczego jakim jest powietrze. Po wykorzystaniu zawartej w nim energii nie trzeba zwracać go do sieci ;\

• bezpieczeństwo i czystość w eksploatacji;

• możliwość pracy napędu w środowisku agresywnym i zagrożonym pożarem;

• duża prędkość działania ( dla niektórych przypadków może to być wada);

• duży współczynnik sprawności (do 0,8);

• mały stosunek masy napędu do uzyskanej mocy;

• odporność na przeciążenia i wibracje;

• prosta i niezawodna konstrukcja ;

• duża trwałość i łatwość wymiany urządzeń;

pomimo tak wielu zalet napęd ten nie znajduje tak wielkiego uznania i zastosowania . Jest to związane z wieloma wadami taki jak :

• ściśliwość czynnika roboczego, która powoduje niestałość prędkości członu wyjściowego napędu przy zmianach obciążenia;

• ograniczona liczba punktów pozycjonowania (najczęściej dwa punkty ) w napędach ze sterowaniem cyklicznym ;

• konieczność wyhamowania członu wyjściowego napędu w końcowej fazie ruchu , ponieważ przy dużych prędkościach jego uderzenie o zderzak powodowałoby znaczne przeciążenia dynamiczne;

• głośna praca napędu;

20 . Ograniczniki ruchu :

Robo ty o napędach pneumatycznych nie maja z reguły przetworników do pomiaru położenia ramion, lecz wyłącznie ograniczniki zderzakowe ruchu posuwistego lub obrotowego. Ograniczniki te są nastawiane przy użyciu podziałki liniowej lub kątowej sprzęgniętej ramieniem manipulatora. Ograniczniki te składają się z ruchomego suwaka , dającego przesuwać się wzdłuż podziałki i nieruchomego zderzaka , Punkt zamocowania suwaka określa krańcowe położenie ramienia . stosując ograniczniki zderzakowe można uzyskać bardzo duże dokładności ustawiania , rzędu 0,01mm.

Wyłączniki drogowe generują sygnał elektryczny , hydrauliczny lub mechaniczny w przypadku przesunięcia się nad nim odpowiedniego elementu wyzwalającego , np.: kołka lub magnesu trwałego. Element wyzwalający jest przesuwany i można go , podobnie jak suwak-ogranicznik, ustawić w miejscu żądanego zatrzymania ramienia. Ponieważ błąd pozycjonowania wzrasta szybko ze zwiększeniem prędkości i masy m, w przypadku dużych prędkości i mas stosuje się parę wyłączników drogowych;

• wyłącznik wstępny, którego zadaniem jest wyznaczenie chwili rozpoczęcia hamowania;

• wyłącznik końcowy , którego zadaniem jest wyznaczenie chwili całkowitego zatrzymania silnika

21. Przetworniki:

Przetworniki potencjometryczne : Napięcie wyjściowe jest funkcją wartości wielkości mierzonych , będącej kątem obrotu lub przesunięciem suwaka. Zależnie od rodzaju przetworzonego przemieszczenia styku ślizgowego (suwaka) rozróżnia się potencjometry liniowe lub obrotowe .A zatem napięcie wyjściowe potencjometru jest proporcjonalne do wartości mierzonego przesunięcia lub kata obrotu .

Przetworniki optoelektroniczne.

W przeciwieństwie do potencjometrycznych lub indukcyjnych przetworniki optoelektroniczne dostarczają wyjść cyfrowych. Metoda pomiarowa polega na tym, że źródło światła (nadajnik) i część światłoczuła (odbiornik) przemieszczają się względem wzorca szklanego z siatką podziałową w postaci równo rozmieszczonych pól przejrzystych i nieprzejrzystych (kresek). Liczba kresek, nad którymi przemieści się głowica pomiarowa jest wymiarem odpowiadającym ruchowi testera lub głowicy bocznej. Wbudowana elektronika wytwarza z każdej przebytej kreski impuls wzmacniany i dostarczany do układu elektroniki , która zlicza te impulsy i przetwarza na informację o przebytej drodze .

Przetworniki siły i naprężeń.

Wyposażenie chwytaka w przetworniki sił i naprężeń jest ważne z następujących powodów:

• umożliwiają one określenie bardzo ważnych interakcji między przedmiotem manipulowanym a chwytakiem. Jest to np. konieczne dla sterowania maksymalną dopuszczalną siły chwytu na drodze nieliniowych sprzężeń zwrotnych niedopuszczających do uszkodzenia manipulatora przedmiotu

• umożliwiają określenie interakcji między manipulowanym przedmiotem a innymi elementami otoczenia względem n których przedmiot ten jest manipulowany. Jest to sytuacja charakterystyczna dla operacji montażu, przy których jedna cześć składowa produktu jest wsuwana w otwór innej części produktu. Znajomość naprężeń powstających przy takiej operacji w chwytaku manipulatora przyspiesza znacznej jej realizacji, nawet przy małych luzach pasowania

• przetworniki sił umożliwiają wyznaczenie niektórych współrzędnych charakteryzujących orientację przedmiotu , np. wyznaczenie kierunku normalnego do badanej powierzchni przedmiotu.

• W przypadku automatycznych manipulatorów sterowanych przez człowieka sprężenie zwrotne od siły chwytu umożliwia człowiekowi bardziej precyzyjne manipulowanie .

Do przetworników siły i naprężeń należy wymienić:

• Przetworniki tensometryczn0-rezystancyjne wykorzystujące efekt zmiany rezystancji przewodnika metalowego poddanego naprężeniu mechanicznemu.

• Przetworniki magnetoelastyczne wykorzystujące efekt zmiany kierunku wektorów magnetyzacji pod wpływem naprężeń oddziałujących na ferromagnetyk w formie walca w wyniku, czego zmienia się sprężenie magnetyczne miedzy uzwojeniami wtórnym a pierwotnym, nawiniętymi na walec

• Przetworniki zmieniające siłę na przesunięcie mechaniczne np. mieszaki sprężyste

Przetworniki dotykowe

Przetwornikami dotykowymi nazywa się przetworniki generujące w wyniku dotknięcia przedmioty matrycę sygnałów elektrycznych, będącą odwzorowaniem powierzchni styku czynnej płaszczyzny przetwornika i dotykanego przedmiotu. Przetworniki dotykowe generują, więc obraz przedstawiający kształt wymienionej powierzchni styku, przy czym obraz będzie ty dokładniejszy , im bardziej gęsta jest matryca sygnałów elektrycznych przez przetwornik

22. Silniki liniowe budowa, zastosowanie .

Silnik liniowy składa się z dwóch podstawowych części:

• Części pierwotnej (ruchomej), zwanej statorem lub induktorem,

• Części wtórnej (nieruchomej), zwanej bieżnikiem.

Cześć pierwotna jest wykonana w postaci trójfazowego uzwojenia (U,V,W), które jest zasilana trójfazowym prądem przemiennym. Analogicznie jest dla silników trójfazowych wytwarzane jest pole magnetyczne wędrujące ( w silniku klasycznym odpowiednikiem jest wirujące pole magnetyczne ). Prędkość przemieszczenia się wektora strumienia magnetycznego jest wprost proporcjonalna do częstotliwości prądu zasilającego.

Część wtórna silnika (nieruchoma) jest składnikiem prowadnicy i wykonana jest w postaci:

• Listwy w formie grzebienia (rdzeniów) z nawiniętym (wokół każdego rdzenia) miedzianym uzwojeniem - dla silnika asynchronicznego;

• Liniału z magnesami trwałymi rozmieszczonymi wzdłuż całej długości prowadnicy- dla silnika synchronicznego;

• Liniału z elementami z materiału ferromagnetycznego rozmieszczonymi wzdłuż prowadnicy;

Możliwości zastosowania silników liniowych są rozległe:

• Robotyka (napędy manipulatorów i robotów);

• Przemysł maszynowy (obrabiarki różnego rodzaju);

• Przemysł samochodowy (układy nawiewów , otwierania i zamykania szyb itp.);

• Transport zakładowy ( małe wagoniki , taśmociągi , suwnice );

• Przemysł włókienniczy i tekstylny (wiele mechanizmów pracuje w ruchu posuwisto - zwrotnym )

• W układach automatyki i w elementach nastawczych ( pozycjonowanie anten, urządzenia pakujące, automatyczne otwieranie okien i drzwi itp.);

• Transport płynów przewodzących ( np. płynnego żeliwa w odlewniach);

• Szpitalnictwo ( urządzenia rehabilitacyjne, automatyczne łóżka szpitalne , podnośniki dla niepełnosprawnych, wózki inwalidzkie , urządzenia do masażu, instrumenty medyczne);

• Wyposażenie biurowe ( automatyczne biurka, automatyczne stoły kreślarskie kopiarki, itp.);

• Trakcja elektryczna ( superszybkie pociągi przyszłości);

• Maszyny pomiarowe;

23. Układy sensoryczne w robotyce

System sensoryczny powinien charakteryzować się:

• Dostarczona informacja powinna jednoznacznie określać położenie obiektów otaczających robot oraz pozwalać na określenie odległości pomiędzy robotem a otaczającymi go przeszkodami

• Dostarczone dane powinny cechować się rozdzielczością i dokładnością wystarczająca do budowy na ich podstawie mapy pozwalającej bezpiecznie planować ruchy robota

• Sensor powinien pozwalać na dostrzeganie przeszkód odległych od robota tzn. mieć jak największy zasięg przy wystarczającej rozdzielczości i dokładności

• Dostarczona informacja powinna być maksymalnie syntetyczna i nie wymagać wstępnego przetwarzania przed przystąpieniem do budowy mapy otoczenia

• Działanie sensora powinno być możliwie niezależne od warunków panujących na scenie (oświetlenie, zakłócenia techniczne) oraz indywidualnych cech postrzeganych obiektów (kolor, faktura, powierzchnia)

• Czas aktywizacji pojedynczej porcji danych przekazywanych do systemu mapującego powinien pozwalać na prace autonomicznych robotów mobilnych (ARM) w czasie rzeczywistym

Zalety sensorów wizyjnych:

• Globalność pozyskiwanej informacji, nieograniczony jak w przypadku dalmierzy zasięg sensora

• Duża ilość dostarczanej informacji, znacznie większa od innych sensorów

• Niezależność od rodzaju obserwowanych obiektów i własności (np. faktury)

Wady sensorów wizyjnych:

• Bardzo duża złożoność obliczeniowa algorytmów przetwarzania obrazu

• Trudności w przetwarzaniu danych wizyjnych w czasie rzeczywistym, ograniczające możliwości budowy mapy otoczenia w czasie ruchu robota, a tym samym możliwości eksploatacji nieznanego otoczenia

• Wysokie koszty części sprzętowej (głowic stereowizyjnych) oraz systemu przetwarzającego o dużej wydajności

• W przypadku systemów pasywnych problemami są też zależność od warunków oświetleniowych sceny i słaba rozróżnialność obiektów o niskim kontraście

Dalmierze ultradźwiękowe:

Czynniki zewnętrzne wpływające na pomiar:

• Zmiana prędkości rozchodzenia się fali (wilgotność i temp. Powietrza)

• Faktura i sprężystość powierzchni przeszkód

• Kształt wiązki

Zalety sensorów ultradźwiękowych:

• Bezpośrednie dostarczenie danych o odległości od przeszkód

• Znaczny zasięg (wystarczający do pracy w pomieszczeniach zamkniętych)

• Zdolność dostrzegania niewielkich przeszkód oraz przeszkód niewidzialnych dla sensorów optycznych (przezroczystych, pochłaniających światło)

• Niskie koszty sensorów

Wady sensorów ultradźwiękowych:

• Duża ilość błędnych pomiarów spowodowana odbiciami

• Niska rozdzielczość Katowa uwarunkowana duża szerokością wiązki pomiarowej

• Ograniczony kat widzenia powierzchni przeszkód

• Duża wrażliwość na indywidualne własności otoczenia takie jak faktura i konfiguracja przeszkód

Dalmierze i skanery optyczne - Zalety:

• Dostarczenie bezpośrednich danych o odległości od przeszkód, dane SA bardziej syntetyczne niż w przypadku pasywnych systemów wizyjnych (kamer), a nakład obliczeń potrzebnych do ich przetworzenia jest znacznie mniejszy co ułatwia spełnienie wymagań ich działania w czasie rzeczywistym

• Możliwość wykonywania pomiarów na scenie 3D (skanery)

• Duża rozdzielczość i powtarzalność pomiarów ( w porównaniu do skanerów)

• Możliwość kształtowania pola widzenia i strategii aktywizacji danych w zależności od aktualnych potrzeb

Dalmierze i skanery optyczne - Wady:

• Konieczność zapewnienia bezpieczeństwa ludzi (ochrona wzroku) znajdujących się w obszarze działania sensorów laserowych, sensory musza spełniać odpowiednie normy bezpieczeństwa

• Znaczny czas aktywizacji danych (szczególnie proste skanery 3D)

• Wrażliwość na rodzaj powierzchni obserwowanych przeszkód oraz ich położenie względem sensora

• Wysoki koszt (dotyczy skanerów laserowych z mechanizmem precyzyjnego odchylania wiązki)

22. Układ sterujący robotem.

Roboty przemysłowe byłyby bezużyteczne gdyby nie posiadały układu sterującego, do którego wprowadza się program, stanowi on zapis algorytmu sterowania w określonym języku programowania.

Algorytm sterowania jest ciągiem operacji arytmetycznych i logicznych, określających przebiegi czasowe wielkości wejściowych sterujących obiektem sterowania zależności od:

• Celu sterowania.

• Bieżącego czasu.

• Współrzędnych stanu obiektu sterowania, w taki sposób, by osiągnąć cel sterowania.

24. Zadania układu sterującego.

Zadaniem układu sterowania jest:

• Umożliwienie wprowadzenia programu pracy robota do jego pamięci;

• Przechowywanie programu pracy robota pamięci;

• Realizacja programu pracy robota na drodze odpowiedniego oddziaływania na napędy manipulatora;

• Umożliwienie ręcznego sterowania robota przez człowieka.

25. Struktura funkcjonalna

Struktura funkcjonalna układu sterowania robota opisuje sposób przetwarzania informacji, którą robot dysponuje (program działania , dane o otoczeniu) na decyzje odnośnie pracy napędów jego manipulatorów. Charakteryzuje ona, więc układ sterowania z punktu widzenia operacji matematyczno-logicznych realizowanych na wymienionych informacjach w celu wytworzenia potrzebnych decyzji .

26. Hierarchiczna struktura funkcjonalna.

Hierarchiczna struktura funkcjonalna układu sterowania robota wynika Az dekompozycji zasadniczego zadania robota na szereg zadań składowych , czyli uchwycenia przedmiotu i jego przemieszczenia. Struktura hierarchiczna jest jedyną strukturą umożliwiającą rozwiązywanie bardzo złożonych problemów decyzyjnych, jakie spotyka się przy sterowaniu robota

27. Struktura sprzętowa.

15

łańcuch manipulatora

siłownik, napęd, czujnik

otoczenie

komputer

zadanie

zadanie

otoczenie

komputer

manipulator z silnikami

pedipulator z silnikami

inf. wew.

pamięć programów (dysk, taśma)

komputerowy sterownik robota

ramię robota

urządzenie do uczenia (terminal, panel prog.)

zew. zasilanie

oprzyrządowanie końca ramienia robota

A

B

C

1

praca

PC

RC

Am

At

SM

TP

dekoder

pamięć

koder

IU

interpolacja

2

1

2

PL

Am, At

M

RL

Ob I

PC

Ob F

SIA

AZ

praca

+

-

-

+

-

otoczenie

sterownik

Planowanie trajektorii

Manipulator

Sensory i estymatory

komputer

zakłócenia

x

y

z

x

z

y

d₃

β₂

β₁

β₁

β₂

d₃

β₁

β₂

β₃

Informacja o stanie przedmiotu

Sterowana energia

mięśni

Przedmiot

Człowiek

Człowiek

Narzędzie proste

Przedmiot

Sterowana energia

mięśni

Manipulowanie przedmiotem

Obróbka

przedmiotu

Informacja o stanie narzędzi

Informacja o stanie przedmiotu

Człowiek

Zewnętrzne

źródło energii

Wzmacniacze

Sterowanie

narzędzi

Sterowana

energia

zewnętrzna

Obróbka

przedmiotu

Sterowana

energia mięśni

Manipulowanie przedmiotem

Informacja o stanie narzędzi

Informacja o stanie przedmiotu

Przedmiot

Narzędzie

złożone

Sterowanie

narzędzi

Człowiek

Zewnętrzne

źródło energii

Narzędzie

złożone

Wzmacniacze

Sterowana

energia

zewnętrzna

Obróbka

przedmiotu

Sterowana energia mięśni

Manipulowanie przedmiotem

Informacja o stanie narzędzi

Informacja o stanie przedmiotu

Przedmiot

Układ

sterowania

Program

Człowiek

Zewnętrzne

źródła energii

Narzędzie

złożone

Wzmacniacze

Sterowanie

narzędzi

Sterowana

energia

zewnętrzna

Obróbka

przedmiotu

Manipulowanie przedmiotem

Informacja o stanie narzędzi

Informacja o stanie przedmiotu

Przedmiot

Robot

Program

Zewnętrzne

źródła energii

---