plik

1 Rodzaje wykorzystywanych robotów:
-

Roboty przemysłowe

-Roboty medyczne i rehabilitacyjne
-Roboty do prac podwodnych
-Roboty metrologiczne
Roboty inspekcyjne i diagnostyczne
-Roboty do pracy w przestrzeni kosmicznej
-

Roboty do celów wojskowych i specjalnych

-Roboty

– maszyny kroczące

Roboty usługowe

-Mikroroboty
-

Roboty do badań naukowych

Roboty do celów szkoleniowych

2 Robot mobilny
robot zdolny do zmiany swojego położenia w przestrzeni

3 U

kłady sztucznej inteligencji

Układ sztucznej inteligencji –maszynowy odpowiednik inteligencji człowieka. Układy wyposażone w

układy sensoryczne które rozpoznają otoczenie na ich podstawie robot planuje lub generuje ruchy.
Zakres zastosowania np. robot mobilny który się porusza.

4 R

óżnice pomiędzy poszczególnymi generacjami

Roboty I generacji -

urządzenie wyposażone w pamięć, do której wprowadzone są rozkazy, a

następnie bez ingerencji operatora - zdolne do wykonania czynności zaprogramowanych. Roboty te
nie są zdolne do samodzielnego zbierania informacji o zewnętrznym środowisku pracy (większość
współczesnych robotów przemysłowych). Są to programowalne manipulatory lub roboty niższego
rzędu, przeznaczone do podawania i odbierania obiektów z maszyn wytwórczych.
Roboty II generacji -

urządzenie zdolne do rozpoznania danego obiektu w zbiorze bez względu na

jego położenie i kształt (zastosowanie sensorów dotyku i wzroku). Dopuszczalne jest zmiana ich
miejsca pracy. Są one zatem narzędziami wyższego rzędu o lepszych właściwościach.

Odp. Główne różnice między robotami I i II generacji polegają na sposobie ich programowania

oraz możliwości komunikowania się robota ze środowiskiem zewnętrznym (otoczeniem).

5

Dla jakiej wielkości produkcji

oboty zaleca się stosować, co najwyżej do produkcji seryjnej nie masowej. Szczególne

zastosowanie robotów - elastyczne systemy produkcyjne (robot jest maszyną popularną i można go
przeprogramować na inny rodzaj produkcji).

6 Parametry charakterystyczne przy doborze robota

-liczba stopni swobody
-zakres poszczególnych ruchów,
-dokładność pozycjonowania, -powtarzalność, -max. Prędkość, -struktura manipulatora.

dokładność pozycjonowania – zdolność manipulatora do przyjmowanie zadanej pozycji w

przestrzeni z określoną dokładnością

powtarzalność – zdolność manipulatora do odtwarzania danej pozycji z określoną dokładnością po
kilku cyklach pracy

8

Wyjaśnić pojęcia: Serwooperator, teleoperator, robot przemysłowy.

Serwooperator- maszyna sterowana

bezpośrednio ręcznie przez człowieka, mechanizacja procesu,

urządzenie to może być zawansowane, ta maszyna ma zwiększyć moc człowieka.

Teleoperator-

maszyna sterowana przez człowieka, jest sterowana zdalnie, poprzez dżojstik,

przyciski nie ma z nią bezpośredniego kontaktu odległość może być różna. Muszą być zamontowane
kamery. Drogą radiową obraz. Stosujemy, gdy bezpośredni udział jest niedostępny.
Robot przemysłowy- najwyższa forma z maszyn. Maszyna sterowana automatycznie (ingerencja
kończy się na oprogramowaniu) maszyna programowana

9 Do jakiej klasy manipulacyjno lokomocyjnej można zaliczyć:
roboty policyjne

– mobilne teleoperatory

roboty kardiochirurgiczne

– stałe serwooperatory

egzoszkielety

– mobilne serwooperatory

10 Podstawowy struktury zrobotyzowanego gniazda produkcyjnego
– linowa
– gniazdowa

11

Jak powiązane są ze sobą systemy sterowanie w gnieździe produkcyjnym

Metody programowania robota przemysłowego

przez ręczne sterowanie punktowe

operator

prowadzi element wykonawczy od jednego punktu do kolejnego, jednocześnie zapisywane

są one w pamięci za pomocą współrzędnych konfiguracyjnych, a trajektoria ruchu generowana jest
przez program
-

przez bezpośrednie obwiedzenie toru

operator prowadzi element

manipulatora po pewnej określonej trajektorii, która zapisywana jest do

pamięci i odtwarzana później przez manipulator
-

przez obwiedzenie za pomocą fantomu

podobnie jak punkt wyżej z tą różnicą, że zamiast poruszać właściwym manipulatorem, wykonuje się
j

ego model (fantom) i programuje odpowiednią trajektorie ruchu

Jakie sygnały są zapisywane podczas programowanie i do czego są one wykorzystywane

współrzędne poszczególnych punktów węzłowych we współrzędnych konfiguracyjnych, do
odtworzenia ruchu narz

ędzia z zadaną dokładnością

Czym różnią się roboty o strukturze szeregowej i równoległej i jaki ma to wpływ na zastosowanie

Roboty o strukturze szeregowej -(łańcuch otwarty) kolejne człony są nabudowane na
poprzednie, charakteryzują się dużą przestrzenią roboczą i mniejszą dokładnością, Roboty o
strukturze równoległej –(łańcuch zamknięty) mają większą dokładność, obciążalność i sztywność
ale mniejszą przestrzeń roboczą i trudno się je programuje (np. robot który ma 3 lub 6 ramiona,
na końcu których zamocowana jest platforma, która może się przemieszczać)

Omówić połączenia stosowane najczęściej w łańcuchach kinematycznych manipulatorów?

Najczęściej stosowane są pary kinematyczne klasy 5 postępowe obrotowe, bo każdy z tych ruchów
względnych musi być związany z odpowiednim układem napędowym.

Ruchliwość

Ruchliwość otwarych łańcuchów kinematycznych określa liczbę stopni swobody układu. Liczbę
stopni swobody możemy określić ze wzoru , gdzie n – liczba członów ruchomych, p – liczba
połączeń różnego rodzaju. Ponieważ w przypadku otwartych łańcuchów liczba członów
ruchomych równa jest liczbie par kinematycznych to zależność ta przyjmuje postać:
w=p5+2p4+3p3+4p2+5p1

położenie narzędzia w przestrzeni

punkt w przestrzeni robota względem punktu bazowego w którym znajduje się przedmiot roboczy oraz
kąty pod którymi jest nachylony do poszczególnych osi (orientacja )

18

Wyjaśnić pojęcia:

ruchy globalne

– ruchy całego robota

ruchy regionalne

– ruchy trzech pierwszych członów robota

ruchy lokalne

– ruchy ostatnich członów robota

19 przestrzeń robocza manipulatora
Przestrzeń robocza - to taka przestrzeń gdzie położenie przedmiotu określamy za pomocą
współrzędnych kartezjańskich.
dla kartezjańskiego sześcian o wymiarach równych wartości przesunięć poszczególny członów

20

Podstawowe struktury manipulatorów

O strukturze manipulatora decydują 3 pierwsze pary kinematyczne. W zależności od ich układu
rozróżniamy następujące konfiguracje: stawowa (antropomorficzna) (O,O,O) , sferyczna (O,O,P),
SCARA (

O,O,P), cylindryczna (O,P,P), kartezjańska (P,P,P).

Omówić cechy chwytaków kształtowych i siłowych?

Chwytak siłowy-działa na zasadzie wywierania siły na chwytany przedmiot.
Chwytak kształtowy-utrzymuje przedmiot na zasadzie utrzymania go w końcach podobnych do
kształtu przedmiotu. Chwytaki z siłą nastawną.

22

Omówić napędy stosowane w chwytakach manipulatorów

Układy napędowe chwytaka:
- mechaniczne
- pneumatyczny
- hydrauliczny
- elektryczny
- elektromagnetyczny (ze zwolnieniem pneumatycznym i bez zwolnienia pneumatycznego)
-

adhezyjnyUkład wykonawczy :

końcówki sztywne (dwupalcowe, trójpalcowe, wielopalcowe)

końcówki sprężyste

końcówki elastyczne

Dominują napędy elektryczne ewentualnie pneumatyczne. Dominują napędy dźwigowe.

Jak rozwiązuje się problem sterowania siła nacisku

W chwytakach si

łowych: nie sterujemy siła – siła nacisku wynika z ego jaką siłę generuje

element nap

ędowy i jakie jest przełożenie mechaniczne.

W chwytakach kszta

łtowych: nie ma potrzeby regulowania siły, ponieważ końcówki

chwytaka s

ą tak wyprofilowane, aby tworzyły przestrzeń zbliżoną do kształtu przedmiotu,

co zapobiega jego upuszczeniu (sterowanie w uk

ładzie otwartym - bez sprzężenia

zwrotnego).

24 Jakie mechanizmy

stosowane są w konstrukcji chwytaków

dźwigniowy (z imadłowym, z nożycowym, z palcowym, z opasującym typem końcówek)

- jarzmowy
- klinowy
-

zębaty

- liniowy

25

Jakie są różnice w działaniu robotów pozycjonowanych w sposób dyskretny i ciągły

– pozycjonowane w sposób ciągły mogą przyjmować każdą pozycję z obszaru roboczego

płynne ruchy robota

stosowanie serwonapędów

– pozycjonowane w sposób dyskretny mogą przyjmować tylko określone pozycje z obszaru roboczego

pozycjonowanie za pomocą zderzaków

cechy napędów robotów pozycjonowanych w sposób ciągły

– mogą przyjmować wszystkie pozycje z zakresu

Jaki jest udział poszczególnych rodzajów napędów

Elektryczny 50 %

wzrasta

Hydrauliczny 40 %

stały

Pneumatyczny 10 % maleje

Jaka jest struktura układów sterowania elementami napędowymi w robotach

Jest to serwonapęd – napęd o strukturze układu regulacji, czyli ze sprzężeniem zwrotnym, czyli
układu zamkniętego. W serwozaworze wykorzystywany jest element inercyjny 1. rzędu.

Napędy pneumatyczne

Napęd pneumatyczny wykorzystuje środowisko ściśliwe, na ogół sprężone powietrze. Zaletą tego
napędu jest:
> łatwość uzyskiwania powietrza do zasilania układu oraz możliwość łączenia układu z atmosferą po
zakończeniu cyklu pracy
> niskie ciśnienie w porównaniu z napędem hydraulicznym czyni ten rodzaj napędu bezpiecznym w
eksploatacji
> powietrze nie ma w

łasności lepkich i ma dobre własności dynamiczne

> wysoka podatność powietrza (niewielka sztywność) korzystnie odróżnia go od cieczy
> prosta konstrukcja w przypadku realizacji ruchu liniowego
> duża niezawodność i trwałość przy prostej obsłudze
> czynnik

ekonomiczny (niższa cena niż innych napędów)

Posiada on wady tj, niższa sprawność, wadę ściśliwości czynnika roboczego oraz niemożliwością
bezpośredniego zatrzymania napędu, jest najbardziej rozpowszechniony w chwytakach.
Napęd ten znalazł zastosowanie w robotach poprzez wykorzystanie siłowników analogowych

(przetwarzających sygnał pneumatyczny na przesunięcie liniowe lub kątowe)

30 napędy hydrauliczne
Do zalet napędów hydraulicznych zaliczę:
> duży udźwig
> szybkie przemieszczanie
> krótki czas rozruchu
> duża sprawność napędu wynikająca z małej ściśliwości
> bardzo dobre własności dynamiczne (najlepsze z grona wszystkich napędów pod tym względem)
> łatwość sterowania
> spokojny i płynny ruch
> mała wrażliwość na zmiany obciążeń i przeciążenia
Natomiast

do wad zaliczę:

> mniejsza sprawność (wyższy koszt uzyskania energii)
> zmiany własności pod wpływem temperatury (zmiana lepkości czynnika roboczego)
> wrażliwość na zanieczyszczenia czynnika roboczego
Napęd hydrauliczny znajduje zastosowanie szczególnie tam gdzie chodzi o szybkie przemieszczenie
przy znacznych obciążeniach robota

31 Jakie zawory używane w robotach
serwozawory lub zawory proporcjonalne

w napędach hydraulicznych

Omówić rodzaje silników elektrycznych stosowanych w napędach manipulatorów i ich zakres

stosowania w robotach.

Silniki krokowe (skokowe)

– mogą działać w układach otwartych (bez sprzężenia

zwrotnego), mo

że on zajmować określone położenie (np. co 1,5°), nie można go

obci

ążać zbyt dużym momentem, ponieważ wirnik zmieni swoją pozycję. Są stosowane

w serwonap

ędach, napędach pomocniczych.

Silniki bez szczotkowe pr

ądu stałego – zmiana strumienia następuje na stojanie, ich

obrót jest dowolny, precyzyjnie sterowany.

zasada działania silnika krokowego

Silnik krokowy pod wpływem impulsu obraca się o zadany kąt (krok) ilość impulsów decyduje o liczbie
kroków a częstotliwość o prędkości

34

bezszczotkowe silniki prądu stałego

uzwojenia występują w stojanie i są podłączane elektroniczne, wałek z magnesami trwałymi wykonuje
obroty
posiada trzy fazy i do poprawnego

działania potrzebuje wiedzy o położeniu wirnika czyli musi

posiadać czujnik pozycji wirnika

35
I

generacja czujniki pozycji w napędach poszczególnych członów

II generacja

– czujniki służące do komunikacji się z otoczenie

III generacja czujniki wizyjne

36
czujniki analogowe

– wielkość mierzona jest wartością analogową czyli ciągłą w czasie

czujnika cyfrowe

– wielkość mierzona jest wartością dyskretną w czasie

37
częstotliwość próbkowania, zakres pomiaru, rozdzielczość w bitach

38 na czym p

olega kwantyzacja i próbkowanie

z czego wynika konieczność stosowana
– próbkowanie – aby w określonych chwilach znana była wartość wielkości mierzonej i algorytm
sterowanie mógł ją przetworzyć
– kwantowanie – konieczność zapisu wartości w postaci danych cyfrowych o określonej wielkości np.
na 8 bitach

39

zasada działania czujników cyfrowych

Metoda pomiarów cyfrowych polega na tym, że całkowity zakres zmian wielkości jest podzielony na
skończona liczbę jednakowych podzakresów zwanych przedziałami kwantowania. Celem pomiaru jest
określenie w którym przedziale znajduje się mierzona wartość.
bezwzględnych – Podstawowym elementem urządzenia do pomiaru bezwzględnego jest liniał
kodowy lub tarcza kodowa. Dla każdego przedziału kwantowania naniesiony jest określony tylko temu
przedziałowi przyporządkowany binarny wzorzec optyczny, magnetyczny lub elektryczny
przedstawiający wektor informacji cyfrowej odpowiadający temu przedziałowi.
przyrostowych

– Głównym przyrządem stosowanym do realizacji pomiarów przyrostowych jest liniał

impulsowy lub tarcza impulsowa o długości lub obwodzie podzielonej na jednakowej szerokości. Przy
obrocie tarczy lub przesunięciu liniału zostają pobudzone 2 przetworniki (fotoelektryczne lub
halotronowe) przesunięte względem siebie o połowę szerokości przedziału kwantowania.
Zastosowanie dwóch przetworników umożliwia określenie kierunku obrotu tarczy lub przesunięcie
liniału. Optyczne liniały impulsowe umożliwiają uzyskanie przedziałów kwantowania o szerokości 0,1 –
0,01 mm.

40
siły – czujniki tensometryczne
pozycji

– enkodery, czujniki indukcyjne

prędkości – prądnica tachometryczna, enkodery, czyjniki magnetyczne i hallotronowe

Wyjaśnić pojęcia:

Tor -

krzywa wypracowana przez końcówkę manipulatora.

Trajektoria -

tor + sposób wypracowania tego toru w czasie.

Końcówka manipulatora  – punkt którego położenie w przestrzeni należy określić aby narzędzie
znalazło się w zadanej pozycji

42

W jaki sposób otrzymuje się trajektorię końcówki manipulatora o danej liczbie stopni swobody

Rodzaje współrzędnych

kartezjańskie - 3 współrzędne xyz i trzy kąty
konfiguracyjne

– opisują wzajemne położenie członów robota np. kąt lub przesunięcie

napędowe – opisują położenie napędów

44 Macierz obrotu i jej zastosowania

45

Macierz przekształcenia jednorodnego – struktura oraz zastosowanie

Przekształcenie jednorodne jest to macierz przekształcająca współrzędne punktu w układzie n na
współrzędne punktu w układzie n-1 odpowiednio przesuniętym i obróconym.

]

[



, gdzie R macierz obrotu o wymiarach 3x3, d-

wektor przesunięcia 3x1,

0 oznacza (0 0 0) - jest to perspektywa, 1

– skala.

Wyrażenie współrzędnych w kolejnych układach polega na mnożeniu poszczególnych macierzy
przekształcenia jednorodnego.
Stosujemy je do

rozwiązywania prostego i odwrotnego zadania kinematyki, ponieważ dzięki temu

zapisowi możliwe jest obliczanie tych przekształceń przez układy mikroprocesorowe

46
macierz odwrotna po

zwala określić przekształcenie w odwrotnym kierunku, nie pomaga rozwiązać

odwrotnego zadania kinematyki

47 Algebra prz

ekształceń

mnożymy kolejne macierze układów
.
48

Wyjaśnić pojęcia prostego i odwrotnego zadania kinematyki manipulatora.

Zadanie proste

polega na tym, że na podstawie współrzędnych konfiguracyjnych oraz jakiś

parametrów geometrycznych wyznaczamy współrzędne kartezjańskie.
Zadanie odwrotne-

na podstawie współrzędnych kartezjańskich +parametry geometryczne

wyznaczamy współrzędne konfiguracyjne
Proste jest wykorzystane do określenia położenia przedmiotu.
Odwrotne do

generowanie trajektorii końcówki robota

Omówić parametry Denavita-Hartenberga.

Notacja D-

H upraszcza przekształcenia jednorodne zmniejszając liczbę parametrów do czterech,

dzi

ęki odpowiedniemu dobraniu początków układów współrzędnych i jego osi.

Dobór osi polega na tym, że

oś x

jest prostopadła do osi z

oś x

przecina oś z

Początki układu współrzędnych muszą leżeć w osi przegubu.
Stosując notację D-H przekształcenie układów wyrażamy wzorem:

=Rot

z,Ө

*Trans

z,di

*Trans

x,a

*Rot

z,α

Parametrami D-

H są:

– kąt przegubu (oś Z),

– odsunięcie przegubu (oś Z),

– długość członu (oś X),

– skręcenie członu (oś X).

3 pierwsze parametry zawsze są stałe, a 4 to zmienna przegubowa, którą w zależności od rodzaju
przegubu jest kąt przegubu lub odsunięcie przegubu.
Kierunek kątów jest zgodny z regułą śruby prawoskrętnej.

50 Na czym polega analiza kinematyki manipulatora
Na przypisaniu określonych parametrów notacji Denavita–Hatrenberga aby można było wykonać
proste zadanie kinematyki

51

Wymienić metody rozwiązywania odwrotnego zadania kinematyki

52 Na czym polega planowanie trajektorii manipulatora
w przestrzeni roboczej

Planowanie to polega na utworzeniu funkcji liniowej z parabolicznymi zakrzywieniami lub funkcji
sklejonej. Są to funkcje czasu i zmiennych kartezjańskich. Po utworzeniu tej funkcji stosujemy
odwrotne zadania kinematyki

dla punktów węzłowych.

w przestrzeni konfiguracyjnej
Planowanie to polega na rozwiązaniu odwrotnego zadania kinematyki dla każdego punktu, a
następnie dla każdego połączenia ruchowego wyznacza się gładką funkcję przemieszczeń

53 metody interpolacji
interpolacja liniową, która jest łatwa do opisania matematycznego, ale wymaga osiągnięcia dużych
momentów przez napęd, ponieważ przy tej interpolacji prędkość powinna zmieniać się skokowo do
pewnej wartości.
interpolacja z zaokrągleniami parabolicznymi gdzie prędkość zmienia się liniowo jednak
przyspieszenie powinno zmieniać się skokowo.
interpolacja przy użyciu splajnów, czyli krzywymi wyższego stopnia, jest to najłagodniejszy sposób
interpolacji nie wymagający rozwijania tak dużych momentów, jednak najtrudniejsze do
zaprogramowania.

54
w przestrzeni konfiguracyjnej gdy tor ruchu

narzędzia robota nie ma znaczenia dla danego procesu

w przestrzeni

roboczej gdy może wystąpić kolizja

Algorytm obliczeń przy planowaniu trajektorii manipulatora we wsp. kartezjańskich

1 odpowiednia interpolacja toru ruchu (liniowa, kołowa)

2 podział toru na małe odcinki

3 odwrotne zadanie kinematyki dla kolejnych punktów węzłowych

generowanie trajektorii pomiędzy kolejnymi punktami toru jak dla trajektorii we wspł.

konfiguracyjnych

Wyjaśnić pojęcie parametryzacji czasem toru końcówki manipulatora.

Jest to przepisanie czasu temu torowi w celu uzyskania trajektorii. Dopasowujemy

czas przejściowy

do zmian wsp. k

onfiguracyjnych, żeby wszystko odbyło się płynnie t=kT k=1 dla napędów które mają

największy kąt do pokonania