Roboti Industriali

 Transcript

1. Roboti industriali sisteme bionice-roboti umanoizi-lucrari roboti,megatronicaroboti umanoiziUn robot e e un operator mecanic sau virtual, artificial. Robotul e un sistemcompus din mai multe elemente: mecanica, senzori si actori precum si unmecanism de directionare. Mecanica robotului stabile infatisarea robotului simiscarile posibileale robotului pe timp de functionare. Senzorii si actuatoriirobotului au fost intrebuintati la interactia cu mediul sistemului. Mecanismul dedirectionare are grija ca robotul sa-si indeplineasca obiectivul cu succes, evaluandde exemplu informatiile senzorilor. Acest mecanism regleaza motoarele robotuluisi planifica miscarile robotului ce trebuiesc efectuate.Istoria robotuluiBazele robotilor de azi stau mult mai departe. Primele modele de masini pot fi maidegraba numite automate (provenind din grecescul automatos, ce se misca singur).Acea nu puteau executa decat cate un singur obiectiv, fiind constranse deconstructie. Cu descoperirea ceasului mecanic din secolul XIV s-a deschis caleaunor posibilitati noi si complexe. Nu mult dupa aceea au aparut primele masini, cesemanau indepartat cu robotii de azi. Posibil era insa numai ca miscarile sa urmezeuna dupa alta, fara sa fie nevoie de interventia manuala in acel sistem.Dezvoltareaelectrotehnicii din secolul XX a adus cu sine si o dezvoltare a roboticii. Printreprimii roboti mobili se numara sistemul Elmer si Elsie construit de William GreyWalter in anul 1948. Ace triciclete se puteau indrepta spre o sursa de lumina siputeau sa recunoasca coliziuni in imprejurimi. Anul 1956 e considerat ca anulnasterii a robotului industrial. George Devol a depus candidatura in acest an inSUA pt. un patent pt. "transferul programat de articole". Cativa ani dupa aceea aconstruit impreuna cu Joseph Engelberger UNIMATE. Acest robot de cca. douatone a fost mai intai introdus in montarea de iconoscoape pt. televizoare, gasindu-siapoi drumul in industria automobila. Programele pt. acest robot au fost salvate subforma de comenzi directionate pt. motoare pe un cilindru magnetic. Din acestmoment se introduc roboti industriali ca UNIMATE in multe domenii aleproductiei fiind permanent dezvoltati mai departe pt. a putea face fata cererilorcomplexe ce li se impun. Beneficiile introducerii robotilor in industrie includmanagementul controlului si al productivitatii si crerea evidenta a calitatiiproduselor. Robotii pot lucra zi si noapte fara a obosi ori a-si reduce performanta.Consecvent realizeaza reduceri substantiale ale pretului de cost in primul rand prinreducerea consumurilor de materii prime si al prelucrarii automate a acestora. Deasemenea utilizarea robotilor aduce avantaje pe piata concurentiala. Prindezvoltarea rapida a industriei si a tehnicii de calcul, putem observa evolutia

2. robotilor industriali catre generatiile inteligente ce le ofera caracteristica de a"intelege" mediul in ce lucreaza. Structura generala a robotilor industriali depindefoarte mult de utilitatea si scopul pt. care au fost produsi. Functiile de baza au fostreprezentate de: subsistemul cinematic a robotului; subsistemul de actionare a robotului ; subsistemul de comanda si programare a robotului ; subsistemul senzorial a robotului .Subsistemul cinematic a robotului cuprinde structura capabila sa execute miscarilept. a actiona asupra mediului inconjurator. Astfel in functie de mediul in ce efolosit, robotul poate fi dotat cu: roti; senile; picioare mecanice; diversi suporti benzi transportoareOrganul de executie al robotului e alcatuit dintr-un lant cinematic inchis ori deschisoferind diverse grade de libertate prin intermediul carora dispozitivul de lucrupoate actiona: mana mecanica; dispozitiv de manevrare; dispozitiv de apucare Ace dispozitive finale ale robotului ce interactioneaza direct cu prelucrarea finalaa obiectelor supuse unui ciclu de productie, pot fi inlocuite cu dispozitivespecializate pt. anumite operatii tehnologice: vopsire, sudare, testare etc. Forma simecanismele de miscare a robotilor industriali depind de sistemul de coordonate ince se realizeaza miscarea diverselor segmente. Daca in situatiile unor coordonatecilindrice si sferice, robotii au grade relativ reduse de miscare, in coordonatelepolare prezinta un coeficient ridicat de antropomorfism. Ansamblu alcatuit din"brat", "antebrat" legate prin articulatii "cot" se poate deplasa atat in plan orizontalcat si vertical. In prezent s-au impus solutii de incheieturi cu trei axe de rotatiedotate cu servo-comenzi ce permit o pozitionara usoara. In ceea ce privedispozitivele de apucare a robotului , pe langa sistemele clasice de apucare cu"degete" robotii industriali pot fi dotati si cu alte modalitati de apucare: vacumatic,magnetic etc. Dispozitivele de prehensiune trebuie sa corespunda dorintei

3. utilizatorului, fiind o conditie determinanta pt. succesul unei aplicatii cu robotiindustriali. O alta caracteristica importanta a robotului e reprezentata desubsistemul senzorial al robotilor in stransa legatura cu subsistemul de comanda siprogramare. Daca in anii 80 erau folosite benzile de hartie perforate pt.introducerea software-ului, in zilele noastre au fost folosite cipuri evoluate ce oferain anumite situatii putere de "decizie". Astfel, in septembrie 94 notiunea de robotindustrial cunoaste o alternativa in sistemul de actionare: actionarea prinintermediul retelei World Wide Web. Astfel prin intermediul unui computerconectat la Internet se realiza posibilitatea de a accesa si controla roborul. Ecranulde control oferea utilizatorului suficiente informatii pt. a decide miscarea roboruluiintr-un spatiu cartesian catre urmatoarea destinatie. Sunt folosite cele treicoordonate x,y,z de miscare in spatiu. Este poate unul dintre cele mai buneexemple de implementare cinematica si senzoriala. Experimentul de mai sus,efectuat in Australia, a avut rolul de a stimula imaginatia si de a arata ca in acestmoment, datorita existentei unei infrastrsucturi computerizate mondiale, caile decunoastere au fost fara limite. De altfel tot acest sistem e condus de roboti"inteligenti" ce pot face milioane de interconectari pe secunda.RoboticaAparitia deasa a robotilor in film si literatura a atras atentia stiintei asupra acestuitip de masini. Domeniul stiintific, ce se ocupa de constructia robotilor se numerobotica. Termenul a fost folosit pt. prima data in 1942 de Isaac Asimov in carteasa, Runaround. Un domeniu general teoretic stiintific, ce se ocupa de roboti, nuexista. Acea sunt mai ales subdomenii ale informaticii.Tehnica de baza a robotuluiRobotii au fost realizati mai ales prin combinatia disciplinelor: mecanica,electrotehnica si informatica. Intre timp s-a creat din legatura acestora mecatronica.Pentru realizarea de sisteme autonome (care sa gaseasca singure solutii) e necesaralegatura a cat mai multor discipline de robotica. Aici se pune accent pe legaturaconceptelor de inteligenta artificiala ori neuroinformatica (parte a informaticii)precum si idealul lor biologic biocibernetica (parte a biologiei). Din legatura intrebiologie si tehnica s-a dezvoltat bionica. Cele mai importante componente alerobotilor au fost senzorii, ce permit mobilitatea acestora in mediu si o dirijare catmai precisa. Un robot nu trebuie neaparat sa poata sa actioneze autonom, fapt pt. cese distinge intre un robot autonom si unul teleghidat.

4. Tipuri de robotiTermenul de robot descrie un domeniu destul de vast, cauza din ce robotii au fostsortati in multe categorii. Iata cateva din acea: 1. Robot autonom mobil 2. Robot umanoid 3. Robot industrial 4. Robot de servicii 5. Robot jucarie 6. Robot explorator 7. Robot pasitor 8. Robot BEAM 9. Robot umanoidImaginea robotilor umanoizi a luat forma in literatura, mai ales in romanele luiIsaac Asimov in anii 1940. Acesti roboti au fost pt. un timp lung irealizabili. Pentrurealizarea lor trebuiesc rezolvate multe probleme importante. Ei trebuie saactioneze si sa reactioneze autonom in mediu, mobilitatea lor fiind restransa la celedoua picioare ca locomotie. Pe deasupra mai trebuie sa fie capabili de a lucra cubratele si mainile. Din anul 2000 probleme de baza par sa fie rezolvate. Intre timpapar dezvoltari noi in acest domeniu. Robotii umanoizi pot fi clasificati ca robotipasitori.Robot industrialGeorge Devol a inregistrat in anul 1954 primul patent pt. un robot industrial.Robotii industriali din prezent nu au fost de obicei mobili. Dupa forma si functialor, domeniul lor operational e restrans. Ei au fost introdusi pt. prima oara pe liniade productia a General Motors in 1961. Robotii industriali au fost folositi primadata in Germania la lucrari de sudura incepand din 1970.Printre robotii industrialise numara si robotii de portale, ce sunt introdusi in productia de wafere, ininstalatii de turnat colofoniu ori la masurari. In prezent robotii industriali executa siprobleme de maniabilitate.Logistica industriala.Perirobotica e un ansamblu mijloace de stocare, depozitare, gestiune, transportintern, transfer si alimentare cu semifabricate, scule, dispozitive si alte materiiprincipale si materiale . Acea difera ca :

5. dimensiuni, greutate, complexitate, nr de piese, timp de productieRobotica medicala are scopuri ca: ajutorarea pacientilor : proteze, orteze, teleteze . nu se pune problema la inlocuirea org int, asistenta acestora(pacemaker), proteze auditive si vizuale pt. ca acea nu executa modificare asupra mediului . Ajutorarea practicantilor(medici): nu in substituirea infirmierelor ori a laborantilor ci in microchirurgie, endochirurgie si telechirurgie Utilizarea robotilor la ajutorarea handicapatilor:Sarcini ale robotului : alimentatie, igiena, casnice, comunicare, hobby .Cerinte impuse robotului : transparenta functionala , montarea, invatareahandicapului, limite in utilizare(mecanice, comanda si control, securitate),intretinere, dependenta, biologie, financiare. Robotica militara are scop reducereacosturilor umane si materiale .Utilizari : stringere de info, depistarea tintelor,recuperarea si dezarmarea focoaselor active, sprijin logistic,curatarea mediilortoxice, plantarea de senzori sub pamint si subacvatice, deminare, refacereasoselelor avariate, soft-kill, act in medii ostile, spionaj .RPV ori UAV – vehiculepilotate prin telecomanda. Robot de aparare Predator: actionat pe o raza de 30 km,localizare laser, senzori pt. identificarea terenului, scanere cu infrarosii si radar,senzori electromagnetici de miscare . SIPE- lab de iniginerie umana a armatei SUAau elaborat exoscheletul inteligent ce dispune de vedere pe timp de noapte, formatadin 7 straturi protectoare, amplificator forta, motorizat, dotat cu senzori si arme,scheletul poate merge 15 km in timp ce omul doarme .Aplicatii robotizate in armata :racheta de croaziera Tomahawk programata saactioneze independent, infestarea cu nanoboti(convertesc sunetul in energie si potinfluenta radarul, calculatorul, motoarele de avion, centrele de comanda) . Riscuri :comanda de catre inamici, greseli in programare, nu se pot prevedea toateproblemele ce apar, defectarea ori scaparea de sub control, roboti ucigasi ce nudeosebesc inamicul ce ataca de cel ce vrea sa se predea .

6. Semnale utilizate in conducerea robotilor :Semnale mioelectrice ale robotului : motoneuron – excitarea chimica – excitareaelectrica a fibre nervoase – diferenta de potential ce creeaza curenti locali . 1. Miscarile capului : 3 translatii , 3 rotatii – inainte-inapoi 2. Miscarile globilor oculari . 3. Semnale sonore repr tendintele cele mai probabile de utilizarea in viitor .Instalatii de transfer ale robotului :Echipamente de transport uzinal ce se impart in : Transportoare : a) cu organ flexibil(cu banda, cu placi, cu cupe) ; b)fara organ flexibil( oscilante, gravitationale, pneumatice, elicoidale) ; c)mobile(carucioare manuale, strivitoare, motostivuitoare, electrostivuitoare) ; Echipamente de ridicat – destinate ridic sarcinilor individuale pe dist mici . Functionarea lor in principiu : apucarea sarcimilor, deplasare, depunere .Clasificarea robotului : dupa mediu – roboti de suprafata, roboti aerieni,roboti submarini ; dupa constitutie – roboti monocorp , roboti multicorp ; dupa locomotie – roboti cu roti, roboti cu senile, roboti cu labe, combinate .Grade de mobilitate ale robotului – DDL ori DOF . Aplicatii ale robotilor mobili –dezafectarea centralelor nucleare, lucrul in spatiu si pe alte planete, aplicatiiindustriale ( roboti de inspectie, roboti de transport uzinal), aplicatii in traficulrutier .Robotii mobili difera in functionare fata de roboti industriali . Din aceastacauza problematica robotului mobili e diferita de cea a robotului industriali .Problemele unui robot mobil sunt :1)stabilitatea vehiculului ;

7. 2)propulsia robotului;3)comanda si controlul robotului – daca robotul se deplaseaza singur avemprobleme cu soft-urile (alegerea traseului si ocolirea obstacolelor) .Daca rob etelecomandat ori radioghidat sunt probleme legate de transmiterea si primireainformatiilor de la robot .Contactul cu solul si stabilitatea robotului – exceptind cazul unui sol plan unsolid va avea contact cu solul in 3 puncte . Pentru a cre performantele se tinde sa semareasca nr punctelor de contact, lucru realizabil prin adaugarea unor mobilitatisuplimentare vehicolului . Solutii : mobilitati active(suspensie activa, pliere) ,mobilitati pasive ( suspensie pasiva, sasiu mobil)Stabilitatea robotului – consta in mentinerea de catre vehicul a unei pozitiiadecvate in depeplasarea pe suprafata . Daca solul e relativ plan nu sunt efectedinamice si vehicolul nu are organ de prehensiune activ, vehicolul e stabil dacaverticala prin centrul de greutate cade in interiorul poligonului de sustentatie .Metode de crerea stabilitatii a robotului: 1. Marirea poligonului de sustentatie, 2. coborirea centrului de greutate, 3. modificarea varfului poligonului, 4. acrosarea de suprafata, 5. utilizarea de mijlace anexa .Unele vehicule sunt capabile sa se intoarca singure in pozitia de stabilitate (unelepasitoare ori multicorp) .Terminologie in roboticaLocomotia robotului– pt. a se deplasa un vehicol trebuie sa invinga un numar deforte , rezistente producand o forta matrice superioara . Forta de tractiune va fiforta matrice minus cea rezistenta .Labele robotului – roboti pasitori – utilizate pe terenuri foarte accidentate si solurimoi . Forta rezistenta foarte mica iar forta matrice utilizeaza aderenta la sol .

8. Rotile robotului – cele mai potrivite pt. un sol plan ori cu denivelari mici . Dacasolul e moale se scufunda roata in sol si rezultand forte rezistente mari . Fortamatrice produsa prin frecarea rotii de sol, pt a mari duce la marirea numaruluirotilor matrice diminuarea scufundarii rotii si / ori dotarea cu dinti .Senilele robotului – sunt ca o roata cu forta foarte mare . Se diminueaza presiuneape sol si respectiv scufundarea rotii(senilei) in sol .Deficientele robotului : – pierderi energetice importante, posibilitatea patrunderiide corpuri straine intre senila si galetii de sustinere , senila e sensibila la formasolului, nu se poate merge , teoretic decat in linie dreapta .Stabilitatea si ocolirea obstacolelor robotului– unul din obiectivele importante laroboti mobili e ocolirea obstacolelor . In cazul vehiculul pe roti ocolireaobstacolelor depinde de : marimea obstacolului, marimea rotilor vehiculului, gardala sol . Ocolirea obstcolelor de catre roboti pasitori se face mai usor .Atelierul de lucru al robotului(FMS) – e o unitate de productie (prelucrare oriasamblare) automatizata avand ca proprietate fundamentala adaptarea la natura sicantitatea productiei cu o foarte buna productivitate .Celula flexibila a robotului– e un mini atelier flexibil cu o simpla masina unealta .Functii – aducerea piesei semifabricate si pozitionarea pe masina unealta,prelucrarea piesei, scoaterea piesei dupa prelucrare, controlul piesei, depozitareapiese(buna-rebut), operatii auxiliare( controlul calitatii sculelor, schimbarea lor saureconditionarea – ascutirea) .Atelierul flexibil al robotului– inca nu exista norme pt. a defini un atelier flexibil,tehnica nu e stabilizata, existind un numar mare de solutii acea fiind o functie deinventia posibila . Componenta unui atelier flexibil – sitem de fabricatie(montaj)cu masini unelte echipate pt. a semnala erorile( dispozitiv de masura), sisteme detransfer, sisteme de comanda asigurand gestiunea (pieselor, sculelor, anomaliilor,optimizarea incarcarii masini unelte), sisteme de stocare, dispozitive de masura intimp real ce permite corectarea pieselor realizate .MicroroboticaClasificare Microroboticii : 1-10 mm – tehnici asemanatoare de uzinare tridimensionala ; 0,1 – 1 mm – microrobotica – probleme de uznaj ;

9. <1mm – nanorobotica – bidimensionala . Domenii de utilizare – a) Industrie (microuzinaj, microsenzori) ; b)Medicina sibiotehnologie (model mobil autonom, microcapsula) c)Medii extreme (spatiucosmic, submarin, temp ridicate sau scazute, mediu radioactiv) d)Domeniu militarMetodelele microroboticii : MEMS (Micro-Electromechanical-System) – utilizarea tehnologiilor din industria semiconductorilor(siliciu) . Asamblarea pieselor minuscule (molecule) cu ajutorul unui cod ca la AND . Miniaturizarea succesiva a unei masini-unelte pina ajunge sa manipuleze atomi .Teleoperare – e robotica mediilor ostile . Domenii de aplicare – nuclear, electric,exploziv, submarin, spatial, protectie civila, medii sterile medicale ; Teleoperare –operatie executata la distanta ( in afara volumului de lucru al mainii omului) . Seextinde la muncile ce depasesc capacitatile fizice ale omului cum sunt : greutatimari, manipulare elementelor microscopice, munci periculoase (medii ostile) .Caracteristicile teleoperarii – 1) realizeaza actiuni fizice complexe si putinprevizibile, in medii putin cunoscute ; 2)Realizeaza actiuni la distanta de postul decomanda ; 3) Comanda realizata de om ce are o prezenta cvasipermanenta( robotiide teleoperare se mai numesc de cooperare fata de roboti de substitutie) . Structmecanica condusa de om are o replica aproape identica in zona de lucru . Cupredilectie utilizata in medii nucleare si explozive, spatii de lucru, blindaj-fereastra. Operatorul are in mina un maner, dincolo penseta . Sunt legate mecanic in asa felincit orice miscare aplicata la o extremitate redusa la cealalta .Mecanic – difera prin faptul ca, in partea master se gasesc mecanisme accesorii.Transmisiile utilizate sunt cu cabluri fire sau angrenaje . Teleoperarea motorizata– e asemanatoare cu cea mecanica, diferenta constind in faptul ca la partea slave aufost introduse motoare pt. a mari capacitatea (kg) ce poate fi manipulata .Motoarele utilizate sunt motoare electrice (de obicei) . Pentru a realiza o mai bunadexteritate dupa 1970 au fost introdusi senzori atat la partea scave cat si la parteamaster . Senzori externi : sisteme de radare video, sisteme de retur de efort