Roboti Industriali 2

Scurt istoric

O societate industrializata avansata presupune o automatizare flexibila a proceselor productive, in care manipulatoarele si robotii industriali au un rol determinant. Avand in vedere ca robotii industriali sunt flexibili, asigurand libertatea de miscare similare cu acelea ale membrelor superioare (brate-mana) ale fiintelor umane, utilizarea lor produce o serie de avantaje economice si sociale. Intre aceste pot fi mentionate: cresterea productivitatii produselor si recuperarea mai rapida a investitilor.

Crearea unor mijloace de automatizare de tipul manipulatoarelor și roboților a fost determinată, printre altele, de creșterea nomenclaturii pieselor produse și de reducerea cotei relative a producțiilor de masă și de serie mare datorită producției de unicate și de serie mică. Automatizarea suplă, reprezentând cel mai înalt nivel al automatizării programabile, se organizează pentru producția discretă în loturi, în celule de fabricație controlate și conduse de calculator și deservite de unul sau mai mulți roboți industriali.

S-a ajuns astfel, prin introducerea manipulatoarelor și a roboților industriali, la transformarea sistemelor de producție de la sisteme om-mașină la sisteme om-robot-mașină. Această transformare conduce la eliberarea muncitorilor de la prestarea unor munci periculoase sau lipsite de confort.

Robotul industrial folosit în procesele de fabricație este un înlocuitor al omului, putând înlocui, la actualul nivel tehnologic, funcțiile mâinilor, fiind incapabil să aibă picioare.

Cuvântul ,,robot” are astăzi aproape un secol de viață apărând pentru prima dată în piesa R.U.R.(Robotul Universal al lui Rossum), scrisă de către un dramaturg ceh. Karel și folosit pe plan internațional din anul 1923, când lucrarea menționata a fost tradusă în limba engleză. Termenul de robotică a fost inventat de Isaac Asimov, unul din marii scriitori de

literature științifico-fantastică. Acest scriitor a utilizat pentru prima dată cuvântul ,,robotică” în anul 1942, în povestirea Runaround, în care stabilește de la început ,,cele trei principii ale unui robot”.

Aceste trei principii, enunțate de către Asimov, sunt :

Un robot nu poate leza o ființă umană sau nu poate asista inactiv la o primejdie în care este implicată o ființă umană ;

Un robot trebuie să se supună comenzilor date lui de către ființele umane, cu excepția acelora care nu respectă primul principiu ;

Un robot trebuie să se protejeze pe sine însuși de la vătămări, cu excepția cazurilor în care s-ar încălca primele două principii ;

În prezent, prin alăturarea adjectivului ,,industrial”, noul termen ,,robot industrial” are o semnificație foarte bine definită in limbajul industrial

Tehnica Robotilor In industrie

Inca de la inceputurile dezvoltarii reformei industriale, robotii au reprezentat un monopol important in dezvoltarea tehnologiei actuale.

Este de sine inteles, ca robotul reprezinta miniatura fiintei umane, intru cat mecanismele constructilor sale imita abilitatile naturale ale omului.

Industria robotilor a cunoscut o crestere a volumului si complexitati interactiunii dintre om si mediul artificeal creat de el, inseamna tot o data si cresterea exponentiala a cerintelor de actionare in comanda surselor artificeala a uneltelor,dispozitivelor si masinilor.

Rezulta de aici marcarea celei de a doua revolutii sttintifico-tehnice si a expansiunii crescute al cercetarilor sttintifice.

Prin procesele artificeale se formeaza sucesiunii de cauze si efecte care determina interventia continua sau discontinua, a dica omul poate sa intervina respectiv ne inplicarea sa. In varianta normala un operator actioneaza in procesele discontinuie cu fortele sale propri. Deplasarea facanduse sub cordonarea mainilor si a ochilor, realizanduse decatre creier de aceia sau efectuat automat operatii de inteligente de ghidare similare omului.

Roboti industriali si formele lor de miscare.

După forma mișcării, roboții industriali pot fi:

1. Robot cartezian – este robotul al cărui braț operează într-un spațiu definit de coordonate carteziene; Optimizarea sistemelor flexibile de producție (SFP) prin robotizare
2. Robot cilindric – similar, dar spațiul este definit în coordonate cilindrice;
3. Robot sferic (sau polar) – similar, dar spațiul este definit în coordonate sferice (sau polare);
4. „Prosthetic robot” – este un manipulator care are un braț articulat;
5. Roboți în alte tipuri de coordonate – care sunt definiți în mod corespunzător.
În figură sunt prezentate schemele  reprezentative a trei tipuri de roboți conform acestui criteriu de clasificare.

A. B. C.

Tipuri de roboți industriali (R.I.)
A. – Robot (manipulator) în coordonate carteziene; 
B. – Robot în coordonate cilindrice; 
C. – Robot în coordonate sferice.

Dupa informatia de intrare si modul de invatare, criteriu dupa care robotii se clasifica in:

Manipulator manual – este actionat durect de om;

Robot secvential – are anumiti pas ice ’’asculta’’ de o procedura predeterminata. Aceste pot fi:

Roboti secventiali fix – la care informatia predeterminata nu poate fi schimbata facil.

Robot secvential variabil – la care informatia predeterminata poate fimodificata usor.

Roboti repetitor (robot playback). La inceput omul invata robotul o procedura de lucru, acesta memoreaza procedura, apoi o poate repeat de cate ori este nevoie;

Robot cu control numeric. Robotul executa operatiile cerute in conformitate cu informatiile numerice pe care la primeste despre pozitii, succesiuni de operatii si conditii;

Un robot intelligent – este cel care isi decide comportamentul pe baza informatiilor primate prin senzorii pe care ii are la dispozitie si prin posibili-tatile sale de recunoastere.

Robotul se defineste: printro masinarie automata realizata in scopul manevrari regulata, haoticha sau impusa de catre muncitor, in medi unde finta umana necesita o deosebita pregatire, indemanare cat mai exacta si precisa. Robotul ca fiind un manipulator automat reprogramabil și bivalent, capabil să realizeze poziționarea și reorientarea pieselor printr-o miscare variata a brațelor prin intermediul unor dispositive, de cuplare sau prindere.

Din cele mai vechi timpuri robotul se defineste ca un echipament autonom, automat care se poate adapta prin programarea lui de catre operatorul uman conform conditiilor de mediu in care trebuie sa actioneze există caracteristici specifice robotului cum ar fi: numar de grad de libertate, volumul gradului de lucru, zona de lucru, adaptibilitatea la mediu, programabilitatea, fiabilitate.

Traiectoria endefectorului se realizează prin compunerea mișcării tuturor gradelor de libertate.Practic, mișcarea endefectorului se descompune în mișcări ale gradelor de libertate, pozițiilor inițiale și finale ale endefectorului din spațiul coordonatelor operaționale le corespund poziții în spațiul coordonatelor articulare. 
Generarea mișcării unui nivel pentruge gradele de libertate se realizeaza în două moduri:
1) În coordonate articulare (interne).
2) În coordonate operaționale (externe).

Structura generala a roboților industriali depinde foartemult de utilitatea și scopul pentru care sunt produși.

Funcțiile de bază sunt reprezentate de:

subsistemul cinematic;

subsistemul de acționare;

subsistemul de comandăși programare;

subsistemul senzorial.

Sub sistemul cinematic cuprinde structura capabilă să execute mișcările pentrua acționa asupra mediului înconjurător. Astfelîn funcțiede mediulîn care este folosit, robotul poate fi dotat cu:

roți;

șenile;

picioare mecanice;

diverși suporți;

benzi transportoar.

Robotul industrial, acel automat programabil, care manipulează obiecte, mânuiește scule tehnologice, supraveghează locul de muncă (mașinile și mediul), controlează și sortează obiecte, reprezintă un automat care în cadrul unui sistem de fabricație îndeplinește următoarele funcțiuni: programarea, manipularea, mânuirea, supravegherea și controlul

Procesele maleabile ale fabricatiei robotilor

Pe parcursul ultmelor doua decade, productibilitatea proceselor de fabricatie si a utilajelor acestora au avut un impact major asupra calitatii produselor finite, ceia ce a demonstrat ca procesul de frabicatie si calitatea procesului finit sunt strans cuplate.

Obiectivul principal intrun proces traditional de fabricati si in ansamblarea sa il reprezinta inbunatatarea calitati acestora iar proiectarea procesului de asamblare si de dezasamblare arata ca este una dintre cele mai eficente tehnici de reducere precnanta a costurilor totale de fabricatie inca din stadiul de proiectare precum si scaderea numarului de operatii. La momentul actual putine sisteme flexibile care executa desasamblarea produselor fabricate sunt re utulizateintru cat sunt dezvoltate pentru o durata mica de utilizare si sunt dustruse pentru reciclare.

Totalitatea acestor sisteme, compuse din elemente dinamice si adaptive inpun utilizarea eficace tuturor resurselor chear daca procesul de dezasamblare necesita utilitati majore privind adaptibilitatea sa.

Obiectivul acestei lucrari incearca sa trateze soluti noi aplicate in procesele flexibile de asamblare in vederea extinderi si optimizari din cadrul procesului tehnologic.

Contributi in cadrul analizei linilor flexible de fabricatie deservite de roboti

Figura. Sisteme flexibile de asamblare/dezasamblare

Robotul industrial necesar operatiilor de manipulare (necesita precizie, sistem de control al traiectoriei si sistem de senzori si traductoare).

Fuctia de prelucrare automata a pieselor

Fuctia de transport si depozitare

Fuctia de comanda si supra veghere automata a tuturor componentelor sistemului.

Principalele tehnici de analiza si modelare pentru evidentierea sistemelor flexibile folosite de roboti reprezinta retelele petri.

Retelele petri fuzzy reprezinta in instrument des intlnit in cadrul analizei comportamentale a acestore precum si propetatile de acesibilitate si fiabilitate. In arhitectura construiri robotului sunt folosite retele petri in modele pentru procese in paralel si de tip asincron, precum si topologia retelelor petri pentru stabilirea rolului si actiuni fiecrui robot. Folosirea conceptelor fuzzy in automatizarea robotilor sunt folosite pentru reprezernarea regurilor fuzzy avand ca scop simularea si conducerea lor.

Capitolu 1: Controlul miscari si strategiilor de conducere a robotilor

Conducerea robotilor mobile intron mediu dinamic ridica o problema complexa folosind metoda campului vectorial si un algoritm de conducere fuzzy care sa asigure evolutia traiectoriei robotului mobil, sunt folosite relati matematice ne liniare care indica starea si modul de descriere a mediului in care acesta evolueaza.

Problematica conduceri robotilor mobile sunt dezbatute douaz doua situati:

Determinarea traiectori dorite.

Asigurarea evoloutiei robotului pe toata treiectoria planificata.

Modalitatea campului vectorial determina deplasarea robotului cu forta rezultanta alcatuita dintro forta generat de pozitia dorita si o forta respingatoare generate de opstacolele ce trebuie ocolite

Se propune o structură de conducere fuzzy, care să țină cont de tronsonul traiectoriei dorite pe care evoluează robotul, adaptarea funcțiilor de apartenență făcându-se în funcție de mediul de evoluție. Pentru structura de conducere fuzzy, s-au încercat variante cu 25, 32 și 72 de reguli, dar s-a optat pentru structura cu 25 de reguli, avându-se în vedere reducerea timpul de calcul.

Punctul de plecare în dezvoltarea arhitecturii de comandă bazate pe modelul de referință de tip Rețea Petri l-a constituit observația referitoare la corespondența dintre pozițiile acestuia și stările în care se găsește sistemul fizic real, precum și asocierea tranzițiilor evenimentelor externe care îl pilotează. Aceasta a fost, de altfel, paradigma care a stat la baza elaborării modelelor prezentate în capitolul cinci și care este în directă

Corespondență cu realitateaeste determinat sistemul omnidirectional si configuratile posibile pentru mecanismul de miscare: configuratie Y si configuratia Delta: prima find specifica pentru amplasarea laterala si longitudinala a rotilor. Este importanta necesitatea retelelor petri pentru aspectele de intalegere si realizare a asamblului robotic . Iar in ceia ce priveste regulile fuzyy o larga raspandire se preteaza din punt de vedere al optimizari si vederi computationale metoda mandani find ce mai potrivita pentru aplicatile in care utilizatori trebuie sa introduca date direct. Asa dar folosirea conceptele fuzzy permit cunoasterea in asamblu a procesului, regurile de conducere find exprimate linvistic.

Erorile de urmarire in cazul robotilor mobile

Fig. 3.6 erorile de urmarire

(ecuati)pagina 53 din teza dumitrascu.

Figura. Implementarea conduceri in timp real.

Simularea celulei flexibile de fabricatie cu ajutorul retelei petri.

Figura. modelul sisteemului petri.

Este un model graphic care arata fuctionarea sistemelor maleabile de fabricatie pentru evaluarea performantei. Pentru simularea celulelor au fost folosite retele petri temporizate care asigura descriere sistemului de fuctionare in fuctie de timp.

Blocurile de proces pentru fiecare echipament pot fi adaptate cu ajutorul propetatilor actualizate.

Figura. Bloc de process.

Se poate identifica pasul in cadrul aplicatiei de comanada a celulei si echipamentul de operare comunicarea intre structuri ofera de complexitate si manibilitate. in aceste sisteme de fabricatie exista 4 posibilitati de erori fundamentale:

Operator uman

Calculatorul de comanda a celulei

Logica senzorilor si a releelor

Programul specializat destinat masinii

Solutile pentru corectarea erorilor sunt de trei tipuri:

Inbunatatirea interfetei asociate

Solutii pentru selectarea operatorilor umani specializati

Si inbunatatirea posibilitatilor de instruire si simulare.

Figura 5.7 structura sistemului de gestionare inteligenta

Sistemele flexibile de fabricatie si metode de comanda a lor.

Metoda de comanda a sistemelor este una erarhica de oare ce calculaatorul central este responsabil de conducerea lor si de fiecare puct de lucru cu ajutorul datelor primate de la acesta privind stadiul actual al lucrari.

Figura. Structura de comanda ierarhica.

Capitol: 2 Semnificatia robotilor industriali

Roboti industriali inteligenti sunt alcatuiti din senzori cu elemente de inteligenta artificeala destinate interactionari cu mediul incojurator find capabili de a constitui un model informational si adaptarea programului in timpul fuctionari.

Figura. Scheme bloc a unui robot industrial.

Caracteristicile robotilor industriali

Sunt construiti pentru a realiza diferite operatii ce necesita exactitate si viteza de reactive si deplasarea. Au o memorie reprogramabila care acumulreaza oinfinitate de date utile executari operatilor, acestea find autonomi. Gradele lor de libertate sunt o multitudine pentru operatile complexe

Sistmul mecatronic uni robot

Este constituit dintrun ansamblu cinematic alcatuit din elemente rigide inter conectate prin cuple de translatie si rotatie care permit miscarea rotativa a robotului se urmareste ca structura sa mechanica sa fie capabila de o mobilitate cat mai mare a carecteristicile bratului robotului avand ca asemanare bratul omului. Acest system trebuie sa asigure trebuie sa asigure suplete si greutate minima, dar un randament energetic ridicat.

Figura Sistemul mechanic bratului uman.

Figura. Lantul cinematic bratului robotic.

Figura. Sistemul mechanic al robotului industrial.

Are rolul de a gestiona miscarile si trasmiterea energiei mecnic necesare actiuni cu mediul in conjurator dispozitivul de ghidare este responsabil sa realizeze miscarile si energia mechanica aferenta acestor miscar in conformitate cu actiune destinata asupra mediului structura sistemului mechanic.

Figura.

Sistemul de actionare al robotilor industriali

O sursa de energie mechanica exterioara care impun variatia in timp a deplasari relative generalizate, adica integrala in raport cu timpul a vitezei relativei generalizate respectiv derivata in raport cu timpu a vitezei relative generalizate a elementelor cuple conducatoare. Sistemul de actionare are cate un actuator pentru actionarea miscari relative a fiecarei cuple conducatoare, continutul fuctiei de actionare este tot una cu transformata unei energ ne mecanice in energie mecanica (cinetica) intro cantitate a carei variatie in timp se prescrie de catre sistemul de comanda.

Figura structura sistemului de actionare a robotului (carte102).

Motorul este principalul element de actionare si el realizeaza transformarea energiei ne macanice in energie mecanica. Conventional unul dintre elementele motorului se considera fix iar celalalt mobil. Elementul mobil se mai numeste si element de iesire din motor pentru ca energia mecanica se inmagazineaza in elemental mobil, miscarea transmitandu-sa mai departe. In actionarea robotilor se utilizeaza motoare electrice si electro magnetice.

Indeplinirea fuctiei de cordonare de catre robot se impune modificarea in timp conform programului, iar modificarea caracteristici a fortei si a puteri mecanice prin modificarea fluxului de energie mecanica, realizata prin actiunea aparatului de dirijat a fluxului de energie mecanica.

(ecuatile 4.13 4.14 pagina 105)

Sistemul de actionare electric al robotilor.

Sistemul de actionare constituie disponibilitatea retelelor de distributie a energiei electrice in locurile de utilizarea a robotului fuctionare a acestuia facanduse doar conectarea sistemului la o asemenea retea. Cuplele cinematice conducatoare ale sistemului mecanic al robotilor contin motoare electrice de curent continu, in serie. Si sunt utilizate mortoare alternative. Motoarele rotative intra in asamblu servomotoarelor electrice datorita unor traductoare de urmarire a marimi parametrilor de miscare a rotoarelor. Drept urmare, se construiesc in actionarea robotilor rotoare lungin care au diametru mic, fie rotoare disc cu diametru mare si lungime mica.

Figura 4.7 carte pagina107.

Bibleografie

http://www.robotics.ucv.ro/flexform/aplicatii_ser2/Mecatronica%20II/MANAC%20VERGIL-Utilizarea%20robotilor%20industriali/p21.html