Utilizarea Unui Robot Industrial In Domeniul Autovehiculelor

LUCRARE DE LICEENȚĂ

UTILIZAREA UNUI ROBOT INDUSTRIAL ÎN DOMENIUL AUTOVEHICULELOR

Cuprins

1. Memoriu justificativ

2. Introducerea în roboți industriali

2.1 Calsificarea roboților industriali conform I.S.O.

2.2 Structura robotului

2.2.1 Sistemul mecanic al robotului

2.2.2 Construcția modulară a roboților

2.3 Caracteristici ale roboților industriali

2.4 Tipuri de configurații ale robotilor industriali

2.5 Aplicații în care se folosesc roboți industriali

2.5.1 Sudare

2.5.2. Vopsire

2.5.3 Manipulare

2.5.4 Paletizare

2.5.5 Alte aplicatii

3. Prezentarea programului CATIA V5

3.1. BARA DE MENIURI

3.1.1. Meniul START (Pornire sesiune de lucru)

3.1.2. Meniul SmarTeam

3.1.3. Meniul FILE (Deschidere, salvare și închidere fișiere)

3.1.4. Meniul EDIT (Editare fișiere)

3.1.5. Meniul VIEW (Vizualizare fișiere)

3.1.6. Meniul INSERT (Inserare operații specifice)

3.1.7. Meniul TOOLS (Instrumente de lucru

3.1.8. Meniul WINDOW (Amplasare ferestre de lucru)

3.1.9. Meniul HELP (Documentație CATIA)

3.2. ZONA GRAFICA

3.3. BARA DE COMENZI RAPIDE

3.4 SKETCHER

3.5 PART DESIGN (Modelare solizi)

3.5.1. PAD (Prisma)

3.5.2. DRAFTED FILLETED PAD (Prisma cu pereți înclinați și muchii rotunjite)

3.5.3. MULTI-PAD (Prisma multiplă)

3.5.4. POCKET (Buzunar

3.5.5. DRAFTED FILLETED POCKET (Buzunar cu fete înclinate și muchii rotunjite)

3.5.6. MULTI-POCKET (Buzunar multiplu)

3.5.7. SHAFT (Corp de revoluție)

3.5.8. GROOVE (Buzunar de revoluție)

3.5.9. HOLE (Gaură)

3.5.10. RIB (Nervură spațială)

3.5.11. SLOT (Canal)

3.5.12. STIFFENER (Nervură oblică laterală)

3.5.13. LOFT (Solid cu secțiune variabilă)

3.4.14. REMOVED LOFT (Buzunar cu secțiune variabila)

3.6 Aplicația Sketcher

4. Proiectarea unui sitem cu robot în programul CATIA V5

5. Alegerea componentelor

5.2 Ghidaje

5.2 Role

5.3 Clamp cu braț dublu

5.4 Masă rotativă

5.5 Masă de ridicare

6 Concluzii

1. Memoriu justificativ

În această lucrare se va prezenta modul de utilizare teoretic al unui robot industrial, în domeniul electro-mecano-pneumatică.

Modul de prezentare al acestei lucrări este realizat în două părți. În prima parte sunt prezentate tipuri de roboți, structura acestora, și utilizarea lor.

Lucrarea este realizată în două părți. Prima parte prezintă o inroducere despre istoria roboților industriali. Se va prezenta clasificarea roboților, structura acestora și utilizarea lor.

A doua parte prezintă implementarea teoretică a unui robot. Se va aborda: familiarizarea cu programul CATIA V5, realizarea și asamblarea robotului cu ajutorul programnului CATIA, lista de piese comerciale folosite la asamblarea robotului manipulator.

2. Noțiunea de robot. Ce reprezintă un robot.

Sensul cuvântului s-a schimbat de-alungul timpului. Termenul robot (din limbba cehă ”robot”) a fost utilizat de Josef Čapek și Karel Čapek în lucrările lor de science fiction la începutul secolului XX. Cuvântul robot este de origine slavă și se poate traduce prin: muncă, clacă sau muncă silnică. Karel Čapek a descris în piesa sa R.U.R. din anul 1921 muncitori de asemănare umană, care sunt crescuți în rezervoare. Čapek folosește în lucrarea sa motivele clasice de golem. Denumirea de astăzi a creaturilor lui Čapek este de android. Înaintea apariției termenului de robot s-au utilizat, de exemplu, în uzinele lui Stanisław Lem termenii automat și semiautomat.

Din punct de vedere tehnic, un robot este un dispozitiv automat, compus din mai multe mecanisme, avnând la bază elemente din mecanică, electrică, pneumatică sau hidraulică.

Principalul rol pentru care a fost construit robotul este cel de a ușura, sau chiar de a înlocui total munca omului prin executarea unor pocese specifice.

Există o multitudine de definiții date roboților industriali. Mai nou definițiile roboților industriali au fost standardizate de către principalele țări producătoare.

Astfel norma franceză defineste robotul industrial astfel: “Un robot industrial este un mecanism de manipulare automtă, aservit în poziție, reprogramabil, polivalent, capabil să poziționeze și să orienteze materialele, piesele, uneltele sau dispozitivele specializate, în timpul unor mișcări variabile și programate, destinate executării unor sarcini variate.”

După norma germană “roboții industriali sunt automate mobile universale, cu mai multe axe, ale căror mișcări sunt liber programate pe traiectorii sau unghiuri, într-o anumită succesiune a mișcărilor și în anumite cazuri comandate prin senzori. Ele pot fi echipate cu dispozitive de prehensiune, scule sau alte mijloace de fabricație, și pot îndeplini activitati de manipulare sau tehnologice.“

După norma rusă, “robotul industrial este o mașină automată care reprezintă ansamblul manipulatorului și al dispozitivului de comandă reprogramabil, pentru realizarea în procesul de producție a funcțiilor motrice și de comandă , înlocuind funcțiile analoage ale omului în deplasarea pieselor și / sau a uneltelor tehnologice.”

Standardul japonez definește robotul industrial ca ”un sistem mecanic dotat cu funcții motoare flexibile analoage celor ale organismelor vii sau combină asemenea funcții motoare cu funcții inteligente, sisteme care acționează corespunzător voinței omului.” În contextul acestei definiții, prin funcție inteligentă se înțelege capacitatea sistemului de a executa cel putin una din următoarele acțiuni : judecată , recunoașterea , adaptarea sau învățarea.

În anul 1979, Institutul de Robotică din America, oferă o noua definiție conform căreia ‚,robotul reprezintă o mașină progranabilă, multifuncțională, creată pentru a muta diverse materiale, bucăți, unelte sau alte dispozitive specializate prin diverse mișcări programate, pentru realizarea unei varietăți mari de sarcini’’.

JIRA (Japan Industrial Robot Association) spune că „Robotul este un dispozitiv versatil și flexibil care oferă funcții de deplasare similare celor ale membrelor umane sau ale cărui funcții de deplasare sunt comandate de senzori și de mijloace proprii de recunoaștere”.

BRA (British Robot Association): „Robotul este un dispozitiv reprogramabil realizat pentru manipularea și transportul pieselor, sculelor sau altor mijloace de producție prin mișcări variabile programate pentru a îndeplini sarcini specifice de fabricație”.

General Motors: „Robotul este un echipament fizic cu funcționare programabilă capabil să efectueze anumite operații și secvențe de operații orientate spre manipularea de piese, scule, subansamble”.

Pentru realizarea de sisteme autonome, care sunt capabile sa găsească singure soluții, este necesară legătura mai multor discipline de robotică. Mecanică, electronica, informatica, pneumatica, hidraulica, stau la baza sistemelor automate, fiind una din cele mai complexe domenii.

Robotul industrial reprezintă un sistem fizic, programabil, care este capabil sa realizeze diferite operații și secvențe de operații de manipulare a unor scule, piese sau subansamble.

Beneficiile introducerii roboților în industrie includ managementul controlului și al productivității, precum și creșterea evidentă a calității produselor. Roboții pot lucra zi și noapte fără a obosi sau a-și reduce performanța. Consecvent, realizează reduceri substanțiale ale prețului de cost, în primul rând prin reducerea consumurilor de materii prime și al prelucrării automate a acestora. De asemenea utilizarea roboților aduce avantaje pe piața concurențială. Prin dezvoltarea rapidă a industriei și a tehnicii de calcul, putem observa evoluția roboților industriali către generațiile inteligente ce le oferă caracteristica de a "întelege" mediul în care lucrează.

Roboții sunt capabili sa execute precese repetitive mult mai rapid, cu costuri mult mai reduse, și cu acuratețe mult mai mare decât a omului. Pot realiza procese în siguranță, care normal pentru om sunt periculoase.

Dezvoltarea explozivă a roboților industriali a condus la apariția unui număr enorm de roboți industriali având cele mai diferite forme si structuri.

4. Control și autonomie.

Un robot interacționează cu mediul înconjurător prin intermediul unor senzori, și a unor efectori, ca în figura prezentată mai sus.

Pentru a interacționa, și a desfășura o anumită activitate, robotul trebuie mai întâi sa colecteze date și informații prin intermediul unor senzori. Structura mecanică a unui robot implică trei procese distincte: percepția, procesarea și acționarea. Senzorii dau informații despre mediul înconjurător sau despre robot (de exemplu poziția unei încheieturilor a brațului unui robot mobil, sau starea în care se află acesta). Aceste informații sunt procesate pentru stocare sau pentru a fi transmise mai departe pentru a furniza semnale către partea de acționare (alcătuită de obicei dintr-un motor electric) care v-a mișca partea mecanică.

Procesele artificiale realizate de roboți pot fi continue sau discontinue. Procesele continue sunt acelea care atunci când sunt declanșate, se desfășoară într-un mod continuu, pâmă când condițiile de mediu sunt asigurate. Continuitatea este asigurată de operatorul uman sau prin diferitele mecanisme, termostate, regulatoare, presostate, etc. la cele automatizate. Procesele discontinue sunt acelea care prin compunerea lor din mai multe secvențe cu început și sfârșit, ale căror desfășurare se intercondiționează reciproc și a căror conținut este de complexitate mai mare decât în cazul proceselor continue. Secvența este o parte distinctă din proces, având acțiuni carcteristici proprii. Discontinuitatea este asigurată de operatorul oman, când intervine în secvențele procesorului cu mâna sa. Pentru a asigura automatizarea proceselor discontinue, este necesar să se realizeze sisteme tehnice, care să poată realiza operații inteligente de manipulare similare omului. Asemenea sisteme sunt roboții.

Faza de procesare poate varia în complexitate . La un nivel reactiv se pot furniza informațiile preluate de senzori direct în formă comenzi pentru acționare, fără ca datele să mai fie procesate. Senzorii complecși pot fi utilizați să estimeze parametrii de interes (de exemplu poziția unui gripper față de robot) furnizați de datele senzorilor de zgomot. Ca rezultat se putem să avem unu proces rapid care este excutat (mutarea gripperului într-o anumită direcție) datorat informațiilor primite de la senzori.

La scale de timp mai lungi sau cu sarcini sofisticate, robotul ar putea avea nevoie sa creeze un model cognitiv. Modelele cognitive încearcă să reprezinte robotul, mediul înconjurător, și modul în care interacționează. Recunoașterea formelor și perceperea vizuală a calculatorului sunt folosite pentru a urmării diferite obiecte (de exemplu un robot poate sa realizeze sarcini de deplasare, fără a lovi obstacolele care se încadrează în traiectoria acestuia).

Sistemul de control pote include diferite forme de autonmie:

Interacțiunea directă este folosită pentru dispozitive teleoperate, omul având control total asupra mișcării robotului.

Asistat de un operator. Operatorul comandă procese de la nivel mediu la nivel înalt, iar robotul acționează în mod automat pentru finalizarea acestora.

Un robot anutonom poate funcționa pentru perioade lungi de timp, fără interacțiunea umană. Nivelurile mai ridicate de autonomie nu necesită neaprat capacități cognitive mai complexe. De exemplu, roboții din uzinele de asamblare sunt complecți autonomi, dar operează într-un regim fix.

O altă clasificare ia în considerare interacțiunea dintre controlul uman și mișcările robotului:

Teleoprarea. Omul controlează fiecare mișcare, fiecare acționare a robotului este specificată de operator.

De supravecgheare. Un om specifică mișcări generale sau modificări de poziție, iar robotul acționează specific mișcărilor implementate.

Autonomia la nivel de sarcină. Operatorul specifică doar sarcina, robotul acționând automat pentru complectarea sarcinii primtie.

Autonomie conplectă. Aparatul va crea și va acționa toate sarcinile, fără ca omul să fie nevo de robot) furnizați de datele senzorilor de zgomot. Ca rezultat se putem să avem unu proces rapid care este excutat (mutarea gripperului într-o anumită direcție) datorat informațiilor primite de la senzori.

La scale de timp mai lungi sau cu sarcini sofisticate, robotul ar putea avea nevoie sa creeze un model cognitiv. Modelele cognitive încearcă să reprezinte robotul, mediul înconjurător, și modul în care interacționează. Recunoașterea formelor și perceperea vizuală a calculatorului sunt folosite pentru a urmării diferite obiecte (de exemplu un robot poate sa realizeze sarcini de deplasare, fără a lovi obstacolele care se încadrează în traiectoria acestuia).

Sistemul de control pote include diferite forme de autonmie:

Interacțiunea directă este folosită pentru dispozitive teleoperate, omul având control total asupra mișcării robotului.

Asistat de un operator. Operatorul comandă procese de la nivel mediu la nivel înalt, iar robotul acționează în mod automat pentru finalizarea acestora.

Un robot anutonom poate funcționa pentru perioade lungi de timp, fără interacțiunea umană. Nivelurile mai ridicate de autonomie nu necesită neaprat capacități cognitive mai complexe. De exemplu, roboții din uzinele de asamblare sunt complecți autonomi, dar operează într-un regim fix.

O altă clasificare ia în considerare interacțiunea dintre controlul uman și mișcările robotului:

Teleoprarea. Omul controlează fiecare mișcare, fiecare acționare a robotului este specificată de operator.

De supravecgheare. Un om specifică mișcări generale sau modificări de poziție, iar robotul acționează specific mișcărilor implementate.

Autonomia la nivel de sarcină. Operatorul specifică doar sarcina, robotul acționând automat pentru complectarea sarcinii primtie.

Autonomie conplectă. Aparatul va crea și va acționa toate sarcinile, fără ca omul să fie nevoit să intervină.

1. Istoric

Notiunea de robot datează de peste 4 mii de ani. Omul și-a imaginat dispozitive mecanizate inteligente care să preia o parte însemnată din efortul fizic depus pentru realizarea unor procese. Astfel a construit jucării automate și mecanisme inteligente sau și-a imaginat roboții in desene, carți, filme "SF" etc.

Termenul "robot" a fost folosit in 1920 de cehul Karel Capek într-o piesă numită "Robotul universal al lui Kossum". Ideea era simplă: omul face robotul, după care robotul ucide omul. Multe filme au continuat să arate ca roboții sunt mașinării dăunătoare și distrugătoare.

Bazele roboților de azi stau mult mai departe. Primele modele de mașini pot fi mai degrabă numite automate (provenind din grecescul automatos, care se mișcă singur). Acestea nu puteau executa decât câte un singur obiectiv, fiind constrânse de construcție.

Matematicianul grec Archytas a construit, conform unor relatări, unul dintre aceste prime automate: un porumbel propulsat cu vapori, care putea zbura singur. Acest porumbel cavernos din lemn era umplut cu aer sub presiune. Acesta avea un ventil care permitea deschiderea și închiderea printr-o contragreutate. Au urmat multe modele dealungul secolelor. Unele înlesneau munca iar altele deserveau la amuzamentu oamenilor.

Cu descoperirea ceasului mecanic din secolul XIV s-a deschis calea unor posibilități noi și complexe. Nu mult după aceea au apărut primele mașini, care semănau îndepărtat cu roboții de azi. Posibil era însă numai ca mișcările să urmeze una după alta, fără să fie nevoie de intervenția manuală în acel sistem. Dezvoltarea electrotehnicii din secolul XX a adus cu sine și o dezvoltare a roboticii. Printre primii roboți mobili se numără sistemul Elmer și Elsie construit de William Grey Walter în anul 1948. Aceste triciclete se puteau îndrepta spre o sursă de lumină și puteau să recunoască coliziuni în împrejurimi.

In 1941 Isaac Asimov a folosit cuvantul "robotizare" pentru descrierea tehnologiei robotilor și a prezis creșterea unei industrii robotice puternice.

Isaac Asimov (n. 2 ianuarie 1920 – d. 6 aprilie 1992)

Tot Isaac Asimov propune trei legi ale existenței roboticii, iar mai târziu adaugă încă o lege, numită legea zero. Cu toate că aceste legi au fost prvite la început ca fiind doar ficțiune, ele au fost preluate ulterior atât de scriitori cât și de oamenii de știință, fiind luate ca principii de bază pentru existența roboților. Isaac Asimov este recunoscut de unii oameni ca fiind cel care a pus bazele ale științei pe care astăzi o numim robotică.

Legea 0: Un robot nu are voie să provoace rău umanității, sau prin inactivitate, să permită vreun rău umanității.

Legea 1: Un robot nu are voie să rănească o persoană umană, sau să permită rănirea unei persoane umane prin inactivitatea acestuia, cu exceptia cazului când această lege contravine cu vreo lege anterioară.

Legea 2: Un robot trebuie să respecte toate ordinele date de o persoană umană, cu excepția acelor reguli, care intră în conflict cu vreo lege anterioară.

Legea 3: Un robot trebuie să-și protejeze existența atâta timp cât această

activitate nu intră în conflict cu legile anterioare.

Anul 1956 este considerat ca anul nașterii a robotului industrial. George Devol a depus candidatura în acel an în SUA pentru un patent pentru un manipulator de uz general cu memorie retroactivă și controlul punct cu punct. În anul 1961 primul robot industrial ,,UNIMATE” (UNIversal autoMATE) a aderat la linia de asamblare a companiei General Motors care lucra cu mașini de turnare sub presiune. Unimate lua piesele turnate de mașini, și executa procesul de sudură pe corpurile pieselor auto; sarcini care sunt grele și costisitoare dacă sunt făcute de om. Acest robot executa comenzi pas-cu-pas stocate pe un tambur magnetic. O nouă industrie a luat astfel nștere și o varietate de alte sarcini au fost , de asemenea, efectuate de către roboți , cum ar fi mașinile-unelte utilizate la încărcare și descărcare. Roboți industriali Unimate sunt printre cei mai utilizați roboți industriali pe scară largă în lume. Cu peste 20 de ani de îmbunătățire continuă sunt roboți extrem de fiabili, și ușor de utilizat.

Primul robot industrial: UNIMATE

Roboții Unimate pot avea până la șase axe de mișcare complet programabile și sunt concepute pentru manipularea de mare viteză de piese cu greutate de până la aproximativ 250kg. Controlul electronic dedicat este considerat ca fiind unul dintre cele mai simple, fiind disponibile în industria de azi pentru operarea roboților industriali.

În 1958, American Machine and Foundry (AMF) Thermatool Corporation (mai târziu cunoscut sub numele de AMF Corporation, mai târziu achiziționată de Prab Company of Michigan), a inițiat un proiect de cercetare și dezvoltare pentru o mașină de transfer versatil, sau VERSATRAN. Un cilindru programabil coordona brațul robotic proiectat de Harry Johnson și Veljko Milenkovic. AMF introduce modelul 102, un dispozitiv de transfer cu cale continuă, iar modelul 212, un dispozitiv de transfer punct-cu-punct, în 1962. Diverse fotografii arătau că Versatran era compus dintr-un brat artificial și la extremitate o ,,mână” mobilă, care erau controlate de panouri de dimenisuni mari. Panoul de control putea fi programat în avans, astfel încât mișcările pot fi operate în avans.

Robotul industrial VERSATRAN

Din anul 1967 interesul pentru roboții industriali sporește. Primele firme care au folosit roboți industriali au fost: General Motors care în 1968 a comandat 50 de roboți industriali și a demarat studiul unui robot cu șase grade de libertate; Ford și General Electric.

În anul 1967 firma japoneză Tokyo Kikai Boeki a cumpărat din SUA, de la firma AMF, liceența pentru producerea robotului Versatran, iar în anul 1968 firma Kawasaki a încheiat cu firma amercană Unimation un contract pentru fabricarea în masă a robotului industrial Unimate, devenit mai târziu Robitus RB. În același an firma japoneză Aida Engineering a fabricat manipulatorul Auto Hand.

Tot în aceeași perioadă a început producerea de roboți industriali în Anglia, după liceemță americană, iar în anul 1968 începe fabricarea roboților în Suedia. Prima aplicație în care robotul a fost utilizat instantaneu într-un proces, a fost în vopsire prin pulverizare. Compania norvegiană Trallfa care producea roabe, avea nevoie de un dispozitiv flexibil de vopsire prin pulverizare, deoarece din cauza mediului de lucru dăunător întâmpinau probleme în recrutarea muncitorilor. Instalarea unui robot Unimate ar fi costat 600 000 de coroane norvegiene, însă compania Trallfa a venit cu ideea de a încerca să dezvolte un robot mai ieftin, pentru propriile aplicații de vopsire prin pulverizare. Scopul a fost de a menține costul de producere sub 15 000 de coroane norvegiene. După câțiva ani de dezvoltare, au prezentat în anul 1967, un robot electro-hidraulic, care putea efectua mișcări continue, fiind și foarte ușor de programat. Robotul a fost menit doar pentru uzul intern al companiei. În 1985 ASEA (mai târziu ABB) cumpără Trallfa, roboții de vopsit și roboții industriali ai companiei.

Producerea roboțtlor industriali nu a fost simplă, având ca urmări dificultăți economice și sociale. Costul ridicat impune o analiză aprofundată a implicațiilor acestuia ca mijloc de operare în cadrul unui proces tehnologic. Deși aceste dificultăți au fost resimnțite, dezvoltarea roboților în anii de după 1970 poate fi considerată explozivă. Această dezvoltare complexă înregistrează la nivelul anului 1970 circa 200 de roboți cu o valoare de șase milioane de dolari în America, roboți realizați în uzina Chevrolet, la Lordstown. Prima linie robotizată este cumpusă din 26 de roboți industriali Unimate, care excută sudările caroseriilor automobilelor Vega.

Tot în anul 1970 Japonia încearcă să recupereze deficitul pe care îl are față de competitorii americani, și încep producerea a 10 modele proprii de roboți industriali. În aceeași perioadă, la Universitatea din Stanford a fost realizat un sistem manipulator ochi-mână pentru manipularea unor cuburi de diferite culori, iar în anul 1972 a fost realizat robotul mobil inteligent, denumit Shakey, echipat cu cameră de luat vederi și senzori de proximitate pentru a putea să-și coordoneze mișcările evitând obstacolele din jur, și să plaseze diverse cutii după un model impus.

Robotul Freddy – 1975

În anul 1973, compania de roboți germană, KUKA, produce primul robot industrial având 6 axe de libertate acționate electro-mecanic. Robotul a fost denumit Famulus.

În anul 1974 profesorul Scheinman a proiectat un braț robotic (,,the Silver Arm”) care producea piese mici de asamblare, folosind feedback-ul de la senzorii de atingere și de presiune. Același profesor care a proiectat brațul robotic, înființează Vicarm Inc, pentru a comercializa o versiune a brațului pentru aplicațiile idustriale.

În anul 1975, la Edinburgh, a fost produs un manipulator automat ochi-mână, denumit Freddy, care avea ca scop sortarea pieselor de lemn dintr-o grămadă și asamblarea conform unui anumit program. Robotul Freddy a fost primul robot de asamblare vândut în America. Este considerat părintele roboților de asamblare, fiind echipat cu un braț specializat, tip PUMA (Programmable Universal Machine for Assembly).

În anul 1974, existau cca 5500 de roboți industriali dintre care 1000 în Europa, 2000 în SUA și 2500 în Japonia. Un an mai târziu numărul lor a crescut simțitor, 8300 de roboți industriali funcționau dintre care: 1200 în Europa de Vest, 2500 în SUA și 4000 în Japonia. În anul 1976 erau în funcțiune în URSS 500 de roboți industriali. În 1978 în Japonia erau în funcțiune aproximativ 9800 de roboți, iar in anul 1980 se ajunge la 21000 de unități. Producătorii importanți din Japonia foloseau roboții industriali in domeniul mecanic, electric dar și la producerea pieselor de metal sau turmarea obiectelor din plastic. Dintre aceștia 15% erau manipulatori, 74% roboți secvențiali, 5% roboși industriali și 6% roboți inteligenți. Până în 1980 Japonia a exportat foarte puțin din roboți produși, pentru că se axa, în primul rând, pe modernizarea propriei industrii de roboți. Australia a început și ea să se dezvolte în domeniul automatizărilor, astfel, până în anul 1980 deținea 122 de roboți performanți de tip Unimate, și 59 de roboți de tip “selecteză și plaseză” (pick and placed). În jur de 10% din prima categorie erau importați din Japonia, în timp ce restul erau de origine americană.

Numărul mare de roboți oferit de cele câteva sute de firme producătoare, nu a indicat și o răspândire reală a lor. Exceptând câteva firme cu tradiție și producătoare de roboți în număr mare (Unimation, Milacron, AMF-Versatran, Kawasaki, Mitsubishi, Fujitsu, etc.) la care s-au adăugat principalii producători de autovehicule (Renault, Volkswagen, Fiat, General Motors, etc.) mare majoritate a celorlalți producători sunt încă la început, având cifre de desfacere reduse la nivelul anului 1980.

5. Dezvoltarea roboților

Roboții au suferit mari schimbări încă de la primele prototipuri. La sfârșitul anilor 1960 și 1970, primii roboți industriali care erau în funcțiune erau hidraulici, sau pneumatici. În 1968 apare robotul electric Vicarm. Studiile demarate de General Motors cu privire la modul în care roboții și oamenii ar putea lucra împreună la linii de asamblare auto, arată că 95% din părțile unui autotursim au avut o gerutate între 1,5kg și 2,5kg. Roboții pneumatici și hidraulici au fost destinați pentru sarcini mari, și prin urmare, nu erau potriviți pentru lucrări de montaj. Unul dintre primele limbaje de de programare pentru roboți a fost scris de un om care a luat parte la inovarea și dezvoltarea robotului Vicarm.

Primul robot controlat de microcomputer a fost introdus de Cincinati Milacron în 1974, numit T3 – Tommorrow Tool. A fost un pas important, care s-a resimnțit în întreaga industrie, deoarece Cincinati Milacron a fost cel mai mare constructor de mașini-unelte din lume. Producătorul Volvo utiliza roboți Unimation, însă după introducerea robotului T3, au investit mult într-o serie de astfel de roboți, care luau calea fabricilor din Torslanda și Olofström, Divizia de roboți a companiei Cincinati Milacron a fost în anul 1990 achiziționată de compania ABB.

Stivuirea materialelor, principala operație a roboților în 1970, necesita o capacitate mare de încărcare. Sudarea, pe de altă parte, necesita motoare mai bune și sisteme de control pentru a gestiona mai bine controlul brațului robotizat. La sfărșitul anilor 1970 și începutul anilor 1980, dezvoltarea s-a concentrat în special pe asamblare. Prin urmare erau nevoie de roboți care efectuau operații repetitive și rapide pentru a scurta perioada ciclului unei operații.

Industria automobilelor a fost, și este, un client important firmelor de producere a roboților industriali, însă și industria metalelor grele, avănd sarcini grele și condiții foare calde de lucru. În 1980 interesul asupra roboților s-a mărit: cercetătorii, politicienii, și jurnaliștii au văzut acest doemniu ca o un pas important pentru sprijinirea dezvoltării industriale pentru a crește competivitatea. Dezvoltarea până din ultima parte a anilor 1980, până acum, a implicat folosirea senzorilor avansați tehnologic, în special cei video. În utilizarea operațiilor speciale, roboții pot avea nevoie de senzori laser sau de forță, pentru a putea sa detecteze sau să ocolească un anumit obiect. O posibilă cercetare mai complexă s-ar putea orienta spre interfața mai deschisă a sistemelor de control, care ar facilita o gamă mai largă de senzori pentru a integra sistemul robotului.

5. Roboții industriali, omul, și productivitatea

Viziunea asupra roboticii s-a schimbat de-a lungul deceniilor. La începutul anilor 1980 roboții industriali au fost văzuți ca o soluție optimă pentru automatizarea fabricilor. Roboții au reprezentat simbolul pentru întreagul domeniu de automatizări, în care unul din rezultate ar fi fost numărul de muncitori tot mai mic din fabrici. Însă acest lucru nu s-a întâmplat. Unul din motive este prezentat de costul ridicat de producere al unui robot industrial, salariul muncitorilor fiind mult mai ușor suportat de companii. Un alt motiv ar fi efectuarea foarte bună a proceselor de către oameni. Automarizarea nu reprezintă doar eliminarea tuturor muncitorilor, și înlocuirea lor cu roboți, și linii de asamblare, deoarece implică probleme cu intregrarea sistemelor complexe. De multe ori costurile de dezvoltare și de proiectare a-l unui robot, sau sistem automat, depășesc cu mult costurile unui lucrător. Robotului industrial i-a fost atribuit automat o realizare a productivității mai mare.

Robotica este doar o parte din tehnologiile care sunt disponibile pentru și de a îmbunătăți productivitatea. Concept productivitate este subtil și complex, și de asemenea are mai multe înțelesuri. Productivitatea se bazează pe mai mulți factori care interacționeză unii cu alții, și prin urmare roboții (sau orice altă tehnologie) care lucrează singuri, nu poate îmbunătăți productivitatea. Aceste aspecte au dus, la sfârșitul anilor 1980, la un interes mai scăzut asupra domeniului roboticii. Roboții sunt în prezent dezvoltați nu numai pentru fabricație, ci și pentru activități medicale, de căutare, salvare, divertisment, și de alte servicii, care atrag din nou interesul asupra roboticii.

5. Roboții industriali după anii 2000

După un avans substațial al aplicațiilor roboticii în domeniul industrial, cu precădere în industria automobilelor, la începutul anilor '90 s-au conturat multiple aplicații în domeniile neindustriale (nemanufacturiere). S-a estimat că robotica urmează să joace un rol însemnat în restructurarea civilizației mileniului trei. Aceasta afirmație poate fi ușor susținută cu câteva date statistice conținute în ultimul raport (din anul 2001) al IFR (International Federation of Robotics).

Astfel, în anul 2000 s-au pus în funcțiune 98700 unități de roboți, numărul total ajungând la 749800 de unități, iar valoarea totală a pieței corespunzătoare acestui domeniu a fost estimată la 5,7 miliarde de dolari SUA. Statisticile privind tipurile de roboți arată sugestiv creșteri importante ale numărului de roboți care răspund unor aplicații neindustriale.

Aceasta dezvoltare, chiar spectaculoasă, în direcția aplicațiilor neindustriale justifică trecerea în revistă a principalelor subdomenii în care roboții nemanufacturieri sau roboții de serviciu isi pot găsi aplicabilitate. Aceste domenii sunt construcțiile, reabilitarea bolnavilor, comerț, transport și circulația mărfurilor, administrația locală, protecția mediului înconjurător și agricultura; supraveghere, inspecție, intervenții în caz de catastrofe, în medicină, hobby si petrecerea timpului liber. Pentru a sugera aplicații concrete în aceste subdomenii, aplicații abordabile în colective interdisciplinare de ingineri, sunt precizate mai departe direcțiile care pot fi avute în vedere. În medicină: sisteme robotizate pentru diagnoza prin ecografie, sisteme robotizate pentru intervenții neurochirurgicale; telemanipulatoare pentru chirurgie laporoscopica; vehicule ghidate automat pentru transportul bolnavilor imobilizati la pat; vehicule ghidate automat pentru transportul medicamentelor, alimentelor, băuturilor și lenjeriei de schimb; vehicule ghidate automat pentru activități de curățenie și dezinsfecție în spitale; sisteme robotizate pentru pregătirea prin simulare înainte de operație, a unor intervenții chirurgicale etc.
Pentru reabilitare se pot identifica următoarele aplicații: scaun cu rotile pliant, îmbarcabil în autoturisme; manipulator pentru deservirea persoanelor paralizate, vehicul pentru conducerea nevăzătorilor etc. In construcții: vehicul ghidat automat pentru asfaltarea șoselelor, sistem robotizat pentru stropirea betonului in constructia tunelurilor; robot mobil pentru cofraje glisante; excavatoare autonome, sistem robotizat pentru compactarea și nivelarea suprafețelor turnate din beton; sistem robotizat pentru inspectarea fațadelor clădirilor; sistem robotizat pentru montarea/demontarea schelelor metalice etc.
În administrația locală: vehicul autonom pentru curățirea zăpezii de pe autostrăzi; vehicul autonom pentru menținerea curățeniei pe străzi; sistem robotizat pentru inspecția și întreținerea automată a canalelor etc. Pentru protejarea mediului înconjurator: sistem robotizat de sortare a gunoiului în vederea reciclării, sistem automat de inspectare, curățare și recondiționare a coșurilor de fum înalte; platforme autonome mobile pentru decontaminarea persoanelor, clădirilor; vehicul ghidat automat pentru decontaminarea solului etc.

În tabelul următor este incdicat stocul de roboți industriali, din anul 2005, care funcționau în cele mai importante zone și țări ale lumii (conform IFR).

5. Clasificarea roboților

Robotul repezintă o structură mecanică mai complexă (având mai multe grade de libertate) și este condus cu ajutorul unui program flexibil. Manipulatoarele au o structură mecanică mai simplă (având mai puține grade de libertate) și sunt conduse cu ajutorul unui program rigid (greu modificabil).

Clasificarea roboților industriali are la bază mai multe criterii. În continuare sunt prezentate principalele dintre acestea, și tipologia roboților industriali conform criteriilor de clasificare abordate.

După forma mișcării, roboții industriali pot fi:

Roboți cartezieni: sunt roboții ai căror brațe operează într-un spațiu definit de coordonate carteziene;

Roboți cilindrici: similiari, dar spațiul este definit în coordonate cilindrice;

Roboți sferici sau polari: similari, dar spațiul este definit în coordonate sferice sau polare;

,,Prosthetic robot”: este un manipulator cu braț articulat;

Roboți în alte tipuri de coordonate: care sunt definiți în mod corespunzător.

În figura următoare sunt prezentate schemele reprezentative a trei tipuri de roboți conform acestui criteriu de clasificare.

(b) (c)

(a) Robot (manipulator) în coordonate carteziene;

(b) Robot în coordonate cilindrice;

(c) Robot în coordonate sferice;

După informația de intrare și modul de învățare:

Manipulator manual: este acționat direct de om;

Robot secvențial: are anumiți pași ce ,,ascultă” de o procedură predeterminată. Acesta poate fi: robot secvențial fix sau robot secvențial variabil. La robotul secvențial fix informația predeterminată nu poate fi schimbată facil, în timp ce la robotul secvențiaș variabil informația poate fi modificată ușor;

Robot repetitor (robot playback): la început omul învață robotul o procedură de lucru, acesta memorează procedura, apoi poate repeta operația ori de câte ori este nevoie;

Robot cu control numeric: robotul excută operațiile cerute în conformitate cu informațiile numerice pe care le primește despre poziții, succesiuni de opreații și condiții;

Robot intelligent: este cel care își decide comportamentul pe baza informațiilor primate prin senzori pe care îi are la dispoziție și prin posibilitățile sale de recunoaștere.

După numărul gradelor de libertate ale mișcării robotului (2 – 7 grade de libertate plus unele mișcări suplimentare: orientarea dispozitivului de prehensiune, prinderea, desprinderea obiectului manipulat etc.) roboții industriali pot fi:

Roboți cu număr mic (2 – 3) grade de libertate;

Roboți cu număr mediu (4 – 5) grade de libertate;

Roboi cu număr mare (6 – 7) grade de libertate;

După metoda de control, roboții industriali pot fi:

Manipulatoarele simple: Dispun în general de 2-3 grade de libertate. Mișcările sunt controlate prin dispozitive, funcționând pe principiul ,,tot sau nimic”. Capacitatea și suplețea sunt limitate.

Roboți programabili: Au numărul gradelor de liberate mai mare decât 3. În general robotul este independent de mediu, fiind lipsit de capacitățile senzoriale și lucrând în buclă închisă.

Roboți ,,inteligenți”: sunt dotați cu capacități senzoriale, lucrând în buclă închisă, având sisteme de coordonare, între ,,simțuri” și organele de execuție/

După caracteristicile de comandă s-au stabilit patru tipuri de bază pentru roboți industriali și anume:

Roboți cu servocomandă și conturare;

Cu servocomandă punct cu punct;

Fără servocomandă, programabil;

După tipul de comandă și performanța inteligenței artificiale, roboții industriali se pot clasifica în 3 generații, după cum urmează:

Roboții industriali de generația 1 –acționează pe baza unui program flexibil, dar prestabilit de programator, și care nu poate schimba timpul execuției operațiilor;

Roboții industriali din generația 2 –se caracterizează prin faptul că programul flexibil prestabilit de programator poate fi modificat în măsură restrânsă, în urma unor reacții specifice ale mediului;

Roboții industriali din generația 3 –posedă însușirea de a-și adapta singuri, cu ajutorul unor dispozitive logice, în măsură restrânsă, propriul program la condițiile concrete ale mediului ambiant, în vederea optimizării operațiilor pe care le execută;

După sursa principală de putere pentru acționare pot fi:

Roboți industriali electrici;

Roboți industriali hidraulici;

Roboți industriali pneumatici;

După capacitatea de încărcare roboții industriali pot fi (sarcina manipulată):

Roboți industriali foarte ușori (<10N);

Roboși industriali ușori (<100N);

Roboți industriali mijlocii (<2000N);

Roboți industriali grei (<10000N);

Roboți industriali foarte grei (>10000N);

5. Programarea Roboților

Programarea roboților are ca scop prescrierea de către operatorul uman a unor mișcări corespunzătoare fiecărei etape a procesului tehnologic. Această prescriere, numită în continuare programare, poate fi efectuată prin mijloace textuale sau prin mijloace netextuale.

Programarea roboților industriali prin mijloace netextuale

În cadrul programării netextuale, mișcările necesare ale robotului, sunt prescrise de către operatorul uman, prin intermediul unor echipamente de comandă manuală, iar mișcările comandate sunt învățate (memorate) de către robot.

Foarte mulți roboti industriali sunt programați prin această metoda netextuală când efectiv nu se realizează vreun program de aplicație de tip text.

Metoda poate fi utilizată doar la procese tehnologice rigide, unde mișcările odată învățate, (memorate) rămân neschimbate pentru o perioadă relativ mare de timp.

Programarea roboților industriali prin mijloace textuale

În cazul programării prin mijloace textuale, mișcările sunt prescrise prin intermediul unui program de aplicație, realizat cu ajutorul unui limbaj specific de programare robot.

În funcție de modul de descriere (textuală) al aplicației, există două mari categorii:

-Programare la nivel de manipulator

-Programare orientată pe aplicație

În cazul programării la nivel de manipulator, sunt prescrise prin intermediul unor instrucțiuni specifice, traiectoriile care urmează să fie executate precum și starea efectorului final (CLOSE sau OPEN).

Exemplu pentru programare textuală la nivel de manipulator:

APLICAȚIE: Să se comande deplasarea unui robot într-o operație de manipulare în scopul asamblării a două piese componente ale unui produs industrial astfel încât terminalul său să execute următoarele mișcări conform cu figura de mai jos:

-În starea inițială a robotului terminalul se află în poziția L1

-Terminalul este deplasat în poziția L2, deasupra piesei cilindrice;

-Se comandă închiderea mâinii mecanice (gripper) pentru apucarea cilindrului;

-Terminalul este deplasat in pozitia L3, la o înățime mai mare decât cea a obstacolului;

-Terminalul este deplasat astfel încât să traverseze zona obstacolului până în poziția L4, deasupra orificiului piesei de bază;

-Terminalul are o mișcare de reorientare a piesei cilindrice conform cu orientarea orificiului piesei de bază ajungând in pozitia L5;

-Terminalul este deplasat în poziția L6, care presupune poziționarea cilindrului la suprafața orificiului piesei de bază;

-Terminalul este deplasat în pozitia L7, care presupune introducerea cilindrului în orificiul piesei de bază;

-Se comandă deschiderea mâinii mecanice (gripper) pentru eliberarea cilindrului;

-Terminalul este deplasat în poziția L8, poziția de repaus;

Programul simplificat:

MOVE L1 – apropiere de cilindru;

MOVE L2 – mișcare deasupra cilindrului;

CLOSE – închidere gripper;

MOVE L3 – ridicare deasupra obstacolului;

MOVE L4 – mișcare deasupra găurii;

MOVE L5 – orientarea cilindrului;

MOVE L6 – atingerea găurii;

MOVE L7 – mișcare de introducere în gaură;

OPEN – deschidere gripper;

MOVE L8 – mișcare în poziție finală.

În cazul programării orientate pe aplicație, programul nu mai prescrie mișcările efective ale robotului, ci prescrie efectiv aplicația care trebuie să fie efectuată de către robot. De exemplu prescirerea aplicației de mai sus, ar putea să fie următoarea:

“Apucă cilindrul și introdu-l în gaura piesei prismatice”.

În aceste cazuri programul robot este prelucrat prin intermediul unui sistem de inteligență artificială, care oferă, prin intermediul modelului mediului exterior, posibilitatea recunoașterii și identificării obiectului “cilindru”, a obiectului prismatic prevăzut cu o gaură, localizarea automată a găurii, recunoașterea și identificarea automată a obstacolelor din mediul de lucru al robotului.

Clasificarea limbajelor de programare robot

Limbajele de programare existente pot fi grupate pe cinci niveluri după gradul lor de complexitate:

1. Limbaje de programare de nivel 1 (de baza) – hardware,

2. Limbaje de programare de nivel 2 (punct cu punct),

3. Limbaje de programare de nivel 3 (de miscare),

4. Limbaje de programare de nivel 4 (structurate),

5. Limbaje de programare de nivel 5 (orientate pe task-uri).

Limbajele care pot fi incluse în categoria limbajelor de programare de nivel 1 sunt limbaje de asamblare, și sunt utilizate pentru a programa funcții de control în timp real.

Limbajele de nivel 2 sunt cele mai utilizate în programarea roboților. Controlul robotului este realizat prin salvarea unor coordonate din spațiul de lucru al robotului care se obțin ghidând mișcarea acestuia, în regim de instruire sau în regim manual.

În comparație cu limbajele de nivel 2, limbajrle de "mișcare" (VAL, EMILY, RCL, SIGLA, RPL, ANORAD, MOVEMASTER, DARL) au următoarele caracteristici:

posibilități de salt (ramificari în program),

folosirea subrutinelor (cu parametrii care pot fi transmiși),

posibilitatea de a iniția activități paralele.

Limbajele de acest nivel sunt interpretoare (avantajos din punct de vedere al depanării) sau asambloare. Excepție face limbajul RPL care este compilator.

Limbajele de programare de nivel 4 (AL, MCL, MAPLE, PAL, AML) conțin structuri de control a robotului și permit un grad mai mare de utilizare al transferului de coordonate. Ele au posibilitatea de a lucra cu structuri de date, prezintă îmbunătățiri față de limbaje de nivel 3 în ceea ce privește lucrul cu senzori, acțiunile paralele și utilizarea variabilelor de stare predefinite. Aceste limbaje, în marea lor majoritate se bazează pe limbaje structurate existente cum sunt ALGOL sau PL/1.

Limbajele de nivel 5 (de ex: AUTOPASS) sunt orientate pe task-uri. Aceste limbaje tind să "faca invizibile" pentru utilizator resursele de adaptare a robotului la mediul de lucru (senzorii) și transformările de coordonate. Limbajele de acest nivel sunt proiectate astfel încât să semene cât mai mult cu construcțiile specifice gândirii umane. Ele cuprind în general patru clase de macrocomenzi de schimbare de stare a obiectelor (ex. place), dedicate sculei (ex. operate), de fixare și de asamblare (ex. rivet – nituire, insert – screw – înșurubare, weld – sudura, etc.). Aceste macrocomenzi semnifică exact ceea ce utilizatorul crede că reprezintă, și de aceea sunt ușor de înțeles și de folosit. Dedicate conducerii roboților cu adaptare la mediu (prin senzorii tactili și de vedere artificială) ele reclamă resurse de modelare a mediului exterior, de luare a deciziilor de tip asamblare de obiecte.

5. Structura robotului industrial

Un robot industrial este alcătuit din următoarele componente principale: unitate mecanică, efectorii finali (în funcție de sarcina robotului), sursa de energie reprezentată de rețeaua electrică, și respectiv sistemul de comandă. Structura unui robot este, de fapt, un sistem compus din mai multe subsisteme. Un sistem reprezintă un ansamblu de părți componente, elemente, și legăturile dintre acestea. Elementele care compun acest sistem se numesc subsisteme. La rândul lor subsistemele pot avea și ele subsisteme, din acest motiv există o ierarhizare și anume sistemul principal se numește sistem de rangul 1, subsistemele se numesc sisteme de rangul 2, etc.

Modul cum se compune un sistem din subsisteme și legăturile dintre aceste subsisteme definesc structura unui sistem. Aceasta compunere a sistemelor din subsisteme se evidențiază prin scheme bloc, iar legăturile dintre subsisteme, prin matrici de cuplare (care definesc legăturile dintre "intrările" și "ieșirile") și matrici de structură (care ne arată care subsisteme sunt în legătură).

Robotul este un sistem de rangul 1, și se aseamănă, constructiv, cu sistemul unui om, la fel si subsistemele robotului.

Schema bloc al structuri unui robot este:

a) Spațiul de operare al unui robot este strâns legat de domeniul de lucru al acestuia, de gama aplicațiilor la care participă. Acest spațiu este definit direct de parametrii arhitecturii mecanice a robotului și este restrictionat pe de o parte de anumite caracteristici ale elementelor interne, mecanice, și pe de altă parte de caracteristicile obiectelor implicate în procesul tehnologic.

b) Sursa de energie constituie suportul energetic necesar pentru punerea în mișcare atât a elementelor mobile ale robotului cât și pentru asigurarea alimentării electrice a sistemului de acționare și a celui de conducere.

c) Sursa de informație definește modul de operare al robotului, caracteristicile de bază ale funcționării acestuia, structura algoritmilor de conducere în funcție de specificul operației, de modul de prelucrare a informației de bază (în timp real sau nu) și de relația robot – operator existentă în procesul de operare. Această relație poate determina funcționarea automată, independentă, a robotului sau în asociere cu operatorul (de exemplu sistemele de teleoperare).

d) Robotul, componenta de bază a acestui sistem, este format din două părți: unitatea de prelucrare a informației și unitatea operațională.

e) Unitatea de prelucrare a informației este un complex hardware-software ce primește date privind instrucțiunile ce definesc operațiile executate, măsurători privind starea unității operaționale, observații asupra spațiului de operare al robotului, date pe baza cărora determină în conformitate cu algoritmii de conducere stabilți, deciziile privind modalitatea de acționare a unității operaționale.

Figura 1.2

f) Unitatea operațională corespunde robotului propriu-zis, cuprinzând structura mecanică a acestuia și sistemul de acționare asociat. Această unitate acționează asupra spațiului de operare utilizând și transformând energia furnizată de sursă și reacționând adecvat la semnalele primite din exterior. În componența robotului distingem: elementele care interacționează direct cu spațiul de operare (elementele efectoare, gripere sau mâini), componente de structură (articulații, segmente), modulatoare de energie (amplificatoare), convertoare de energie (motoare), sisteme de transmisie a energiei mecanice și senzori interni.

Robotul acționează asupra spațiului său de operare sub diverse forme: deplasarea unor piese în anumite poziții (manipulare), prelucrarea și transformarea unor produse, asamblarea unor componente, dezasamblarea unor piese în componentele lor, sudarea pieselor, măsurarea unor parametrii specifici ai produselor sau chiar a spatiului de operare etc. În figura 1.2 sunt prezentate câteva din aceste operații: operația de manipulare a unor piese pentru o prelucrare ulterioara la o mașină unealtă (figura 1.2, a), operația de vopsire (figura 1.2, b) și operații de asamblare (figura 1.2, c).

Numeroasele aplicații și funcțiuni exercitate de un robot pun în evidență două caracteristici esențiale ale acestor sisteme: versatilitatea și autoadaptarea la mediu.

Versatilitatea definește capacitatea fizică a robotului de a realiza diverse funcții și de a produce diverse acțiuni în cadrul unei aplicații tehnologice date. Această proprietate este strâns legata de structura și capacitatea mecanică a robotului, ea implicând configurații mecanice cu geometrie variabilă a căror flexibilitate să acopere cerințele de operare.

Autoadaptarea constituie, de asemenea, o proprietate deosebit de importantă a roboților ce confirmă gradul de "inteligență" al acestor sisteme. Ea definește capacitatea acestora de a lua inițiativa în realizarea unor operații incomplet specificate prin programul de conducere, proprietatea de a sesiza anumite modificări ale mediului de operare, posibilitatea de a stabili un plan complect de operații având jalonate numai anumite faze semnificative.

Brațul unui robot industrial

Mecanismul generator al traiectoriei (MGT): mecanismul format din acele cuple cinematice care fac posibilă deplasarea punctului caracteristic M pe traiectoria impusă.

Pentru generarea traiectoriei sunt necesare și suficiente 3 grade de libertate: rotație în jurul axei Oz; deplasare pe verticală în lungul axei Oz si o deplasare radială în lungul axei x.

Mecanismul de orientare (MO): mecansimul format din cuplele cinematice care asigură orientarea spațială a obiectului.

Mecanismul care realizează rotirea dupa x’, y’ si z’ (încheietura palmă-antebraț a mâinii omului).

Mecanismul de prindere (MP) care are ca rol de a asigura prinderea și fixarea obiectului manipulat.

2.2 Componentele fundamentale ale structurii mecanice

Roboții industriali utilizați în momentul de față prezintă soluții constructive și conceptuale neunitare datorită, în special, diversității sarcinilor cerute, parametrilor tehnici impuși și aplicațiilor specifice pentru care au fost proiectați. Cu toată această aparență neunitate, robotul, prin structura sa mecanica poate fi considerat ca un sistem omogen format din elemente cu funcții bine precizate care asigură interacțiunea nemijlocită între robot și obiectul acțiunii sale din spațiul de operare.

Principalele componente ale structurii mecanice sunt: elementul efector, brațul și baza robotului.

Elementul efector denumit uneori si griper, element de prehensiune, mână sau pur și simplu element terminal asigură contactul direct, nemijlocit dintre robot și obiectul din spațiul de operare asupra căruia acționează. Acest element diferă constructiv după gama aplicațiilor și după natura funcției realizate. Astfel, elementele efectoare utilizate în sudură diferă de cele folosite în operațiile de manipulare sau de vopsire.

Un astfel de element cuprinde:

– corpul propriu-zis, cu o structură mecanică adecvată funcției realizate;

– unul sau mai multe dispozitive de acționare;

– unul sau mai multi senzori pentru determinarea regimurilor critice ale operației realizate.

Trebuie remarcat faptul că soluțiile constructive adoptate tind spre realizarea fie a unui element multifuncțional cu o gamă largă de aplicații, fie spre un element efector monofuncțional cu o destinație precisă.

Brațul robotului servește pentru poziționarea corectă a elementului efector. În acest scop, brațul reprezintă o structură mecanică cu o geometrie variabilă obținută prin legarea în cascadă a unor segmente conectate prin articulații de rotație sau translație. Sistemele de acționare corespunzătoare asigură mișcările independente ale fiecărui segment în raport cu segmentul precedent. Aceste mișcări sunt în general restricționate de anumite caracteristici ale arhitecturii mecanice.

Toate aceste elemente și subansamble se montează pe un cadru special ce formează baza robotului. Această bază se așează fie pe un postament fix sau mobil (în funcție de tipul robotului), fie se suspendă pe o cale de ghidare cu șină.

Elementele enumerate formează structura de bază a oricărui robot industrial. În afară de această structură "clasică", în construcția roboților pot să apară sisteme de locomoție, sisteme cu 2-3 brațe, sisteme cu 2-3 elemente efectoare etc.

2.3Robotul – obiect de conducere

Roboții, prin structura și funcțiile lor, reprezintă o clasă de sisteme ce sintetizează elemente de vârf dintr-o serie de domenii tehnico – științifice. De fapt, prin atribuțiile sale, robotul imită sau substituie funcțiile de locomoție, manipulare și de intelect ale omului. Este evident, deci, că robotul reprezintă un sistem extrem de complex, descris prin modele matematice sofisticate definite prin sisteme de ecuații diferențiale neliniare, cu parametrii variabili, deterministe sau stohastice, cuprinzând un număr mare de variabile de intrare și ieșire.

Funcția de bază a robotului este reprezentată de mișcarea acestuia în spațiu, deci regimurile statice și dinamice ale structurii mecanice vor reprezenta punctul de plecare în definirea robotului ca obiect de conducere.

Pentru exemplificare, sa considerăm un robot cu trei articulatii de rotație (figura 1.3). Mișcarea, evoluția robotului, este determinată de cele trei momente M1, M2, M3 aplicate în articulații, acestea determinând rotirea segmentelor corespunzătoare și deci obținerea unei noi poziții a brațului, poziție definită prin noile valori ale unghiurilor q1, q2, q3.

Figura 1.3

Considerat, deci, ca obiect orientat de conducere, robotul primeste un vector de intrare definit de forțele generalizate aplicate în articulații și generează un vector de ieșire format din unghiurile (sau deplasările) articulațiilor.

Analiza ca obiect condus impune, totodată, definirea vectorului de stare al robotului. În general, acest vector este determinat de coordonatele generalizate stabilite în articulații (unghiuri sau deplasări) și de derivatele acestora (vitezele generalizate ale mișcării). Relațiile intrare – stare – ieșire specifice robotului sunt date prin ecuații diferențiale, neliniare, obținute pe baza regimurilor dinamice ale acestuia.

Reprezentarea din figura 1.3 corespunde unei descrieri formale a robotului ca obiect condus fără a preciza implicațiile tehnologice ale structurii de conducere.

Figura 1.4

In figura 1.4 sunt prezentate soluții constructive privind principalele blocuri ale unui astfel de sistem. Se observă că variabilele principale ce intervin în conducerea robotului sunt generate sau prelucrate în blocuri și componente specializate. Astfel, activarea articulațiilor mecanice este realizată prin intermediul blocului de acționare care, pe de o parte determină algoritmul de control pentru fiecare articulație, iar pe de altă parte asigură sursa energetică necesară mișcării.

Măsurarea informațiilor de deplasare precum și toate celelalte date care restricționează mișcarea în spațiul de operare sunt realizate într-un bloc senzorial. El este format practic din sisteme de traductoare specializate pentru măsurători unghiulare sau liniare precum și din senzori specializați de tip tactil, de forță – moment, sau vizuali, care oferă robotului o mai completă adaptabilitatea la modificările mediului de operare.

Informațiile furnizate sunt captate de un calculator specializat care, pe baza unor algoritmi implementați hardware (microprogramați) sau software, generează controlul adecvat al sistemului de acționare.

9. Prezentarea generală a programului CATIA V5

CATIA (Computer Aided Three Dimensional Interactive Application) reprezintă un program multiplatformă CAD/CAM/CAE produs de compania franceză Dassault Systemes, comercializată și promovată de IBM. Software-ul a luat naștere în anul 1977 cu scopul de a proiecta un avion cu reacție, numit Mirage.

Programul a fost conceput de către producătorul francez de aeronave Avions Marcel Dassault. Inițial purtat denumirea de CATI (Conception Assistée Tridimensionnelle Interactive), și este redenumit CATIA în anul 1981, când Dassault a creat o subsidiară pentru dezvoltarea și comercializarea softwareului. În 1984, compania Boeing Company a ales programul CATIA ca unealtă de proiectare 3D, devenid astfel cel mai mare utilizator. În anul 1990, companiaa General Dynamic Electric Boat Corp utilizează programul CATIA pentru proiectarea 3D a submarinelor din clasa Virginia, aparținând Marinei Statelor Unite ale Americii. Doi ani mai târziu CADCAM a fost cumpărată de IBM și în următorii ani a apare CATIA CADAM V4. În 1998 o versiune rescrisă complet a fost lansată CATIA V5, cu suport pentru următoarele sisteme de operare UNIX și Windows.

În anul 2008 Dassault a lansat CATIA V6, având cea mai mare compatibilitate cu sistemul de operare Windows.

În industria automotive, companiile auto care folosesc programul CATIA sunt numeroase: BMW, Porsche, Daimler Chrysler, Audi, Volkswagen, Volvo, Fiat, Gestamp Automocion, Bentler AG, PSA Peugeot Citroen, Renault, Toyota, Honda, Ford, Scania, Hyundai, Skoda Auto, Proton, Tata motors, Mahindra. Firma Goodyear folosește acest software pentru proiectarea anvelopelor pentru automobile și aeronave. Toate companiile auto folosesc CATIA pentru structurile de mașini- uși, bară de protecție, în general părți ale caroseriei, CATIA fiind cel mai eficient program în creearea și reprezentarea suprafețelor pe computer.

CATIAV5 beneficiază de un ritm ridicat de susținere din partea producătorului, fiin lansate revizii noi la intervale de căteva luni. Momentan CATIA V5 conține peste 140 de aplicații mari, care acoperă următoarele domenii ale ingineriei asistate de claculator:

modelarea parametrică explicit hibridă;

modelarea de suprafețe;

generarea de desene de execuție;

modelarea de ansambluri;

proiectarea de matrițe și forme;

analiză utilizând metoda elementelor finite;

analiza cinematică folosind prototipul virtual;

simularea proceselor de fabricție;

proiectarea părților electrice, de conducte, de încălzire, ventilație, și aer condiționat;

proiectarea de uzine și nave;

programare CNC pentru mașini unelte cu comandă numerică cu 2-5 axe;

translatoare pentru conversia entităților în/din alte medii de proiectare;

În continuare v-or fi prezentate principalele aplicații ale programului CATIA pentru realizarea părții practice.

9. Aplicația Sketcher

Aplicația Sketcher oferă un set de funcționalități care permit crearea și modificarea elementelor unei schițe

Etapele de lucrus sunt următoarele:

-Se deschide aplicația Mechanical Design, iar din arborescența deschisă, Sketcher;

-Se alege planul pe care se dorește să se contruiască schița (XY, XZ sau ZY) ceea ce va rezulta în apariția pe ecran a intrumentelor necesare desenării și constrângerii scheței;

-Se va desenează schița utilizând opțiuni ca Profile, Line, Circle etc.;

-Se poate constrânge schița realizată prin aplicarea de constrângeri geometrice și dimensionale.

X.x Contruirea unei schițe

Opțiunea line

Pentru a crea o linie se utilizează oțiunea line din bara de instrumente prezentată mai sus. Se indică prin precizarea coordonatelor, sau prin poziționarea mouse-ului la punctul de început și de sfârșit a liniei.

Optiunea Arc of a Circle

Procedura de creare a unui cerc este reprezentată în pașii de mai jos:

-Se alege optiunea Circle din bara de instrumente Profile;

-Se indică cu ajutorul mouse-ului centrul și punctul de început și de sfârșit al arcului de cerc. Arcul este construit în sens trigonometric.

Figura 2 Bara Profiles și sub-bara Circle

Crearea unui profil complex. Opțiunea Profile

Crearea unu profile complex se realizează astfel:

-Se alege opțiunea Profile din bara Profile, pe ecran fiind afișată imaginea din figura prezentată mai jos;

-Se alege opțiunea dorită (Line, Tangent Arc, Three Point Arc);

Line Tangent Arc Three Point Arc

Dacă se selectează opțiunea Line, algoritmul de construire este cel prezentat anterior. Dacă se selectează opțiunea Tangent Arc, se indică punctele de definire ale arcului astfel încât acesta va fi tangent la o dreaptă sau curbă dată. Dacă se alege opțiunea Three Point Arc, construirea arcului se face prin indicarea a trei puncte.

Opțiunea Circle

Cosntruirea unui cerc se poate realiza în mai multe moduri:

– Prin indicarea centrului cercului și a valorii razei acestuia (Circle);

– Prin indicarea a trei puncte care definesc cercul (Three Point Circle);

– Prin introducerea coordonatelor centrului cercului si valoarea razei (Circle using Coordinates);

– Prin indicarea a trei profile/elemente la care cercul sa fie tangent (Tri-Tangent Circle);

– Prin indicarea punctului de început, a unui punct pe cerc si a punctului de sfârsit al cercului (Three Point Arc);

– Prin indicarea punctului de început, de sfârsit si a unui punct pe cerc (Three Point Arc Starting With Limits);

– Prin indicarea centrului, a punctului de început si a celui de sfârsit (Arc).

Opțiunea Predefined Profiles

Opțiunea Predefined Profiles oferă posibilitatea utilizării de profile predefinite în construirea unei schițe:

– Rectangle, permite construirea unui dreptunghi prin indicarea a doua puncte (reprezentând colțurile triunghiului) diagonal opuse;

– Oriented Rectangle, permite construirea unui dreptunghi prin indicarea a trei colțuri ale acestuia;

– Parallelogram, permite construirea unui paralelogram prin indicarea a trei puncte care formează două dintre laturile paralelogramului;

– Elongated Hole, permite construirea unei găuri alungite astfel: se indica două puncte care definesc distanța dintre centre si un al treilea punct care determină lățimea găurii;

– Cylindrical Elongated Hole, permite construirea unei găuri alungite curbe. Se procedează ca la opțiunea anterioară cu deosebirea că centrele sunt definite ca aparținând unui arc, și nu unei drepte;

– Keyhole Profile, permite construirea unui profil asemănător unei găuri de cheie, prin precizarea punctului care definește centrul razei mari, a punctului care definește centrul razei mici, a unui punct care definește raza mică și a unui punct care definește raza mare;

– Hexagon, permite construirea unui hexagon prin definirea centrului acestuia, a unui punct de pe o latură si a orientării acesteia.

OPȚIUNEA CONIC

Bara de instrumente Conic conține următoarele comenzi:

– Ellipse, permite construirea unei elipse prin indicarea punctului care definește centrul elipsei, a unui al doilea punct care determină axa mare a elipsei. și a unui al treilea punct situat pe elipsă care determină axa mică a acesteia;

– Parabola by Focus, permite construirea unei parabole indicând puncte care definesc focarul, vârful, începutul și sfârșitul parabolei;

– Hyperbola by Focus, permite construirea unei hiperbole prin indicarea focarului, vârfului, punctelor de început și de sfârșit ale acesteia;

– Creates a Conic, permite crearea unei conice prin indicarea a cinci puncte aflate pe aceasta.

OPȚIUNEA SPLINE

Bara Spline permite construirea unei curbe spline în două moduri:

– Prin indicarea punctelor de control ale curbei spline (sfârșitul selecției punctelor de control se face prin dublu click), opțiunea Connect;

– Prin crearea unei curbe spline ca legătură între două elemente, opțiunea Connect.

OPȚIUNEA OPERATION

Bara Operation permite modificarea profilului creat prin ajustarea unor elemente ale acestuia. Opțiunile ce pot fi utilizate sunt: Corner, Chamfer, Trim, Symmetry, Project 3D Elements.

APLICAȚIA PART DESIGN

Fișierele care conțin acest model de aplicație au extensia .CATpart. Pentru aceasta se folosește fie succesiunea de comenzi File → New, fie se utilizează direct iconul new.

Rezultatul va fi afișarea pe ecran a unei ferestre de dialog care permite alegerea tipului de fișier dorit (opțiunea List of Types), și a iconurilor corespunzătoare comenzilor de editare și creare a entităților.

Pentru exemplificarea modului în care se poate modela o piesă utilizând CATIA V5, în continuare v-or fi prezentate procedurile de lucru pentru unele dintre cele mai des folosite opțiuni de modelare: Pad, Draft, Edge Fillet, Mirror, Pocket, Shell, Shaft, Groove, Hole, Stiffener, Thickness, Sew Surface si User Pattern.

OPȚIUNEA PAD

Cu ajutorul aceste opțiuni putem creea un obiect, a cărui schiță a fost creată anterior, într-un plan care trebuie selectat manual. Pașii care trebuie urmați sunt urmăorii:

-Se alege iconul Pad ;

-În fereastra deschisă (imaginea prezentată mai sus-Pad Definition) se introduce lungimea, care defapt reprezintă grosimea obiectului care dorim sa il realizăm.

-La Profile→Selection se selectează schița construită prealabil;

-Se alege OK, extruderea realizându-se perpendicular pe planul în care a fost făcută schița.

OPȚIUNEA DRAFT

Pentru înclinarea unei fețe, putem sa aplicăm următorii pași:

-Se alege iconul Draft simbolizat prin iconul ceea ce va determina apariția pe ecran a ferestrei Draft Definition;

-Se alege o față a piesei prin selectarea acesteia de pe ecranul grafic, sistemul detectând toate fețele care vor fi înclinate cu valoarea indicată;

-Se optează pentru varianta Selection by neutral face, elementul neutru selectat fiind fața de sus a piesei;

– Se introduce valoarea de 9° în câmpul corespunzator Angle;

– Se alege OK, iar rezultatul se poate vedea în figura următoare.

OPȚIUNEA EDGE FILLET

Racordarea unei muchii se efectuează astfel:

-Se alege comanda Edge Fillet reprezentată prin iconul ;

-În fereastra de dialog Edge Fillet Definition se introduc parametri doriți: raza de racordare de 5mm, propagare tangentă etc.;

-Se selectează muchia care se dorește rotunjită;

-Se alege OK, piesa obținută în urma racordării uneia dintre muchii fiind prezentată în figura de mai jos.

Opțiunea Mirror

Dacă se dorește duplicarea (oglindirea) piesei față de o anumită față a acesteia, procedura de lucru este următoarea:

-Se selectează latura față de care se face oglindirea;

-Se selectează opțiunea Mirror numele feței selectate anterior apare în câmpul corespunzător din dialogul Mirror Definition;

-Se apasă comanda OK, piesa efectuată fiind trecută în arborele de comenzi (vezi figura de mai jos)

Selectarea feței de care se oglindește piesa Dialogul Mirror Definition

Piesa obținută după executarea comenzii Mirror

Opțiunea Pocket

Pe suprafața de sus a piesei modelată anterior se execută o schiță a unui cerc, apoi este constrâns geometric și dimensional.

Crearea și constrângerea schiței Dialogul Pocket Definition

Pentru obținerea găurii se procedează astfel:

-Se selectează schița executată pe planul piesei;

-Se alege opțiunea Pocket prin apăsarea iconului corespunzător acesteia ;

-Se definesc limitele la opțiunea Type: Up to last, ceea ce înseamnă că gaura se va limita până la ultima față întâlnită, adică la fața de la baza piesei.

-Se apasă comanda OK, rezultând piesa din figura de mai jos.

Opțiunea Shell

Aplicarea opțiunii Shell presupune parcurgerea următoarelor operații:

-Se selectează baza piesei;

-Se selectează iconul Shell reprezentat prin simboluk ;

-Se introduce în câmpul Inside Thickness valoarea de 5mm (în locul valorii implicite de 1mm);

-Se apasă comanda OK, rezultatul fiind prezentat în figura de mai jos.

Opțiunea Shell

Aplicarea opțiunii Shell presupune parcurgerea următoarelor etape:

-Se selectează baza piesei;

-Se selectează iconul Shell reprezentat prin simbolul ;

-Se introduce în câmpul Inside Thickness valoarea de 5mm (în locul valorii implicite de 1mm);

-Se apasă comanda OK, rezultatul fiind prezentat în figura de mai jos.

Aplicarea opțiunii Shell

Opțiunea Shaft

Prin utilizarea instrumentelor specifice unei schițe se tratează profilul din figura următoare:

Selectarea schiței

Pentru obținerea modelului tridimensional al unui arbore se procedează astfel:

-Se selectează profilul schiței și axa de rotațoe;

-Se alege iconul Shaft reprezentat prin simbolul ;

-În dialogul Shaft Definiton se introduc valorile 360° în câmpul The first Anglem 0° pentru Second Angle;

-Se apasă comanda OK; ceea ce se obține este arborele din figura de mai jos;

Dialogul Shaft Definition Modelul 3D al arborelui

Cele două limite afișate în figura 19, și anume LM1 și LM2 permit modificarea interactivă a valorilor pentru First Angle și Second Angle.

Modificarea limitelor arborelui

Optiunea Groove

Comanda necesară crearii unui canal pentru inel elastic este Groove. Se preocedează astfel:

-Se selectează iconul corespunzător opțiunii ;

-Se selectează schița (profilul și axa trebuie să aparțină aceleași schițe);

-În fereastra de dialog Groove Definition se introduc parametrii doriți;

-Se aleg limitele canalului: LIM1 și LIM2, iar sistemul afișează canalul care va fi creat (Preview);

-Dacă utilizatorul este mulțumit de canalul afișat, confirmă operația alegând comanda OK; sistemul eliminând materialul din jurul obiectului selectat.

Dialogul Groove Definition

Crearea canalului pentru inel elastic (Preview)

Aplicarea opțiunii Groove

Opțiunea Hole

Pentru crearea într-un solid a unei entități de tip gaură (opțiunea Hole) se pot urma pașii următori:

-Se alege iconul Hole ;

-Se selectează muchia circulară și fața superioară. Programul CATIA poate acum să definească o constrângere de tip distanță pentru a poziționa gaura ce va fi creată, concentric cu muchia circulară selectată de utilizator (meniu contextual: Concetricity);

-Programul CATIA afișează, fară a crea efectiv, gaura (valori implicite: 10mm diametru, 10 mm înălțime), iar utilizatorul trebuie să introducă valorile dorite în câmpurile corespunzătoare din dialogul de creare al găurii (Hole Definition), de exemplu, 24 mm ca vloare a diametrului și 25 mm ca adâncime a găurii. În plus se poate selecta Limit, alegându-se între opțiunile Up to plane (găurirea corpului până la un anumit plan) sau Up to surface (găurirea până la o anumită suprafață).

-În câmpul Bottom se optează pentru opțiunea V-Bottom, adică se creează o gaură înfundată, cu un unghi la vârf de 110° (de exenplu).

Selectarea suprafeței și crearea găurii cu dimensiunile implicite

Crearea efectivă a găurii

-Pentru constrângerea găurii, după selectarea planului în care dorim să facem gaura, putem selecta, din meniul Hole definition, comanda Positioning Sketch. Programul va pune în plan obiectul în care dorim să dăm gaura, utilizatorul putând să o constrângă centrul găurii (este reprezentat cu ” * ” ca în imaginea de mai jos) față de muchiile obiectului (de exemplu: 20mm).

Constrângerea unei gâuri față de muchiile unei piese dreptunghiulare, centrul găurii” * ”

-CATIA creează implicit gaura perpendicular pe fața schiței, dar se poate define și o altă direcție prin anularea opțiunii Normal to surface, și indicarea unei muchii sau linii care sa fie paralelă cu axa găurii;

-Se introduc valori (35 mm ca diametru și 10 ca înălțime), sistemul afișând în Preview forma găurii;

-Se apasă comanda OK, iar gaura este creeată.

Dialogul de alegere a tipului de gaură Gaura creată

Xx. Utilizarea robotului industrial in domeniul autovehiculelor

Unul din domeniile în care se folosește cel mai mult robții industriali este cel al autovehiculelor. Principalele activități pentru care sunt folosiți sunt:

paletizare / depaletizare

montaj sau asamblare

sudare

vopsire

manipulare

controlul calității

Pentru a evidenția manipularea în procesul de asamblare al caroseriei unei mașini, pe lânga robotul propriu zis, este nevoie de un gripper, care are rolul de efector final.

Gripperul este prins de robot prin intermediul unui ”Tool Changer”, care are rolul de a asigura prinderea și fixarea efectorului final de brațul robotului.

Gripperul prezentat în poza de mai sus are rolul de a fixa și prinde tabla (o parte din caroseria mașinii) și de a o transporta pe o stație de lucru.

Tabla este prinsă de gripper cu ajutorul unor clampuri (au rolul de clește). Aceste sunt deschise (în poza de mai jos poziția deschisă este prezentată cu culoarea verde) în momentele în care gripperul nu manipuleazâ nici un obiect. Fixarea caroseriei se realizează cu ajutorul a doi pini, care intră în găuri special făcute în caroserie. Această operație crește precizia atât în operația de prindere a caroseriei cât și în timpul manipulării acesteia până la stația de lucru.

Prinderea caroseriei cu ajutorul Fixarea caroseriei

clampurilor montate pe gripper cu ajutorul pinilor

O altă componentă foarte importantă a gripperului este prezența senzorilor. Aceștia au un rol foarte important: cel de a detecta prezența caroseriei. Rezultatul semnalului trimis de senzori este reprezentat de închiderea clampurilor din gripper (din poziția deschisă- culoarea verde, → în poziția închisă).

Semzorul prins de gripper, orientat perpendicular pe caroserie

Primul pas care trebuie să îl facă robotul pentru a lua caroseria, este de a se orienta, și de a poziționa gripperul spre un conveior, care are rolul de a transporta diferite părți dintr-o caroserie.

După ce s-a poziționat spre conveior, robotul prinde caroseria, în momentul în care senzorii o sesizează, cu ajutorul clampurile din gripper și o fixează cu ajutorul celor doi pini.

Următoare etapă o reprezintă transportul caroseriei pe o stație de lucru. Acestă mișcare este realizată ușor, deoarece majoritatea roboților industriali au 6 axe de libertate, ceea ce ajută la mobilitatea, și transportul obiectelor pe traseul cel mai scurt la destinația țintă.

După așezarea caroseriei pe stația de prelucrare țintă, clampurile din gripper se deschid, iar brațul robotului va efectua o mișcare perpendiculară pe stația de lucru, pentru a scoate gripperul, și a lăsa tabla pe stație. În timpul ridicării gripperului, tabla este prinsă pe stația de prelucrare, tot prin clampuri.

Robotul va pleca, după alta caroserie transportată pe conveior. De obicei fiecare robot execută operații ciclice. Astfel, dacă robotul de mai sus are rolul de a transporta carosieria, alți roboți, de exemplu, sunt programați să sudeze, sau să aplice diferiți adezivi pe caroseria autovehicului. Totuși, sunt și roboți care sunt programați să repete, sau să învețe, mișcările unui expert, de exemplu vopsirea caroseriei.

Calcule și….***

Pentru a verifica dacă robotul poate să manipuleze gripperul atașat, și obiectul care trebuie transportat, trebuie verificate o serie de informații. Unul dintre ele este reprezentat de verificarea centrului de greutate.

Centrul de greutate al gripperului și al tablei trebuie să fie cât mai aproape de Tool Changer (prinderea de gripper) și de axa imaginară a mijlocului gripperului. În imaginea de mai sus se observă ca intersecția axelor care definește centrul de greutate este aproape de mijlocul gripperului, și se află la distață mică față de prinderea de robot. Acest rezultat duce la forțarea mult mai mică a robotului, și o manipulare echilibrată a caroseriei.

Un alt calcul necesar este cel de verificare al greutății obiectelor manipulate de robot. Astfel, în cazul robotului de mai sus, este important ca gripperul împreuna cu obiectul manipulat, caroseria, să nu depășească sarcina maximă admisă a robotului.

Prețul unui robot industrial crește o dată cu sarcina suportată de acesta; pentru o sarcină mare va fi nevoie de un robot mai mare. Astfel se urmărește o proiectare echilibrată a obiectelor de manipulare a robotului, pentru a nu costurile de implementare a roboților industriali.

Tabel de stări:

Pentru a lua tabla de pe conveior, senzorii montați pe gripperul roborului trebuie să sesizeze caroseria. Astfel pentru sesizarea caroseriei vom avea în tabelul de mai jos valoarea ”0” pentru lipsa caroseriei, și ”1” în momentul în care senzorii detectează caroseria. După detectarea caroseriei, senzorii trimit un semnal, iar rezultatul va fi trecerea din poziție deschisă în poziție închisă a clampurilor gripperului. Pentru poziția deschisă a clampurilor vom avea valoarea ”0” iar pentru poziția închisă valoarea ”1”. Și pentru pini, există cazuri în care pot avea două poziții: ”0”- retras (când nu este caroseria pe gripper) și ”1”- deschis (când caroseria se află pe gripper). Pentru tabelul de stări de mai jos considerăm și pinii având cele două stări.

Robotul are valoare ”1” când execută operații în mișcare, și valoarea ”0” când este în stare de repaus (dar gripperul, sau orice altă sculă montată pe robot, poate executa diferite operații).

A1, A2, A3, A4, A5, A6 – reprezintă clampurile din imaginea de mai sus (încadrate cu roșu);

B1, B2 – reprezintă cei doi senzori încadrați cu albastru;

C1, C2 – reprezintă cei doi pini încadrați cu verde.

Tabelul de mai jos cuprinde starea fiecărui element (clampurile A1, .., A6; senzorii B1, B2; pinii C1, C2) în funcție de operația în care se află robotul.