4 (57 _ 68 str) robotika - podsistemi

JU UNIVERZITET MAŠINSKI FAKULTET

U TUZLI TUZLA

AUTOMATIKA I ROBOTIKA

IZVOD IZ PREDAVANJA

Dr.sc. Šarić Bahrudin, docent

Dr.sc. Šarić Bahrudin Autorizovana predavanja

1


U TUZLI TUZLA

Klasifikacija robota

Dr.sc. Šarić Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 57.

• Prema pogonu:

- električni (DC motori),

- pneumatski (kompresori i pneumatski cilindri, eksperimentalna faza razvoja),

- hidraulički (hidraulički motori, hidrauličke pumpe, hidraulički cilindri),

- SMA eng. Shape memory alloy (među molekularne sile) itd.

Roboti se mogu podijeliti:

Slika 3.1 Pogoni mobilnih robota a) električni, b) pneumatski, c) hidraulički, d) SMA

1


U TUZLI TUZLA


•Prema okolini u kojoj rade:

- kopneni ,

- vodeni,

- svemirski i

- zračni

Slika 3.2 Okoline rada mobilnih robota: a) kopneni, b) vodeni, c) svemirski i d) zračni

1


U TUZLI TUZLA


• Prema načinu kretanja:

- roboti na točkovima (dva,tri ili više točkova),

- nogama,

- krilima (robot insekti eksperimentalno područje robotike),

- perajama (imitacija kretanja riba).

Slika 3.3 Načini kretanja mobilnih robota a) točkovima, b) krilima, c) perajama i d) nogama

1


U TUZLI TUZLA


• Prema namjeni:

- autonomna vozila,

- edukacijski,

- vojni

- istraživački,

- uslužni,

Slika 3.4 Primjeri namjene mobilnih robota

a) AGV, b) edukacijski, c) vojni, d) istraživački, e) uslužni

• Prema načinu upravljanja: Autonomni i Teleoperacijski

1


U TUZLI TUZLA


Generalno, roboti se mogu podijeliti na industrijske i akademske robote, što su ujedno i

dva pravca razvoja robotike. Industrijski način razmišljanja i vođenja robota zasniva se

na skraćenici KISS (keep it simple, stupid).

Mnogi iz ove škole vjeruju da sistem vođenje zasnovana na praćenju neke fizičke

putanje radi veoma dobro i da nema potrebe da se rješavaju problemi navigacije

mobilnih robota pomoću naprednih sistema.

Praćenje putanje pomoću fizičke putanje je našlo veliku primjenu u industriji i postoji

nekoliko načina praćenja ili vođenja robota kao što su induktivno vođenje, optičko

vođenje, mehaničko vođenje itd.

Akademski princip vođenja robota zasniva se na ideji da se robot sam programira. Iako

su ljudi iz privrede protiv ovog principa jer istraživanja na ovom polju iziskuju značajna

sredstva, upravo akademski princip ima najviše značaja za razvoj robotike.

Veliki broj novina u polju robotike dolazi i iz industrije ali primat drže akademske

institucije. Akademski princip vođenja ima određen broj simpatizera među korisnicima i

u industriji. To su oni korisnici robota koji ne žele da razmišljaju kako da programiraju

robote. Takvi roboti imaju značajno veću cijenu od klasičnih robota sa fiksnom

putanjom.

1


U TUZLI TUZLA


Glavni podsistemi robota

Robot kao klasični predstavnik mehatroničkog proizvoda IV klase se sastoji iz istih

mehaničkih, električnih i informatičkih sistema kao i što se mehatronika sastoji od

spomenutih nauka. Ti podsistemi mogu se dalje klasificirati kao:

• Mehanički sistem:

- konstrukciju,

- pogon (hidraulički, pneumatski, SMA, SUS motori),

- mehanizam kretanja (višenožni, roboti na točkovima, vodeni, zračni).

• Elektronski sistem:

- energetsku elektroniku (akumulatori,tiristori, transformatori),

- upravljačku elektroniku (senzori, mikrokontroleri, PLC).

• Informatički sistem:

- upravljački sistem (upravljanje mehanizmom kretanja),

- senzorski sistem (prikupljane podataka),

- navigacioni sistem (GPS, virtualne mape).

U mehanički podsistem robota bi spadala konstrukcija koja ima zadatak da nosi ukupno

opterećenje, pogon zadužen za kretanje robota i pogon manipulatora ako ih ima, te

mehanizmi kretanja odnosno način kretanja robota kroz prostor.

1


U TUZLI TUZLA


U elektronski podsistem robota se ubraja sva energetska elektronika, zadužena za

prenos i pretvorbu električne energije, i sva upravljačka elektronika zadužena za

prikupljanje informacija o okolini kao i informacija o samom robotu.

U informacijski podsistem bi spadao sistem za prikupljanje podataka sa senzora,

upravljanje radom robota, kao i navigaciono sistem zadužen za interakciju robota sa

okolinom.Na slici 3.5 predstavljen je udio pojedinih

podsistema kod jednog robota. Sa slike se

vidi da udio mašinstva zauzima oko 31 %

cjelokupnog sistema mobilnog robota, ne

treba zaboravit da su roboti namijenjeni za

fizički rad pa i ne čudi toliko udio mašinstva

u robotskom sistemima.

Slika 3.5 Udio pojedinih sistema kod robota

Poslije mašinstva najveći udio uzima

elektronika sa 29 % posto.

Informatičke nauke zauzimaju procent od

19% i zadužene su za upravljanje sa

mehaničkim i elektroničkim komponentama.

Informatičke sisteme možemo poistovjetiti sa

procesima razmišljanja, zaključivanja,

upravljanja itd. koji se odvijaju u ljudskom

mozgu.

1


U TUZLI TUZLA


Na slici 3.6 predstavljen je dijagram koji pokazuje udio pojedinih poslova kod izgradnje

jednog robota.

Prvi korak jeste selekcija komponenti i

dizajn mehaničke konstrukcije i dizajn

softvera sa 35 % udjela u cijelom procesu.

Slika 3.6 Udio pojedinih vrsta poslova

pri izgradnji robota

Poslije odabira ide proizvodnja ili

sklapanje, odnosno montaža komponenti

sa 25% posto udjela.

Zadnji korak i najteži predstavlja faza

testiranja i otklanjana grešaka sa 40%

posto udjela.

Zadnja faza je ujedno i najteža faza jer

mnogo puta matematički model i

proračuni nisu tačni da bi mogli

vjerodostojno opisat ponašanje stvarnog

modela.

1


U TUZLI TUZLA


Na slici 3.7 je predstavljan

prošireni dijagram pod-

sistema robota. Sa dijagrama

je sasvim jasno da robotika

kao i mehatronika predstavlja

sinergiju znanja i da zahtjeva

multidisciplinarne timove,

odnosno multidisciplinarna

znanja iz nauka koje se

prepliću sa robotikom.

Slika 3.7 Mehatronički podsistemi mobilnog robota

Mehanička konstrukcija kod

mobilnih robota predstavlja

nosivi dio mobilnog robota,

odnosno oslonac za terete

koje mobilni robot prenosi,

također je zadužena da

zaštiti elektronske

komponente od mogućih

oštećenje. Mehanička

konstrukcija također diktira

dizajn mobilnog robota.

1


U TUZLI TUZLA


Aktuatori predstavljaju izvršne i pogonske organe robota. Aktuatori robota zavise od

namjene robota, te oni mogu biti električni, hidraulički, pneumatski, mehanički itd.

Električne aktuatore robota srećemo kod pogona pojedinih članova manipulatora na

robotima, također ako su roboti namijenjeni za rad u zatvorenom prostoru obavezno se

primjenjuje električni pogon.

Hidraulički i pneumatski aktuatori se susreću kod robota koji su namijenjeni za

prevoženje, podizanje i spuštanje tereta veće mase, npr AGV viljuškari.

Mehanički aktuatori kao što su SUS motori, opruge itd. češće se nalaze kod robota

namijenjenih za prevoženje teških tereta npr. kao što su projektili aviona, posebno

bombardera koji se danas obavezno pune pomoću robota jer rakete mogu težiti i do

jednu tonu.

Senzori robota predstavljaju njegovu vezu sa okolinom odnosno oči i uši robota, mogu

se jednostavno podijelit na unutrašnje i vanjske.

Unutrašnji senzori su namijenjeni za praćenje stanja robota, temperatura, položaj

aktuatora, stanje baterija itd.

Dok su vanjski senzori zaduženi za interakciju sa okolinom, određivanje položaja

mobilnog robota u prostoru itd.

Senzorika se uveliko razvila tokom prošlog stoljeća i veoma je zaslužna za napredak

robotike a i drugih nauka.

1


U TUZLI TUZLA


Računarska arhitektura je zadužena za upravljanje pojedinim elektronskim

komponentama odnosno svim akcijama robota. Računarska arhitektura daje u

kombinaciji sa inteligentnim sistemima svojstva inteligencije robotima i na taj način

povećava autonomnost robota.

Inteligentni sistemi bazirani na radu ljudskog mozga nastoje da osposobe robotske

sisteme sa atributima inteligencije kao što su: rasuđivanje, učenje, adaptivnost,

koordinacija, intuicija, kreativnost, samo organizacija itd.

Za dodavanje svojstava inteligencije robotima koristi se više alata kao što su: teorija

vjerojatnoće, jedno hipotezno uvjerenje, više hipoteznih uvjerenja, Markova

lokalizacija, Kelmanov filter, fuzzy logika itd.

Najčešći primjeri inteligentih sistema u robotici očituju se u primjeni fuzzy logike koja

proširuje izbor akcija robota sa standardnog 1 i 0 na cijeli spektar između 1 i 0.

Podsistem komunikacija čovjek-mašina ili HMI (eng. Human Machine interface)

zadužen je za pojednostavljene komunikacije između čovjeka i mašine. HMI

omogućava operatoru direktno ili preko host računara da vrši izmjene naredbi robota,

čime se značajno povećava fleksibilnost robota.

1


U TUZLI TUZLA


Navigacija robota predstavlja jedan od najvećih problema mobilne robotike. Navigacija

robota zadužena je za određivanje položaja robota u toku njegovog rada. Kako je već

spomenuto da postoje dva pravca razvoja robota (industrijski i akademski) tako postoje

i dva načina navigacije robota.

Industrijski princip navigacije zasniva se na navođenju robota bilo preko neke putanje

ili laserskih sistema.

Akademski princip navigacija daje aspekte inteligencije robotima i pušta ih da sami

odluče gdje se nalaze u prostoru.

Programski jezici striktno su vezani za arhitekturu računarskih sistema i HMI, i zaduženi

se za definisanje rada robota.

Energetska elektronika podrazumijeva sve elektronske komponente zadužene za

pretvorbu i prenos električne energije i u energetsku elektroniku spadaju transformatori,

ispravljači, pretvarači, tiristori, tranzistori, diode itd.

Upravljačkom elektronikom upravljamo programskim jezicima i računarskom

arhitekturom a ona radom robota. Pod upravljačkom elektronikom podrazumijevaju se

mikro procesori, PLC-ovi, kontroleri itd.

4 (57 _ 68 str) robotika - podsistemi

Documents