roboty a manipulátory Úvod ram
DESCRIPTION
Katedra elektrotechniky a automatizace Technická fakulta, ČZU v Praze Miloslav Linda Michal Růžička Vladislav Bezouška. Roboty a manipulátory Úvod RaM. PRaM. Zápočet a zkouška. Semestrální projekt Složení zkoušky. Cíle předmětu. Seznámení s principy a činností RaM a PRaM - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/1.jpg)
Katedra elektrotechniky a automatizace
Technická fakulta, ČZU v Praze
Miloslav LindaMichal Růžička
Vladislav Bezouška
Roboty a manipulátory
Úvod RaM
![Page 2: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/2.jpg)
PRaM
![Page 3: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/3.jpg)
Zápočet a zkouška
Semestrální projekt Složení zkoušky
![Page 4: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/4.jpg)
Cíle předmětu
Seznámení s principy a činností RaM a PRaM
Rozbor jednotlivých částí systémů a subsystémů
Ukázka aplikací
![Page 5: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/5.jpg)
Obsah přednášky
Historie oboru Základní pojmy Vývoj robotiky Klasifikace robotů Příklady nasazení
![Page 6: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/6.jpg)
Historie oboru
Roboty jsou relativně novým druhem strojů, průmyslově využitelné prototypy vznikly v období let 1959 – 1961
Zaznamenaly rychlý rozvoj Klasické stroje a zařízení měly za
sebou mnohaleté vývojové stupně Robotika je ovšem spojení několika
vědních oborů
![Page 7: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/7.jpg)
Základní pojmy
Nejednotnost základních pojmů v oboru nutí k promýšlení každé definice
Vlivem je spojení mnoha vědních oborů a prolínání jednotlivé terminologie
Objektivnější z hlediska terminologií bývají oborové asociace
![Page 8: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/8.jpg)
Základní pojmy
Websterův slovník uvádí „robot je antropomorfní mechanická bytost
postavená na rutinní manuální práci pro lidské bytosti“
Robotics Institute of America zavádí „robot je reprogramovatelný multifunkční
manipulátor navržený pro přenášení materiálu, součástí, nástrojů, nebo specializovaných zařízení, pomocí variabilně programovatelných pohybů k provádění různých úkolů“
![Page 9: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/9.jpg)
Základní pojmy
Australian Robotics and Automation Association vyjadřuje charakteristiky oboru Umožňují nějakou formu mobility Může být naprogramován k velmi
variabilním úkolům Po naprogramování již pracuje v
automatickém režimu
![Page 10: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/10.jpg)
Základní pojmy
Slovo "robot" bylo historicky poprvé použito v roce 1920 ve hře R.U.R - Rossum's Universal Robots Karla Čapka
V technické praxi má v současné době smysl místo obecného pojmu robot využívat a definovat pojem průmyslový robot, případně servisní robot, které jsou dnes již běžně zaváděny a aplikovány v praxi
![Page 11: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/11.jpg)
Základní pojmy
Monografie Noff: Handbook of Industrial Robots uvádí „Průmyslový robot je mechanické
zařízení, které může být naprogramováno pro vykonávání různých úkolů manipulačních a pohybových, při automatickém řízení“
![Page 12: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/12.jpg)
Základní pojmy
International Organisation for Standardisation (ISO) zavedla definici pro roboty činné ve výrobě „Průmyslový robot (PR) je automaticky
řízený, reprogramovatelný, víceúčelový manipulační stroj, stacionární nebo umístěný na pojezdu, určený k použití v průmyslové automatizaci.“
![Page 13: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/13.jpg)
Základní pojmy
Historicky dříve než robot byl využíván k manipulačním účelům ve strojírenské výrobě manipulátor
Uvádí se také,že jde o zařízení s nulovou úrovní inteligence, zpravidla pracující v cyklickém režimu
Pojem manipulátor má i dnes tento význam.
![Page 14: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/14.jpg)
Základní pojmy
Manipulátor má ještě jeden význam – používá se ve spojení manipulátor robotu zde se jedná o mechanickou část robotu
(nebo také mechanický subsystém robotu, nadále zde označovaný jako akční subsystém).
![Page 15: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/15.jpg)
Základní pojmy
Servisní robot (SR) – je aplikace robotických systémů, zaměřená k dosažení vysoké úrovně flexibility, adaptivity, bezpečnosti a účinnosti v humánním (ve smyslu – zabydleném lidmi) prostředí.
![Page 16: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/16.jpg)
Základní pojmy
Mechatronika – pojem mechatronika se v tuzemsku začal vyskytovat asi od r. 1985.
Tehdy se objevoval téměř výhradně v publikacích japonských autorů
![Page 17: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/17.jpg)
Základní pojmy
V souladu s názory japonských odborníků (nejen) můžeme tvrdit, že robotizované systémy jsou typickými produkty mechatroniky a tudíž výuka příslušných specialistů, i když jistě ne v nejobecnějším pojetí, je výukou mechatroniky. V plném slova smyslu mechatronickými systémy jsou i současné výrobní stroje a stále více dalších produktů dříve čistě strojírenského charakteru.
![Page 18: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/18.jpg)
Robotika
Teoretická řeší otázky teoretické, koncepční, umělé
inteligence, senzoriky, navigace, simulace, virtuálního protypingu, aj.
Technická označovaná také jako robototechnika, zahrnující
výzkum (aplikační a průmyslový) a vývoj jednotlivých subsystémů robotů, výpočty, metody jejich návrhu, konstrukční problematiku, provoz a údržbu, aj.
![Page 19: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/19.jpg)
Robotika
Aplikační označovanou také jako
robototechnologie, řeší problematiku nasazování průmyslových robotů ve výrobních systémech a jejich efektivnosti, projektování těchto systémů s PR, periferie robotizovaných pracovišť, programováním robotů, aj.
![Page 20: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/20.jpg)
Robotika
Robotizované pracoviště (RP) je účelové seskupení výrobních zařízení
a jednoho či více průmyslových robotů (PR), které autonomně, v automatickém pracovním cyklu vykonává manipulační (RMP) a (nebo) technologické (RTP) operace daného výrobního procesu.
![Page 21: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/21.jpg)
Historie a vývoj robotiky
Dějiny lidstva jsou i dějinami úsilí člověka o znásobení jeho možností, zlepšení životních podmínek a uspokojení životních potřeb. Cesta k tomuto cíli nejspolehlivěji vede přes rozvoj výroby.
![Page 22: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/22.jpg)
Historie a vývoj robotiky
Významný krok v tomto smyslu je spojen se jmény Taylor a Ford. Henry Ford jako první na světě založil pásovou výrobu automobilů (1910)
F.W.Taylor, zakladatel tzv."vědeckého řízení" se mimo jiné zabýval normováním práce a rozkladem složitých činností pracovníků ve výrobě až na jednotlivé úkony a pohyby ruky
![Page 23: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/23.jpg)
Historie a vývoj robotiky
U vývoje prvního průmyslového robotu byli američtí inženýři Georg Devol a Joseph Engelberger, kteří začali spolupracovat na jeho vývoji od roku 1956
Roboty byly nasazeny jako náhrada pracovníků, obsluhujících stroje pro lití pod tlakem, pro uvolnění žhavých a těžkých odlitků z formy.
![Page 24: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/24.jpg)
Historie a vývoj robotiky
Robot měl sférickou kinematickou koncepci v polohovacím ústrojí a jeho konstruktéři velmi rozumně obešli problémy s elektropohony použitím hydropohonů, které vyhověly jak z hlediska potřebných výkonů, tak i požadavků na řízení.
![Page 25: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/25.jpg)
Historie a vývoj robotiky
Nárůst počtu robotů 1972 – 1984, do r. 2000
![Page 26: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/26.jpg)
Klasifikace robotů
Podle stupňů volnosti Podle kinematické struktury Podle použitých pohonů Podle geometrie pracovního prostoru Podle pohybových charakteristik Podle způsobu řízení Podle způsobu programování
![Page 27: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/27.jpg)
Z hlediska řízení a programování
Manipulátor Jednoúčelový manipulátor, manipulátor s pevným
programmem Synchronní manipulátor
Člověk ve smyčce, man on line, master-slave Robot
Manipulátor s pružným programem Adaptivní robot
Robot reaguje na změny pracovní scény Kognitivní robot
Robot s určitou mírou inteligence
![Page 28: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/28.jpg)
Počet stupňů volnosti
Univerzální robot Se 6 stupni volnosti, jednoznačně vymezující v
kartézském souřadném systému Redundantní robot
S více než 6 stupni volnosti, větší volnost k odcházení překážek, pohyb ve stísněném prostoru
Deficitní robot S méně než 6 stupni volnosti (SCARA), se 3-4
stupni volnosti, montáž v rovině
![Page 29: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/29.jpg)
Kinematická struktura
Sériové roboty S otevřeným kinematickým řetězcem
Paralelní roboty S uzavřeným kinematickým řetězcem
Hybridní roboty Kombinující oba typy řetězců
![Page 30: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/30.jpg)
Kinematická struktura
![Page 31: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/31.jpg)
Druhy pohonů
Elektrické Hydraulické Pneumatické
V současnosti početně jednoznačně převažují konstrukce PRaM s elektrickými pohony. Pokud jsou požadovány vysoké nosnosti používají se hydraulické pohony a pro vysoké rychlosti pneumatické pohony.
![Page 32: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/32.jpg)
Podle vykonávané činnosti
Průmyslové roboty Užívané při činnostech s výrobou
různých produktů Servisní roboty
Užívané při obslužných činnostech, v průmyslu nebo službách
![Page 33: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/33.jpg)
Servisní robot
![Page 34: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/34.jpg)
Geometrie pracovního prostoru
Kartézská Cylindrická Sférická Angulární SCARA
![Page 35: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/35.jpg)
Kompaktnost konstrukce
Univerzální Univerzalitu zde chápeme jednak z hlediska
možného nasazení pro velkou třídu úloh Modulární
Modulárnost je založena na takovém konstrukčním řešení, kdy každá polohovací jednotka je samostatně zcela funkční a pomocí vyráběných sad typorozměrových polohovacích jednotek lze složit strukturu
![Page 36: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/36.jpg)
Modulární konstrukce
![Page 37: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/37.jpg)
Generace robotů
Nultá generace manipulátory a roboty zpravidla bez zpětné
vazby, kdy veškeré poruchy či změny ve sledované oblasti (signalizované čidly) vedou k nedovolení dalšího kroku a centrálního odpojení systému od přívodu energie
První generace roboty s jednoduchou zpětnou vazbou, schopné
přepínání několika podprogramů (předem vytvořených člověkem) a práce podle nich
![Page 38: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/38.jpg)
Generace robotů
Druhá generace roboty se schopností optimalizace, tj. schopností
vybírat z předem zadaných programů ten optimální, podle zadaného kriteria optimalizace
Třetí generace roboty jež jsou schopné samostatné tvorby
programu, neboť se dokáží učit z nabytých zkušeností. Zde se předem zadává pouze cíl činnosti (úkol), přičemž způsob jeho splnění je ponechán na inteligenci řídicího systému
![Page 39: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/39.jpg)
Generace robotů
Čtvrtá generace autonomními roboty se sociálním
chováním, které se chovají podobně jako člověk, tedy samostatně si volí i cíl práce.
![Page 40: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/40.jpg)
Generace robotů
Adaptivní roboty Počínaje prvou generací se začínaly uplatňovat tzv.
adaptivní (adaptabilní) roboty, které se (díky zabudované zpětné vazbě a vyšší inteligenci řídicího systému) dokáží přizpůsobovat změně okolí. To znamená, že reagují na změnu sledovaných parametrů a automatickou změnou svého chování sledované veličiny vracejí do původního stavu. Např. zjištěné stoupání teploty chladicí kapaliny eliminují otevřením cesty do chladiče, zjištěné stoupání tlaku mimo nastavené tolerance vyrovnávají otevřením obtokových či redukčních ventilů apod.
Typickými adaptivními roboty jsou např. roboty pro svařování elektrickým obloukem, které dovedou sledovat svařovanou spáru a v případě jejích nepřesností opravují naprogramovaný chod hořáku tak, aby ze spáry nevybočil.
![Page 41: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/41.jpg)
Generace robotů
Kognitivní roboty Přívlastek "kognitivní" (z latinského kognitio, tj. poznávání
smyslem či rozumem) je používán rovněž v psychologii, a označuje souhrnně řadu typů poznávací činnosti: vnímání, představivost, paměť, chápavost, usuzování a uvažování, nikoliv však citové a volní jednání.
Značný kvalitativní skok od běžných robotů ke kognitivním by mohl být charakterizován takto: kognitivnímu robotu je zadán pouze cíl činnosti, plán k jeho dosažení si jeho řídicí systém musí vytvořit sám. Úkolem je tedy vytvoření plánu k dosažení cíle a jeho následná realizace. Tyto dvě fáze mohou probíhat odděleně, ale mohou se též prolínat, kdy plánování je ovlivňováno zkušenostmi, získanými při realizaci.
![Page 42: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/42.jpg)
Generace robotů
Konativní roboty Zatím nejvyšší předpokládanou generací jsou roboty
konativní (z latinského konatus, tj. snaha, úsilí), charakterizované samostatnou volbou cíle.
V současné době konativní roboty nejsou realizovány, je to pouze předpoklad - prognóza dalšího vývoje, který pravděpodobně spěje k vývoji robotů se sociálním chováním, tj. robotů, jejichž chování bude velmi podobné (až identické) s chováním člověka. To znamená, že řídicímu systému nebude nutné zadávat ani cíl jeho práce, neboť konativní robot, zařazený do určitého pracovního procesu si bude sám uvědomovat a plánovat, co je v daném okamžiku potřeba udělat.
![Page 43: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/43.jpg)
Mobilní roboty Mobilita je specifickou vlastností, která se může
vyskytovat u všech druhů robotů a je realizována podvozkem nebo jiným systémem, který umožňuje pohyb robotu (např. kráčející roboty apod.).
Roboty nulté a první generace se jako mobilní nekonstruují; pouze tam, kde je potřeba krátkého pohybu, se přidává jeden stupeň volnosti v podobě pojíždění po pevně stanovené dráze (např. kolejnice) kolem obsluhovaných strojů nebo nad nimi. Naproti tomu u kognitivních robotů mobilita bývá velmi častá, neboť pohyb robotu po určité ploše je většinou nezbytný.
![Page 44: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/44.jpg)
Závěr
Definice a základní dělení Možnosti řešení Generace robotů
![Page 45: Roboty a manipulátory Úvod RaM](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062221/56814881550346895db59054/html5/thumbnails/45.jpg)
Děkuji za pozornost