Robotski sestav. Robotski manipulator. Vsak še tako kompleksen robotski sestav lahko razbijemo na nekaj osnovnih komponent.

Transkripcija

1 Robotski sestav Vsak še tako kompleksen robotski sestav lahko razbijemo na nekaj osnovnih komponent. Obstajajo različne izvedbe/oblike in velikosti robotskih sestavov. Vir: Mitsubishi

2 Robotski sestav Robotski sestav ima 5 glavnih komponent: Sredstvo za programiranje (učna enota ali PC), Nadzorna enota, Robotski Manipulator, Prijemalo, Napajalnik

3 Robotski sestav Robotski sestav ima 5 glavnih komponent: Sredstvo za programiranje (učna enota ali PC), Nadzorna enota, Robotski Manipulator, Prijemalo, Napajalnik Vir: Mitsubishi

4 Robotski sestav Nadzorna enota / krmilnik Krmilnik koordinira vse premike mehanskega sistema Preko različnih senzorjev sprejema signale okolice in ustrezno odreagira Osrednji del mikrokrmilnika je procesor, ki sprejema signale iz senzorjev jih obdela in posreduje naprej na izhod (aktuatorji, signalizacija) Krmilnik pretvarja ukaze v ustrezno gibanje. Gibanje se prične z zaporedjem navodil imenovanih program shranjenih v pomnilnik krmilnika. Vir: Motoman

5 Robotski sestav Nadzorna enota / krmilnik Krmilnik ima tri ravni hierarhičnega nadzora. Vsaka stopnja pošilja krmilne signale en nivo nižje in povratne informacije potujejo en nivo višje. Nižje kot gremo proti aktuatorju bolj elementarni so nivoji.

6 Robotski sestav Robotski Manipulator Manipulator je sestavljen iz: - mehanskih segmentov in sklepov - aktuatorjev (el. servo motorji, pnevmatski, hidravlični cilindri) - senzorjev (hitrosti, zasuka, razdalje, pospeška, pritiska) - zavor Sklepi omogočajo gibanje medsebojnih segmentov (translacijsko, rotacijsko) ji so običajno fiksni (lahko so tudi mobilni): - pritrjeni na podstavek na tleh - visijo s stropa

7 Robotski sestav Prijemalo Zaključni segment robotskega manipulatorja (prsti robota) Na vrhu manipulatorja je lahko nameščeno: prijemalo, varilna glava, pištola za razpršilno barvanje, kirurški nož, Manipulator ima možnost, da med samim procesom preko posebnega sklopnika sam zamenjuje različna prijemala in orodja

8 Robotski sestav Prijemalo Delitev prijemal: - po vrsti medija oziroma načinu ustvarjanja sile (pnevmatski, hidravlični in električni pogon) - po načinu odpiranja (vzporedna, kotna) - po številu prstov (dvoprstna, večprstna) - po velikosti sile oziroma hoda (miniaturna prijemala, univerzalna prijemala ter prijemala za velike sile in hode) - po namenu uporabe: - prijemala s prsti - p. za posebne namene (dvojno p., načelu razširjanja, vzmetni prsti) - vakumska prijemala, - magnetna prijemala, - perforacijska prijemala, - adhezivna prijemala

9 Robotski sestav Zapestje Naloga: zasukati predmet v poljubno orientacijo. Sklepi zapestja so vselej rotacijski. Segmenti zapestja morajo biti čim krajši. Pri zapestjih se vse tri osi vrtenja sekajo (zagotovimo analitičen izračun notranjih spremenljivk robota iz znane lege prijemala) V primerih uporabe robota, ko ne potrebujemo vseh šestih prostostnih stopenj ima lahko robotsko zapestje le dve ali celo eno samo rotacijsko prostostno stopnjo

10 Robotski sestav Napajalnik Zagotavlja energijo za pogon krmilnika in aktuatorjev Pretvorba AC/DC, kompresor, Tri vrste energije za pogon manipulatorjev: električna, pnevmatska, hidravlična Orodje za programiranje Naprava omogoča učenje manipulatorja na podlagi pomikov Hramba koordinat vrha prijemališča manipulatorja v pomnilnik Uporaba programskih orodij - simulatorjev (testiranje, popravki programske kode, dopolnitev programske kode, ) Vir: Motoman

11 Prostostne stopnje Čeprav roboti imajo določeno spretnost je ne moremo primerjati s človeško Premik človeške roke nadzoruje 35 mišic in 27 kosti. Petnajst mišic se nahaja v podlaketu. Razporeditev mišic v roki zagotavlja veliko moč prstov in palca za prijemanje predmetov. Vsak prst lahko deluje samostojno ali skupaj s palcem (omogoča roki izvedbo veliko zapletenih in kočljivih opravil)

12 Prostostne stopnje Prostostna stopnja (angl. Degree Of Freedom - DOF) označuje geometrijo načina spreminjanja odnosa med dvema segmentoma glede na osi sklepa, ne da bi upoštevali čas. Dva segmenta sta preko sklepa povezana s svojo določeno kinematiko in v robotiki jima pravimo tudi kinematični par (večje zaporedje kinematičnih parov imenujemo kinematična veriga). Masni delec, ki se giblje po premici (neskončno majhna kroglica na žici), je sistem z eno stopnjo prostosti. Nihalo s togo pritrditvijo, ki se giblje v ravnini, je prav tako sistem z eno prostostno stopnjo. V prvem primeru opišemo položaj delca z razdaljo, v drugem pa s kotom zasuka

13 Prostostne stopnje Masni delec, ki se giblje v ravnini, ima dve prostostni stopnji. Položaj delca lahko opišemo s kartezičnima koordinatama x in y. Dvojno nihalo s togima segmentoma, ki niha v ravnini, je tudi sistem z dvema prostostnima stopnjama. Položaj delca opišemo z dvema kotoma. Masni delec, ki se giblje v prostoru, ima tri prostostne stopnje. Običajno za njegov opis uporabljamo pravokotne koordinate x, y in z. Primer preprostega mehanskega sistema s tremi prostostnimi stopnjami je tudi dvojno nihalo, kjer je prvi segment raztegljiva vzmet, medtem ko drugi segment predstavlja toga palica. Tudi sedaj nihalo niha v ravnini.

14 Prostostne stopnje Najpreprostejše togo telo je sestavljeno iz treh masnih delcev. Gibanje vzdolž premice imenujemo translacija. Gibanje po krožnici imenujemo rotacija. Togo telo ima 6 prostostnih stopenj: tri translacije in tri rotacije. Prve tri določajo pozicijo telesa, druge tri pa njegovo orientacijo. Pozicijo in orientacijo z eno besedo imenujemo lega togega telesa.

15 Prostostne stopnje Za opis poljubne lege (pozicija 3 x translacija in orientacija 3 x rotacija) telesa v evklidskem prostoru (XYZ) je torej potrebnih 6 spremenljivk. Robotska roka (3 DOF) Zapestje (3 DOF)

16 Sestav sestavljajo robotska roka, zapestje in prijemalo. Naloga manipulatorja: postavitev telesa v prijemalu v poljubno lego (potrebnih 6 DOF) Naloga robotske roke: omogočitev želene pozicije vrha robota v prostoru. Naloga robotskega zapestja: pravilna orientacija telesa v prijemalu Robotska roka je serijska veriga treh togih teles, ki jih imenujemo segmenti robotskega mehanizma. Dva sosedna segmenta robotskega manipulatorja povezuje robotski sklep. Sklep zmanjša število prostostnih stopenj med segmentoma. Robotski sklepi imajo eno samo prostostno stopnjo in so lahko translacijski ali rotacijski. Neredundanten robotski manipulator ima največ 6 prostostnih stopenj (lažje upravljanje in reševanje dinamike kot pri redundantnih). Redundanten robotski manipulator ima več kot 6 prostostnih stopenj. (Točko v prostoru dosežemo na neskončno različnih načinov).

17 Kinematika Kinematika je del mehanike, ki se ukvarja z gibanjem, ne da bi se zanimala za sile, ki so to gibanje povzročile. Gibanje opišemo s potjo, hitrostjo in pospeškom. Dinamika je tisti del mehanike, ki se zanima za sile in navore, ki so povzročili gibanje mehanizma. Uporaba: modeliranje rob. meh. pri regulaciji robotov (navori motorjev -> regulacija). V robotiki nas predvsem zanimata pot in hitrost. Oba parametra merimo s senzorji v sklepih robotov. V sklepih robota merimo pot kot zasuk rotacijskega sklepa ali razdaljo translacijskega sklepa.

18 Kinematika Spremenljivke v sklepih imenujemo tudi notranje koordinate robotskega mehanizma. Pozicijo in orientacijo zadnjega segmenta robota (lego) opisujejo zunanje koordinate. Direktna kinematika se ukvarja z računanjem položaja končne točke (vrha) manipulatorja iz notranjih koordinat manipulatorja. Inverzna kinematika določa notranje koordinate iz znanega položaja vrha manipulatorja. Diferencialna kinematika opis relacij med hitrostjo lege prijemala in hitrostjo (linearna in kotna hitrost) sklepov. Singularnost - položaj in orientacija vrha robotskega manipulatorja dosežena z več rešitvami notranjih koordinat.

19 Zunanje in notranje koordinate

20 Zunanje in notranje koordinate Večinoma lahko pri robotih zunanje spremenljivke izražamo relativno glede na specifični izbrani koordinatni sistem.

21 Zunanje in notranje koordinate

22 Zunanje in notranje koordinate JOINT jog operation XYZ jog operation

23 Zunanje in notranje koordinate TOOL jog operation 3-axis XYZ jog operation

24 Zunanje in notranje koordinate CYLINDER jog operation WORK jog operation