M10 Robotika ucebnice CZ - tu- · PDF file2 Robotika – Učebnice Minos++ Velký rozvoj přírodních věd dával dokonalejší prostředky do rukou stavitelů automatů. Poznatky

Mechatronika Modul 10: Robotika Učebnice (koncept) Doc. Ing. Petr Blecha, Ph.D. Prof. Ing. Zdenêk Kolíbal, CSc. Doc. Dr. Ing. Radek Knoflícek Ing. Aleš Pochylý Ing. Tomaš Kubela Radim Blecha Doc. RNDr. Ing. Tomás Březina, CSc. Vysoké učení technické v Brně Česká republika Evropský koncept pro doplňkovou kvalifikaci mechatronik odborných procovníků v globalizované průmyslové výorbě. EU – Projekt č. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS++“, platnost od 2008 do 2010 Tento projekt byl realizován za finanční podpory Evropské unie. Za obsah publikací (sdělení ) odpovídá výlučně autor. Publikace (sdělení) nereprezentují názory Evropské komise a Evropská komise neodpovídá za použití informací, jež jsou jejich obsahem. www.minos-mechatronic.eu

Partneři pro provádění, hodnocení a šíření výsledků projektů MINOS a MINOS**.

- Chemnitz University of Technology, Institute for Machine Tools and Production

Processes, Germany - np – neugebauer und partner OhG, Germany - Henschke Consulting, Germany - Corvinus University of Budapest, Hungary - Wroclaw University of Technology, Poland - IMH, Machine Tool Institute, Spain - Brno University of Technology, Czech Republic - CICmargune, Spain - University of Naples Federico II, Italy - Unis a.s. company, Czech Republic - Blumenbecker Prag s.r.o., Czech Republic - Tower Automotive Sud S.r.l., Italy - Bildungs-Werkstatt Chemnitz gGmbH, Germany - Verbundinitiative Maschinenbau Sachsen VEMAS, Germany - Euroregionala IHK, Poland - Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen - Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Poland - Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Hungary - Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Hungary - Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Hungary - Christian Stöhr Unternehmensberatung, Germany - Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Sweden

Obsah studijních podkladů

Minos: moduly 1 – 8 (učebnice, cvičebnice a klíč ke cvičením) zahrnující: základy /

interkulturní kompetence, projektový management / fluidní techniku / elektrické pohony a řízení/ mechatronické komponenty / mechatronické systémy a funkce / uvedení do provozu, bezpečnost, vzdálený servis / dálková údržbu a diagnostiku. Minos **: moduly 9 – 12 (učebnice, cvičebnice a klíč ke cvičením) zahrnující: rychlé

vytváření prototypů / robotiku / migraci / rozhraní. Všechny moduly jsou dostupné v následujících jazycích: němčina, angličtina, španělština, italština, polština, čeština a maďarština.

Pro více informací prosím kontaktujte: Technical University Chemnitz Dr. Ing. Andreas Hirsch Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz Tel.: + 49(0)0371 531-23500 Fax.: + 49(0)0371 531-23509 Email: [email protected]

Internet: www.tu-chemnitz.de/mb/WerkzMasch www.minos-mechatronic.eu

3

Robotika – Učebnice Minos++

OBSAH

1. HISTORIE, VÝVOJ A DEFINICE ROBOTŮ ..................................................................... 1 1.1. OD MECHANICKÝCH PÍSAŘŮ K ROBOTŮM ............................................................... 1 1.2. DEFINICE ROBOTŮ ....................................................................................................... 4

2. STAVBA PRŮMYSLOVÝCH ROBOTŮ A MANIPULÁTORŮ ......................................... 6 2.1. KINEMATICKÁ STRUKTURA PRAM ............................................................................. 6

2.1.1. Akční systém stacionárních PRaM .................................................................................. 6 2.1.2. Kinematické dvojice v konstrukci PRaM .......................................................................... 7 2.1.3. Problematika přesnosti polohování základních typů PRaM .......................................... 14 2.1.4. Průmyslové roboty s paralelní kinematikou ................................................................... 16 2.1.5. Automatické dopravní vozíky – ADV (Automatic guide vehicle-AGV) ........................... 17

2.2. PŘÍKLADY TYPICKÝCH PŘEDSTAVITELŮ PRaM Z HLEDISKA KONSTRUKČNÍHO18 2.2.1. Základní typy průmyslových robotů ............................................................................... 18 2.2.2. Odvozené typy průmyslových robotů ............................................................................ 20 2.2.3. Typy PRaM z odvozených spojení kinematických dvojic .............................................. 22

3. KONCOVÉ EFEKTORY ................................................................................................. 24 3.1. Účel a rozdělení koncových efektorů ............................................................................ 24 3.2. Technologické výstupní hlavice .................................................................................... 24 3.3. Manipulační výstupní hlavice – chapadla ...................................................................... 25

3.3.1. Kombinované výstupní hlavice ...................................................................................... 34 3.3.2. Speciální výstupní hlavice ............................................................................................. 35 3.3.3. Síly, působící na uchopené předměty při pohybu robotu .............................................. 36 3.3.4. Automatická výměna koncových efektorů ..................................................................... 39

3.4. PERIFERNÍ ZAŘÍZENÍ K PRaM ................................................................................... 40 3.4.1. Úvod, rozdělení, účel použití ......................................................................................... 40 3.4.2. Rozdělení PZ podle funkce ........................................................................................... 41 3.4.3. Rozdělení PZ podle charakteristické konstrukce .......................................................... 42 3.4.4. Rozdělení PZ podle umístění v robotizovaném pracovišti ............................................ 48

4. Robotizovaná pracoviště ............................................................................................. 51 4.1. Základní prvky robotizovaného pracoviště .................................................................... 51 4.2. Řízení pracoviště .......................................................................................................... 53 4.3. Typy robotizovaných pracovišť ..................................................................................... 56

4.3.1. Svařovací ....................................................................................................................... 56 4.3.2. Manipulační ................................................................................................................... 58 4.3.3. Nanášení barev ............................................................................................................. 60 4.3.4. Technologické operace ................................................................................................. 62

5. Programování průmyslových robotů .......................................................................... 66 5.1. Úvod .............................................................................................................................. 66 5.2. Online programování..................................................................................................... 66

5.2.1. Uživatelské rozhraní - teach-pendanty .......................................................................... 67 5.2.2. 6 DOF průmyslový robot ................................................................................................ 69 5.2.3. Hlavní typy pohybů ........................................................................................................ 72 5.2.4. Aproximace pohybů ....................................................................................................... 74 5.2.5. Základní přehled instrukcí pro roboty ABB .................................................................... 76 5.2.6. Základní přehled instrukcí pro roboty KUKA ................................................................. 77 5.2.7. Případová studie: Paletizační úloha .............................................................................. 78

5.3. Off-line programování ................................................................................................... 81

4


6. BEZPEČNOST ROBOTIZOVANÝCH PRACOVIŠŤ ...................................................... 83 6.1. Základní termíny a definice ........................................................................................... 83 6.2. Požadavky na konstrukci robotu ................................................................................... 84

6.2.1. Silové hnací komponenty .............................................................................................. 84 6.2.2. Výpadek nebo kolísání napájení ................................................................................... 84 6.2.3. Napájecí zdroje .............................................................................................................. 85 6.2.4. Skrytá energie ................................................................................................................ 85 6.2.5. Elektromagnetická kompatibilita (EMC) ........................................................................ 85 6.2.6. Elektrické zařízení ......................................................................................................... 85 6.2.7. Ovládací prvky ............................................................................................................... 85

6.3. Požadavky na bezpečnostní části řídicích systémů ...................................................... 85 6.3.1. Funkce nouzového zastavení ........................................................................................ 86 6.3.2. Bezpečnostní zastavení ................................................................................................ 86 6.3.3. Redukovaná rychlosti .................................................................................................... 86 6.3.4. Pracovní režimy ............................................................................................................. 87 6.3.5. Řízení pomocí ručního ovládacího panelu .................................................................... 87 6.3.6. Požadavky na provozní spolupráci ................................................................................ 88

6.4. Popis kategorií bezpečnostních částí řídicích systémů ................................................. 88 6.4.1. Kategorie B .................................................................................................................... 88 6.4.2. Kategorie 1 .................................................................................................................... 89 6.4.3. Kategorie 2 .................................................................................................................... 90 6.4.4. Kategorie 3 .................................................................................................................... 90 6.4.5. Kategorie 4 .................................................................................................................... 91

6.5. Bezpečnostní ochranná zařízení ................................................................................... 92 6.5.1. Zařízení nouzového zastavení (Emergency stop device) ............................................. 92 6.5.2. Bezpečnostní světelné závory (Safety Ligt Curtain) ..................................................... 93 6.5.3. Bezpečnostní laserový scanner ..................................................................................... 94 6.5.4. Pevné zábrany ............................................................................................................... 95 6.5.5. Bezpečnostní dveřní snímače ....................................................................................... 96 6.5.6. Nášlapné rohože ............................................................................................................ 97

6.6. Příklad zabezpečení robotizovaného pracoviště ........................................................... 97

7. Použitá literatura .......................................................................................................... 98

1


1. HISTORIE, VÝVOJ A DEFINICE ROBOTŮ

1.1. OD MECHANICKÝCH PÍSAŘŮ K ROBOTŮM Snahy zapojit stroje podobné člověku nebo živým organismům do služeb člověka jsou téměř tak staré jako lidská kultura. Historie konstrukce pohyblivých figurín sahá až do období antiky a byzancie. Už Homér ve své Illiadě hovořil o tom, že Hefaistos, jeden z bohů na Olympu, zaměstnával ve svém domě služky vykované z čistého zlata. V r. 400-365 p. n. l. Archytus vytvořil model dřevěného holuba. Holub údajně obsahoval ve svých útrobách malý balón. Herón Alexandrijský, proslulý mechanik a stavitel figurín, poháněných párou1 a silou, vyvozenou tepelnou roztažností různých látek, např.rtuti), konstruktér samočinných jevištních zařízení, mechanismů, otevírajících brány chrámů apod. K pohonu využíval páru a zahřátý vzduch. Příkladem je zařízení oltáře, znázorněné na Obr. 1-1a. Při rozdělání ohně na oltáři se zahřeje voda v nádobě A, unikající pára tlačí na hladinu vody ve spodní části oltáře, provedeného jako nádrž. Voda je vytlačována trubkami L do nádobek, které drží sochy v rukách. Po naplnění nádobek se ruce skloní a vytékající voda z nádobek uhasí oheň na oltáři.

Obr. 1-1 Příklady historických automatů a. Příklad antického oltáře s figurínami, které samočinně vylévají vodu na obětní oheň b. Mechanický automat Jacquete Droze c. Hosogavův mechanický automat V historii automatů nemohl chybět ani geniální umělec a technik Leonardo da Vinci (1452-1519). Pro uvítání krále Ludvíka XII. v Miláně sestrojil mechanického lva, který kráčel k jeho trůnu a zdvihnutím tlapy pozdravil krále. S biorobotikou souvisí více vynikajících mechanických konstrukcí umělých lidí realizované v 18. století. Okolo r. 1738 francouzský mechanik Jacques de Vaucanson sestrojil skutečně fungující robot – flétnistu, který dokázal zahrát 12 skladeb. Zvuk vyluzoval obyčejným vydechnutím vzduchu přes ústa do hlavního otvoru flétny a tóny měnil přikládáním prstů na ostatní otvory nástroje. V r. 1772 Jacquet Droz zkonstruoval automat s podobou dítěte (viz Obr. 1-1b), který psal pasáže textu skutečným perem, byl řízený vačkami a poháněný pružinami. V r. 1796 Hosogawa z Japonska zkonstruoval další známý automat - chlapce nosícího čaj (viz Obr. 1-1c). 1 Viz známý fyzikální pokus: „Herónova baňka“

2


Velký rozvoj přírodních věd dával dokonalejší prostředky do rukou stavitelů automatů. Poznatky z akustiky umožňovaly konstrukce mechanismů, vydávajících jednoduché zvuky, například samočinné hrající hudební nástroje a mluvící figuríny. V období po první světové válce roboty nesměly chybět na žádné zajímavější výstavě o technice. Měly podobu zbrojnošů, pohybovaly rukama a odpovídaly na jednoduché otázky hlasem reprodukovaným z gramofonové desky. Roboty dostaly elektrický pohon, který bylo možné řídit inteligentněji než páčky, vačky a pružiny. Např. robot TELEVOX, zkonstruovaný v r. 1927 Angličanem R. J. Wenslym dokázal na zapísknutí zdvihnout telefonní sluchátko a ozvat se lidským hlasem Američan Whitman zase sestrojil „radiočlověka“ OCCULTA. Tento byl určený na bojové účely, měl ničit ostatní zátarasy a překonávat některé vojenské překážky. Slovo "robot" je postaveno na staroslovanském základu "-rob-", od kterého je též odvozena slova "robota", majícího v češtině význam těžké až nepříjemně unavující práce, dále slovo "robit", ale i slova "výroba", "obrábět" a pod. Geniální český spisovatel Karel Čapek použil tohoto slova k označení uměle vytvořených bytostí ve svém dramatu "R.U.R." z roku 1920. Výraz "R.U.R." znamená: "Rossum´s Universal Robots", tedy: "Rossumovi universální Roboti", volně pak přeloženo: "Universální Roboti pana Rozuma (přesněji Mozku či Intelektu)". Karel Čapek své Roboty nazýval původně "Laboři" (chtěl zřejmě jednoznačně využít latinského „labore“, potažmo anglického slova: labour = těžká, nebo alespoň plně zaměstnávající práce) a použití slova "robot" mu poradil jeho bratr malíř Josef Čapek. Nicméně je skutečností, že od roku 1921, kdy bylo Čapkovo dílo R.U.R. poprvé uvedeno, se jeho popularita velmi rychle rozšířila po celém světě a s ní i toto české slovo "robot". Například v Japonsku se děti ve školách učí, že slovo „robot“ je českého původu. Od té doby se však začalo tímto slovem označovat jakékoli automatické i mechanizační zařízení a to od kuchyňských strojků až po automatické piloty. Nechyběla, v průběhu historie se v podstatě opakující, i celá řada pokusů o umělé konstrukce člověku se podobajících zařízení, zejména na mechanickém principu. Dlužno podotknout, že tento princip byl Karlu Čapkovi cizí; jeho "Roboti" byli koncipováni pouze na biochemické bázi. My však počítáme roboty, zejména ty průmyslové, mezi neživé stroje a proto je také podle neživotného vzoru „hrad“ skloňujeme. V průmyslové výrobě se široce využívané stroje, které plní určité funkce za člověka, obvykle nenazývají roboty, ale automaty. To je dáno především tím, že tyto automaty jednak svým vzhledem velmi málo člověka připomínají a jednak je jejich funkce většinou poměrně úzce specializovaná (autooperátory, jednoúčelové manipulátory). Na Obr. 1-3 je znázorněn historický vývoj výrobních strojů a robotů. Přestože vývoj výrobních strojů započal mnohem dříve, je zde za výchozí období zvolen přelom XV. a XVI.století. Můžeme sledovat skutečný vývoj výrobních strojů s jejich postupným zlepšováním a mechanizací a současně sledovat fiktivní představy o umělé bytosti (Golem) směrem k Čapkovým robotům z R.U.R. Společný osud spojuje tyto dva proudy vynález číslicového řízení (NC – Numerical Control) v polovině XX. století. NC výrobní stroje spolu s manipulátory, obdařenými NC – průmyslovými roboty - začaly realizovat představy o automatické výrobě. V roce 1961 totiž přišla americká firma AMF (American Machine and Foundry Corporation) na trh s mnohoúčelovým automatem pod názvem "Průmyslový robot VERSATRAN" (VERSAtile TRANsfer), který zastává funkci člověka u výrobního stroje, avšak nemá jeho podobu a pak již vývoj nabral neuvěřitelné obrátky. Symbióza průmyslových robotů a NC výrobních strojů na přelomu XX. a XXI. století umožnila vznik plně automatizovaných továren, jakou provozuje na příklad japonská firma FANUC. Jiné průmyslové roboty směřovaly do nestrojírenských aplikací včetně zemědělství. V červeně orámované části

3


obrázku č. Obr. 1-3 jsou znázorněna některá typická provedení průmyslových robotů. Ten vlevo je programován bezprostředním učením, tedy tak, že jej programátor původně v režimu „TEACH“ vede po požadované dráze, která se nahraje do řídícího systému a po aktivování nahraného programu robot naučenou činnost v režimu „REPEAT“ neúnavně opakuje. Uplatnění takového robotu je zejména při průběžném svařování po požadované dráze, nebo při nanášení nátěrových či ochranných hmot. Ten vpravo je programován zprostředkovaně pomocí programovacího panelu, při čemž programátor navede robot vždy do požadovaného bodu, který si robot zapamatuje a pak vykonává práci podle zadané činnosti mezi jednotlivými body nebo v těchto bodech. Takový robot je velmi vhodný například pro bodové svařování karoserií v automobilkách.

Obr. 1-2 Bezprostřední učení průmyslového robotu

MASTERSLAVE

XV/XVI. století

XVIII/XIX. století (JamesWatt 1736-1819)

zdokonalil parní stroj

50-60. létaXX.století

XX/XXI. století

Nestrojírenskéaplikace

NCNumerical

Control

1921: K.Čapek: R.U.R. ⇒ „robot“(Rosum`s Universal Robots)

FANUC

1580: „GOLEM“Rabbi Jehuda Löw ben

Becael (Staré Město Pražské)

Humanoidníroboty

Leonardoda Vinci(1452-1519)různé pohony a

technická zdokonalení, m.j.válečková ložiska, lanové převody, vrtule

Japonskáautomatizova-

ná továrna

HONDA

Piano playerProf.Ichiro KatóUNIVERSITY ofWASEDA, Tokyo

Stavebnictví, zemědělství,

textilní prům., sklářství a j.

Francouzský kopírovacísoustruh se šlapacím pohonem z XVI.stol.

Průmyslový robot (ABB)

Biorobotické(protetické)

aplikace

Způsob řízení:Způsobřízení:

Obr. 1-3 Nástin vývoje výrobních strojů a robotů

4


S určitým odbočením od NC řízení se vyvinuly biorobotické (protetické) aplikace, řízené systémy MASTER-SLAVE, případně nervovými EMG (elektromyogrammetrickými) signály. Přímý vývoj v robotice však sleduje nejfantastičtější směr, tedy vývoj mobilních, kráčejících a humanoidních robotů (např. HONDA). Podoba těchto zařízení s fiktivním Golemem je až fascinující, ale i bezprostřední učení průmyslových robotů vedením za jejich koncový člen a nahráním tohoto pohybu do řídícího systému nám může připomenout oživování Golema tajemným „šémem“, vkládaným do jeho hlavy. Piano-player profesora Ichiro Kató z Wasedské university v Tokyu doprovázel celý symfonický orchestr na světové výstavě v Ósace. Humanoidní robot Honda ale i jiní „androidi“ dokáží chodit i po schodech, nosit předměty, tančit a pod. Pomalu si tak i zaslouží životnou podobu jejich názvu, tedy „roboti“.

1.2. DEFINICE ROBOTŮ Pro obecné porovnání vlastností stroje s člověkem ve výrobním procesu mohou sloužit následující kategorie: - fysické možnosti

- funkční možnosti - úroveň intelektu

Jako hranice pro výrobní proces potřebné a možné úrovně intelektu slouží lidské vědomí, v daném případě jde především o vnímání, chápání a rozhodování, paměť a logiku. Funkční možnosti zahrnují přizpůsobivost, universálnost, možnost přemisťování v prostoru, manipulovatelnost apod. Mezi fysické možnosti patří síla, rychlost, schopnost nepřetržité práce, stabilita charakteristik, trvanlivost, spolehlivost atd. Uvedené tři kategorie je možno znázornit v prostorovém diagramu v kartézských souřadnicích x, y a z. [4; s.38]

Obr. 1-4 Schematické porovnání člověka a stroje ve výrobním procesu [NODA;s.xx] Na Obr. 1-4 je velmi schematicky znázorněn člověk ve výrobním procesu, vyznačující se vysokou úrovní intelektu (potřebného pro daný výrobní proces), poměrně vysokou úrovní funkčních možností, avšak velmi nízkými fyzikálními možnostmi. Tohoto si byl člověk od pradávna velmi dobře vědom, a proto všechny dosavadní stroje prakticky napomáhaly

5


člověku rozšířit především tyto jeho nízké fyzikální možnosti a v diagramu jsou znázorněny pouze jako jednorozměrné a to na ose fyzikálních možností. Stavební a jim podobné stroje, ovládané a řízené přímo člověkem, jako jsou na příklad bagry, scrapery, ale též i balancery, teleoperátory a pod. představují v daném diagramu dvourozměrné stroje v rovině dané osami fysických možností a funkčních možností. Na druhé straně matematické a jim podobné informační stroje (computery, řídící systémy) jsou stroje rovněž v daném diagramu dvourozměrné, ale v rovině dané osami fysických možností a úrovní intelektu, možnost pohybu nemají. Teprve spojením, prolnutím, obou výše dvourozměrně znázorněných strojů vzniká průmyslový manipulátor - robot, představující stroj, odpovídající v tomto schématu trojrozměrnému znázornění člověka ve výrobním procesu. Je přirozené, že v rámci studia robotiky se hledá též vhodná definice jak manipulátoru, průmyslového robotu, tak i samotného robotu. Pojem "robot" je doposud ve světové literatuře definován poněkud nejednotně, avšak některé definice, odvozené od počtu stupňů volnosti takového zařízení, jako například: "Robot je zařízení od tří stupňů volnosti, do tří stupňů jde o manipulátor", nebo "Průmyslový robot je automatické manipulační zařízení libovolně programovatelné ve třech osách s podávacíma rukama (chapadly) nebo technologickými nástroji, určené pro použití v průmyslu", svědčí o nepochopení základní filosofie robotů. Nicméně posledně uvedená definice naznačuje ještě i další otázku a to, zda robot je totéž, co průmyslový robot. Již samotný přívlastek „průmyslový" naznačuje, co má závěrečná část této definice na mysli, že totiž průmyslový robot je určitou podmnožinou robotů jako takových. Pro všeobecný pojem "robot" lze přijmout definici, původně vyslovenou Ing. Ivanem M.Havlem, CSc. [2] ve znění [3; s.20]: "Robot je automatický nebo počítačem řízený integrovaný systém, schopný autonomní, cílově orientované interakce s přirozeným prostředím, podle instrukcí od člověka. Tato interakce spočívá ve vnímání a rozpoznávání tohoto prostředí a v manipulování s předměty, popř. v pohybování se v tomto prostředí" Tato definice nepochybně zahrnuje různé robotické systémy pro rozmanitá, nejen průmyslová, použití. Povahu "průmyslového robotu" pak vystihuje velmi dobře definice podle prof. P. N. Beljanina [1]: "Průmyslový robot je autonomně fungující stroj-automat, který je určen k reprodukci některých pohybových a duševních funkcí člověka při provádění pomocných a základních výrobních operací bez bezprostřední účasti člověka a který je k tomuto účelu vybaven některými jeho schopnostmi (sluchem, zrakem, hmatem, pamětí a podobně), schopností samovýuky, samoorganisace a adaptace, t.j. přizpůsobivostí k danému prostředí". Definované zařízení je právě onou žádanou náhradou člověka ve výrobním procesu. O tom, zda jde o průmyslový robot či manipulátor je nutno rozhodnout na základě analysy úrovně inteligence, tj. úrovně jeho řídicího systému podle textu k Obr. 1-4, jednotné měřítko na přesné oddělení manipulátorů od průmyslových robotů prakticky neexistuje.

6


2. STAVBA PRŮMYSLOVÝCH ROBOTŮ A MANIPULÁTORŮ

2.1. KINEMATICKÁ STRUKTURA PRAM

2.1.1. Akční systém stacionárních PRaM Z uvedených definic robotů a i z celkového pohledu na tato složitá zařízení jednoznačně vyplývá, že průmyslové roboty je nutno chápat jako určitou podmnožinu robotů jako takových, kterými mohou být zejména mobilní roboty pojízdné na různých typech kolových a pásových podvozků, či roboty kráčející, zkonstruované až do podoby zvířat či androidů. Zejména pak u mobilních robotických systémů představuje manipulační rameno mechanismus, který v globálním pojetí je prakticky samostatným akčním systémem, který může být použit jako stacionární průmyslový robot, vybavený navíc případně i jednoduchým či složitějším lokomočním ústrojím. Akční systém PRaM se z konstrukčního hlediska rozděluje na:

− pojezdové (lokomoční) ústrojí − polohovací ústrojí − orientační ústrojí − výstupní hlavice (koncové efektory)

Mezi polohovacím a orientačním ústrojím se nachází referenční bod Br, který zakončuje základní kinematický řetězec (ZKŘ), jenž zahrnuje polohovací ústrojí a někdy též zasahuje i do pojezdového ústrojí, kinematický řetězec (KŘ) pak obsahuje základní kinematický řetězec a orientační ústrojí. Mezi orientačním ústrojím a výstupní hlavicí bývá umístěn kompensátor polohy. Ukázka rozdělení akčního systému na robotech, které jsou vybaveny i lineárním pojezdovým ústrojím je na Obr. 2-1.

a. b. Obr. 2-1 Ukázka rozdělení akčního systému na stacionárních průmyslových robotech a. Adaptivní průmyslový robot APR- 20 VUKOV-PREŠOV (SK) b. Průmyslový robot BEROE RB-321(BG)

X - pojezdové ústrojí polohovací ústrojí - CBB’ (APR-20), CZY (BEROE RB-321) Br - referenční bod A0, B0, C0 - orientační ústrojí (jedno z možných uspořádání)

Poznámka: X, Y, Z - souřadnice translačního pohybu A, B, C - souřadnice rotací kolem os x, y, z A0, B0, C0 - souřadnice rotací orientačního ústrojí

7


2.1.2. Kinematické dvojice v konstrukci PRaM Akční systém průmyslových robotů a manipulátorů je ve své podstatě pohybovým mechanismem, který sestává z více binárních členů, vázaných mezi sebou prostřednictvím kinematických dvojic (KD). Každé z těchto kinematických dvojic přísluší většinou jeden stupeň volnosti, kinematické dvojice o více stupních volnosti (na příklad KD válcová či rovinná) nejsou pro stavbu PRaM typické. Ani spojení dvou otočných kinematických dvojic do jednoho kloubu, tedy jako sférická kinematická dvojice, se běžně nevyskytuje, neboť taková soustava se jen velmi těžko osazuje servopohony. Při stavbě PRaM se nejčastěji používají kinematické dvojice posuvné (translační) a otočné (rotační). Protože kinematické struktury PRaM je potřebné (a to nejen pro potřeby této práce) často znázorňovat v různých postaveních, používají se jejich určitá schematická označení, které vycházejí z jejich konstrukční podstaty. Kinematická dvojice translační (T) Znázornění této kinematické dvojice je poměrně jednoduché, neboť stačí napodobit lineární posuv dvou těles po sobě. Je však nutno respektovat relativnost možného pohybu posouvajících se těles: a) po delším vedení se posouvá kratší těleso - tzv. suportové, či saňové provedení (viz

Obr. 2-2a) b) v kratším vedení se posouvá delší těleso - tzv. smykadlové provedení (viz Obr. 2-2b) c) výsuvné, příp. teleskopické provedení (viz Obr. 2-2c)

a ) b ) c )

Obr. 2-2 Schematické znázornění translační KD: a) suportové, b) smykadlové, c) výsuvné Bez dalšího vyznačování se předpokládá, že pohyblivý člen v kinematické dvojici z Obr. 2-2 nemá možnost se současně též otáčet. Kinematická dvojice rotační (R) Při znázorňování rotačních KD je nutno respektovat jejich specifika, která představují buď rotaci kolem vlastní osy, nebo rotaci ramene o délce „r“ kolem mimostředné osy (kloub) a rovněž i směr pohledu (nárys, půdorys, příp. bokorys) na otočný kloub.

Obr. 2-3 Otočné kinematické dvojice bez omezení úhlu otáčení: a),c) - s ramenem "r" a

b),d) - kolem vlastní osy (r = 0) Nelze ponechat bez povšimnutí, že i jednoduché schematické znázornění je spojeno s konstrukční představou o možném rotačním pohybu a svým pojetím znázorňovaný rotační pohyb buď omezuje, nebo dává představu o možném otáčení kolem osy bez omezení. Typické případy jsou znázorněny na Obr. 2-3 a Obr. 2-4

8


Obr. 2-4 Klouby (rotační KD s ramenem "r") v nárysu a půdorysu:

a) bez omezeného úhlu otáčení b) s omezeným otáčením

Základní kinematický řetězec PRaM – polohovací ústrojí Všechny běžné kinematické struktury základních kinematických řetězců (polohovacího ústrojí) průmyslových robotů, jsou struktury se sériovou kinematikou. Je to dáno použitím výše uvedených kinematických dvojic vždy o jednom stupni volnosti (translačních nebo rotačních), které se posouvají či otáčejí nezávisle na sobě a výsledný pohyb je složen z řady pohybů v jednotlivých těchto kinematických dvojicích. Tak vzniká sériová kinematika nejen u robotických systémů, ale na příklad i u výrobních strojů, u kterých pak převládá struktura, složená převážně z translačních kinematických dvojic, tedy struktura kartézská, zatímco v morfologii průmyslových robotů se rozvinuly i jiné struktury. Polohovací ústrojí slouží k požadovanému ustavení referenčního bodu Br. Požaduje-li se jeho postavení a pohyb po přímce (úsečce), nebo křivce (kružnici) postačí k tomu l stupeň volnosti a to buď translační (T), nebo rotační (R), ", k polohování referenčního bodu Br v rovině, případně ploše, je zapotřebí již určitého spojení dvou kinematických dvojic. Teprve přidáním třetí kinematické dvojice může pohyb referenčního bodu základního kinematického řetězce obsáhnout i určitý prostor, závislý na celkovém spojení KD v ZKŘ. V praxi se na počátku rozvoje robotiky nejvíce rozšířily čtyři, možno říci základní, typy spojení KD: 1. Spojení tří translačních KD: T T T 2. Spojení jedné rotační a dvou translačních KD: R T T 3. Spojení dvou rotačních a jedné translační KD: R R T 4. Spojení tří rotačních KD: R R R Shodou okolností má struktura těchto čtyř základních spojení charakter postupného nahrazování translací rotacemi a výsledný obsluhovaný prostor je v těchto čtyřech případech: 1. Kvádr (pravoúhlý, kartézský pracovní prostor) 2. Válcový (cylindrický) segment 3. Kulový (sférický) segment 4. Torusový 2 (složený, anthropomorfní, anglulární) segment.

2 "TORUS", česky: "OBLOUN", je pojem ze stavitelství a jedná se o článek zhruba půlkruhového průřezu, vyskytující se (střídaje se s výžlabky) na příklad ve vodorovném provedení v patkách aticko-iónských (antická patka),nebo asijsko-iónských (iónská patka) sloupů, nebo ve svislém provedení v profilaci gotického ostění.

Documents

M10 Robotika ucebnice CZ - tu- · PDF file2 Robotika – Učebnice Minos++ Velký rozvoj přírodních věd dával dokonalejší prostředky do rukou stavitelů automatů. Poznatky