ROBOTIKA

1

HISTORIE, SOUČASNOST A BUDOUCNOST

ROBOTIKY

(Stacionární roboty)

Prof. František Šolc

ROBOTIKA

2

Úvod

Historie robotiky

SoučasnostRozdělení robotů

Stacionární robotyZákladní charakteristiky

Programování a řízení

Statistiky vývoje

Aplikace

BudoucnostSměry výzkumu ve stacionární robotice

Závěr

OBSAH PŘEDNÁŠKY

ROBOTIKA

3

Průmyslové roboty – stacionární roboty

Úvod

ROBOTIKA

4

Androidy

umělé napodobeniny člověka

18. století

Pierre Jaquet Droz

Jacques de Vaucanson

Baron von Kempelen

“Obdivuji ty co se tolik namáhají

vytvořit to co Bůh stvořil tak snadno“

Jean de la Varende

Historie

5

ROBOTIKA

6

1920

ROBOT

R.U.R.

Rossum’s Universal Robots

Karel a Josef Čapkovi

Historie

ROBOTIKA

7

1942 Zákony robotiky

- Robot nesmí ublížit člověku, nebo svou nečinností dopustit, aby člověku bylo ublíženo

- Robot musí uposlechnout příkazů člověka, kromě případů, kdy tyto příkazy jsou v rozporu s prvním zákonem

- Robot musí chránit sám sebe před zničením, kromě případů, kdy tato chrana je v rozporu s prvním nebo druhým zákonem

Historie

ROBOTIKA

8

1946 – ENIAC (Univ. Pelsynvania)

1951 – Mechanický telemanipulátor

1960 – První průmyslové roboty Versatran Unimate

1964 – Laboratoř U.I. na MIT (Minsky)

1968 – Autonomní mobilní robot Shakey na MIT

1972 – Japan Industrial Robot Association

1974 – Robot Institute of America

1975 – Robot ASEA IRb6

Historie

ROBOTIKA

9

1960 Unimate a VersatranPrvní průmyslové roboty vyvinuté v U.S.A. George DevolJoseph Engelberger

Hydraulické servomechanismy, elektromechanické řízení programovacím bubnem

Průmyslové roboty

Historie

ROBOTIKA

10PR16 P PR32 E

1980 VUKOV Prešov

Historie

ROBOTIKA

11

ROBOTY

MOBILNÍ STACIONÁRNÍ

LÉTAJÍCÍ

PLOVOUCÍ

VESMÍRNÉ

POZEMNÍ

KOLOVÉ, PÁSOVÉ, KOMBINOVANÉ ANDROIDNÍ HUMANOIDNÍ

Rozdělení robotů

1 000 000 aplikací175 000 aplikací

ROBOTIKA

12

2000 Robot ASEA IRb1400Elektrické synchronní servopohonyŘízení průmyslovým PC

Váha cca 100 kgNosnost: 5 kgPřesnost: 0,2mmRychlost otáčení: 120 o/sRychlost radiální: 1 m/sTyp řízení: PTP - CPTyp programování: „Nepřímé učení - plánování“Počet os: 6

Průmyslové roboty

Stacionární robotyZákladní charakteristiky

ROBOTIKA

13

Kinematické koncepce, počet stupňů volnosti

VERSATRAN UNIMATE

Stacionární robotyZákladní charakteristiky

ROBOTIKA

14

Speciální kinematické

koncepce zvětšující

manipulační schopnosti

Stacionární robotyZákladní charakteristiky

ROBOTIKA

15

Eulerovo zápěstí

Chapadla a technologické hlavice

Stacionární robotyZákladní charakteristiky

Koncové členy

ROBOTIKA

16

Progresivní mechanické prvky použité u robota ASEA IRb6

Harmonická

převodovkaKuličkový šroub

Stacionární robotyZákladní charakteristiky

ROBOTIKA

17

PROGRAMOVÁNÍ

NEPŘÍMÉ UČENÍ

PŘÍMÉ UČENÍ

PLÁNOVÁNÍ

ŘÍZENÍ

PTP

CP

MANUÁLNÍ

Stacionární robotyProgramování a řízení

ROBOTIKA

18

Typ programování-nepřímé učení

Stacionární robotyProgramování a řízení

ROBOTIKA

19

Typ řízeníPTP – Point To Point

Stacionární robotyProgramování a řízení

ROBOTIKA

20

Typ programování-přímé učení

Stacionární robotyProgramování a řízení

Typ řízení CP

Continuous Path

ROBOTIKA

21

Průmyslové roboty

Programovací panel

Robota ASEA

IRb1400

umožňuje

programování

(plánování dráhy) v

pracovním prostoru

Stacionární robotyProgramování a řízení

ROBOTIKA

22zdroj: United Nations Economic Commission for Europe, 3.10.2002

Stacionární robotyStatistiky vývoje

ROBOTIKA

23zdroj: United Nations Economic Commission for Europe, 3.10.2002

Stacionární robotyStatistiky vývoje

ROBOTIKA

24zdroj: United Nations Economic Commission for Europe, 3.10.2002

Stacionární robotyStatistiky vývoje

ROBOTIKA

25zdroj: United Nations Economic Commission for Europe, 3.10.2002

Stacionární robotyStatistiky vývoje

ROBOTIKA

26zdroj: United Nations Economic Commission for Europe, 3.10.2002

Stacionární robotyStatistiky vývoje

ROBOTIKA

27

Stacionární roboty – aplikace

Roboty

Aplikace

Konvenční Pokročilé

Klasické Průmyslové aplikace Montáže, demontáže

Pokročilé Aplikace v

potravinářství a

zemědělství

Chirurgické

operace

Stacionární robotyAplikace

ROBOTIKA

28

Stacionární robotyAplikace

Klasické aplikace

ROBOTIKA

29

Stacionární robotyAplikace

Pokročilé aplikace

Milking robots 2002 – 500ks, 2005 - 1000ks

ROBOTIKA

30

Stacionární robotyAplikace

Automatické tankování

vozidel

(tankování automobilů na

vodíkový pohon)

2002 – 50ks 2005 – 1000ks

Pokročilé aplikace

ROBOTIKA

31

Příklad použití soustavy stacionárních robotů pro provádění chirurgické operace – Minimal Invasive surgery (soustava Zeus fy Computer Motion)

Da Vinci fy Intuitive Surgical

Stacionární robotyAplikace

Pokročilé aplikace

ROBOTIKA

32

Stacionární robotyAplikace

Pokročilé aplikace

ROBOTIKA

33

Perspektivní směry výzkumu ve stac. robotice

• Problémy řízení rychlých a pružných robotických systémů

• Problémy řízení v pracovním prostoru s pomocí vnější vazby

• Konstrukce a řízení paralelních struktur

• Přímé plánování s pomocí výkresové dokumnetace CAD

• Netradční pohony

• Aplikace telepresence

• Zvyšování manipulačních schopností – ruka

(pomoc tělesně postiženým)

Budoucnost

ROBOTIKA

34

Řízení rychlých a pružných soustav (v prac. prostoru)

s pomocí vnější zpětné vazby

qJqq

fX

XfqqfX

TqcqqhqqH

)()(

)()()(

1

,

TXcXJXhXJXH )()()( 11 ,

Budoucnost

ROBOTIKA

35

Výhody

-zrychlení dynamiky

-zvýšení tuhosti

Nevýhody

-zmenšení pracovního prostoru

-složitý způsob řízení

Konstrukce a řízení paralelních struktur

Budoucnost

ROBOTIKA

36

Roboty ASEA IRb6 vybavené optickou zpětnou vazbou a řidicím systémem s programováním v pracovním prostoru robota. Výsledek grantu GAČR 101932435

Přímé plánování s pomocí výkresové dokumentace CAD

Budoucnost

ROBOTIKA

37

p0 = 10 kPa p1 = 500 kPa

Netradiční pohony

Pneumatické svaly (McKibben)

-zkrácení 10%

-mech. napětí 0,5 MPa

Lidské svaly

-zkrácení 40%

-mech. napětí 0,35 MPa

Budoucnost

GAČR 102/02/0782

ROBOTIKA

38

Netradiční pohony

SMA Shape Memory Alloy

-dráty o průměru 0,025-0,4 mm

-mech. napětí 600 Mpa (0.3-75N)

-zkrácení 5%

NITINOL Nickel Titannum Naval

Ordnace Laboratory

Budoucnost

ROBOTIKA

39

Budoucnost

ROBOTIKA

40

Stacionární roboty mohou být k provádění citlivých manipulačních úkonů řízeny dálkově člověkem. Slouží k tomu např. speciální rukavice, ve kterých operátor cítí uchopovaný objekt.

Aplikace telepresence

Budoucnost

GAČR 102/02/0782

ROBOTIKA

41

Zvyšování manipulačních schopností

Pomoc tělesně postiženým

Budoucnost

ROBOTIKA

42

Stacionární - Průmyslové roboty

Závěr

Mobilní roboty

ROBOTIKA

43

ASIMO P3 fy Honda

váha 130 kgvýška 160 cmnosnost 2x9 kgrychlost 2 km/h14 let výzkumu

“Obdivuji ty co se tolik

namáhají vytvořit to co Bůh

stvořil tak snadno“

Jean de la Varende

Závěr

ROBOTIKA

44

Závěr

ROBOTIKA

45

Stacionární - Průmyslové roboty

Servisní roboty

Roboty pro volný čas

Roboty v automobilismu

Závěr