Definicje i klasyfikacja robotów przemysłowych.pdf

PODSTAWY ROBOTYKI

PR W 1.3

Definicje i klasyfikacja robotów przemysłowych

1. Definicje podstawowe

Do dalszych rozważań przyjęto dwa podstawowe określenia, a mianowicie:

Manipulator - część mechaniczna, czyli maszyna przeznaczona do realizacji niektórych

funkcji kończyn górnych człowieka.

Robot - urządzenie przeznaczone do realizacji niektórych czynności manipulacyjnych i

lokomocyjnych człowieka, mające pewien określony poziom inteligencji maszynowej.

Podstawowym pojęciem w robotyce jest robot, określany również w literaturze jako

maszyna manipulacyjna z programowanym ruchem. W literaturze technicznej istnieje wiele

definicji określających robota przemysłowego. W każdej w różnym stopniu wyszczególniono

cechy charakteryzujące te urządzenia. Zaliczyć do nich można: możliwość wykonywania

głównych lub pomocniczych czynności w zależności od procesu technologicznego (np.

zgrzewanie lub manipulacja przedmiotem), co wymaga kilku niezależnych stopni swobody

(np. co najmniej dwóch), programowalność, tj. możliwość odtwarzania nauczonych w

procesie uczenia ruchów oraz zmiany programu w zależności od potrzeb.

Podstawową definicję robota można znaleźć w Encyklopedii Powszechnej PWN:

„Robot - urządzenie (maszyna) przeznaczone do realizacji niektórych czynności

manipulacyjnych, lokomocyjnych, informacyjnych i intelektualnych człowieka”.

Definicja robota wg normy ISO ITR 8373:

„Manipulacyjny robot przemysłowy jest automatycznie sterowaną, programowaną,

wielozadaniową maszyną manipulacyjną o wielu stopniach swobody, posiadającą własności

manipulacyjne lub lokomocyjne, stacjonarną lub mobilną, dla ważnych zastosowań

przemysłowych".

Według Moreckicgo „ robot to urządzenie techniczne przeznaczone do realizacji

niektórych czynności manipulacyjnych i lokomocvjnvch człowieku, mające określony poziom

energetyczny, informacyjny i sztucznej inteligencji (autonomii działania w pewnym

środowisku )". Morecki definiuje również robota przemysłowego jako szczególny przypadek

robota: „ urządzenie techniczne do zastępowania człowieka przy wykonywaniu określonych

czynności manipulacyjnych, przystosowane do realizacji rożnych, łatwo zmienianych

programów ruchu manipulacyjno-transportowego, użytecznego w procesie produkcyjnym ”.

Niederliński stwierdza, że „ roboty są narzędziami sterowanymi automatycznie,

dającymi się zaprogramować do wykonania dużej liczby różnorodnych sekwencji

precyzyjnych czynności manipulacyjnych, jak np. uchwycenie przedmiotu, przemieszczenie

przedmiotu (przeniesienie, obrócenie), pozostawienie przedmiotu w określonej pozycji, w

kreślonym miejscu (zakładanie, zdejmowanie). Sekwencje wymienionych czynności mogą być

uzależnione od stanu obsługiwanego narzędzia oraz manipulowanego przedmiotu i mogą

z kolei sterować obsługiwanym narzędziem ”. Jak stwierdzają Buda i Kovač „ pojęciem robot

przemysłowy nie należy obejmować nieprogramowanych, jednozadaniowych automatów

czynnościowych, sterowanych przez człowieka urządzeń nianipulacyjnych (manipulatory)

oraz urządzeń, w których człowiek stanowi jeden z elementów układu (teleoperatory) ”.

Jednakże, jak pisze Jaroń , „cała nauka o robotach znajduje się jeszcze w powijakach, a próby

jej sformalizowania, łącznie z ogólną definicją robotów są jeszcze w studium początkowym”.

Reasumując, można powiedzieć, że: „ Pod pojęciem robot przemysłowy rozumie się

manipulator wielofunkcyjny, skonstruowany dla przenoszeniu materiałów, części, narzędzi

lub specjalnych przyrządów mający programowane ruchy w celu wykonania różnorodnych

zadań ”. Zasadnicze znaczenie w tej definicji ma programowalność i różnorodność

wykonywanych ruchów.

2. Klasyfikacja robotów przemysłowych

Jak już stwierdzono, nauka o robotach nie jest jeszcze w pełni sformalizowana i jako

nauka interdyscyplinarna, związana z mechaniką, sterowaniem, inteligencją maszynową i

zagadnieniami społecznymi, jest szczególnie trudna do zdefiniowania. Stąd też spotyka się w

literaturze różne ujęcia problemu klasyfikacji robotów.

Klasyfikację robotów przemysłowych można prowadzić na podstawie różnych,

podanych dalej wyróżników. Roboty przemysłowe można klasyfikować, biorąc pod uwagę

zasadnicze cechy budowy, rodzaj sterowania lub inne kryteria podziału, np. dokładność

pozycjonowania, mobilność.

2.1. Klasyfikacja robotów ze względu na budowę jednostki kinematycznej

Ze względu na sposób budowy jednostki kinematycznej maszyn manipulacyjnych dzieli

się je na: monolityczne, modułowe i pseudoodułowe.

Do jednostek monolitycznych zalicza się jednostki kinematyczne o niezmienialncj

konstrukcji mechanizmu (stałej strukturze kinematycznej). Konstrukcję monolityczną

użytkownik może co najwyżej uzupełnić chwyta kiem, narzędziem oraz dopuszczonymi przez

producenta (opcyjnymi) zespołami ruchu.

Jednostki modułowe producent dostarcza w postaci oddzielnych zespołów ruchu

(modułów) - użytkownik zestawia z nich mechanizm o zaprojektowanej odpowiednio do

potrzeb strukturze kinematycznej. Jakkolwiek producent nie ogranicza zbioru możliwych do

zestawienia struktur, to jednak z reguły narzuca porządek łączenia modułów, określony

statyczną i dynamiczną wytrzymałością konstrukcji, charakterystykami napędów (np.

udźwigiem) itp.

Jednostki pseudomodułowe to jednostki kinematyczne o stałej, podobnie jak w

rozwiązaniach monolitycznych, strukturze kinematycznej, ale o dopuszczonej przez

producenta możliwości wymiany przez użytkownika robota niektórych zespołów ruchu, z

reguły ostatnich w łańcuchu kinematycznym zespołów ruchu.

2.2. Klasyfikacja robotów ze względu na strukturę kinematyczną

Klasyfikację robotów przemysłowych pod względem struktury kinematycznej pokazano

na rys. 1.

Ze względu na strukturę kinematyczną zespoły mechaniczne robotów przemysłowych

mogą być rozwiązane jako:

 roboty stacjonarne,

lub

 roboty mobilne, które mogą przemieszczać się względem podłoża.

Oczywiście możliwe jest także połączenie obu tych układów.

Manipulatory, czyli jednostki kinematyczne robotów, są zbudowane jako układ członów

połączonych ruchowo za pomocą tzw. par kinematycznych. Człony te mogą być łączone:

 szeregowo, tworząc otwarty łańcuch kinematyczny,

 równolegle, tworząc zamknięty łańcuch kinematyczny.

Wśród tradycyjnych rozwiązań robotów stacjonarnych o szeregowym układzie

kinematycznym wyróżnia się grupy typowych rozwiązań, charakteryzujących się podobnym

układem zespołów ruchu (strukturą kinematyczną), definiowanym przez tzw. naturalny dla

danej struktury układ osi współrzędnych oraz formę przestrzeni roboczej. W tej grupie

robotów można wyróżnić następujące zasadnicze rozwiązania konstrukcyjne.

Rys. 1. Klasyfikacja robotów przemysłowych

1) Robot w układzie kartezjańskim (prostokątnym), o prostokątnym układzie osi

współrzędnych, o trzech liniowych zespołach ruchu regionalnego oraz prostopadłościennych

przestrzeniach ruchu - rys. 2a. Konfiguracja ma prostokątny układ osi współrzędnych oraz

prostopadłościenną przestrzeń ruchu.

2) Robot w układzie cylindrycznym, o jednym obrotowym i dwóch liniowych zespołach

ruchu regionalnego, walcowym układzie osi współrzędnych oraz cylindrycznych

przestrzeniach ruchu - rys. 2b. Jak sugeruje nazwa, zmienne przegubowe są zarazem

współrzędnymi cylindrycznymi końcówki roboczej względem podstawy. Konfiguracja

cylindryczna ma walcowy układ osi współrzędnych oraz cylindryczne przestrzenie ruchu.

3) Robot SCARA (ang. selectively compliant assembly robot arm). Jak wynika z nazwy

angielskiej (tłum. selektywnie podatne ramię robota montażowego), robot ten zaprojektowano

z myślą o zadaniach montażowych, ma on trzy osie równoległe, dwie o ruchu obrotowym, a

jedną o postępowym - rys. 2c. Konfiguracja SCARA ma strukturę RRP, jednak różni się

zdecydowanie od konfiguracji sferycznej zarówno wyglądem, jak i możliwościami

zastosowania.

4) Robot PUMA (ang. programmable universal manipulator for assembly) jest

przeznaczony specjalnie do zadań montażowych - rys. 2d. Robot o konfiguracji PUMA ma

strukturę kinematyczną taką, jak robot przegubowy, ale różni się od niego wyglądem i

możliwymi zastosowaniami.

5) Robot o strukturze sferycznej, o jednym liniowym oraz dwóch obrotowych zespołach

ruchu regionalnego, jest przedstawiony na rys. 2e.

6) Robot o strukturze przegubowej (rys. 2f) nazywany również manipulatorem obrotowym

lub manipulatorem antropomorficznym ma wszystkie obrotowe osie zespołów ruchu

regionalnego.

7) Robot wielokorbowy - rys. 2g.

Częstość występowania określonych struktur kinematycznych dla podstawowych

układów współrzędnych przemieszczenia ramienia robota była przedmiotem wielu analiz oraz

ocen. Stwierdzono w najnowszych rozwiązaniach wysoki wzrost udziału procentowego par

kinematycznych realizujących układ współrzędny sferyczny i przegubowy ze wskazaniem

zdecydowanej przewagi trzech par obrotowych (przyrost z 2 do 20% w latach 1974- 1984).

Wydaje się, że tendencja będzie się utrzymywać ze względów eksploatacyjnych (np.

możliwość przenoszenia znacznych ciężarów) oraz dużej objętości przestrzeni roboczej. W

przypadku robotów przeznaczonych do obsługi obrabiarek dominuje jednak układ

prostokątny.

Rozwiązania jednostek kinematycznych o bardziej złożonych układach zespołów ruchu

regionalnego lub zwielokrotnionych łańcuchach kinematycznych są z reguły odpowiednią

kombinacją wymienionych struktur.

Oprócz struktury jednostki kinematyczne maszyn manipulacyjnych charakteryzują się

różnymi właściwościami mechanizmu. Zalicza się do nich:

 sposób budowy mechanizmu jednostki kinematycznej,

 właściwości napędowe zespołów ruchu, w tym przede wszystkim rodzaj energii

wykorzystywanej w napędach oraz charakterystyka napędu.

W grupie robotów stacjonarnych o strukturach równoległych głównym wyróżnikiem

podziału jest liczba ramion (gałęzi) tworzących zamknięty łańcuch kinematyczny. Spotykane

są rozwiązania z trzema ramionami - tripody i sześcioma ramionami – hexapody.

Ze względu na rozwiązania kinematyczne roboty mobilne można podzielić na: roboty

przemieszczające się po stałym torze jezdnym i autonomiczne roboty mobilne (czasem zwane

też r obocarami), które mogą poruszać się samodzielnie po hali fabrycznej.

Na rys. 3 pokazano układy kinematyczne robotów poruszających się po sztywnym torze

jezdnym. Istotą budowy robotów mobilnych przemieszczających się po sztywnym torze

jezdnym jest połączenie zrobotyzowanej jednostki transportowej (robot transportowy) z

odpowiednim robotem stacjonarnym.

Układy kinematyczne autonomicznych robotów mobilnych (rys. 4) dzieli się obecnie na

trzy grupy: mogące poruszać się wyłącznie do przodu, jeżdżące w przód i w tył oraz jeżdżące

wzdłuż i w poprzek w każdą ze stron.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: