Proiect de Diploma-automatizare brat robotic

Proiect de Diplomă Isip D. Ioan Mihai

Table of Contents CAPITOLUL I. INTRODUCERE..................................................................................... 4 1.1 Tehnica Roboţilor În industrie..................................................................................5 1.2 Robotică............................................................................................................ 5 1.3 Impactul asupra educației.................................................................................... 6 1.4 Clasificarea manipulatoarelor şi roboţilor pe generaţii....................................................6 1.5 Poziția și Orientarea Spațiului Operațional..................................................................8 1.6 Componentele ansamblului manipulator și robot industrial............................................10 1.7 Tipuri de manipulatoare.................................................................................... 10 1.8 Elemente Constructive ale Manipulatorului și a Roboților Industriali ................................11 CAPITOLUL II. ROBOȚI............................................................................................ 12 2.1 Definiţia roboţilor............................................................................................... 12 2.2 O descriere a roboților......................................................................................... 13 2.3 Tehnică de bază.................................................................................................. 13 2.4 Domenii speciale de utilizare a roboților...................................................................13 2.5 Dispozitive adiţionale pentru roboți.........................................................................14 2.6 Clasificare pe categorii..................................................................................... 14 2.7 Tehnica Roboţilor în Industrie.............................................................................16 2.8 Procesele Maleabile ale Fabricaţiei Roboţilor.............................................................16 2.9 Controlul mişcării şi strategiilor de conducere a roboţilor..............................................18 2.10 Sistemele flexibile de fabricaţie şi metode de comandă............................................19 2.11 Semnificaţia roboţilor industriali........................................................................20 2.12 Sistemul mecatronic uni robot.............................................................................. 20 2.13 Sistemul de acţionare al roboţilor industriali.............................................................22 2.14 Sistemul de acţionare electric al roboţilor.................................................................23 2.15 Roboţi pentru prestări de servicii...........................................................................24 2.16 Structura unui robot pentru prestări servici...............................................................25 2.17 Modelarea Roboţilor....................................................................................... 26 2.18 Tipuri de roboți................................................................................................ 27 2.19 Robot umanoid (sau android)............................................................................ 27 2.20 Robot industrial............................................................................................. 28 2.21 Robot casnic................................................................................................. 29 2.22 Robot explorator............................................................................................ 29 2.23 Robot autonom mobil..................................................................................... 29 2.24 Robot Militar................................................................................................ 30 2.25 Robot păzitor (de supraveghere)........................................................................30 Pagina 1

Proiect de Diplomă Isip D. Ioan Mihai 2.26 Robot de serviciu........................................................................................... 31 2.27 Roboţi de Jucărie........................................................................................... 32 2.28 Roboţi medicali............................................................................................. 32 2.29 Sistemul unui robot comunică cu mediul şi este compus din următoarele:........................33 2.30 O clasificare.................................................................................................... 35 2.31 Caracteristicile................................................................................................. 35 2.32 ARHITECTURA UNUI MODEL DE ROBOT.........................................................36 Platforma.......................................................................................................... 37 Braţul 1............................................................................................................ 38 Efectorul........................................................................................................... 39 CAPITOLUL III ROBOȚI INDUSTRIALI.......................................................................40 3.1 Apariția roboților industriali.................................................................................. 40 3.2 Impactul asupra automatizări industrial....................................................................41 3.3 Impactul asupra competitivității..........................................................................41 3.4 Definiția robot industrial................................................................................... 41 3.5 Clasificarea roboţilor industriali.............................................................................. 42 3.6 Caracteristicile................................................................................................... 43 3.7 Comanda roboţilor industriali................................................................................45 3.8 Roboţi industriali şi formele lor de mişcare................................................................47 3.9 Acţionarea şi comandă a roboţilor industriali..............................................................49 3.10 Planificarea mişcărilor robotului industrial...............................................................49 3.11 Bazele teoretice ale dinamicii...............................................................................50 3.12 Despre roboţii industriali..................................................................................... 50 3.13 Structura unui robot industrial.............................................................................. 51 3.14 Componente................................................................................................. 51 3.15 Controlor..................................................................................................... 51 3.16 Dispozitivele de intrare și de ieșire.....................................................................52 3.17 Dispozitive speciale........................................................................................ 52 3.18 Sistemul de comandă...................................................................................... 53 CAPITOLUL IV. STUDIU DE CAZ:............................................................................ 55 AUTOMATIZAREA BRAȚULUI ROBOTIC................................................................55 4.1 Construirea brațului robotic............................................................................... 55 4.2 Placa L298N..................................................................................................... 60 4.3 Functionare:...................................................................................................... 61 Mediul de programare Arduino contine o biblioteca bogată de funcții (proceduri) prin intermediul cărora programatorul poate să acceseze resursele fizice ale plăcii: semnale digitale de intrare/ieșire, semnale analogice de intare și de ie șire, interfe țe seriale, sau alte interfe țe care pot fi atașate plăcii Arduino............................................................................................ 61 Pagina 2

Proiect de Diplomă Isip D. Ioan Mihai 4.4 Implementare.................................................................................................... 63 4.5 Concluzii......................................................................................................... 63 4.6 Codul programului în Arduino............................................................................... 65 ANEXĂ............................................................................................................... 65 Bibliografie.............................................................................................................. 71

CAPITOLUL I. INTRODUCERE O societate industrializată avansată presupune o automatizare flexibilă a proceselor productive, în care manipulatoarele şi roboţii industriali au un rol determinant. Având în vedere că roboţii industriali sunt flexibili, asigurând libertatea de mişcare similară cu acelea Pagina 3


ale membrelor superioare (braț-mână) ale ființelor umane, utilizarea lor produce o serie de avantaje economice și sociale. Între aceste pot fi menționate: creșterea productivității produselor și recuperarea mai rapidă a investițiilor. Crearea unor mijloace de automatizare de tipul manipulatoarelor şi roboţilor a fost determinată, printre altele, de creşterea uzurii pieselor produse şi de reducerea cotei relative a producţiilor de masă şi de serie mare datorită producţiei de unicate şi de serie mică. Automatizarea suplă, reprezentând cel mai înalt nivel al automatizării programabile, se organizează pentru producţia discretă în loturi, în celule de fabricaţie controlate şi conduse de calculator şi deservite de unul sau mai mulţi roboţi industriali. S-a ajuns astfel, prin introducerea manipulatoarelor şi a roboţilor industriali, la transformarea sistemelor de producţie de la sisteme om-maşină la sisteme om robot maşină. Această transformare conduce la eliberarea muncitorilor de la prestarea unor munci periculoase sau lipsite de confort. Robotul industrial folosit în procesele de fabricaţie este un înlocuitor al omului, putând înlocui, la actualul nivel tehnologic, funcţiile mâinilor, fiind incapabil să aibă picioare. Cuvântul, robot” are astăzi aproape un secol de viaţă apărând pentru prima dată în piesa R.U.R. (Robotul Universal al lui Rossum), scrisă de către un dramaturg ceh. Karel şi folosit pe plan internaţional din anul 1923, când lucrarea menţionată a fost tradusă în limba engleză. Termenul de robotică a fost inventat de Isaac Asimov, unul din marii scriitori de Literatură ştiinţifico-fantastică. Acest scriitor a utilizat pentru prima dată cuvântul, ,,robotică” în anul 1942, în povestirea Runaround, în care stabileşte de la început, cele trei principii ale unui ,,robot”. Aceste trei principii, enunţate de către Asimov, sunt: - Un robot nu lezează ființele umane iar nu asistă inactiv la orice primejdie în care este implicat o fiinţă umană. - Un robot trebuie să se supună comenzilor date lui de către fiinţele umane, cu excepţia acelora care nu respectă primul principiu. - Un robot trebuie să se protejeze pe sine însuşi de la vătămări, cu excepţia cazurilor în care s-ar încălca primele două principii. În prezent, prin alăturarea adjectivului, ,,industrial”, noul termen, ,,robot industrial” are o semnificaţie foarte bine definită în limbajul industrial.

1.1 Tehnica Roboţilor În industrie.

Pagina 4


Încă de la începuturile dezvoltării reformei industriale, roboţii au reprezentat un monopol important în dezvoltarea tehnologiei actuale. Este de la sine înţeles, că robotul reprezintă miniatura fiinţei umane, întrucât mecanismele constricțiilor sale imită abilităţile naturale ale omului. Industria roboţilor a cunoscut o creştere a volumului şi complexităţii interacţiunii dintre om şi mediul artificial creat de el, înseamnă tot o dată şi creşterea exponenţială a cerinţelor de acţionare în comandă surselor artificială a uneltelor, dispozitivelor şi maşinilor. Rezultă de aici marcarea celei de a două revoluţii ştiinţifico-tehnice şi a expansiunii crescute al cercetărilor ştiinţifice. Prin procesele artificiale se formează succesiuni de cauze şi efecte care determină intervenţia continuă sau discontinuă, adică omul poate să intervină respectiv nu trebuie să se implice. În varianta normală un operator acţionează în procesele discontinue cu forţele sale proprii. Deplasarea roboților se face sub coordonarea mâinilor şi a ochilor, realizându-se de către creier sau efectuează automat operaţii inteligente de ghidare similare omului.

1.2 Robotică Introducerea domeniului de Robotică a realizat cel mai mare succes până în prezent în lume de producţie industrială. Manipulatoare, brațe robot pot deplasa cu mare viteză şi precizie pentru a efectua sarcini repetitive de sudare și vopsire. În industria electronică, manipulatoare locul componentelor cu precizie supraomeneşti, făcând posibilă computer portabil laptop şi telefon. Cu toate acestea, pentru toate succesele lor, aceşti roboţi comerciale suferă un dezavantaj fundamental: lipsă de mobilitate. Un manipulator fix are o gamă limitată de mişcare care depinde de montaj în cazul în care aceasta este boltită în jos. În contrast, un robot mobil ar putea să călătorească în toată instalaţia de fabricaţie, aplicarea flexibil talentele sale ori de câte ori este cel mai eficient. Robotica se ocupă cu studiul şi tehnologia roboţilor, permiţându-ne să proiectăm mecanisme automate, capabile să înlocuiască omul în diverse munci. Responsabilă pentru dezvoltarea roboticii este tehnologia informaţiei. Roboții configurabili se realizează din mai multe module conectate care își pot schimba structura – configurația pentru a răspunde cerințelor impuse de operatorul uman sau mediul în care operează robotul. Mecanismele de cuplare/decuplare constituie un subansamblu foarte important în domeniul construcțiilor de roboți configurabili. Structura robotului este realizată pe calculator şi simulată în vederea testării conectivităţii modulelor şi cazurilor de coliziune între acestea. În domeniul electromecanic, cercetarea se limitează la descoperirea unor tehnologii noi (de exemplu roboţi care folosesc câmpul magnetic, dispozitive micro electro mecanice - roboţi de câţiva microni, Pagina 5


mijloace extreme de locomoţie - reginei-păianjen, roboţi extratereştri pentru gravitaţie redusă, etc).

1.3 Impactul asupra educației Impactul asupra educaţiei, dezvoltarea Roboticii şi nevoia urgentă de punerea sa în aplicare în mai multe instalații industriale, necesită concursul la un număr de specialişti în domeniu. Robotica este o tehnologie multidisciplinară. Se face uz de toate resursele în fruntea știinţei complexe, un teren de structură de sprijin. Acestea includ următoarele: -

Mecanică Dinamică Cinematică Matematică Automatică Informatică Electrică Energie și electrice Pneumatice și hidraulice Vedere artificială Zgomot mașin Inteligenţa artificial

1.4 Clasificarea manipulatoarelor şi roboţilor pe generaţii Manipulatoarele roboţilor au început să devină cele mai universale mijloace de automatizare complexă a ramurilor industriale (industria auto-motivă). Clasificarea pe generaţii foloseşte drept criteriu de bază capacitatea maşinii de percepere şi interpretare a semnalelor din mediul exterior, precum şi de adaptare la mediu în timpul procesului de lucru. Deosebim: -

Manipulatoarele manuale (prima generaţie);

-

Manipulatoare automate (generaţia a doua);

-

Manipulatoare inteligente (generaţia a treia);

Pagina 6


-

Roboţii industriali din prima generaţie sunt manipulatoare automate programabile, având cel puţin 3 axe (dintre care cel puţin 2 axe sunt programabile prin învăţare sau printr-un limbaj simbolic);

-

Roboţii industriali din generaţia a doua;

-

Roboţii industriali din generaţia a treia sunt dotaţi cu senzori inteligenţi (prelucrare locală a informaţiei) şi utilizează elemente de inteligenţă artificială;

-

Roboţii inteligenţi sunt dotaţi cu programe de inteligenţă artificială avansate, au capacitate de autoinstruire. Majoritatea roboţilor industriali folosiţi în prezent sunt din generaţia 1 şi 2. În funcţie de

scara evolutivă a treptelor de automatizare roboţii industriali se clasifică în:

Sursa de informaţii

Energia

Treaptă 10

Descriere Maşină care se autoperfecţionează: robot cu inteligenţă artificială

9

Mediul exterior

Maşină cu program adaptabil în funcţie de condiţiile externe: robot cu elemente de inteligenţă artificială, robot industrial generaţia 3

8

Maşină care îşi corectează programul în funcţie de condiţiile de lucru: maşină unealtă cu comandă

Electrică

adaptativă 7

Maşină universală programabilă: sistem sau centru de prelucrare cu

Program variabil

CNC, robot industrial generaţia 2

Hidraulică (programabilitate)

6

Maşină mono operaţie programabilă: maşină unealtă cu CN, robot industrial generaţia 1

Pneumatică

5

Maşină automată pentru operaţii multiple: strung cu prelucrare automată, automat de montaj Maşină automată mono operaţie:

4 Pagina 7


Program fix

automat de montaj rigid, manipulator automat Mecanică

3

Sculă mecanizată, maşină comandată manual, manipulator manual (teleoperator)

Om Manuală

2

Sculă de mână

1

Mână

1.5 Poziția și Orientarea Spațiului Operațional

Pentru realizarea generării mişcării unui robot se pot realiza, în funcţie de sarcina robotului conform criteriilor de optimizare impuse, spaţiului operaţional spaţial cuplelor conducătoare. Spaţiul optim al robotului se referă ca spaţiul în care robotul poate executa sarcini programate, potrivit spaţiului unde sunt impuse stările efectorului. Spaţiul cuplelor cinematice este bine determinat de către coordonatele cuplelor cinematice conducătoare. Datorită structurii mecanice a robotului se reprezintă un act cinematic deschis (simplu sau aborescent), datorită coordonatelor cuplei cinematice sunt, în general, independente. În cazul structurii mecanice a robotului se poate reprezenta de un lanţ cinematic închis, coordonatele cuplelor cinematice atunci trebuie reprezentate nişte restricţii. Pentru descrierea mişcării, a situării efectorului robotului, a obiectelor din mediul în care evoluează acesta, în final pentru descrierea sarcinii robotului într-un spaţiu 3D este necesară o reprezentare matematică a poziţiilor, orientărilor, vitezelor, acceleraţiilor, forţelor şi momentelor. Pentru exprimarea situării relative sau absolute, respectiv pentru studiul cinematicii şi dinamicii robotului, fiecărui element al robotului i se ataşează un sistem de referinţă. De asemenea, se atașează câte un sistem de referință fiecărui obiect important pentru sarcina robotului, care este situat în mediul în care evoluează robotul, precum și un sistem de referin ță fix pentru exprimarea situărilor absolute.

Pagina 8


Figura. 1.1 Sistemul de referință.

Pentru descrierea poziţiei şi orientării unui obiect într-un spaţiu 3D este necesar deci să i se ataşeze acestuia un sistem de referinţă, conform figurii 1.1. Aceste sisteme de referinţă sunt definite astfel încât originile şi axele corespund unor puncte şi direcţii care au un rol funcţional în execuţia sarcinii. De obicei, aceste sisteme de referinţă se aleg cu originea în centrul cuplelor cinematice ce conectează două elemente, sau în centrul de masă (centrul geometric) al elementului căruia îi este ataşat respectivul sistem de referinţă. Axele sistemelor de referinţă se aleg, preferenţial, pe direcţiile axelor cuplelor cinematice.

Sistemele de referinţă contribuie la: -

Exprimarea situărilor şi deplasărilor relative ale elementelor robotului;

Pagina 9


-

Specificarea situărilor succesive pe care trebuie să le ocupe sistemul de referinţă ataşat efectorului final al robotului, pentru realizarea sarcinii programate;

-

Descrierea şi controlul vitezelor şi acceleraţiilor efectorului final;

-

Descrierea şi controlul forţelor generalizate ce acţionează asupra robotului în timpul îndeplinirii sarcinii, respectiv în timpul interacţiunii cu mediul;

-

Evitarea coliziunii cu obstacolele din mediul de lucru;

-

Integrarea informaţiilor furnizate de sistemul senzorial pentru comandă robotului.

1.6 Componentele ansamblului manipulator și robot industrial a) Mecanism de poziționare (Mpz) reprezintă un mecanism de generare a traiectoriei endeffector-ului (mecanism de apucat “Map”) fiind un lanț cinematic primar care are la bază un element fix care este compus din bare articulate. b) Mecanisme de orientare (Mor) reprezintă un lanț cinematic secundar (intermediar) format de regulă din roți dințate și care este situat la finalul acestuia. c) Mecanisme de apucare (Map) numit și clește (sau mecanism de prindere, de presiune) reprezintă un mecanism dublu sau triplu și care este situat în prelungirea Mor, având elementul final al acestuia.

1.7 Tipuri de manipulatoare -

manual reprezintă manipulatorul acționat în exclusivitate de către operatorul uman prin forțele proprii.

-

Manipulatorul master-slave reprezintă partea secundară executând aceea și mişcare cu partea principală master, având aceeași structură mecanică.

-

Manipulatorul bilateral reprezintă manipulatorul m-slave la care partea secundară execută aceeași mișcare și forță, având aceeași structură dimensională.

-

Manipulatorul cu secvență fixă reprezintă manipulatorul care execută numai o singură operație pre definită a cărei schimbare sau programare necesită interven ția mecanică.

-

Manipulatorul programat reprezintă manipulatorul care este acționat de un program rigid.

-

Telemanipulator reprezintă manipulatorul comandat la distanță (în direct) de către operatorul uman prin contact vizual.

Pagina 10


1.8 Elemente Constructive ale Manipulatorului și a Roboților Industriali În cazul general, în spațiul tridimensional, un obiect poate să ocupe o anumită poziție, cu ajutorul a șase mişcări de rotație. Aşa cum și sistemul uman format din corp, bra ț, antebraţ și mână, poate să poziţioneze un obiect în spaţiu. Cu ajutorul mişcărilor de rotație putem să obținem mișcări de transla ție ale antebrațului. Astfel, un obiect în spațiu poate fi poziționat cu ajutorul a două mişcări de rota ție şi două de translație, constructivele robotului se pot descrie în cazul următoarelor structuri mecanice. -

Elementul fix care are de regulă formă paralelipipedică și care conține sistemul de acţionare 1 și 2;

-

Coloana pivotantă care se rotește față de elementul fix fiind acționată de către un mecanism de regulă cu roți dințate.

-

Coloana verticală care translatează față de elementul 1 fiind acționată de o transmisie şurub.

-

Braț orizontal cu mişcare de translație fața de elementul 2.

-

Element sub formă de falcă care se rotește într-un plan perpendicular cu axa elementului 3.

-

Mecanism de apucare care poate fi acționat electric hidraulic sau pneumatic. -

Elementele 0, 1, 2, 3 sunt mecanisme de poziționare (Mpz);

-

Elementul 4 este un mecanism de orientare (Mor);

-

Elementul 5 este un mecanism de apucare (Map).

Pagina 11


CAPITOLUL II. ROBOȚI

2.1 Definiţia roboţilor Definiţiile robotului se referă la o mişcare sau funcţionarea în medii diferite sau mai bine determinate: robotul se clasifică ca un sistem mecanic acţionat cu forţe motrice prin comandă integral şi răspunde voinţei umane care este programată de om, ca fiind un manipulator automat reprogramabil şi bivalent, capabil să realizeze poziţionarea şi reorientarea pieselor printr-o mişcare variabilă şi programabilă braţelor şi terminalelor, cu ajutorul unor dispozitive. Conform literaturii românești pentru specialist robotul se defineşte fiind un echipament automat programabil, care se poate adapta unor operaţii prin programare conform condiţiilor mediului în care îşi desfăşoară activitatea mai sunt nişte caracteristici referitoare la robotului cum ar fi, numărul gradelor de libertate, volumul gradului de lucru, zonă de lucru, adaptabilitatea la mediu, programabilitatea, fiabilitate. Traiectoria efectorului se realizează prin compunerea mişcării tuturor gradelor de libertate. Practic, mişcarea efectorului se descompune în mişcări ale gradelor de libertate, poziţiilor iniţiale şi finale ale efectorului din spaţiul coordonatelor operaţionale le corespund poziţii în spaţiul coordonatelor articulare. Robotul se defineşte: printr-o maşinărie automată realizată în scopul manevrării regulate, haotic sau impusă de către muncitor, în medii unde fiinţa umană necesită o deosebită pregătire, îndemânare cât mai exactă şi precisă. Robotul ca fiind un manipulator automat reprogramabil şi bivalent, capabil să realizeze poziţionarea şi reorientarea pieselor printr-o mişcare variată a braţelor prin intermediul unor dispozitive, de cuplare sau prindere. Din cele mai vechi timpuri robotul se defineşte ca un echipament autonom, automat care se poate adapta prin programarea lui de către operatorul uman conform condiţiilor de mediu în care trebuie să acţioneze există caracteristici specifice robotului cum ar fi: număr de grad de libertate, volumul gradului de lucru, zonă de lucru, adaptabilitatea la mediu, programabilitatea, fiabilitate.

2.2 O descriere a roboților Intervenţii chirurgicale sunt realizate uneori de braţe robotice capabile de mişcări neînchipuit de fine. Roboţi industriali care ridică, deplasează, sudează, tăie şi lipesc, înlocuind braţele a zeci de muncitori. Jucării care imită şocant de fidel înfăţişarea a tot felul de animale, dar Pagina 12


care sunt tot roboţi, mai mari sau mai mici, de la robo-pui de găină, până la enormi dinozauri animatronici. Roboţi militari, roboţi utilizaţi în acţiuni de salvare, roboţi trimişi în misiuni de explorare spaţială... Roboţii sunt printre noi, pe lângă noi, trăim în preajma lor, uneori fără să ne dăm seama cât de frecventă e prezenţa lor. Iar în ultimii ani, prezenţa zilnică a unui robot-însoţitor permanent, trăind pe lângă casa omului, nu mai reprezintă o proiecţie SF, ci o realitate tot mai răspândită.

2.3 Tehnică de bază Roboţii sunt realizaţi mai ales prin combinaţia disciplinelor: mecanică, electrotehnică şi informatică. Între timp s-a creat din legătura acestora mecatronică. Pentru realizarea de sisteme autonome (care să găsească singure soluţii) este necesară legătura a cât mai multor discipline de robotică. Aici se pune accent pe legătura conceptelor de inteligenţă artificială sau neuro informatică (parte a informaticii) precum şi idealul lor biologic biocibernetică (parte a biologiei). Din

legătura

între

biologie

şi

tehnică

s-a

dezvoltat

bionica.

Cele mai importante componente ale roboţilor sunt senzorii, care permit mobilitatea acestora în mediu şi o dirijare cât mai precisă. Un robot nu trebuie neapărat să poată să acţioneze autonom, fapt pentru care se distinge între un robot autonom şi unul teleghidat.

2.4 Domenii speciale de utilizare a roboților În afară de producția industrială, există și alte domenii în care utilizarea roboțlor s-a impus sau a fost eficientă. în aceste domenii, nu se poate vorbi despre raportul intre costul robotului şi un anumit număr de produse. Exemple de domenii cu aplicaţii speciale pentru roboţi sunt: -

Extraterestru

-

Laboratoare de cercetare

-

Medicină

2.5 Dispozitive adiţionale pentru roboți La fel ca un om, un robot are nevoie de diverse scule, instrumente şi dispozitive de măsură, pentru a putea îndeplini într-un timp dat o muncă de calitate. De aceea, un robot are în spaţiul lui de lucru mai multe dispozitive adiţionale, care îl ajută să îndeplinească funcţii specifice. Cele mai uzuale dintre aceste dispozitive se enumeră mai jos: Pagina 13


-

Senzori;

-

Staţii de poziţionare a pieselor;

-

Dispozitive de prindere;

-

Magazii de piese;

-

Sisteme de schimbare a sculelor;

-

Sisteme de transport;

-

Axe de mişcare adiţionale;

-

Maşini-unelte;

-

Depozite cu stocuri.

2.6 Clasificare pe categorii Din punctul de vedere al relaţiei om-robot în timpul desfăşurării lucrului roboţilor, aceştia se împart în trei mari categorii: -

Roboţi automaţi,

-

Roboţi biotehnici,

-

Roboţi interactivi. În cazul robotiior comandaţi pas cu pas, prin acţionarea de către operatorul uman a unui

buton sau manete, este pus în funcţiune unul din gradele de mişcare ale robotului. Roboţii masterslave sunt constituiţi din două lanţuri cinematice deschise, primul lanţ (master) având mişcarea comandată de operatorul uman, iar al doilea (slave) copiind la scară această mişcare şi efectuând operaţiile de manipulare pentru care este destinat robotul. În alte cazuri, legătura dintre master şi slave este indirectă, prin teletransmisie. În ambele cazuri, operatorul uman trebuie să vadă tot timpul mişcarea elementului manipulat de slave, această printr-o fereastră sau pe un ecran display. În cazul roboţiior biotehnici semiautomaţi, operatorul uman participă nemijlocit în procesul de comandă, dar în acelaşi timp cu el lucrează şi un calculator universal sau specializat. Semnalul de comandaă la aceste sisteme este dat de operatorul uman, obişnuit printr-o manetă de comandă ce poate avea 3-6 grade de mişcare. Semnalul obţinut prin apăsarea manetei după un grad de mişcare oarecare este preluat de calculator, care efectuează calcule şi formează semnalele de comandă pentru fiecare grad de mişcare al organului de execuţie al robotului. Roboţii ce acţionează în medii industriale au căpătat denumirea de roboţi industriali. În general, aceştia sunt roboţi automaţi şi în cazuri mai rare se utilizează în industrie şi roboţi biotehnici sau interactivi. Sunt răspândit, în special, roboţii programaţi şi, mai puţin, cei adaptivi.

Pagina 14


Roboţii inteligenţi se află în faza de încercări în laboratoare sau aplicaţii iar unele operaţii de montaj automat. Generarea mişcării la nivelul unui grad de libertate se poate realiza în două moduri: - În coordonate articulare (interne). - În coordonate operaţionale (externe). Aceasta se concentrează pe tehnologia de mobilitate: cum poate un robot mobil mută nesupravegheat prin lumea reală-medii, să-şi îndeplinească sarcinile sale. Prima provocare este locomoţia în sine. Cum ar trebui să se mute un robot mobil, şi ceea ce este despre un mecanism special locomotor care face superioare mecanisme de alternativă la locomoţie. Medii ostile, cum ar fi Marte declanşa mecanisme de locomoţie şi mai neobişnuite. În medii periculoase şi neprimitoare, chiar şi pe pământ, astfel de sisteme de teleoperator au câştigat popularitate. În aceste cazuri, complexitatea (nivel scăzut) robot adesea face imposibil pentru un operator uman pentru a controla propuneri sau direct. Umane îndeplineşte localizare şi activităţi de cunoaştere, ci se bazează pe robot sistem de control pentru a asigura controlul mişcării. De exemplu pe robot de mers pe jos oferă automat picior coordonarea în timp ce operatorul uman alege o direcţie generală de călătorie, descrie un vehicul subacvatic, care controlează trei elice pentru a stabiliza submarinul robot autonom în ciuda turbulenţelor subacvatice şi curenţii de apă în timp ce operatorul alege poziţia pentru submarin pentru a atinge. Roboţi comerciale funcţioneze nu în cazul în care oamenii nu pot merge, dar mai degrabă partea spaţiu cu oamenii din medii umane. Aceşti roboţi sunt convingătoare nu pentru motive de mobilitate, dar din cauza autonomiei lor, şi astfel capacitatea lor de a menţine un sentiment de poziţia şi de a naviga fără intervenţie umană este primordială. Avansul tehnologic avansate fac roboţii mai flexibili, precişi şi autonomi, ceea ce permite utilizarea acestora pentru tot mai multe sarcini în procesele de producţie. Oricare dintre acești roboți poate fi redus la elementele constituente, și anume: -

Spațiu de operare.

-

Sursă de energie.

-

Sursă de informație.

-

Sobotul.

Pagina 15


2.7 Tehnica Roboţilor în Industrie. Încă de la începuturile dezvoltării reformei industriale, roboţii au reprezentat un monopol important în dezvoltarea tehnologiei actuale. Este de sine înţeles, că robotul reprezintă miniatură fiinţei umane, întru cât mecanismele constricţilor sale imită abilităţile naturale ale omului. Industria roboţilor a cunoscut o creştere a volumului şi complexităţi interacţiunii dintre om şi mediul artificial creat de el, înseamnă tot o dată şi creşterea exponenţială a cerinţelor de acţionare în comandă surselor artificiale a uneltelor, dispozitivelor şi maşinilor. Rezultă de aici marcarea celei de a două revoluţii ştiinţifico-tehnice şi a expansiunii crescute al cercetărilor ştiinţifice. Prin procesele artificiale se formează succesiunii de cauze şi efecte care determină intervenţia continuă sau discontinuă, a dică omul poate să intervină respectiv ne implicarea să. În varianta normală un operator acţionează în procesele discontinue cu forţele sale proprii. Deplasarea făcându-se sub coordonarea mâinilor şi a ochilor, realizându-se decatare creier de aceia sau efectuat automat operaţii de inteligenţe de ghidare similare omului. Mecanismul Robotului.

Se caracterizează ca un mecanism automat autonomi compus din mai multe elemente: mecanic, senzori şi actuator precum şi un mecanism de direcţionare, sistem de comandă manual sau automat.

2.8 Procesele Maleabile ale Fabricaţiei Roboţilor Pe parcursul ultimelor două decenii, productibilitatea proceselor de fabricaţie şi a utilajelor acestora au avut un impact major asupra calităţii produselor finite, ceia ce a demonstrat că procesul de fabricaţie şi calitatea procesului finit sunt strâns cuplate. Obiectivul principal într-un proces tradiţional de fabricaţi şi în asamblarea să îl reprezintă îmbunătăţârea calităţi acestora iar proiectarea procesului de asamblare şi de dezasamblare arată că este una dintre cele mai eficienţe tehnici de reducere pregnantă a costurilor totale de fabricaţie încă din stadiul de proiectare precum şi scăderea numărului de operaţii. La momentul actual puţine sisteme flexibile cu care executarea de asamblarea produselor fabricate sunt re utilizate întru cât sunt dezvoltate pentru o durată mică de utilizare şi sunt distruse pentru reciclare. Totalitatea acestor sisteme, compuse din elemente dinamice şi adaptive pun utilizarea eficace tuturor resurselor chear dacă procesul de dezasamblare necesită utilităţi majore privind adaptabilitatea să, se încearcă să trateze solurilor noi aplicate în procesele flexibile de asamblare în vederea extinderi şi optimizări din cadrul procesului tehnologic reprezentată în figura 1.2. Pagina 16


Contribuţia în cadrul analizei linilor flexibile de fabricaţie deservite de roboţi

Figura. 1.2 Sistemul flexibil de asamblare/dezasamblare. -

Robotul industrial necesar operaţiilor de manipulare (necesită precizie, sistem de control al traiectoriei şi sistem de senzori şi traductoare).

-

Funcţia de prelucrare automată a pieselor.

-

Funcţia de transport şi depozitare.

-

Funcţia de comandă şi supraveghere automată a tuturor componenţelor sistemului. Principalele tehnici de analiză şi modelare pentru evidenţierea sistemelor flexibile folosite

de roboţi reprezintă reţelele Petri.

2.9 Controlul mişcării şi strategiilor de conducere a roboţilor Conducerea roboţilor mobile într-un mediu dinamic ridică o problemă complexă folosind metoda câmpului vectorial şi un algoritm de conducere fuzzy care să asigure evoluţia traiectoriei

Pagina 17


robotului mobil, sunt folosite relaţii matematice ne liniare care indică starea şi modul de descriere a mediului în care acesta evoluează. Problematică conduceri roboţilor mobile sunt dezbătute două situaţi: -

Determinarea traiectorii dorite.

-

Asigurarea evoluţiei robotului pe toată traiectoria planificată.

Modalitatea câmpului vectorial determină deplasarea robotului cu forţa rezultantă alcătuită dintr-o forţa generat de poziţia dorită şi o forţă respingătoare generate de obstacolele ce trebuie ocolite. Se propune o structură de conducere fuzzy, care să ţină cont de tronsonul traiectoriei dorite pe care evoluează robotul, adaptarea funcţiilor de apartenenţă făcându-se în funcţie de mediul de evoluţie. Pentru structură de conducere fuzzy, s-au încercat variante cu 25, 32 şi 72 de reguli, dar s-a optat pentru structură cu 25 de reguli, avându-se în vedere reducerea timpul de calcul. Punctul de plecare în dezvoltarea arhitecturii de comandă bazate pe modelul de referinţă de tip Reţea Petri l-a constituit observaţia referitoare la corespondenţa dintre poziţiile acestuia şi stările în care se găseşte sistemul fizic real, precum şi asocierea tranziţiilor evenimentelor externe care îl pilotează. Această a fost, de altfel, paradigmă care a stat la bază elaborării modelelor. Corespondenţă cu realitatea este determinat sistemul omnidirecţional şi configuraţie posibile pentru mecanismul de mişcare: configuraţie Y şi configuraţia Delta: primă fiind specifică pentru amplasarea laterală şi longitudinală a roţilor. Este importantă necesitatea reţelelor petri pentru aspectele de înţelegere şi realizare a ansamblului robotic. Iar în ceia ce priveşte regulile fuzzy o largă răspândire se pretează din punt de vedere al optimizări şi vederi computaţionale metodă mandani fiind ce mai potrivită pentru aplicaţie în care utilizatori trebuie să introducă date direct. Aşa dar folosirea conceptele fuzzy permit cunoaşterea în ansamblu a procesului, regurile de conducere fiind exprimate lingvistic. Se poate identifica pasul în cadrul aplicaţiei de comandă a celulei şi echipamentul de operare comunicarea între structuri oferă de complexitate şi sensibilitate. În aceste sisteme de fabricaţie există 4 posibilităţi de erori fundamentale: -

Operator uman.

-

Calculatorul de comandă a celulei.

-

Logică senzorilor şi a releelor.

-

Programul specializat destinat maşinii. Pagina 18


Soluţia pentru corectarea erorilor sunt de trei tipuri: -

Îmbunatăţirea interfeţei asociate.

-

Soluţii pentru selectarea operatorilor umani specializaţi.

-

Şi îmbunatăţirea posibilităţilor de instruire şi simulare.

2.10 Sistemele flexibile de fabricaţie şi metode de comandă. Metodă de comandă a sistemelor este una ierarhică de oare ce calculatorul central este responsabil de conducerea lor şi de fiecare punct de lucru cu ajutorul datelor primite de la acesta privind stadiul actual al lucrări reprezentată în figura 1.3.

Figura. 1.3 Structura de comandă ierarhică.

2.11 Semnificaţia roboţilor industriali. Roboţi industriali inteligenţi sunt alcătuiţi din senzori cu elemente de inteligenţa artificială destinate interacţionări cu mediul înconjurător fiind capabili de a constitui un model informaţional şi adaptarea programului în timpul funcţionari în figura 1.4. [16]

Pagina 19


Figura. 1.4 Scema bloc a unui robot industrial. [16] [16]

2.12 Sistemul mecatronic uni robot.

Figura. 1.5 Sistemul mechanic brațului. [16] uman.. Este constituit dintr un ansamblu cinematic alcătuit din elemente rigide inter conectate prin cuple de translaţie şi rotaţie care permit mişcarea rotativă a robotului se urmăreşte că structură sa mecanică să fie capabilă de o mobilitate cât mai mare a caracteristicile braţului robotului având ca asemănare braţul omului. Acest sistem trebuie să asigure supleţe şi greutate minimă, dar un randament energetic ridicat în figura 1.5. [16] Geometria și cinematică directă a robotului cu MPz tip RRR Pagina 20


a.

b. Figura. 1.6 Lanțul cinematic. [16]

Figura. 1.7 Sistemul mechanic al robotului. [16]

Pagina 21


Figura. 1.8 Lanțul cinematic brațului robotic. [16] Are rolul de a gestiona mişcările şi transmiterea energiei mecanic necesare acţiuni cu mediul înconjurător dispozitivul de ghidare este responsabil să realizeze mişcările şi energia mecanică aferentă acestor mişcări în conformitate cu acţiune destinată asupra mediului structură sistemului mecanic. [16]

2.13 Sistemul de acţionare al roboţilor industriali. O sursă de energie mecanică exterioară care impun variaţia în timp a deplasări relative generalizate, adică integrală în raport cu timpul şi vitezei relativei generalizate respectiv derivată în raport cu timpul a vitezei relative generalizate a elementelor conducătoare. Sistemul de acţionare are câte un actuator pentru acţionarea mişcări relative a fiecărei cuple conducătoare, conţinutul funcţiei de acţionare este tot una cu transformată unei energi ne mecanice în energie mecanică (cinetică) intro cantitate a cărei variaţie în timp se prescrie de către sistemul de comandă. Motorul este principalul element de acţionare şi el realizează transformarea energiei ne mecanice în energie mecanică. Convenţional unul dintre elementele motorului se consideră fix iar celălalt mobil. Elementul mobil se mai numeşte şi element de ieşire din motor pentru că energia mecanică se înmagazinează în element al mobil, mişcarea transmiţându-se mai departe. În acţionarea roboţilor se utilizează motoare electrice şi electro magnetice. Îndeplinirea funcţiei de coordonate de către robot se impune modificarea în timp conform programului, iar modificarea caracteristici a forţei şi a puteri mecanice prin modificarea fluxului de energie mecanică, realizată prin acţiunea aparatului de dirijat a fluxului de energie mecanică.

Pagina 22


2.14 Sistemul de acţionare electric al roboţilor. Sistemul de acţionare constituie disponibilitatea reţelelor de distribuţie a energiei electrice în locurile de utilizarea a robotului funcţionare a acestuia făcându-se doar conectarea sistemului la o asemenea reţea. Cuplele cinematice conducătoare ale sistemului mecanic al roboţilor conţin motoare electrice de curent conţinu, în serie. Şi sunt utilizate motoare alternative. Motoarele rotative intră în ansamblu servomotoarelor electrice datorită unor traductoare de urmărire a mărimi parametrilor de mişcare a rotoarelor. Drept urmare, se construiesc în acţionarea roboţilor rotoare lungi care au diametru mic, fie rotoare disc cu diametru mare şi lungime mică. Dezvoltarea explozivã a roboţilor industriali a condus la apariţia unui numãr enorm de roboţi industriali având cele mai diferite forme şi structuri. A apãrut astfel necesitatea clasificãrii roboţilor industriali dupã anumite criterii. Ei se clasificã astfel: –

Dupã informaţia de intrare şi modul de învãţare al robotului industrial: -

Manipulator manual, care este acţionat direct de cãtre om;

-

Robot secvenţial, care are anumiţi paşi ce “ascultă” de o procedurã predeterminatã

-

Robot repetitor (playback). La început omul învaţã robotul procedură de lucru, acesta memoreazã procedură, apoi o poate repeta de câte ori este nevoie.

-

Robot cu control numeric. Robotul industrial executã operaţiile cerute în conformitate cu informaţiile numerice pe care le primeşte.

-

Robotul inteligent îşi decide comportamentul pe bază de informaţiilor primite prin senzorii pe care îi are la dispoziţie şi prin posibilitãţile sale de recunoaştere.

–

Clasificarea dupã numãrul gradelor de libertate.

–

Clasificarea dupã spaţiul de lucru şi greutatea sarcinii manipulate.

–

Clasificarea dupã metodă de control.

–

Roboţi programabili

–

Dupã generaţii sau nivele, în funcţie de comandă şi gradul de dezvoltare al inteligenţei artificiale.

–

Pagina 23


2.15 Roboţi pentru prestări de servicii Aceşti roboţi sunt utilizaţi pentru sectorul economic în care industrializarea serviciilor constituie o structură eterogenă şi în plină dezvoltare în spectrul larg al domeniului de prestări de servici (figura 1.9), de ceva timp în coace datorită de saturaţia pieţei precum şi al fenomenului de recesiune domeniul de prestări de service este tot mai utilizat datorită modificărilor structurilor în acest domeniu.

Figura. 1.9 Roboți pentru prestări service tendința de dezvoltare a roboților. Întreprinderile producătoare de produse de larg consum cu formele de organizare a muncii au sarcină de o mai bună conlucrare de bunuri de larg consum cu cei din domeniul serviciilor având ca rezultat creşterea volumului desfacerilor şi ofertă diversificată, având factori majori de creştere a producţiei precum şi o importantă sursă de creare de noi locuri de muncă. Toate firmele ofertante de service au tehnologi noi de informare pentru service în domeniul economic precum şi întreprinderea eforturilor susţinute pentru echiparea utilităţilor automatizate pentru a câştiga piaţa serviciilor robotizate. În acest caz, se impune studierea activităţilor automatizate pentru obţinerea unor efecte sinergice în componenţele cheie existenţe care trebuie dezvoltate, subansambluri din sistem având costuri ridicate şi structură activităţilor tehnice economice şi organizatorice.

Pagina 24


2.16 Structura unui robot pentru prestări servici Este conceput ca un mijloc pentru îndeplinirea necesitaţilor cu valoare productive, aici fiind socotite mărfurile de consum. Aceste servici sunt procese de transformare în care finalitatea reprezintă procesul şi acţiunea să directă punându-se bazele simultaneităţii producţiei cu consumul serviciilor conform figuri 1.10.

Figura. 1.10 Structura unui sistem robotizat pentru prestări servicii.

Robotul de service este un sistem de configurare liber programabil care oferă service total sau parţial total automatizate având o organizare şi o creştere industrial al mărfurilor de bună calitate (figura. 1.11). Prin sisteme parţial automatizate se înţelege acele sisteme care au fucțile alimentări cu material, desfăşurarea procesului sau evacuarea să.

Figura. 1.11 Structura unui Robot de servicii – model general. Pagina 25


-

Dispozitive de ghidare. Numărul de cuple motoare şi tipul lor de rota ție şi transla ție precum şi cursele lor active care alcătuiesc cinematică robotului.

-

Sistemul de comandă. Cu succesiunea componenţelor şi timpului mişcări elementelor robotului de service care include programul specific prestări serviciilor.

-

Platformă mobilă. Cu vehicule ghidaj al maşini pentru transportul automatizat al încărcături

2.17 Modelarea Roboţilor

Este un sistem mecanic articulat cu multe grade de libertate asigurând deplasarea obiectelor pe verticală. Modelarea roboţilor cuprinde trei modele distincte: -

Geometric

-

Cinematic

-

Dinamic

Pentru a evidenţia importanţa structurală economice este suficientă de avea o cifră de afaceri şi numărul de angajaţi iar dezvoltarea noţiuni de prestare de service se delimitează de domeniile promovări prestărilor de servici. Sunt folosite în activităţi precum transportul prelucrarea sau procesare, manipulare.

2.18 Tipuri de roboți Termenul de robot descrie un domeniu destul de vast, cauză din care robo ții sunt sorta ți în multe categorii. Iată câteva din acestea:

-

Robot umanoid.

-

Robot industrial.

-

Robot casnic.

-

Robot explorator.

-

Robot autonom mobil.

-

Robot militar.

-

Robot păzitor. Pagina 26


-

Robot de servicii.

-

Robot jucărie.

-

Roboţi medicali.

2.19 Robot umanoid (sau android)

Obiectivele şi scopul umanoid şi robotică este un domeniu de cercetare energentica şi provocatoare, care a primit o atenţie semnificativă în ultimii ani şi va continua să joace un rol central în robotică de cercetare şi în multe aplicaţii ale secolului 21. Indiferent de aria de aplicare, una dintre problemele

comune au fost abordate în umanoid robotică este înţelegerea

omului-

cum ar fi informaţiile şi mecanismele care stau la baza creierului

uman în

relaţiile cu lumea reală. Obiective ambiţioase au fost stabilite pentru

viitor

umanoid şi robotică. Acestea sunt de aşteptat pentru a servi ca tovarăşi şi asistenţi pentru oameni în viaţa de

Figura. 1.12 Robot Umanoid. [13]

zi cu zi şi ca final ajutoare în caz de catastrofe naturale

şi artificiale (figura 1.12.) Progrese considerabile a fost făcut cu umanoizi de cercetare care rezultă într-o serie de roboţi umanoizi capabil de a muta şi de a efectua sarcini bine concepute. În ultimii zece ani de umanoizi cercetare, un spectru încurajatoare a ştiinţei şi tehnologiei a apărut că duce la realizarea de sisteme mecatronice umanoide foarte avansate dotată cu capabilităţi referitorul bogată şi complexă. De importanţă majoră pentru avansuri din câmpul este fără îndoială disponibilitatea sistemelor roboţi umanoizi reproductibile, care au fost folosite în ultimii ani ca comune platforme hardware şi software pentru a sprijini cercetarea humanoids. Multe inovaţii tehnice şi rezultate remarcabile de universităţi, Institute de cercetare şi companii sunt vizibile.

2.20 Robot industrial Modele de roboţi industriali sunt caracterizate prin ecuații neliniare extrem cu cuplaje neliniare între variabilele de mișcare. Aceste metode neliniare directe se bazează pe o apartiție adecvată a ecuației dinamic al robotului industrial și să ofere, legile aplicabile în mod direct de control explicite pentru fiecare unitate. Procedurile de proiectare prezentate foarte mult simplifica derivarea algoritmului pentru roboţi industriali controlate de computer, (figura. 1.13). Pagina 27


Sarcini pentru doi roboţi industriali coordonate aduc mereu roboți în contact cu aceleași obiect. Fizic trei formează un mecanism închis lanț cinematic. Atunci când lanțul este în mișcare, pozițiile și orientările celor doi roboți trebuie să îndeplinească un set de constrângeri egalitatea dintre fiecare dată clipă. Pentru a elimina erorile de mișcare între ele, ne-am atribui una dintre ele pentru a efectua cea mai mare parte a sarcinii. Figura. 1.13 Robot Industrial. [21]

Propunerea este planificată corespunzător. Mișcarea

care o dăm robotului este să urmeze primul robot, așa cum se specifică de către reguli ale vitezelor comune derivate din condițiile de constrângere. Astfel, dacă este necesar orice modificare a mișcării în timp real, doar mișcarea primului robot este modificat. Modificarea robotului se face implicit prin condițiile de constrângere. În mod specific, în cazul deplasări, viteza, accelerațiia și a primul robot sunt cunoscute pentru propunerea planificată sau modificată, variabilele corespun - pentru a doilea robot și forțele/cuplului poate fi determinată prin relațiile limitate.

2.21 Robot casnic. Roboţi casnici se clasifică ca fiind roboţi autonomi, gospodar. Oamenii dezvoltă noi generaţii avansate de roboţi și chiar dacă în prezent par a fi simple fantezii, Imaginaţi-vă un robot care face curat, în timp ce un altul prepară un cocktail în mai puţin de două minute. Robotul arată precum o servitoare care are grijă de tot. În îndatoririle Figura. 1.14 Robot Casnic.

sale se află activitățile casnice și face față foarte bine datoriilor zilnice foarte rapid, eficient și fără să

lenevească. Cu aspiratorul care aspiră singur (figura 1.14), avea suficienţi senzori pentru a se plimba prin sufragerie, dormitor, bucătărie şi alte încăperi, beneficiază de senzori ultrasonici şi senzori cu infraroşii pentru a se deplasa mai bine prin casă şi a nu se duce de-a dura pe scări, dincolo de caracterul utilitar. 2.22 Robot explorator Roboţii exploratori se clasifică ca find nişte roboţi care operează în spaţii greu acesibile sau periculoase care sunt teleghidați sau parţiali automaţii (figura 1.15), sunt dotaţi Pagina 28


cu mai multe seturi de camere de luat vederi destinate navigării, evitării pericolelor şi colectării de probe ştiinţifice. Mai are şi un microscop care poate aduna imagini la

o rezoluţie foarte mare, de 10-15 microni (în jur de zece la sută din grosimea unui fir de păr). La o asemenea scală, oamenii de ştiinţă vor putea examina texturile rocilor şi mineralelor pentru a le determina compoziţia.

Figura. 1.15 Robot Casnic .

2.23 Robot autonom mobil Roboţii se mai numesc și unități mobile. Aceste unităţi pot depista și dezamorsează sau distruge bombe sau mine (de exemplu robotul TALON). Există și roboți care ajută la căutarea de oameni îngropați după cutremure. Între timp există și așa-numiții killer roboţi Robotul

de

inginerie

TALON

telecomandă a fost dezvoltat şi Testat în Figura. 1.16 Robot Autonom Mobil. [23]

Bosnia și mai târziu în Irak și Afganistan,

robotul nu a câștigat aprecierea deplină în Irak. Principalul motiv a fost că rebelii irakieni și afgani folosesc dispozitive explozive improvizate, care provocat moartea a sute de soldați și civili. TALON fost, de asemenea, utilizat cu succes la Ground, fără a necesita o repara ție majoră. Ponderile Talon de până la 54 kg. Acesta poate fi controlată de la distanță de siguranță prin intermediul unui joystick și un ecran quad care furnizează date continue și feedback videoclip pentru poziționare precisă a vehiculului. Talon poate călători prin nisip, zăpadă și apă. Viteză maximă este de 6,5 km/h. Transmite video color, alb-negru, infraroșu, și/sau o versiune noapte de operatorul.

2.24 Robot Militar Toată lumea știe că a fi un soldat este un loc de muncă periculos, dar unele dintre sarcinile care soldații sunt necesare pentru a face sunt mai periculoase decât altele. Plimbare prin câmpuri minate, dezactivând bombe neexplodate sau compensare în clădiri ostile, de Pagina 29


exemplu, sunt unele dintre sarcinile cele mai periculoase o persoană este cerut pentru a efectua în linia de datorie. Ce dacă am putea trimite roboți pentru a face aceste locuri de muncă în loc de oameni? (figura. 1.17). Apoi, dacă ceva a mers prost, am pierde doar banii a costat pentru a construi robotul în loc de a pierde o viață umană. Și am putea Figura. 1.17 Robot Militar. [24]

construi mereu mai mulţi roboți. Armata SUA a fost dezvoltarea de sisteme robotizate pentru tot felul de

locuri de muncă de acum, iar unele dintre ele sunt chiar pe linia frontului din Irak. Dacă a ți fi interesat de unele de fundal pe tema roboți, în general, înainte de a învă ța despre robo ți militare specifice, verifică modul Roboți de lucru.

2.25 Robot păzitor (de supraveghere) De şi redă fişiere MP3. Ghidaţi robotul Spykee Prin apartament şi Vizualizaţi explorările robotului pe monitor. Acesta este dotat cu aparat de fotografiat, microfon şi difuzoare, şi este controlat perfect prin WLAN şi internet, iar datorită camerei integrate puteţi supraveghea oamenii pe ascuns. Datorită interfeţei WiFi, spykee poate fi ghidat chiar şi de la o distanţă de mii de kilometri prin internet. Suplimentar, poate reda şi muzică prin WLAN de pe harddiskul calculatorului unui, lui însoţit de un complex Figura. 1.18 Robot Păzitor. [28]

manual de utilizare. În 20 de paşi asamblaţi din părţile

componentelor robotului cu multe abilităţi şi posibilităţi de utilizare. Nu numai că fotografiază, filmează şi înregistrează sunete, ci poate reda sunete şi chiar poate vorbi. Cu ajutorul acestuia puteţi efectua gratuit apeluri telefonice şi în principiu, acestea funcţionează pe bază de voice. Robotul este foarte bine conceput pentru supravegherea camerei dumneavoastră (figura. 1.18), deoarece înregistrează orice mişcare, fotografiază Intrusul şi va transmite toate aceste dată pe adresa dumneavoastră de e-mail. Datorită funcției de încărcare automată a acumulatorului, se întoarce singur la staţia de încărcare atunci când este nevoie de energie. Software-ul necesar pentru funcţionarea lui este aşadar poate fi dezvoltat de orice utilizator.

Pagina 30


2.26 Robot de serviciu Un robot este un mecanism programabil acționat în două sau mai multe axe cu un grad de autonomie, care se deplasează în mediul său, să își îndeplinească sarcinile prevăzute. Autonomia în acest context înseamnă capacitatea de a efectua sarcini destinate bazate pe starea actuală și de detectare, fără intervenție umană. Un robot de serviciu este un robot care îndeplinește sarcini utile pentru om sau echipamente cu excepția Un un

aplicare automatizări industriale. robot de serviciu personal sau un robot de servicii pentru uz personal este robot de serviciu utilizat pentru o sarcină necomerciale, de obicei, de nespecialiști. Exemple sunt robot de interne robul, scaun cu roţile automat, mobilitatea persoanelor ajută robot, iar animalele de companie exercitarea robot.

Un

robot de servicii profesionale sau a unui robot de servicii pentru uz

Figura. 1.19 Robot de Serviciu. [7]

profesional este un robot de serviciu utilizat pentru o sarcină comercial (figura 1.19), operat de obicei de

către un operator instruit corespunzător. Exemplele sunt de curățare robotul pentru locuri publice, robot de livrare în birouri sau spitale, robotul de stingere a incendiilor, robot de reabilitare și chirurgie de robot din spitale. În acest context, un operator este o persoană desemnată pentru a începe, să monitorizeze și să oprească funcționarea intenționată a unui robot sau un sistem de robot. Un sistem robot este un robot sistem care cuprinde , la sfâr șitul efector și orice utilaje, echipamente, dispozitive sau senzori de sprijin robot îndeplinirea misiunii sale.

2.27 Roboţi de Jucărie Pino este un robot de jucărie care simulează procesele de învăţare şi intercomunicare. Are trei tipuri de senzori: optic (în ochi), infraroşu (pe nas) şi tactil (pe mâini şi pe cap). Principiul de inter comunicare este cel de "acordare a atenţiei către robot" care se face prin stimularea cât mai frecventă a senzorilor prin zgomote, mişcare şi atingere a palmelor sau a capului.

Pagina 31


Cu

cât robotului "i se dă mai multă atenţie " cu atât acţiunile pe care le execută sunt mai complexe şi mai interesante: mişcă braţele şi capul, dansează, cântă melodii diferite, sforăie, joacă jocuri (figura.

Figura. 1.20 Robot Jucarie.

1.20).

[26]

Acţiunile robotului sunt dependente de "starea sa de

spirit"

care este exprimată prin lumină în diverse culori emisă de vizorul de

pe

cap. Principiul de inter comunicare este cel de "acordare a atenţiei către robot" care se face prin stimularea cât mai frecvenţă a senzorilor prin

zgomote,

mişcare şi atingere a palmelor sau a capului.

2.28 Roboţi medicali Roboți medicale în zilele noastre, nu mai sunt surprinzător să aflăm intrun spital chirurgical de top performanţe nu este uman. Cu o precizie de neegalat și capacitatea de a lucra fără oboseală, roboții medicale sunt, evident, una dintre aplicațiile cele mai utile ale tehnologiei robotice. Acești roboți sunt utilizate pe scară largă în diverse practici medicale, inclusiv proceduri chirurgicale dificile, și au revoluționat complet viteza și eficiența serviciilor de asistență medicală în mai multe părți ale lumii.

Figura. 1.21 Robot Medical. [25]

-

Robotul medical primul cunoscut şi utilizate de industria medicală a fost atunci când

robotul PUMA 560. Robotul din colegiul imperial din londra au ajutat medicii să efecteze intervenţii chirurgicale de prostată pe un pacient de atunci, studiile persistente privind sistemele robotizate pentru utilizare specifică în îngrijire a sănătății au fost efectuate de către cercetători medicale este sistemul chirurgical de Vinci. -

Mai multe roboți medicale sunt utilizate într-o gamă largă de aplica ții chirurgicale, de la neurochirurgie la radiologie, chiar și în pediatrie și ortopedie, dar roboți medicale nu se limitează doar la un rol chirurgical (figura. 1.21), un robot în miniatură numit ViRob a fost dezvoltat cu scopul să se târască prin corpul uman, să găsească o tumoare, și să o trateze cu medicamente. Măsurând numai un milimetru lungime și patru milimetri de la un capăt la altul, bot foloseşte arme mici controlate de un câmp electromagnetic Pagina 32


pentru a propulsa drum prin diferite cavități ale corpului uman, în căutarea pentru tumorile mortale pe care trebuie tratate. Roboţi medicali au avantajele unei precizii ridicate şi necesită mai puţine proceduri invazive fiind folosiţi în cazul acesta roboţi mai mici având risc mai redus de apariţie a complicaţilor. Dezavantajul unui asemenea robot fiind costul ridicat al componenţelor pentru că necesită precizie foarte mare şi consum de energie minim. În România să realizat primul transplant renal cu ajutorul unui robot medical fiind o premieră în Europa de est.

Exemple de roboţi medicali: -

Nano roboţi microscopici necesari pentru a curate arterele şi vasele de sânge şi pentru a întări sistemul imunitar.

2.29 Sistemul unui robot comunică cu mediul şi este compus din următoarele: -

Sistemul mecanic al robotului care are rolul scheletului uman, astfel defineşte natura şi amplitudinea mişcărilor ce se pot realiza.

-

Sistemul de acţionare realizează mişcarea relativă a elementelor mecanismelor din sistemul mecanic, şi are rolul sistemului muşchiular al omului.

-

Sistemul de comandă emite comenzi către sistemul de acţionare şi prelucrează informaţii preluate de la sistemul mecanic, de acţionare şi de la mediu, are rolul sistemului nervos uman.

-

Traductorii şi aparatele de măsură preia informaţii despre starea internă a robotului, adică deplasări, viteze, acceleraţii relative, debite, presiuni, temperaturi.

Senzorii preia informaţii despre starea „externă" a robotului, caracterizată prin parametrii mediului (temperatură, presiune, compoziţie, etc.) şi acţiunea acestuia asupra robotului (forţe, cupluri, etc.). Oricare dintre aceşti roboţi poate fi redus la elementele constituente, şi anume: -

spaţiu de operare;

-

sursă de energie;

-

sursă de informaţie; Pagina 33


-

robotul.

Folosirea roboţilor se realizează pentru: -

Sudare în puncte

-

Sudare cu arc electric

-

Lipire

-

Cositorire

-

Transport

-

Mânuirea unor piese

-

Paletizare

-

Alimentarea cu piese unor maşini unelte

-

Procesarea suprafeţelor

-

Polizare şi şlefuire

-

Debavurare

-

Debitare

Cele mai importante componente ale roboţilor sunt senzorii, care permit mobilitatea acestora în mediu şi o dirijare cât mai precisă. Un robot nu trebuie neapărat să poată să acţioneze autonom, fapt pentru care se distinge între un robot autonom şi unul teleghidat.

2.30 O clasificare. -

Sunt fabricate ca să poată realiza operaţii şi să poată fi pilotate pentru deplasare sau transportul trebuie să fie exact cu viteză dar şi forţa limitate.

-

Sunt realizate cu mai multe grade de libertate (2±6) de oare ce trebuie să poată să execute operaţii complexe, toate mişcările se controlează de unitatea de comandă.

-

Sunt autonomi, realizează să activeze fără vreo intervenţie a operatorului.

-

Sunt dotaţi cu diferite sisteme capabile să conducă aparaturile necesare la execuţia unor procese.

-

Sunt dotaţi cu memorie capabilă programabila pentru execuţia unor operaţii.

Pagina 34


2.31 Caracteristicile. Caracteristicile principale ale roboţilor industriali se grupează în categorii: Cinematică

-

Viteză pe traiectorie

-

Viteză şi acceleraţia

-

Viteză uneltei într-o mişcare liniară

-

Timpul de mişcare

Geometrie

-

Configuraţia articulaţiilor

-

Numărul de grade de libertate

-

Spaţiu de lucru

Încărcătură

-

Încărcarea utilă = Încărcarea nominală – Greutatea uneltei.

-

Capacitatea de încărcare/Încărcarea nominal

-

Greutatea uneltei + greutatea piesei manipulate

-

Robotul poate mişca acesta încărcătură fără restricţii de viteză şi acceleraţie (conform cu datele limită date de producător)

Precizia: - Repetabilitate -

Precizia de poziţionare

Controller: - Hardware -

Software

-

Interfaţă

-

Programare

2.32 ARHITECTURA UNUI MODEL DE ROBOT Arhitectura robotului

Pagina 35


Configuraţia generală a modelului 4R este prezentată în figură 1.22 Părţile componente specificate în figură, sunt: baza, platforma, braţ 1, braţ 2 şi efectorul robotului.

Figura. 1.22 Configurația robotului.

Bază.

În figură 1.23 Este prezentată baza robotului. Are fixată o roată dinţată cu dinţi drepţi cu 100 de dinţi, modulul 2, unghiul de presiune de 20, lăţimea dinţilor de 12 mm. Coaxial cu roată dinţată sunt doi rulmenţi care asigură o articulaţie cilindrică între bază şi platformă.

Figura. 1.23 Bază.

Platforma.

În figură 1.24 A este prezentată platforma şi sistemul de referinţă faţă de care s-au exprimat coordonatele centului de masă şi momentele de inerţie.

Pagina 36


Platforma are în compunere două motoare elcetrice (figura 25. C), care asigură mişcare platformei faţă de bază (motor 1) şi mişcarea braţului 1 faţă de platformă (motor 2). În figură 1.24 D este prezentată poziţionarea lagărului de prindere al braţului 1 faţă de axa de rotaţie a platformei.

c.

d. Figura. 1.24 Platforma robotului.

Pe axa motorului 1 este prinsă o roată dinţată cu 17 dinţi care angrenează cu roată dinţată prinsă pe bază, asigurând mişcarea de rotaţie a platformei. Axa lagărului de prindere a braţului 1 se află la cota z = 320 mm faţă de sistemul de referinţă. Pe axul motorului 2 este prinsă o roată dinţată cu dinţi drepţi, cu 20 de dinţi, modulul 1 mm, lăţimea de 12 mm, care angrenează la interior cu o coroană dinţată de 100 dinţi, prinsă de braţul 1, asigurând mişcarea de rotaţie a braţului 1 faţă de bază. Braţul 1.

În figură 1.25 este prezentat sistemul de referinţă al braţului 1 şi distanţa între axele lagărelor. Caracteristicile masice ale braţului 1 sunt:

Pagina 37


a.

b. Figura. 1.25 Brațul 1.

Braţul 1 are în componenţă un motor electric (figura. 2.26. B) care antrenează în mişcare de rotaţie braţul 2, printr-o angrenare cilindrică interioară. Pe axul motorului electric este prinsă o roată dinţată cu 20 de dinţi, modul 1 mm, şi lăţimea dinţilor de 12 mm. Braţul 2.

În figură 1.26 A este prezentat sistemul de referinţă al braţului 2 şi distanţa între axele lagărelor.

Pagina 38


a.

b.

Figura. 1.26 Brațul 2 al robotului.

Braţul 2 are în componenţă un motor electric (figura. 1.26. B) care antrenează în mişcare de rotaţie braţul 3 împreună cu efectorul. Efectorul.

În figură 1.27.

Este prezentat sistemul de referinţă al braţului 2 şi distanţa între axele

lagărelor.

Figura. 1.27 Efectorul robotului.

Pagina 39


CAPITOLUL III ROBOȚI INDUSTRIALI

3.1 Apariția roboților industriali Omul şi-a imaginat dispozitive mecanizate inteligente care să preia o parte însemnată din efortul fizic depus. Astfel a construit jucării automate și mecanisme inteligenţe său şi-a imaginat roboții în desene, cărţi, filme science fiction etc. Unul din obiectivele esenţiale ale roboticii este elaborarea roboților autonomi. Asemenea roboți ar putea accepta o descriere naturală de a executa comenzi fără alte intervenţii umane. Descrierile necesare vor preciza ce doreşte utilizatorul, nu cum să execute comenzile. Roboții capabili să îndeplinească aceste operaţii vor fi dispozitive mecanice versatile, echipate cu senzori de perceperea a mediului și aflate sub controlul unui sistem de calcul. Orientarea într-un mediu total necunoscut, folosind senzori pentru detectarea obstacolelor și comunicaţia cu un calculator aflat la distanţă sunt două aspecte importante care trebuie luate în considerare atunci când lucrăm cu un robot mobil. Fără senzori, roboții nu ar putea executa altceva decât sarcini fixate dinainte, repetând operaţiile ce le are de realizat iar și iar, dar dotaţi cu senzori, roboții au capacitatea de a face mult mai mult decât atât. Problemele specifice ce apar la roboții mobili sunt următoarele: -

Evitarea impactului cu obiectele staţionare sau în mişcare.

-

Determinarea poziţiei și orientării robotului pe teren.

-

Planificarea unei traiectorii optime de mişcare. În cazul unui sistem robotic automat distribuit, poziţiile spaţiale sunt de o extremă

importantă și de ele depind îndeplinirea scopurilor dorite și funcţionarea întregului sistem. Cu alte cuvinte, robotul trebuie să fie capabil să-şi planifice mişcările, să decidă automat ce mişcări să execute pentru a îndeplini o sarcină, în funcţie de aranjamentul momentan al obiectelor din spaţiul de lucru. Planificarea mişcărilor nu constă dintr-o problemă unică și bine determinată, ci dintr-un ansamblu de probleme dintre care unele sunt mai mult sau mai puţin variante ale celorlalt. Evitarea coliziunii cu obstacole fixe sau mobile (de exemplu alţi robo ți mobili) aflate în spaţiul de lucru al robotului se poate face prin mai multe metode: realizarea unei apărători mecanice care prin deformare opreşte robotul, folosirea senzorilor care măsoară distanţa până la obstacolele de pe direcţia de deplasare, folosirea senzorilor de proximitate, folosirea informaţiilor corelate de la mai multe tipuri de senzori. Pagina 40


Localizarea obiectelor se poate realiza și prin contact fizic, dar acesta impune restricţii asupra vitezei de mişcare a structurii manipulate. Contactul fizic dintre robot și obiectele din mediu generează forţe de reacţiune care modifică starea robotului. Vitezele mari de lucru fac că efectele dinamice ale unui contact fizic cu obstacole sau obiecte manipulate să fie riscante (pot duce la deteriorarea obiectelor sau a robotului). Sistemul senzorial mai este numit și sistem de măsurare. El asigură măsurarea unor mărimi fizice și eventual perceperea unor modificări semnificative a acestor mărimi.

3.2 Impactul asupra automatizări industrial Conceptul care a existat pe automatizări industriale a schimbat profund cu încorporarea în lumea de lucru a robotului, care introduce noul termen de "sistem flexibil de fabrica ție", a cărui caracteristică principală este ușurința de adaptare a operei de bază, sarcini diferite de producție. Celulele de producție flexibile conforme cu nevoile pieței și sunt constituite în principal de grupuri de roboți, controlate de computer. Celulele flexibile reduce durata ciclului în atelierul unui produs și eliberarea persoanelor la locul de muncă neplăcută și monotonă. Interac țiunea diferitelor celule flexibile prin calculatoare puternice, va conduce la fabrică complet automatizat, care există deja unele experiențe.

3.3 Impactul asupra competitivității Adoptarea de automatizare parțială și totală de fabricație, de puternice companii multinaţionale, forțând toți ceilalți să îi urmeze exemplul pentru a menține supraviețuirea lor. În cazul în care utilizarea de mașini sofisticate este mic, investiția nu este justificată. Pentru a combina reducerea orelor de lucrători și dorințele lor de lucru pentru a fi introduse pe parcursul zilei timp normală, cu utilizarea intensivă a sistemelor moderne de producție, este necesar să se utilizeze noi tehnici de producție flexibil integrat.

3.4 Definiția robot industrial Această definiție, ușor modificat, a fost adoptat de către Organizația Interna țională pentru Standarde (ISO), care definește robotul industrial ca: Manipulator multifuncţional reprogramabil Pagina 41


cu mai multe grade de libertate, capabile de a manipula materiale, piese, scule sau dispozitive speciale de căi diferite programate pentru a efectua diferite sarcini. Mecanism manipulator general alcătuit din elemente în serie, cu balamale împreună, destinat prindere și obiectelor în mi șcare. Este multifuncționale și poate fi acționat direct de un operator uman sau de dispozitiv logic. Robot: servo automată manipulator controlat, reprogramabili, multifuncțional, capabil să poziționeze și piese orientându, scule sau dispozitive speciale reprogramabili următoarele variabile cale, pentru executarea diferite sarcini. De obicei, în formă de unul sau mai multe bra țe se termină într-o păpușă. Unitate de control include un dispozitiv de memorie și de con știentizare, ocazional situației. În mod normal, folosesc este de a efectua o sarcină ciclic, poate fi adaptat la altul fără modificări permanente în materialul lor. Utilarea pentru automatizare robot de rigid cedat la dezvoltarea de drivere rapide, bazate pe microprocesor, precum și o utilizare a servo buclă închisă care permit şi indică poziția efectivă a elementelor robotului și a stabilit eroarea pozi ția dorită.

3.5 Clasificarea roboţilor industriali. Sunt construiţi pentru a realiza diferite operaţii ce necesită exactitate şi viteză de reactive şi deplasarea. Au o memorie reprogramabilă care acumulează infinitate de date utile executări operaţilor, acestea fiind autonomi. Gradele lor de libertate sunt o multitudine pentru operaţiile complexe. Robotul este un sistem automatizat de înalt nivel al cărui principal rol este manipularea pieselor şi uneltelor, înlocuind acţiunea umană. Principalele aplicaţii în care utilizarea roboţilor industriali are avantaje evidente: -

Sudură prin puncte sau pe contur;

-

Operaţii de ansamblare;

-

Vopsire;

-

Turnarea în forme a pieselor mari;

-

Controlul calităţii;

-

Manipularea substanţelor toxice, radioactive; Robotul industrial este definit în prezent ca un manipulator tridimensional, multifuncţional,

reprogramabil, capabil să deplaseze materiale, piese, unelte sau aparate speciale după traiectorii programate, în scopul efectuării unor operaţii diversificate de fabricaţie. Pentru diferitele

Pagina 42


componente ale roboţilor industriali (fig. 1.28.), s-au definit termeni specifici preluaţi din literatura anglo – saxonă.

a.

b.

c.

Figura. 1.28 Roboți industriali tip manipulator.

3.6 Caracteristicile Roboților industriali sunt: -

Numărul axelor, comanda completă a situării efectorului final necesită trei axe de poziţionare și trei axe pentru orientare;

-

Cinematica elementelor și cuplelor cinematice care determină mişcările posibile ale robotului; există roboți articulaţi, cartezieni, paraleli și SCARA;

-

Volumul accesibil al spaţiului de lucru, regiunea din spaţiu pe care o poate atinge robotul;

-

Capacitatea, greutatea maximă ridicată;

-

Viteza (cât de repede poate fi atinsă situarea efectorului final);

-

Precizia (cât de mari sunt erorile de situare faţă de situarea comandată);

-

Sursă de putere (motoare electrice, hidraulice, pneumatice).

Tipuri de configuraţii ale roboților industriali sunt reprezentați în fihura de mai jos. După forma mişcării, respectiv a volumului accesibil al spaţiului de lucru, robo ții se clasifică în:

Pagina 43


Figura. 1.29 Tipuri de configurații ale roboțilot industriali.

Robotul industrial reprezintă un sistem fizic, programabil ce este capabil să realizeze diferite operaţii şi secvenţe de operaţii de manipulare a unor scule, piese sau subansamble în figura 1.29. În funcţie de operaţiunea pentru care au fost creaţi, roboţii industriali se împart: -

Roboţi SCARĂ - specifici pentru operaţii de ridicare şi aşezare a diferitelor obiecte.

-

Roboţi cartezieni - aceştia permit ridicarea şi plasarea obiectelor ce nu necesită orientare, sau pot fi pre orientate.

-

Roboţi cu şase grade de libertate.

Tipuri de configuraţii ale roboților industriali: -

Robot cartezian: braţul robotului operează într-un spaţiu definit de coordonate carteziene; structură mecanică a robotului are trei cuple de translaţie, care coincid cu axele sistemului cartezian; robotul cartezian a fost gândit pentru operaţii de sudare, dar este folosit și pentru asamblare;

-

Robot cilindric: braţul robotului operează într-un spaţiu definit de coordonate cilindrice; robotul este definit de o bază și de o coloană care se roteşte; robotul a fost conceput pentru manevrarea sculelor în cadrul unui proces tehnologic și pentru asamblare; Pagina 44


-

Robot sferic (şi polar, ca un caz particular): braţul robotului operează într-un spaţiu definit de coordonate sferice (sau polare); robotul constă într-o bază care se roteşte, un pivot de ridicare și un ax telescopic;

-

Robot articulat: este un manipulator care are un braţ articulat; structură mecanică a robotului prezintă cel puţin trei cuple cinematice de rotaţie; robotul articulat seamănă braţului uman, acesta se poate roti relativ la bază (shoulder joint); luând în considerare și celelalte două articulaţii elbow și wrist, un robot articulat poate avea şase grade de libertate. Robotul articulat este utilizat pentru sudare și vopsire.

3.7 Comanda roboţilor industriali Principala sarcină a structurii de comandă a mişcării constă în a transfera structură mecanică dintr-o poziţie de stare iniţială într-una finală. Aceasta implică: -

Definirea poziţiilor.

-

Acceleraţiilor şi vitezelor.

-

A forţelor.

-

A diferitelor restricţii.

-

Indicarea succesiunii mişcãrilor.

-

Indicarea duratei mişcãrilor.

Formulând în acest mod problema comenzii, aceasta se rezolvă folosind atât teoria sistemelor, dar dificultăţile se datorează

nelinearităţii sistemelor şi a dimensiunilor mari ale sistemului

condus. Structurile mecanice pot fi redundante, mai multe configuraţii putând asigura aceaşi poziţie şi orientare a robotului. În prezent structurile mecanice de manipulare a roboţilor au sisteme simple de comandă a mişcării, Figura. 1.30 Sistemul de comandă.

formate din circuite de reglare clasice, independente,

pentru fiecare grad de libertate. O astfel de structură nu este adecvată sistemelor multivariabile, neliniare, care în realitate descriu structurile utilizate în practică. Mulţi dintre roboţii utilizaţi au performanţe limitate din cauza sistemului de comandă. Pagina 45


Panoul de comandă îţi oferă posibilitatea de-a comanda parţial masina cu ajutorul unor funcţii aflate pe panoul de comandă, reprezentată (Figura. 1.30) cu ajutorul panoului de comandă poţi comanda masina sau robotul putem acesa unele funcţii care le avem la dispoziţie şi care le putem utiliza uşor, a braţelor roboţilor sau a uneltolor necesare utilizări procesului de fabricaţie. Comanda roboţilor industriali, corespunzătoare structurii generale a unui robot de topologie serială se realizează pe mai multe niveluri ierarhice. O ierarhizare în funcţie de creiterii mai specializate conduce la apariţia următoarelor niveluri: -

Nivelul decizional = stabileşte planul de acţiune al robotului, în funcţie de sarcinile primite şi de restricţiile din mediul extern, sesizate de către senzori;

-

Nivelul strategic = împarte acţiunile generale din planul robotului în operaţii şi mişcări elementare;

-

Nivelul tactic = descompune mişcările elementare în mişcãri ale fiecărui grad de libertate;

-

Nivelul de execuţie = realizează mişcarea fiecărui grad de libertate.

Numărul nivelurilor ierarhice ale fiecărui robot depinde de complexitatea sistemului de comandă şi de sarcinile robotului, dar nu pot lipsi nivelul de execuţie şi cel tactic. Robotul industrial reprezintă un sistem fizic, programabil ce este capabil să realizeze diferite operaţii și secvențe de operații de manipulare a unor scule, piese sau subansamble. În funcție de operațiunea pentru care au fost creați, roboții industriali se împart în: -

Roboți SCARĂ - specifici pentru operații de ridicare și așezare a diferitelor obiecte;

-

Roboți cartezieni - aceștia permit ridicarea și plasarea obiectelor ce nu necesită orientare, sau pot fi pre orientate.

-

Roboți cu șase grade de libertate.

-

3.8 Roboţi industriali şi formele lor de mişcare. După formă mişcării, roboţii industriali pot fi:

Pagina 46


-

Robot cartezian – sunt roboţii al cărui braţ operează comform indicatorilor carteziene; inbunatatarea sistemelor adaptabil comform producţie prin robotizare.

-

Robot cilindric – asemănător, dar spaţiul este determinat cu indicatorul cilindrice.

-

Robot sferic/polar – similar, dar spaţiul este indicat în coordonate sferice/polare.

-

Robot prostetic – sunt mânuitori care au un braţ articulat.

-

Roboţi cu alte coordonate – care se defines în mod corespunzător. Conform figuri de mai jos ne reprezintă schemele lor reprezentative a trei braţe ale

roboţilor corespunzător circuitului de clasificare

a

b.

c.

Figura. 1.31 Tipurile de roboți industriali. Tipurile de roboţi industriali (în figura 1.31): -

Robot manipulator cu coordonate carteziene.

-

Robot în coordonate cilindrice.

-

Robot în coordonate sferice.

Cu informaţia de intrare, modalitatea de învăţare, criteriu de clasificare a roboţiilor în: -

Mânuirea manualului. – Este acţionat direct de om.

-

Robot secvenţial. – Are anumiţi pas ce ’’asculta’’ de o procedură predeterminată. Aceste pot fi:

-

Roboţi secvenţiali fix. – De oare ce informaţia îndelung nu poate fi schimbată facil.

-

Robot secvenţial variabil. – Pentru care informaţia îndelungă poate fi modificată uşor.

-

Roboţi repetitor. – La început omul învăţa robotul un demers de lucru, se memorează a cest demers după memorare sepoate repeta de câte ori este nevoie.

Pagina 47


-

Robot cu control numeric. - Robotul efectuiaza intervenţii cerute conform cu informaţiile numerice pe care la are la dispoziţie despre poziţii, succesiuni de operaţii şi condiţii.

-

Un robot inteligent. – Este poate să îşi decide comportamentul conform informaţiilor primite prin senzorii cu care îi are la dispoziţie şi prin posibilittea sa de recunoaştere.

Traiectoria efectorului se realizează prin compunerea mişcării tuturor gradelor de libertate. Practic, mişcarea efectorului se descompune în mişcări ale gradelor de libertate, poziţiilor iniţiale şi finale ale efectorului din spaţiul coordonatelor operaţionale le corespund poziţii în spaţiul coordonatelor articulare. Generarea mişcării unui nivel pentru gradele de libertate se realizează în două moduri: -

În coordonate articulare (interne).

-

În coordonate operaţionale (externe).

Structură generală a roboților industriali depinde foarte mult de utilitatea și scopul pentru care sunt produși. Funcțiile lor de bază se reprezintă de: -

Subsistemul cinematic.

-

Subsistemul de acționare.

-

Subsistemul de comandă și programare.

-

Subsistemul senzorial.

Sub sistemul cinematic cuprinde structură capabilă să execute mișcările pentru ac ționa asupra mediului înconjurător. Astfel în funcţie de mediul în care este folosit, robotul poate fi dotat cu: -

Roți.

-

Șenile.

-

Picioare mecanice.

-

Diverși suporți.

-

Benzi transportoare.

Robotul industrial, acel automat programabil, care manipulează obiecte, mânuieşte scule tehnologice, supraveghează locul de muncă (maşinile şi mediul), controlează şi sortează obiecte, reprezintă un automat care în cadrul unui sistem de fabricaţie îndeplineşte următoarele funcţiuni: -

Programarea.

-

Manipularea. Pagina 48


-

Mânuirea.

-

Supravegherea şi controlul.

Când se doreşte utilizarea roboţilor cu aplicaţii specific robotiilor industriali, de oare ce trebuie să ţinem seama de nişte considerente din mai multe puncte de vedere decât al robotizării. Cu ajutorul dispozitivelor periferice sunt foarte importante cum ar fi senzorii şi sistemele de transport. Comunicatile în reţea sunt şi ele foarte importante pentru comunicarea roboţilor între ei, în sistemul de producţie şi între operator şi robot.

3.9 Acţionarea şi comandă a roboţilor industriali Sistemul de acţionare al roboţilor industriali serveşte la transformarea unei energii potenţiale (hidraulicã, electricã, pneumaticã) în energie mecanicã şi transmiterea mişcãrii mecanice rezultate la cuplele cinematice conducãtoare. Deci sistemul de acţionare constã în mai multe motoare/rotoare liniare, transmisii mecanice mecanisme pentru transmiterea şi transformarea mişcãrii mecanice. Roboţii industriali de topologie serialã sunt lanţuri cinematice spaţiale deschise cu acţionarea independentã a fiecãrei cuple şi a dispozitivului de prehensiune. Cuplele cinematice conducãtoare au la dispoziţie o sursã de energie exterioarã. În construcţia roboţilor cele mai utilizate surse de energie sunt: -

Electricã.

-

Hidraulică.

-

Pneumaticã.

3.10 Planificarea mişcărilor robotului industrial Robotul fiind o maşină cu abilităţi în mişcare şi/sau de manipulare una din cele mai importante probleme de rezolvat este de a îi planifica mişcările, ceea ce implică modelarea spaţiului de lucru, cu obstacolele pe care le conţine, şi a robotului, ca entitate de formă complexă şi variabilă. Planificarea mişcărilor poate fi considerată ca problema realizării algoritmilor pentru a calcula automat o traiectorie continuă pentru o mulţime de obiecte (posibil legate) astfel încât să se deplaseze de la o poziţie la alta evitând coliziunile cu alte obiecte fixe sau având mişcare proprie. Pentru un robot cu bază fixă problema se poate formula mai simplu prin alegerea unei traiectorii ferite de coliziuni pentru braţul robotului, între două poziţii, în cazul unui spaţiu închis. Pagina 49


3.11 Bazele teoretice ale dinamicii Roboţii industriali sunt structural constituiţi din lanţuri cinematice deschise şi se caracterizează prin poliprogramabilitatea operaţiilor care le execută. Modul de lucru a roboţilor industriali depinde de: -

Numărul gradelor de libertate;

-

Dimensiunile şi forma spaţiului de lucru;

-

Comandă şi indici specifici,

-

Dintre care subliniem:

-

Mobilitatea, capacitatea de încărcare, supleţe, etc.

În stadiul de proiectare este necesară evaluarea acestor indici în vederea obţinerii unei optimizări, aspect posibil numai printr-un studiu dinamic al roboţilor industriali

3.12 Despre roboţii industriali Enciclopedia liberă un robot autonom este un robot care efectuează comportamente sau sarcini, cu un grad ridicat de autonomie, care este deosebit de dorit în domenii cum ar fi explorarea spațiului, de curățare etaje, cosit peluze, epurare a apelor uzate și furnizarea de bunuri și servicii. Niște roboți fabrică moderne sunt "autonomă" în limitele stricte ale mediului lor directă. Ea nu poate fi ca fiecare grad de libertate există în mediul înconjurător, dar robotul fabrică, locul de muncă este o provocare și poate conține adesea variabile haotice, neprevăzute. Exact Orientarea și poziția următoare obiectului de muncă și (în fabrici mai avansate), chiar tipul de obiect și sarcină necesară trebuie să fie determinată. Acest lucru poate varia imprevizibil (cel puțin din punct robotului de vedere). Un domeniu important de cercetare robotică este de a permite robotului pentru a face față cu mediul său dacă acest lucru să fie pe pământ, sub apă, în aer, în subteran, sau în spațiu. Un robot complet autonom poate (necesită citare) a obține informații despre mediul: -

Locuri de muncă pentru o perioadă mai lungă, fără intervenție umană.

-

Mutați fie toate sau o parte din el însuși de-a lungul mediului de funcționare, fără asistență umană. Pagina 50


-

Evitați situațiile care sunt dăunătoare pentru oameni, bunuri, sau se excepția cazului în care fac parte din specificațiile sale de proiectare.

-

Un robot autonom poate învăța sau dobândi noi cunoștințe ca ajustarea pentru noi metode de realizare sarcinile sau de adaptare la schimbare împrejurimi. Ca şi alte maşini, roboţi autonomi necesită încă întreținere regulată.

3.13 Structura unui robot industrial 3.14 Componente

Ca el a avansat sistem robotic, un robot este format din următoarele elemente: structură mecanică, transmişii, acționare, senzori, terminalele și elementele controler. Deși elementele utilizate în roboți nu sunt unice pentru aceste (mașini-unelte și multe alte mașini folosesc tehnologii similare), roboți necesare de înaltă performanță le-au cauzat elemente cu sunt utilizate caracteristici specifice. Fizicul mai asemănării cu anatomia membrului superior al corpului uman are unele robo ți industriali, astfel încât, uneori pentru a se referi la diferite elemente ale robotului, termenii sunt utilizați ca talie, umăr, braț, cot, încheietura mâinii, etc. Elementele care fac parte din întreg robotului sunt: -

Manipulator

-

ControLler

-

Aparate de intrare și de ieșire a datelor

-

Dispozitive speciale manipulator

Mecanic, este componenta principală. Se compune dintr-o serie de elemente sau legături structurale solide legate de articulații care permit mișcări relative între fiecare două legături consecutive Piesele care formează mânerul sunt, printre altele, nume: corp, brațul, încheietura mâinii și efectoare final (sau final efector). Acesta din urmă este, de obicei cunoscut sub numele de captor, gheare, clip sau prindere.

3.15 Controlor

Pagina 51


După cum sugerează și numele, este fiecare prelucrare mișcările de manipulare, ac țiuni, calcule și informații de guvernare. Controlerul primește și transmite semnale de la alte mașini (prin intrare/ieșire) și programe memorate. Există mai multe niveluri de control bazate pe tipul de parametri care sunt reglementate, ceea ce conduce la următoarele tipuri de drivere: -

Poziția: șoftul intervine numai în controlul poziția elementului terminal;

-

Cinematică: În acest caz, controlul se face pe poziția și viteză;

-

Dinamică: în afară de reglementarea de control viteză și poziția a proprietă ților dinamice de manipulare și elementele asociate cu acesta;

-

Adaptive: cuprinde toate reglementările anterioare, precum și mânere de control variația caracteristicilor manipulatorului să varieze poziția

Alt control clasificare este distincția între control buclă deschisă și de control în buclă închisă. Controlul în buclă deschisă duce la multe erori, și, deși este mai simplu și mai ieftin decât un control buclă închisă, nu este acceptată în aplicații industriale unde precizia este o calitate esențială. Marea majoritate a roboți de astăzi sunt folosite în scopuri industriale sunt controlate printr-un proces în buclă închisă, și anume, printr-o buclă de feedback. Acest control se realizează cu ajutorul unui senzor de poziția reală a elementului terminalului manipulatorului. Informațiile primite de la senzorul este comparat cu valoarea inițială dorită și ac ționează în conformitate cu eroarea obținută astfel încât poziția actuală a meciului brațului, care a fost stabilit inițial.

3.16 Dispozitivele de intrare și de ieșire

Cele mai frecvente sunt: tastatură, monitor și cutie de control (învață pandantiv). Desenul are un controler (modul calculator) care trimite semnale de la motoarele de fiecare axă a robotului și cutia de control (preda pandantiv), care servește pentru a arăta pozițiile manipulator robot

3.17 Dispozitive speciale

Pagina 52


Aceste axe care facilitează mișcarea transversală a stațiilor de manipulare și montaj, care sunt utilizate pentru a fixa diferite pieselor sunt. -

Stație Robot EX Move master (Mitsubishi) prezentată în Fig pot fi găsite următoarele dispozitive speciale:

-

Poziția stație de pe transportorul de încărcare/descărcare a pieselor.

-

Axa transversală a crește volumul de muncă al robotului.

-

Calculator stație de inspecție integrat cu robotul.

-

Stație de asamblare.

-

Robotul are de intrare/ieșire pentru a efectua integrarea funcție prin adăugarea acestor elemente.

-

Grade de libertate.

Fiecare dintre mișcări independente (deplasările și rotirile), care pot efectua fiecare articulație în raport cu cele de mai sus. Sunt parametri care este nevoie pentru a determina poziția și orientarea elementului terminalului manipulatorului. Numărul de grade de libertate ale robotului este dată de suma articulațiilor care o compun. Deoarece articulațiilor sunt de obicei folosite doar rotație și prismatică, cu un grad de libertate fiecărui, numărul de grade robotului coincide adesea cu numărul de articulații care o compun. În ceea ce privește poziția și orientarea corpului în nici un fel în spațiu șase parametri, trei sunt necesare pentru a defini poziția și trei pentru orientare, dacă este în poziția și orientarea un capăt robot de (și cu ea piesa de prelucrat sau instrumentul manipulat) în orice mod, în spațiu, trebuie cel puțin șase grade de libertate. Un număr mai mare de grade de libertate conduce la o mai mare flexibilitate în poziționarea elementului terminal. Deși majoritatea aplicațiilor industriale necesită 6 grade de libertate, cum ar fi sudura, prelucrare și paletizare, mai complex, care necesită un număr mai mare, așa cum este cazul în lucrările de asamblare. Dacă lucra ți într-un mediu cu obstacole, robotul oferă gradele suplimentare de libertate va permite accesul la poziții și orientări de la sfârșitul căreia, ca urmare a obstacolelor, ei nu ar veni cu șase grade de libertate. O altă situație comună este de a oferi robotul un grad suplimentar de libertate care permite călătorii de-a lungul unei benzi crescând astfel volumul de spațiu care poate fi accesat. Mi șcare simplă și mai limitate, cum ar fi sarcinile de pictură și paletizare necesită, de obicei, 4 sau 5. În cazul în care numărul de grade de libertate ale robotului este mai mare decât este necesar pentru a realiza o anumită sarcină se spune robotul este redundant. Uitam mi șcările brațului și mâinii, putem determina numărul de grade de libertate, care prezintă un robot. În general, atât braț și încheietura mâinii, este un spectru între unu și trei, gradele de libertate brațului manipulator sunt direct legate de anatomia sau configurația lor. Pagina 53


3.18 Sistemul de comandă

Robotul industrial reprezintă în momentul de faţă punctul de intersecţie al rezultatelor de vârf într-o serie de domenii: mecanică, automatică, calculatoare şi sisteme de acţionare. Această congruenţă a unor ramuri ştiinţifice şi tehnologice atât de diferite se explică prin complexitatea deosebită a robotului, atât sub raportul arhitecturii mecanice, cât şi în ceea ce priveşte sistemul de conducere. Propriu-zis, robotul este rezultatul firesc al evoluţiei de la maşinile unelte automatizate, maşinile cu comanda program, liniile automate de fabricaţie etc. În momentul în care rigiditatea şi inflexibilitatea acestora nu a mai corespuns cerinţelor actuale de productivitate şi calitate, iar omul a încercat să execute acţiuni directe, nemijlocite asupra proceselor căpătând un rol de supraveghere şi control. Deci robotul, ca rezultat al acestor dezvoltări tehnico - ştiinţifice, poate fi definit ca un sistem tehnologic capabil să înlocuiască sau să asiste omul în exercitarea unor acţiuni diverse asupra maşinilor sau liniilor de producţie. În acest context, apare evidenţa complexităţi problemelor privind atât construcţia şi acţionarea roboţilor cât şi, în special, conducerea lor.

CAPITOLUL IV. STUDIU DE CAZ: AUTOMATIZAREA BRAȚULUI ROBOTIC

Pagina 54


4.1 Construirea brațului robotic

Proiectul fizic propus pentru această lucrare a fost automatizarea unui braț robotic prin programarea Arduino. Pentru a realiza braţul robotic avem nevoie de următoarele componente care le vom enumera: -

Braţ robotic. [17]

-

Arduino UNO R3.

-

Placă L298n.

-

Baterii.

-

Fire (tată tată, mamă mamă).

-

Cablu USB pentru conectarea Arduino cu laptopul.

Materiale necesare pentru montarea/asamblarea brațului robotic: -

Clește.

-

Patent.

-

Şurubelniţă (stelară).

-

Cutter.

-

Foarfecă.

Voi menţiona paşii care trebuie urmați pentru realizarea brațului robotic: -

Asamblarea brațul robotic

-

Instalarea software pentru placă arduino

-

Conectarea plăcii arduino cu laptop-ul.

-

Configurarea plăcii arduino.

-

Scrierea codului necesar pentru reglarea motoarelor. Pagina 55


-

Conectarea plăcii arduino cu placa L298n.

-

Conectarea motoarelor cu placa L298n.

Astfel, o să enumăr principalii pași parcurși în vederea realizării brațului robotic: Componentele necesare pentru realizarea braţului robotic se vor vedea în Figura 1.32. [17]

Figura. 1.32 Componentele Brațului Robotic. [17]

Asamblarea bazei robotului, care a constat în mare din clădirea unor platane de distan țiere până la platforma de rotație (276º în orice sens). Care este reprezentată în figură. 2. Tot la baza brațului robotic există un lăcaș pentru amplasarea bateriilor de alimentare a servomotoarelor, baterile folosite sunt bateri de tip D. Piesele utilizate aici au fost șuruburi predominant.

Pagina 56


Figura. 1.33 Baza robotului. -

Construirea joncțiunilor (încheieturilor, care se pot roti la 300º) brațului robotic prin încapsularea unor elemente specific figura 1.34. Ne referim aici la roți din țate dispuse pe niște tije de metal. Distanța dintre ele este optimă ca să rezulte o transmisie mecanică favorabilă. Principiul de funcționare este relativ simplu întrucât roțile dințate sunt acționate de un servomotor care prin conversia energiei electrice în cuplu mecanic pune în mișcare roțile dințate. Gradele de libertate ale brațului sunt evidente în Figura 1.31.

Pagina 57


-

Îmbinarea elementelor care compun extremitatea de prindere a obiectelor aflate în spațiu. Sistemul se bazează tot pe atașarea unor roți dințate care fie închid cele două elemente cele

ale

Figura. 1.34 Joncțiuneabrațul robotic.

două

brațului său, fie deschid elemente

obiectul prins, deschiderea celor două elemente făcându-se la 120º.

Figura. 1.33 Sistem de prindere (clampă). Pagina 58

si

las

liber


-

Asamblarea brațului robotizat a fost concepută foarte simplu întrucât orice utilizator să poată realiza asamblarea braţului robotizat format din: -

Bază;

-

Articulație;

-

Sistem de prindere.

Figura. 1.34 Brațul robotic.

Pagina 59


4.2 Placa L298N.

Figura. 1.35 Modul placa L298N. Utilizare: Acest modul stepper pas cu pas pentru arduino este utilizat în controlul vitezei motoarelor și direcției, dar pot fi utilizate pentru alte proiecte, cum ar fi conducerea luminozitatea unor proiecte de iluminat cu LED-uri, cum ar fi rețele de mare putere.

4.3 Functionare: Tensiunea de la ieșirea amplificatorului de eroare este comparată cu valoarea semnalului în dinte de fierăstrău. Dacă ieșirea acestuia este mai mare decât valoarea dintelui de fierăstrău atunci la ieșirea comparatorului vom avea ‘1’ logic adica On. Dacă ieșirea amplificatorului este mai mică decât valoarea dintelui de fierastrău atunci la ieșirea comparatorului vom avea ‘0’ logic adica Off. Dacă tensiunea de ieșire tinde sa crească, atunci tensiunea de reacție va crește peste tensiunea de referință, astfel tensiunea de ieșire a amplificatorului de eroare va scădea rezultând astfel o durată mai mică pentru care la ieșirea comparatorului vom avea ‘1’ logic. Dacă tensiunea de ieșire scade atunci la ieșirea comparatorului vom avea o durată mai mare de ‘1’ logic. Această modificare a lățimii impulsurilor în funcție de tensiunea de ieșire este datorată factorului de umplere (duty-cicle). În cazul in care tensiunea de ieșire este constantă această este menținută de reac ția negativă la valoarea dorită. Mediul de programare Arduino contine o biblioteca bogată de funcții (proceduri) prin intermediul cărora programatorul poate să acceseze resursele fizice ale plăcii: semnale digitale de intrare/ie șire, Pagina 60

Proiect de Diplomă Isip D. Ioan Mihai semnale analogice de intare și de ieșire, interfețe seriale, sau alte interfe țe care pot fi ata șate plăcii Arduino.

Figura. 1.38 Placa Arduino. Limbajul de programare este unul asemanator cu limbajul “C”. In structura unui program exista două părți: -

o parte care se execută o singură dată – funcția “setup()

-

o parte care se execută în mod repetitiv – funcția “loop()

În funcția setup() se vor include inițializăarile necesare pentru execuția programului, iar în funcția loop(), corpul aplicației, care înseamnă o secvență de operații executate într-o buclă infinită. Acest mod de execuție se bazează pe observația ca un program de monitorizare sau de control are o parte de inițializare și configurare și o altă parte care efectuează repetitiv opera ții de citire semnale, procesare si generare de comenzi. O aplicatie scrisă în acest mediu poartă numele de schiță (eng. sketch). Prin intermediul mediului de programare utilizatorul poate să compileze programul scris (Sketch->Compile) si apoi poate sa-l lanseze in executie (butonul ->). Pagina 61


4.4 Implementare După terminarea codului s-a trecut la implementarea lui pe placa arduino și s-a verificat dacă rulează, s-a trecut la legarea și asamblarea circuitului electric între cele trei plăci L298N și placa Arduino cu ajutorul unor fire de tip tată tată și mamă mamă. Modul de realizare a conexiunii dintre brațul robotic și placa Arduino si placa L298N: Prima dată am alimentat placa Arduino la sursa de tensiune (baterii) cu ajutorul unei mufe de alimentare care este conectată la baterii cu ajutorul unor fire, după care am conectat placa L298N la alimentare la tensiune și apoi am introdus un fir de la pământarea plăcii L298N la groundul plăcii Arduino și după care am conectat motorul unu la placa L298N cu ajutorul firelor am conectat si motorul doi la aceiași placă L298N și am mai conectat de la pinii plăcii L298N la pinii plăcii Arduino. Aceeași metodă am folosit-o și pentru M3, M4, M5. M1 este motorașul de curent continuu localizat în partea superioară a bra țului și este folosit pentru deschiderea și închiderea clampelor. M2 este motorașul care asigură mișcarea alternativă pentru a putea ghida clampele în mod ascensor. M3 este motorașul care are roul de a ,, imita ” cotul uman. Este responsabil pentru ridicarea brațului la aproximativ 90 de grade. M4 este motorașul care realizează mișcarea dute-vino pentru a putea permite bra țului să parcurgă o anumită distanță după care să revină la poziția inițială. M5 ne permite rotirea spre dreapta cu 90 de grade pentru a putea a colecta obiectul din dreapta iar în stânga ne permite tot 90 de grade pentru a lăsa obiectul inițial în stânga.

4.5 Concluzii Prin prezenta lucrare s-a urmărit elaborarea unei machete care reprezintă simularea unui braț robotic în miniatură și în același timp redactarea unui cod pentru a pune în func țiune montajul. Pentru materializarea proiectului fizic s-a comandat un braț robotic de jucărie care era controlat printr-o telecomandă. Din dorința de a realiza un braț robotic autonom, adică să nu Pagina 62


depindă de acțiunea umană de a-l putea comanda prin telecomandă, s-a apelat la un circuit Arduino UNO și punți duble H-Bridge. Am ales ca platformă de codare micrcontroller-ul ATmega328 cu care vine echipat Arduino UNO din simplitatea cu care se poate redacta programul pentru a fi ușor de manipulat brațul robotic. Limbajul de programare folosit este similar cu C++. Am optat pentru circuitele L298N deoarece sunt capabile să comande două tipuri de motoare : motor pas-cu-pas ( Stepper ) și motoare de curent continuu ( DC ). În studiul de caz prezentat în această lucrare se pune accentul pe utilizarea punților H-Bridge pentru comandarea a cinci motoare de curent continuu necesitând ieșirea de 12 V. În acest scop au fost folosite 3 astfel de punți pentru a putea comanda 5 motoare de curent continuu. Au fot grupate două câte două motorașe pe câte o placă L298N cu excepția unui singur motoraș care este responsabil pentru rotația brațului robotic. Brațul robotic are punct prealabil de pornire pe care l-am numit punct ,,zero”. Din acest punct realizează operația de coborâre pentru a prinde obiectul. Următorul pas după prinderea obiectului este ridicarea brațului la nivelul ,,zero”. De la acest reper urmează rota ția brațului fie spre dreapta sau spre stânga în funcție de inversarea polilor. După rota ție urmează comadna de coborâre pentru a așeza obiectul pe o poziție dată ( stabilit de utilizator prin cod ). După efectuarea acestei operații brațul își revine la poziția inițială de unde a plecat ( poziția ,,zero” ). Brațul așteaptă 3000 de milisecunde, după care reia ciclul stabilit de către operator. Se realizează un et de 5 cicluri concomitent cu prima buclă repetitivă. După ce a efectuat aceste cicluri, face o pauză de 7 secunde, după care reia setul de 5 cicluri menționate anterior. Acest proces poate fi implementat într-o linie de producție pe o bandă rulantă unde un braț robotic pe scară mai mare poate selecta produsele bune pentru a le filtra de cele rele. Spre exemplu, produsele bune vor i așezate în partea dreaptă, pe când cele rele în partea stângă. Același proce poate fi utilizat tot pe o linie de automtizare pentru a muta unele produse, piese de dimensiuni diferite de pe o bandă pe alta. Pe viitor mi-am propus să optimizez brațul robotic prin implementarea unor senzori de proximitate, pentru stabilirea distanței de la cleștele de prindere la produs. De asemenea ar fi necesari senzori optici pentru determinarea dimensiunii pieselor, pentru a putea fi selectate conform unor criterii. Totodată ar fi utili și senzori de forță pentru a determina intensitatea strângerii obiectelor, pentru a nu altera calitatea produsului finit au pentru a fi asamblat.

Pagina 63


4.6 Codul programului în Arduino Prima dată am inițializat pinii: -

M1=2; adică motorul unu folosește pinul al doilea care închide și prinde obiectul M1,2=3; motorul unu folosește pinul trei care deschide sistemul de prindere și lasă

-

liber obiectul prins M2=4; motorul al doilea folosește pinul patru ne asigură mișcarea alternativă pentru a

-

putea ghida clampele în jos. M2,2=5 motorul al doilea folosește pinul cinci ne asigură mișcarea alternativă pentru a

-

putea ghida clampele în sus. M3=6 motorul al treilea folosește pinul șase cu ajutorul caruia ne permite să coborâm

-

brațul robotului în jos. M3,2=7 motorul al treilea folosește pinul șapte cu ajutorul caruia ne permite să urcăm

-

brațul robotului în sus. M4=8 motorul al patrulea folosește pinul opt care realizează posibilitatea dea

-

manevra brațul robotic înfată. M4,2=9 Motorul al patrulea folosește pinul nouă care realizează posibilitatea dea

-

manevra brațul robotic în spate. M5=10 motorul al cincilea folosește pinul zece este folosit pentru rotires brațului în

-

spre dreapta. M52=11 motorul al cincilea folosește pinul unsprezece este folosit pentru rotires brațului în spre stânga.

După ce am inițializat pinii trecem la declararea variabilei căreia îi vom atribui initial valoarea 0. Acest lucru ne va folosi la testarea egalității în cadrul unui ciclu de tip while pentru a permite intrarea în respectiva buclă.. Ulterior am declarat tipul fiecărui pin ca fiind de tip output-ieșire pentru a transmite semnale electrice către pinul vizat. Mai apoi am dat o comandă de tip delay de 3 secunde care va începe să curgă de la conectarea platformei Arduino.

ANEXĂ

Pagina 64


//initializare pini:

int M1=2; int M12=3; int M2=4; int M22=5; int M3=6; int M32=7; int M4=8; int M42=9; int M5=10; int M52=11;

//declarare variabila i si j int i=0; int j=0;

void setup() { pinMode(M1, OUTPUT); pinMode(M12, OUTPUT); pinMode(M2, OUTPUT); pinMode(M22, OUTPUT); pinMode(M3, OUTPUT); pinMode(M32, OUTPUT); Pagina 65


pinMode(M4, OUTPUT); pinMode(M42, OUTPUT); }

//bucla program void loop() { delay(3000); //asteapta 3 secunde int i=1; //atribuire valoare 1 la variabila i int j=0;

while(i==1){ //conditie de intrare in ciclu while(j<=3){ //coboara

digitalWrite(M4, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level) delay(500);

// wait for a second

digitalWrite(M4, LOW);

// turn the LED off by making the voltage LOW




digitalWrite(M2, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)

Pagina 66


delay(500);



//prinde digitalWrite(M1, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level) delay(1000);



//urca











//roteste

Pagina 67





//coboara











//desprinde




Pagina 68


//urca digitalWrite(M42, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level) delay(655);










//roteste inapoi




//asteapta pt urmatoru ciclu delay(3000); j=j+1; } j=0; Pagina 69


delay(7000); }

}

Bibliografie [1] Roboti Industriali conf.univ.dr.ing.Cezar Dumitru POPA. Pagina 70


[2] Roboți Industriali Aspecte Practice ing.Mircea Băduț. [3] Roboți Industriali Wikipedia 15/06/2015 . [4] Învațarea roboților mobile pentru deplasare si manipulare în medii industrial. Prof.dr.ing. Ghiorge MOGAN ing. Mihai DUGULEANA. [5] Utilizarea Robotilor Industriali Curs: Ing. Manca Virgil. [6] Arduino RoboFun. [7] Robot de Serviciu. CAN Newsletter septembrie 2011. [8] Conducerea robotului pneumatic PD5NT. Curs: Prof. CIUCĂ Aida. [9] Roboți industriali. [10] Tuberman cu aer comprimat. Curs: Prof. TUDORACHE Tudor. [11] Roboți Wikipedia. 15.06.2015. [12] Subsisteme Mecatronice Inteligente. Proiect: Barlean Angela. [13] Asimo Robot Umanoid. [14] MODELAREA ROBOŢILOR PARALELI CU MIŞCĂRI DECUPLATE Ing. Nadia Ramona RAŢ (CREŢESCU) Universitatea TRANSILVANIA Braşov Facultatea de Design de Produs şi Mediu Catedra Design de Produse şi Robotică. [15] Braț robotic subacționat. Prof. Mihai Agape Palatul Copiilor și Elevilor Drobeta Turnu Severin. Facultatea de Informatică și Calculatoare Timi șoara. [16] Gacsádi Alexandru Bazele Roboticii. [17] BRAT ROBOTIC KSR10. [18] Sistem multiagent pentru roboți mobile: Robotux Prof. dr. ing. Gheorge Lazea conf. dr. ing. Liviu Miclea. Radu Bogdan Rus. [19] Roboti Industriali. [20] Roboti Industrial Aspect Practic. [21] Robot Industrial. [22] Robot Explorator [23] Robot Autonom Mobil. [24] Robot Militar. [25] Robot Medical. [26] Robot de Jucarie. [27] Robot Casnic. [28] Robot Pazitor. Pagina 71

Proiect de Diplomă Isip D. Ioan Mihai [29] Arduino Uno V3 [30] L298 N. [31] Fire Tată-Tată. [32] Fire Mamă-Mamă. [33] Robotii – sisteme mecatronice. [34] Studiul unui Robot Translaţie Rotaţie. [35] Robot Mobil Autonom. [36] Robotica Mobilă. [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45]

Pagina 72

Proiect de Diploma-automatizare brat robotic

Recommend Documents