Motivační přednáška. Ing. Josef Černohorský, Ph.D. TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

ZÁKLADY ROBOTIKY Motivační přednáška Ing Josef Černohorský Ing. Černohorský, Ph Ph.D. D

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

Motivační přednáška Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

Základní otázky pro tento blok: Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika

Řízení systémů Trocha historie Dráhové řízení Způsob programování

Pracovní režimy

• • • • • •

Co jje to robot? Jak robot vypadá? K čemu č jsou j dobří? d bří? Kde se s roboty y můžeme setkat? Jak se robot ovládá a řídí? Co je j to umělá l inteligence? i li


Je toto robot? Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy http://www.eshop-pro-dum.cz/obrazky/nahled/1827-kuchynsky-robot-silky-red-collection.jpg


A co tohle? Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

http://www.bagry.cz/var/ezwebin_site/storage/images/bazar/nabidky/smykem_rizeny_nakladac_kolovy/jcb_160_robo t/392802-4-cze-CZ/jcb 160 robot.jpg


Opravdu je to robot? Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy http://www.cosmosmagazine.com/news/2007/powerful-jumping-robot-unveiled


Robot tanečník Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

http://news.nationalgeographic.com/news/2007/08/070814-dancing-robot.html


Ano? Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy http://www.cleanmate-365.cz/index/clanek/cleanmate_365_qq2l


Robot zachránce? Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy http://www.robotster.org/entry/the-bear-robot-to-evacuate-injured


Průmyslový robot? Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy http://www.manapotions.com/robopult.html


Robot sekačka? Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy http://www.garten.cz/fe/cz/0001-travní/


Šplhač zdí? Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy http://gizmodo.com/392110/robot-climbs-walls-with-static-electricity


Vnější robotická kostra? Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy http://www.geekologie.com/2007/10/robot_suit_makes_you_strong_lo.php


Svařovací robot? Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy http://www.svarbazar.cz/phprs/view.php?cisloclanku=2008052001


Nabídka definic robota Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• Mechanické zařízení, které někdy napodobuje člověka a řeší složité a různé úlohy podle předpřipraveného programu a/nebo v interakci s pprostředím • Stroj nebo zařízení které pracuje automaticky nebo na základě vzdáleného řízení • Stroj, zařízení nebo osoba, která pracuje mechanicky, bezmyšlenkovitě, automaticky reaguje na příkazy z vnějšku, vnějšku shora • „…mladý Rossum měl nápad udělat z toho živé a inteligentní pracovní stroje… stroje…“ (K. Čapek)


Cíle vývojářů robotů Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• • • • • • •

Dokonalý pomocník Dokázal by totéž nebo více než my Spolehlivý Inteligentní e ý a energeticky e e get c y nenáročný e á oč ý Lehký Nebyl člověku nebezpečný Odvěká snaha stvořit umělou lidskou bytost – (legenda Golem 12. stol) – (humanoidní roboti 20. 20 stol)


Asimovy tři zákony robotiky Co je to robot?

•

Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika

•


Pracovní režimy

•

Robot nesmí ublížit člověku, nebo svou nečinnosti dopustit, aby bylo člověku ublíženo Robot musí uposlechnout příkazů člověka, při ři respektování k á í bodu b d 1. 1 Robot musí chránit sám sebe p před zničením, kromě případů kdy je tato ochrana v rozporu s 1 nebo 2


Oblasti robotiky Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• Teoretická – zkoumá principy, možnosti a omezení – ((biologie, g , psychologie, py g , matematika,, fyzika) y )

• Experimentální – ověřuje principy, staví „hračky hračky“ • (kybernetika, AI, inženýrské disciplíny) • Průmyslová Pů l á – aplikační lik č í – (teorie a instrumentace řízení, elektronika, strojírenství, automatizace, logistika)


Čím se budeme zabývat? Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• Skutečně p pouze základyy • Popisem robotů s využitím „jednoduché“ matematiky • Základními konstrukčními prvky • Řízením, senzory a akčními členy


Proč ta matematika? Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• • • • • • •

Jak určíte svoji j polohu p v prostoru? p Jak popíšete svoji polohu v prostoru? J k llze určit Jak čit polohu l h robota? b t ? Jak ppopsat p kde je j robot a kde je j předmět? p Jak určit a popsat trajektorii? A co popis i rychlostí hl pohybu h b a síly? l Řešení přímé a inverzní úlohy


Důvody robotizace Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• Provozy y s velkou sériovostí • Provozy s nepříznivým prostředím • Provozy, P kd kde jje čl člověk ěk příliš říliš nedokonalý d k lý – Nedokáže pracovat s požadovanou přesností – Ve vysokém tempu apod.


Průmyslová robotizace Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• Technické důvody – Snížení S íž í vlivu li lidského lid kéh faktoru f kt na kvalitu k lit produktu d kt

• Ekonomické důvody – – – –

Zvýšení výrobní kapacity Zkrácení výrobního cyklu Úspora p pracovní p pplochyy Zvyšování produkce ?x? produktivity práce

• Sociální důvody – Odstranění fyzicky namáhavé práce – Odstranění monotónní práce – Práce P á ve škodlivém šk dli é a zdraví d í nebezpečném b č é prostředí tř dí


Průmyslová robotizace Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• Sociální vliv – Změna struktury zaměstnanců – Změna počtu pracovních míst


Robot jako mechatronický systém Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• Praktická definice mechatroniky y (Prof. ( Macha) – Problém Problém, ke kterému zavolají strojního a elektroinženýra a oba shodně tvrdí, že je to práce pro toho druhého

• Systém se synergickým efektem mechaniky, elektrotechniky l k h ik a informatiky i f ik (Prof. ( f Nosek) k)




Pracovní režimy

• Pohybový y ý systém y – Systém pohonů – přeměna energie na mechanickou práci – Výstupní subsystém – zahrnující efektor, technologickou hlavici

• Kontrolní systém – Odměřování poloh, kontrola rychlostí




Pracovní režimy

• Řídicí systém – Plánování trajektorie – generování žádaných hodnot pro pohony

• Senzorický subsystém – Vnímání a rozpoznávání okolního prostředí, prostředí zpracování v rámci řídicího systému

Komplexnost řízení a míra umělé inteligence určuje č j možnosti ž ti robota b t




Pracovní režimy

• Možné blokové schéma řídicího systému obecného robota Šolc F., Žalud L.: Robotika, FEKT VUT Brno 2002




Pracovní režimy

• Zjednodušené blokové schéma průmyslového robota Šolc F., Žalud L.: Robotika, FEKT VUT Brno 2002


Hierarchická úroveň řízení Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• Kognitivní g vrstva – rozpoznávání p scény ya rozhoduje o řešení dané situace • Strategická – Korekce programu, programu výběr podprogramu, postup volání procedur • Taktická – Rozdělení signálů pro jednotlivé y osy • Výkonová – Řízení jednotlivých pohybových os a akčních kč í h čl členůů


Trocha historie Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• 1940 teleoperátory – pro manipulaci s nebezpečnými b č ý i látkami lá k i (radioaktivní ( di k i í materiály, iál jedy, těkavé látky) • 1949 prvníí CNC • 1961 průmyslový robot GM Unimate • 1968 strojové vidění • 1977 angulární manipulátory • 1979 Selective Compliant Articulated Robot Arm (Scara) • 1980 první pokusy s AI


Trocha historie Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• 1995 – Robotický ý chirurgický g ý systém y ppro minimálně invazivní chirurgii • 1997 – Robot na Marsu Marsu, Robotický fotbal FIRA, RoboCup (RoBohemia 01 a 02 Š Šampioni i i ME) • 2000 – Honda Asimo a Sony y Aibo • 2001 – 389tis. robotů v Japonsku, 198tis. EU 90ti EU, 90tis. USA


Uplatnění - manipulační zařízení Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• Teleoperátory p y – manipulátor p s ručním ovládáním – Násobit sílu nebo přesnost, přesnost umožnit pracovat v nepříznivých podmínkách – Obtížné řešení přenosu přenos zpětných pětných informací, informací force-feedback, kamerové systémy


Uplatnění - manipulační zařízení Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• Manipulátor p s pevným p ý programem p g – Typicky jednoúčelový stroj s jednoduchým PLC a logickým řízením – Zakladače, jednoduché balící stroje apod.


Uplatnění robotů Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• Programovatelné univerzální manipulátory – Technologické operace dle použité technologické hlavice (svařování, lakování, lisování, paletizace, operační manipulace (v rámci technologického pracoviště), pracoviště) montáž

• Adaptivní p průmysloví p y roboti • Autonomní kognitivní roboti – budoucnost? • Automaticky vedené vozíky – Skladová a logistická centra – Mezioperační manipulace a „skladování „skladování“


Kognitivní roboti Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• Pokročilá AI – Výběr optimální varianty z více možností – Schopnost učit se ze zkušenosti – Využít v neznámé situaci podobnosti s předchozím situací řešením – Schopnost vyhodnocovat a řídit paralelní procesy – Pokračovat i při neúplné informaci – Generalizace, zobecnění problému, analýza, syntéza, predikce


Dělení robotů dle kriterií Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• • • • • •

Konfigurace g robota Druh pohonu Z ů b ří Způsob řízeníí a struktura t kt řídi řídicího íh systému té Míra „„uživatelského“ programování p g Oblast použití Další l možná kriteria ki i


Základní regulace dráhy Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• Cílová – zajímá j mne pouze p konečná ppoloha servomechanismu, trajektorie po jaké je cíle dosaženo je mi lhostejná • Sledovací – definovaná trajektorie po jaké máá být bý cíle íl dosaženo d ž


Alternativa v robotice Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• PTP – point to point • CP – continuous path (definovaná dráha a yc os ) např. p . nanášení še lepidla, ep d , svařování sv ov rychlost) • CCP – controlled continuous path – Není předem definová trajektorie trajektorie, je vypočítávána na základě informací sensorického systému – (Zachycení pohybujícího se předmětu, třídění v rámci pohybujícího se dopravníku apod.) apod )


PTP Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• Ramena p přemístěno do nové ppolohy y v co nejkratší době • „Snadné Snadné řízení řízení“, rychlé pohyby • Používat obezřetně, „nepředvídaný“ pohyb (nutné počítat s nejhorším)


CP - Lineární interpolace Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• Pohyb y po p přímce p • Koordinovaný pohyb více os • Průběžně P ůběž ě generovaný ý setpoint t i t pro všechny š h osy • Pohyb definovanou rychlostí


CP – Kruhová interpolace Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• Tři body, y nebo dva bodyy a střed • Jsou vypočteny body dráhy a generovány setpointy pro osy • Pohyb definovanou rychlostí


Programování robotů Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• Přímé programování – učení – Obsluha vede přímo rameno – Obsluha vede robota nepřímo prostřednictvím Fantoma – Učení prostřednictvím terminálu, tlačítka, joystik, 6 osý joystik, přímo v prostředí

• Nepřímé programování – offline – Import p trajektorie j např. p na základě výkresů ý modelů strojních částí

• Přímé pplánování – real time odezva na měnící se prostředí na základě senzorů


Pracovní režimy Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

• Ruční řízení (ovládání) – jogging osami, spuštění programu řádek po řádku, nebo v omezené rychlosti • Zadávání programu – tvorba programu, podmínky příkazy, vstupy výstupy, spuštění • Ruční režim 100% -ruční režim, ale v plné rychlosti • Automatický režim – program včetně podprogramů d ů nezávisle á i l na uživateli ži li


Děkuji Vám za pozornost Co je to robot? Robot Manipulátor Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

Příště: • Opakování souřadných systémů • Osvěžení O ěž í znalostí l tí kinematiky ki tik


Poděkování Co je to robot? Robot Manipulátor

Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247

Důvody robotizace b ti Mechatronika a robotika


Pracovní režimy

Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním f d a státním fondem tát í rozpočtem čt ČR. ČR

Motivační přednáška. Ing. Josef Černohorský, Ph.D. TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Recommend Documents