ROBOTIKA •
je obor zabývající se teorií, konstrukcí a využitím robotů
•
slovo „robot“ bylo poprvé použito v roce 1920 ve hře Karla Čapka R.U.R (Rossum´s Universal Robots pro umělou bytost)
Robot je stroj, který pracuje s určitou mírou samostatnosti, vykonává úkoly předepsaným způsobem. Robot získává informace o svém okolí, zpracovává je a na základě nich se uvádí do pohybu popřípadě manipuluje s předměty. Činnost robotů je řízena počítačem. Rozdělení robotů například podle prováděné práce: •
manipulační (podávání polotovarů, součástek)
•
technologické (svařovací, montážní, nanášení povlaků)
•
speciální (pracující v radioaktivním prostředí, v kosmu, pracující pod vodou)
•
univerzální
Rozdělení manipulačních zařízení podle způsobu řízení: •
jednoúčelové manipulátory
•
programovatelné manipulátory
– průmyslové roboty 1. generace – průmyslové roboty 2. generace – průmyslové roboty 3. generace
Jednoúčelové manipulátory slouží k automatizaci manipulačních prací zpravidla jednoúčelových strojů a linek ve velkosériové a hromadné výrobě. Mají omezenou funkci na několik jednoduchých pohybů ve vazbě na výrobní zařízení. Označují se jako podavače nebo autooperátory. Průmyslové roboty jsou univerzálně použitelné automaty pro vykonávání manipulačních operací, které zastávají funkci člověka hlavně u výrobního stroje. Jsou programovatelné v několika osách a pomocí chapadel, nástrojů a čidel (senzorů) mohou vykonávat různé pracovní úkony. Používají se v kusové a velkosériové výrobě. Složitost a objemu řídicího systému určuje tzv. generací robotů. Roboty 1. generace jsou manipulační zařízení s programovým řízením, určené pro vykonávání pevně naprogramovaných postupných operací. Program je sestaven k dosažení cíle činnosti pro určenou výrobní operaci, která je stálá. Roboty 2. generace jsou roboty vyšší úrovně vybavené řadou senzorů nebo viděním pomocí kamery. Systém „oko-ruka“. Roboty 3. generace jsou inteligentní roboty. Elementy umělé inteligence dávají robotu schopnost přizpůsobovat se změněným podmínkám, učí se a mohou tak samostatně řešit
zadané úkoly. Stavebními prvky robotů s umělou inteligencí jsou vizualizace, hlasová komunikace, rozpoznávání a orientace v prostředí.
KINEMATIKA ROBOTŮ
Při stavbě robotů na nejčastěji používají kinematické dvojice přímočaře posuvné (translační) a otočné (rotační). Posuvné kinematické dvojice: •
suportové – po delším vedení se posouvá kratší těleso
•
smykadlové – v kratším vedení se posouvá delší těleso
•
výsuvné – teleskopické
Rotační kinematické dvojice: •
otočné
•
kyvné
Kombinací kinematických dvojic lze sestavovat libovolné kinematické řetězce, které tvoří tzv. kinematickou strukturu robotu. Nejvíce se rozšířily tyto základní typy kinematických struktur: •
tři translační kinematické dvojice TTT
•
jedna rotační a dvě translační dvojice RTT
•
dvě rotační a jedna translační dvojice RRT
•
tři rotační dvojice RRR
ZÁKLADNÍ TYPY ROBOTŮ
Provedení TTT Kinematická struktura obsahuje tři translační dvojice. Používá pravoúhlý souřadný systém. Pracovním prostorem je kvádr nebo krychle. Systém je velmi stabilní. Má jednoduché řízení. Nevýhodou je nižší prostorová pohyblivost. Používá se hlavně pro velké manipulační prostory.
Provedení RTT Kinematicky je uspořádán z jedné rotační a dvou translačních kinematických dvojic. Pracovním prostorem je válcový segment.
Provedení RRT Kinematicky je uspořádán ze dvou rotačních a jedné translační kinematické dvojice. Pracovní prostor je kulový segment. Robot má menší pracovní prostor a složitější řízení.
Provedení RRR Kinematická struktura obsahuje tři rotační dvojice. Pracovním prostorem je tzv. torus. Mají dobrou manipulační schopnost, vysokou pohyblivost.
Hlediska posuzování průmyslových robotů a manipulátorů: •
manipulační schopnost: •
stavba robotu
•
velikost pracovního prostoru
•
počet stupňů volnosti
•
hmotnost manipulovaného břemene
•
dosahovaná přesnost
•
rychlost pohybů
•
konstrukce robotu
•
způsob řízení
Manipulační schopnost Manipulační schopnost robotu je dána druhem, stavbou a typem použitého zařízení. Závisí na mechanické konstrukci robotu a pohyblivosti jeho os a ramen. Při navrhování robotizovaného pracoviště je třeba na základě konstrukční dokumentace součástí, technologických postupů výroby a situačního plánu pracovního místa provést rozbor manipulační operace. Podle dispozičního řešení se vypracuje prostorové kinematické schema pohybu předmětu, které předurčí použití typu robotu.
Počet stupňů volnosti
Průmyslové roboty nahrazují člověka u výrobního stroje a nahrazují především lidskou ruku. Lidská ruka má 27 stupňů volnosti (ramenní kloub, loketní kloub, zápěstí, prsty…)
Manipulační hmotnost břemena Hmotnost břemena je jedním ze základních parametrů robotů.Do hmotnosti břemene se většinou započítává i hmotnost úchopového mechanismu. Přesnost manipulace Závisí především na konstrukci robota a použitých prvcích pohonu, odměřování a řízení. Nejpřesnější roboty dosahují přesnosti 0,01 mm.
KONSTRUKCE ROBOTŮ
•
Pojezdové ústrojí – používá se v případech, kdy je vyžadován pohyb robotu po delší dráze. Pojezdovým ústrojím mohou být otočná kolečka umístěná na robotu nebo speciální podvozky, na které je robot připevněn. Pojezd může být realizován po kolejové nebo visuté závěsné dráze. Pro práci v terénu jsou roboty vybaveny pásovými podvozky popřípadě takzvaným kráčecím ústrojím.
•
Konstrukční řešení přímočarých pohybů Přímočaré pohyby zajišťují posuvové jednotky. U průmyslových robotů, vzhledem k potřebě uložení s minimálním třením se dává přednost valivým uložením před kluznými.
•
Konstrukční řešení rotačních pohybů Rotační jednotky umožňují otáčení o více než jednu otáčku, tj. o více než 360°. Lze je rozdělit do dvou základních skupin:
•
•
přímý náhon
•
nepřímý náhon s převodem: •
ozubenými koly
•
řemenem
•
ozubeným řemenem
Konstrukční řešení kývavých pohybů Kývavé jednotky mají omezený pohyb menší než 360°. Poháněny jsou buď elektromotorem nebo hydraulicky či pneumaticky.
POHONY Každá řízená osa robotu potřebuje vlastní servopohon, který musí být schopen zajistit jak pomalé a přesné najíždění, tak také rychloposuv s dostatečným zrychlením a bržděním. Rozdělení pohonů podle použité energie:
mechanické hydraulické pneumatické elektrické kombinované
Mechanický pohon •
Používá se pouze u jednoduchých a jednoúčelových manipulátorů.
•
Používají se vačkové a pákové mechanismy.
Pneumatický pohon •
Používá se především u manipulátorů.
•
Výhodou je čistota prostředí, nízké pořizovací náklady a jednoduchá údržba.
•
Nevýhodou je obtížná regulace, vyšší energetické náklady, vyšší hlučnost.
Hydraulický pohon •
Výhodou je dosahování značných sil při malých rozměrech, plynulé řízení rychlosti a bezpečnost proti přetížení.
•
Nevýhodou je nízká účinnost a ztráty oleje při netěsnostech.
Nejrozšířenějším druhem pohonů jsou elektrické servopohony – oproti ostatním druhům pohonů mají nižší náklady na údržbu a servis a nižší vliv teploty na jejich činnost. Pro pohony jsou nejčastěji používány tyto typy motorů: •
stejnosměrný motor s kotoučovým motorem
•
krokový motor
•
střídavé motory
Převody U robotů se používají různé typy převodů – ozubená kola, ozubený hřeben, šroub a matice, kuličkový šroub a matice, řemenový převod s ozubeným řemenem, řetězové převody, šnekové převody, planetové převody, harmonické převody.
