Robotika - Terminologie Robotika je věda o robotech včetně návrhu

Robotika - Terminologie Robotika je věda o robotech včetně návrhu

Robotika - Terminologie
Robotika je věda o robotech včetně návrhu, vzhledu, výrobě, použití a diagnostiky. Je
o tvorbu inteligentních strojů propojujících vědecké a inženýrské obory. Je založena
na mechanice, elektronice, softwaru, programování a bioinženýrství. Hybná síla pro vojenský
průmysl. Termín „robotika“ použil jako první biomechanik a americký spisovatel Isaac
Asimov ve svých vědeckofantastických románech.
Golem pražská legenda, kdy v 16. století židovský rabín Jehuda Löw ben Becalel vytvořil
z hlíny postavu a pojmenoval ji Josef, oživil ji šémem (svitek nebo kulička), který mu vložil
do úst. Vyjmutím šému se uvedl do vypnutého stavu. Je zde podobnost s dnešními ocelovými
roboty oživovanými programem nahraným do řídící jednotky robotického systému.
Robot je termín ze 17. stolení od slova „robota“, což je práce poddaných na úrovni otroctví.
Toto slovo se použilo v divadelní hře R.U.R. českým spisovatelem Karlem Čapkem. Šlo
o umělé živé pracovní stroje s inteligencí.
Robot je stroj pracující dle programu s lidskou obsluhou. Jde o automatické programovatelné
manipulační zařízení pohybující se ve 2 až 6 osách s technologickým nástrojem (svářečkou,
nýtovačkou, pilou, atd.) či uchopovací hlavicí (chapadlem, přísavkou, atd.).
Průmyslový robot je automatický stroj s využitím ve výrobním procesu. Nahrazuje fyzickou
a rutinní práci v technologickém procesu.
Bot je počítačový program působící na webových stránkách či internetu v podobě sběru dat či
odesílání požadavků serverů, správu a údržbu www prostředí, odstraňování nefunkčních
odkazů.
2 důvody vytvoření robota člověkem jsou:
Vytvoření pomocníka či pracovníka, pomáhající člověku s namáhavou fyzickou prací, s prací
v nebezpečném či nepřístupném prostředí, s prací vyžadující přesnost a preciznost.
Člověk si snaží změřit síly se svým stvořitelem. Snaží si dokázat, že dokáže stvořit umělou
bytost. Vytvoření náhrad lidských orgánů a končetin na úrovni kybernetiky a bioinženýrství.
Robotické zákony
První zákon: Robot nesmí ublížit člověku nebo svou nečinností dopustit, aby člověku bylo
ublíženo.
Druhý zákon: Robot musí uposlechnout příkazu člověka, kromě případu, kdy jsou tyto
příkazy v rozporu s prvním zákonem.
Třetí zákon: Robot musí chránit sám sebe před zničením, kromě případu, kdy je tato ochrana
v rozporu s prvním nebo druhým zákonem.
Trocha historie
První patent na průmyslového robota je 1954, podal ho George Devol od Unimation, Dnes se
robotika posunula kupředu a jsou k dispozici androidy. Největší rozmach je v těžkém
průmyslu, automobilismu, zdravotnictví a lékařství, armádě, výrobě a na montážních linkách,
ve vesmírných programech a laboratořích.
Dopad aplikace robotů (robotizace) - důvody a účel nasazení
Dopad je pozitivní. Ulehčení člověku od fyzicky namáhavé a jednotvárné pracovní činnosti
a vyloučení člověka z nebezpečných či zdraví škodlivých pracovních prostředí. Dále robot
pracuje neustále bez potřeby pauzy nebo nutnosti na záchod, příp. nemoci a dovolené, také
mu nevadí pracovat nepřetržitě 24 hodin denně. Mimo se snižuje zmetkovitost a roste kvalita
výrobků. Robota lze změnou programu rychle upgradovat na nový výrobek bez zaškolování.
Roste výrobní kapacita, snižuje se čas potřebný k výrobě i nároky na pracovní prostory.
Pokles nezaměstnanosti u konstruktérů, automatizačních techniků a programátorů. Člověk
více času na rodinu a své záliby, popř. další vzdělávání.
Negativní část dopadu je nárůst nezaměstnanosti u manuálních pracovních pozic. Došlo
k nárůstu financí potřebných pro rekvalifikaci pracovníků bez pracovní pozice. Nákladů
na externí programátory a údržbáře robotů z dodavatelské firmy Vytlačování člověka
z výrobního procesu. Potřeba servisů a náhradních dílů, elektřiny a dalších nákladů. Výpadek
robota může představovat zastavení výroby, což je finanční riziko. Nekompatibilnost
robotických systémů i programovacích jazyků. Nutnost kvalifikovaných pracovníků ve firmě.
Oblast nasazení robotů a robotických systémů je lisování, lakování, kování, paletizace, balení,
svařování, řezání, montáže, sklářský průmysl, dopravníky a transport, pyrotechniky, vojenský
průmysl, záchranářské práce, pyrotechnika, výzkum vesmíru a mořského dna, protetika,
lékařství (operace na dálku), asistenti v nemocnicích, vysavače, autopiloti (letadla, lodě,
kolejové vozy a automobily), řídicí systémy, hračky, sportovní a zábavní průmysl, průvodci,
sociální roboti, roboti pro vzdělávání.
Druhy robotů
Podle použitých pohonů: Elektrické, Hydraulické, Pneumatické, Kombinované
Podle kinematické struktury: Sériová, Paralelní, Hybridní
Podle stupňů volnosti: Deficitní, Univerzální, Redundantní
Podle geometrie pracovního prostoru: Kartézská, Cylindrická, Sférická, Angulární
Podle způsobu řízení, programování a vývoje: Manipulátor, Synchronní manipulátor,
Robot, Adaptivní robot, Kognitivní robot, Konativní robot, Mobilní robot, Android,
Kyborg
Podle vykonávané činnosti: Servisní, Průmyslové
Podle kompaktnosti konstrukce: Modulární, Univerzální
Podle generace robotů
1) Nultá generace - do této skupiny se řadí manipulátory a roboty bez zpětné vazby.
Změny a poruchy signalizované senzory vedou k nedokončení prováděného kroku či
neprovedení následujícího zpravidla s odpojení systému od přívodu elektrické energie.
2) První generace - roboty mající zavedenou zpětnou vazbu s pevným programem
a schopností přepínání mezi podprogramy zavedenými do něj člověkem a volbou další
práce podle nich.
3) Druhá generace - roboty schopné vybírat optimální program pro zadanou práci dle
daných kritérií. Jsou vybavené senzorovým systémem s možností reagovat na změnu
okolí,
4) Třetí generace - roboty schopné samostatného vytváření programu a dále se dokáží
učit ze získaných zkušeností. Mají dán pouze cíl své činnosti a způsob, kterým ho
splní je plně ponechán na robotovi, resp. na inteligenci řídicího systému robota.
5) Čtvrtá generace - zatím vrchol robotického průmyslu, jde o roboty autonomního
charakteru se sociálním chováním podobným člověku, resp. si sami volí cíl
i způsobem jeho dosažení.
Bezpečnost při práci s roboty a manipulátory
Je nutné ochránit člověka před stykem s robotem během vykonávané činnosti v pracovním
prostoru. Minimální bezpečnosti jsou označení pracoviště, výstrahy a technická dokumentace.
Používají se systémů zabraňující vstupu do pracovního prostoru nebo zastavení činnosti
při blízkosti obsluhy, resp. narušení pracovního prostoru lidským faktorem. Jde o pevné nebo
řetězové závory, oplocení nebo klecový systém, mimo to elektricky blokované dveře nebo
optické závory s čidly, popřípadě nášlapné desky či snímání červené a žluté podlahové zóny
s blokovací činností robota.
Manuální ovládání - teaching pendant (TB - Box)
1) Nastavení pracoviště do manuálního režimu - přepnete černý přepínač umístěny zcela
vpravo na ovládacím panelu do polohy MANUAL a na TB vzadu stisknete tlačítko TB
ENABLE. To se rozsvítí, čímž je signalizován aktivní TB.
2) Rukou uchopte teaching pendant tak, abyste v jeho zadní části prsty dosáhli na žlutý
přídržný kontakt, ten je nutné držet ve střední poloze mírným tlakem, až pocítíte lehký
odpor a uslyšíme tiché cvaknutí. Pokud dojde k uvolnění nebo je tlak velký, odpojí se.
3) Nyní stiskněte tlačítko SERVO vlevo nahoře
na TP, tím aktivujeme propojeni TP se servy
robota. Uslyšíte cvaknutí serv a do 2 sekund se
rozsvítí zeleně kontrolka nad tlačítkem F3
s označením SERVO. Tím je TB a robot
propojen a lze ho ovládat.
4) Pro manipulaci slouží tlačítko JOG. Po jeho
stisknutí dostanete na výběr mezi JOINT a XYZ
a další. Vyberte XYZ stisknutím F1. X představují pohyb dopředu (od Vás) při stisknutém
tlačítku +X a dozadu (k Vám) při stisknutém -X. Y představují pohyb doleva
při stisknutém tlačítku +Y a doprava při stisknutém -Y. Z představují pohyb nahoru
při stisknutém tlačítku +Z a dolů při stisknutém -Z. A, B a C jsou rotační hodnoty.
5) Zrychlení či zpomalení pohybu robota slouží tlačítka OVRD. Šipka nahoru značí
zrychlení, šipka dolů zpomalení. Hodnota rychlosti se zobrazuje v procentech v pravé
horní části displeje teaching pendantu. Pro delší nepřesný pohyb doporučuji větší rychlost,
cca 70 %, a pro přesný kratší pohyb menší rychlost, cca 5 %.
6) Uchopení předmětu či jeho puštění na danou pozici se provádí pomocí chapadel, resp.
čelistí a přísavky. Pro ovládání slouží tlačítko HAND. Nejprve najeďte robotem
na souřadnice, po té stiskněte HAND a pro rozevření čelistí stiskněte -C, pro sevření
stiskněte +C. U přísavky pro přisátí +B, pro uvolnění -B. Hlídejte souřadnici Z, ať
nenarazíte na předmět nebo do desky. Doporučuji před uchycením či uvolněním předmětu
snížit rychlost pomocí tlačítka OVRD se šipkou dolů na 10 %. Po uchycení předmětu,
stiskněte opět tlačítko JOG, vyberete systém XYZ, vyjeďte robotem pomocí +Z nahoru
a přesuňte robota na nové souřadnice.
Textové a grafické zadání
Textové zadání:
Naprogramujte úlohu pro robota RV-2F-D robotického pracoviště SPŠ Ostrov. Činnost robota
je následující. Robota umístěte do výchozí pozice P0 a nastavte mu rozevření čelistí. Přesuňte
robota na pozici P1 pro naložení předmětu, přičemž spodní pozice nakládky bude řešena
změnou souřadnice „z“ a úchop bude proveden pomocí čelistí. Po uchopení předmětu ho
přesuňte na pozici P3 pro vyložení předmětu za podmínky, že spodní pozice vykládky bude
řešena změnou souřadnice „z“. Dále přesuňte robota na pozici P8 pro naložení předmětu,
přičemž spodní pozice nakládky bude řešena změnou souřadnice „z“ a úchop bude proveden
pomocí přísavky. Po uchopení předmětu ho přesuňte na pozici P4 pro vyložení předmětu,
když spodní pozice vykládky bude řešena změnou souřadnice „z“. Následně přesuňte robota
na pozici P2 pro naložení předmětu, přičemž spodní pozice nakládky bude řešena změnou
souřadnice „z“ a úchop bude proveden pomocí čelistí. Po uchopení předmětu ho přesuňte
na pozici P5 pro vyložení předmětu, spodní pozice vykládky bude řešena změnou souřadnice
„z“. Dále přesuňte robota na pozici P7 pro naložení předmětu, přičemž spodní pozice
nakládky bude řešena změnou souřadnice „z“ a úchop bude proveden pomocí přísavky.
Po uchopení předmětu ho přesuňte na pozici P6 pro vyložení předmětu za podmínky, že
spodní pozice vykládky bude řešena změnou souřadnice „z“. Po té přesuňte robota
do výchozí pozice P0. Během celého procesu dodržujte doporučené rychlosti a čekací příkazy
pro správné a plynulé vykonání zadané činnosti. Program doplňte vhodnými komentáři.
Ukázkové grafické zadání:
Program pro aplikaci RT Tool Box2
Tato varianta programu je napsána v programovacím jazyce Mefla basic V a jsou použity
pouze základní pracovní pozice robota s využitím příkazů změny jedné souřadnice dané
pracovní pozice ve smyslu odjetí od dané souřadnice bez nutnosti zadávat novou souřadnici,
a dále příkazů pro zavírání a otevírání nástrojů pracovních hlavic - čelistí chapadla a přísavky.
Záleží na nás, zda na počátku nebo na konci, nadefinujeme jednotlivé pracovní pozice P1 až
P8. Osobně doporučuji u ostatních parametrů L1, L2 a FLG1, FLG2 zrušit zaškrtnutí.
Po kompilaci programu do on-line stavu si je virtuální robotický systém doplní sám a správně.
Jak je patrné, při využití vhodných příkazů posunu si vystačíme s polovičním množstvím
souřadnic oproti předchozí variantě, což je v praxi žádoucí.
P0=(200.000,0.000,360.000,178.000,0.000,178.000)
- výchozí pozice
P1=(-200.000,240.000,360.000,178.000,0.000,178.000)
- pozice nakládky
P2=(-100.000,240.000,360.000,178.000,0.000,178.000)
- pozice nakládky
P3=(300.000,205.000,360.000,178.000,0.000,0.000)
- pozice vykládky
P4=(300.000,105.000,360.000,178.000,0.000,0.000)
- pozice vykládky
P5=(300.000,5.000,360.000,178.000,0.000,0.000)
- pozice vykládky
P6=(300.000,-95.000,360.000,178.000,0.000,0.000)
- pozice vykládky
P7=(-95.000,-240.000,360.000,178.000,0.000,0.000)
- pozice nakládky
P8=(-195.000,-240.000,360.000,178.000,0.000,0.000)
- pozice nakládky
Následně do editačního okna programu přepíšeme níže uvedený program, přičemž již není
potřeba v programovacím jazyce Mefla basic V číslovat každou řádku, neboť je číslování
řádek plně automatické. Takto napsaný program je vhodný pro simulaci. Pro nahrání
do robota doporučuji tento program doplnit o zaváděcí část v závislosti na konkrétní realizaci
robotického pracoviště, celého robotického systému a nastavení vstupů a výstupů řídící
jednotky robota včetně definice použitých manipulačních hlavic, resp. jejich počtu, typu
a uspořádání.
1
'úloha pro přesun předmětu mezi pozicemi
2
SPD 300 'nastavení standardní rychlosti
3
MOV P0 'přesun na výchozí pozici P0
4
HOpen 1 'otevření čelistí chapadla
5
DLY 0.5 'čekání na vykonání předchozích příkazů- zpoždění
6
'přesunutí předmětu z pozice P1 na pozici P3 s použitím čelistí
7
MOV P1 'přesun na pozici P1 - nakládka předmětu
8
SPD 200 'nastavení nižší rychlosti
9
MVS P1, 156 'lineární přesun pro naložení předmětu - sjetí dolů
10
HClose 1 'uzavření čelistí chapadla - uchycení předmětu
11
DLY 0.5 'čekání na vykonání předchozích příkazů- zpoždění
12
MVS P1 'lineární přesun - vyjetí nahoru
13
SPD 300 'nastavení standardní rychlosti
14
MOV P3 'přesun na pozici P3 - vykládka předmětu
15
SPD 200 'nastavení nižší rychlosti
16
MVS P3, 156 'lineární přesun pro vyložení předmětu - sjetí dolů
17
HOpen 1 'otevření čelistí chapadla - uvolnění předmětu
18
DLY 0.5 'čekání na vykonání předchozích příkazů - zpoždění
19
MVS P3 'lineární přesun - vyjetí nahoru
20
HClose 1 'uzavření čelistí chapadla - aby nenarazila otevřená čelist do předmětu
21
SPD 300 'nastavení standardní rychlosti
22
'přesunutí předmětu z pozice P8 na pozici P4 s použitím přísavky
23
MOV P8 'přesun na pozici P8 - nakládka předmětu
24
SPD 200 'nastavení nižší rychlosti
25
MVS P8, 156 'lineární přesun pro naložení předmětu - sjetí dolů
26
HClose 2 'přisátí přísavky chapadla - uchycení předmětu
27
DLY 0.5 'čekání na vykonání předchozích příkazů- zpoždění
28
MVS P8 'lineární přesun - vyjetí nahoru
29
SPD 300 'nastavení standardní rychlosti
30
MOV P4 'přesun na pozici P4 - vykládka předmětu
31
SPD 200 'nastavení nižší rychlosti
32
MVS P4, 156 'lineární přesun pro vyložení předmětu - sjetí dolů
33
HOpen 2 'uvolnění čelistí chapadla - uvolnění předmětu
34
DLY 0.5 'čekání na vykonání předchozích příkazů - zpoždění
35
MVS P4 'lineární přesun - vyjetí nahoru
36
SPD 300 'nastavení standardní rychlosti
37
'přesunutí předmětu z pozice P2 na pozici P5 s použitím čelistí
38
HOpen 1 'otevření čelistí chapadla
39
MOV P2 'přesun na pozici P2 - nakládka předmětu
40
SPD 200 'nastavení nižší rychlosti
41
MVS P2, 156 'lineární přesun pro naložení předmětu - sjetí dolů
42
HClose 1 'uzavření čelistí chapadla - uchycení předmětu
43
DLY 0.5 'čekání na vykonání předchozích příkazů- zpoždění
44
MVS P2 'lineární přesun - vyjetí nahoru
45
SPD 300 'nastavení standardní rychlosti
46
MOV P5 'přesun na pozici P5 - vykládka předmětu
47
SPD 200 'nastavení nižší rychlosti
48
MVS P5, 156 'lineární přesun pro vyložení předmětu - sjetí dolů'
49
HOpen 1 'otevření čelistí chapadla - uvolnění předmětu'
50
DLY 0.5 'čekání na vykonání předchozích příkazů - zpoždění'
51
MVS P5 'lineární přesun - vyjetí nahoru'
52
HClose 1 'uzavření čelistí chapadla - aby nenarazila otevřená čelist do předmětu
53
SPD 300 'nastavení standardní rychlosti'
54
'přesunutí předmětu z pozice P7 na pozici P6 s použitím přísavky'
55
MOV P7 'přesun na pozici P7 - nakládka předmětu'
56
SPD 200 'nastavení nižší rychlosti'
57
MVS P7, 156 'lineární přesun pro naložení předmětu - sjetí dolů'
58
HClose 2 'přisátí přísavky chapadla - uchycení předmětu'
59
DLY 0.5 'čekání na vykonání předchozích příkazů- zpoždění'
60
MVS P7 'lineární přesun - vyjetí nahoru'
61
SPD 300 'nastavení standardní rychlosti'
62
MOV P6 'přesun na pozici P6 - vykládka předmětu'
63
SPD 200 'nastavení nižší rychlosti'
64
MVS P6, 156 'lineární přesun pro vyložení předmětu - sjetí dolů'
65
HOpen 2 'uvolnění čelistí chapadla - uvolnění předmětu'
66
DLY 0.5 'čekání na vykonání předchozích příkazů - zpoždění'
67
MVS P6 'lineární přesun - vyjetí nahoru'
68
SPD 300 'nastavení standardní rychlosti'
69
MOV P0 'přesun na výchozí pozici P0'
70
END 'konec programu'