1.6 Definice robotů, průmyslových robotů a manipulátorů (PRaM) Aspekty pro posuzováni robotů... 47

Transkript

1 OBSAH Úvod Vývoj a definice robotů Od mechanických figurín a písařů k robotům Náhrada člověka robotem ve výrobním procesu Systémové pojetí výrobních strojů ve vztahu к manipulaci s materiálem Analýza stupně automatizace výrobního stroje vzhledem к jeho produktivitě Výrobní stroj jako systém Ekonomické uplatněni průmyslových robotů ve výrobě Rozděleni manipulačních zařizení a generace robotů Systémové pojeti robotů Základni informace o řízeni průmyslových robotů Řízeni jako určující složka vývojového stupně PRaM Základni pojmy o řízeni a programování PRaM s ohledem na jejich konstrukci Definice robotů, průmyslových robotů a manipulátorů (PRaM) Aspekty pro posuzováni robotů Stacionárni průmyslové roboty se sériovou kinematikou Akční systém průmyslových robotů a manipulátorů (PRaM) Kinematické dvojice v konstrukci PRaM, účel, rozděleni, znázorňování Kinematický řetězec, rozdélení ústrojí PRaM Rekapitulace struktury akčního systému PRaM Pojezdové (lokomoční) ústrojí Pojezdové ústrojí u stacionárních robotů Pojezdové ústrojí jako integrální součást nestacionárních robotů - mobilních robotických systémů (MRS) Automatické dopravní vozíky [7] Polohovací ústroji PRaM a jeho teorie Spojeni kinematických dvojic (KD) v základním kinematickém řetězci (ZKŔ) a jejich počet Uspořádáni kinematických dvojic v jednotlivých spojeních Obecné určeni počtu možných uspořádáni KD Teoretický počet možných uspořádáni Teoretický počet všech možných uspořádáni KD základního kinematického řetězce o jednom stupni volnosti Teoretický počet všech možných uspořádáni KD základního kinematického řetězce o dvou stupních volnosti Teoretický počet všech možných uspořádáni KD základního kinematického řetězce o třech stupních volnosti Princip vyhodnocování doporučených konstrukčních uspořádání KD Kombinatorické algoritmy uspořádáni KD a jejich vyhodnocováni Vyhodnocení kombinatorických algoritmů uspořádáni KD pro n = Vyhodnoceni kombinatorických algoritmů uspořádání KD pro n = Vyhodnoceni kombinatorických algoritmů uspořádáni KD pro n = Komplexní vyhodnocení všech uspořádáni pro konstrukci ZKŘ pro n = Základní typy PRaM... 92

2 2.3.9 Odvozené typy PRaM Typy odvozené ze základních spojení jiným uspořádáním KD Typy PRaM z odvozených spojeni kinematických dvojic Problematika přesnosti polohováni základních typů PRaM Další konstrukční faktory, mající vliv na morfologii ZKŘ Analýza možného provedeni translačnich kinematických dvojic Průmyslové roboty s prodlouženým ZKŘ Průmyslové roboty se zkráceným ZKŘ Netradiční a nové prvky ve stavbě PRaM Orientační ústrojí Teorie stavby orientačního ústroji PRaM Praktická stránka řešení orientačního ústrojí PRaM Příklady konkrétního provedení orientačního ústroji PRaM Stavebnicové provedení orientačního ústrojí PRaM Integrované provedeni orientačního ústrojů PRaM Integrovaná orientační ústrojí se dvěma stupni volnosti Orientační ústroji vkomponovaná do koncového členu ZKŘ Orientační ústrojí transformovaná přes dva členy ZKŘ Integrovaná orientační ústroji se třemi stupni volnosti Netradiční prvky stavby orientačního ústrojí Mnohakloubová orientační'ústrojí Kompaktní kulové zápésti FS ČVUT Praha Kulový kloub se třemi stupni volnosti Kulový kloub se dvěma stupni volnosti Kompenzátory Účel a rozdělení kompenzátorů Vázané kompenzátory Vázané kompenzátory nearetované Vázané kompenzátory aretované Volné kompensátory PomocnétranslačnipohybyvkompenzátorechPRaM Stacionární průmyslové roboty s paralelní kinematikou Princip Stewartovy plošiny a její obecné aplikace Hybridní a paralelní struktury Průmyslové roboty s paralelní kinematikou polohovacího ústroji Průmyslové roboty s čisté paralelní kinematikou Porovnání sériových a paralelních struktur robotů Pohony, převody a pohybové jednotky robotů Rozdělní a popis pohonů Pohony mechanické Pohony a servopohony hydraulické Pohony pneumatické Pohony a servopohony elektrické

3 4.1.5 Pohony kombinované Pohony SMA (Shape Memory Alloys) Prevody u pohonů PRaM Převodovky HARMONIC-DRIVE Planetové převodovky Princip planetových převodovek Planetová převodovka s vysokým převodovým poměrem ÚVSSR PSI VUT v Brné Jednosatelitová planetová převodovka Ústavu výrobních strojů FS ČVUT Praha Vícestupňové planetové převodovky Převodovky CYCLO-DRIVE Ostatní rotační reduktory Ložiskový reduktor TWINSPIN Převody mezi rotací a translací Transformační bloky rotace-translace Šroub a matice Pastorek a ozubený hřeben Speciální problematika aplikace rotačních snímačů u pohonů pastorek-hřeben Pohybové jednotky Stavebnicová a integrovaná provedeni robotů Lineární pohybové jednotky a jejich vedeni Lineární výsuv pomoci kloubového mechanismu Rotační pohybové jednotky Pohony základních typů robotů Pohony kartézských robotů Pohon kartézského robotu typu MANTA Pohon kartézského robotu typu PRKM Pohony cylindrických robotů Pohon cylindrického robotu typu VERSATRAN Řešení pohybů robotu pomocí motorů na základním členu ZKŘ Pohon sférického robotu typu UNIMATE Pohony anthropomorfnich (kloubových) robotů Pohon anthropomorfního robotu typu TRALLFA Pohon čs. anthropomorfního robotu ROBOMATIC Pohon anthropomorfního robotu PR-32 E Pohon anthropomorfního robotu typu KUKÁ Kloubové roboty s paralelogramy Pohon robotu typu SCARA Jednoúčelové manipulátory a průmyslové balancery Jednoúčelové manipulátory Systémy AVN s nosným zásobníkem Systémy AVN se skladovacím zásobníkem

4 Systémy AVN s pohyblivým zásobníkem a manipulátorem Typy zásobníků Typy manipulátorů Systém AVN se stacionárním zásobníkem a manipulátorem Systémy kombinované Vývoj AVN na pracovišti ÙVSSR Mechanické roboty Průmyslové balancéry Koncové efektory a závěsná technika balancérů Periferní zařizeni Dopravní zařízení Pásové dopravníky Článkové dopravníky Válečkové tratě Elevátory, šnekové a hrablové dopravníky Vibrační dopravníky Podvésné dopravníky Otočné stoly a lineární osy Otočné stoly Podávači zařizení se zásobníkem a násypkou Paletizačni prvky Technologické palety (paleta jako součást technologického procesu) Systémové palety (paleta neúčastnicí se technologického procesu) Koncové efektory a jejich adaptivita Účel a rozděleni koncových efektorů Technologické výstupní hlavice Manipulační výstupní hlavice - chapadla Rozděleni úchopných prvky Pasivní schopné prvky Pasivní úchopné prvky mechanické Pasivní úchopné prvky magnetické Pasivní úchopné prvky podtlakové Aktivní úchopné prvky: Aktivní úchopné prvky mechanické Aktivní úchopné prvky magnetické Aktivní úchopné prvky podtlakové Špeciálni úchopné prvky Kombinované výstupní hlavice Špeciálni výstupní hlavice Síly, působící na uchopené předměty při pohybu robotu Automatická výména koncových efektorů Účel a princip automatické výměny koncových efektorů průmyslových robotů Funkční části systémů automatické výměny

5 Schéma spojovacího mechanizmu Příruba robotu Příruba efektom Koncový efektor Funkční principy systémů automatické výmény Pomocné funkce automatické výmény koncových efektom Popis kompenzace odchylek Požadavky na proces výmény Ochrany před kolizi Příklady řešení systému automatické výměny koncových efektom SCHUNK GmbH & Co. KG Spann-und Greiftechnik (Německo) ABB Flexible Automation AB (Švédsko) Sommer-automatic GmbH & Co.KG (Německo) Robert Bosch GmbH (Německo) C. & E. FEIN GmbH (Německo) STÄUBLI A.G. (Švýcarsko) Applied Robotics Inc. (Spojené státy americké) Přiklad konstrukčního řešeni automatické výmény koncových efektorů průmyslových robotů v Ústavu výrobních strojů, systémů a robotiky FSI VUT v Brné Adaptivita koncových efektorů Úvod do adaptivity průmyslových robotů Interakce robotu s technologickým prostředím Poddajné členy a senzorická zápěstí Klasifikace adaptivních koncových efektorů Pasivně mechanicky adaptivní koncové efektory (NSM) Koncové efektory s mechanickou adaptivitou Pasivně adaptivní senzorické koncové členy-senzorická zápésti Algoritmizace úloh praktické vertikálni diskrétní robotické montáže Aktivně adaptivní senzorické poddajné členy s vestavěnou samočinnou korekcí polohy pro obecnou (horizontální) montáž Anthropomorfní koncový efektor ÚVSSR FSI VUT v Brné Prešovské biomechanické chapadlo SjF TU Košice - 1. verze Senzorické systémy robotů Úvod do senzoriky Senzory a jejich děleni Elektromechanické snímače Tenzometry Indukční senzory Kapacitní senzory Magnetické senzory CCD senzory Inkrementální a absolutní rotační snímače Světelné závory

6 7.11 Bezpečnostní senzorika Zařízeni nouzového zastaveni Bezpečnostní světelné závory Bezpečnostní laserový scanner Bezpečnostní dveřní snímače Nášlapné rohože Příklad zabezpečeni robotizovaného pracoviště Kinematika průmyslových robotů Souřadné systémy robotů pro tvorbu robotického programu Princip přímé a nepřímé kinematiky Transformace souřadných systémů Vyjádřeni libovolné orientace Přímá kinematika Inverzní kinematika Interpolace a plánováni trajektorie Dalši doporučené informační zdroje Řízení a programováni průmyslových robotů Úvod do programováni průmyslových robotů Uživatelské rozhráni - teach-pendanty DOF průmyslový robot Hlavni typy pohybů Aproximace pohybů Základni přehled instrukci pro roboty ABB Základní přehled instrukcí pro roboty KUKÁ Případová studie č. 1 : Paletizačni úloha Případová studie č. 2: Manipulační úloha Off-line programováni Mobilní a servisní roboty Úvodaklasifikacemobilnichrobotůproservisniúčelyapoužití Subsystémy mobilních robotů mobility Subsystém mobility Subsystémy nástavby MSP Subsystém výkonové nástavby Subsystém řízeni a navigace Subsystém vnitřních a vnějších senzorů Subsystém energetického zabezpečení Subsystém operátora Technické otázky řešení problematiky Obecná metodika navrhování mobilních robotů Metodika optimalizace struktury mobilních robotů Metodika řešeni mobilních robotů - příklady Biomechanické principy řešeni mobility

7 Pohyblivost biomechanismů Kráčejici mobilní roboty Současná řešeni kráčejících robotů Směry ve vývoji kráčejícím mobilních robotů Plazící se mobilní roboty Servisní roboty s kolovým podvozkem Konstrukčně-provozní požadavky na lokomoční ústrojí s koly Dvoukolové MR Tří a čtyřkolové mobilní roboty Diferenčně řízené mobilní roboty Synchronně řízené mobilní roboty Ackermanův způsob řízeni Matematický model mobilního robotu s kolovým podvozkem Kinematické rovnice třikolového mobilního robotu Kinematický a dynamický model čtyřkolového mobilního robotu Mobilní roboty se všesmérovými koly Princip všesměrových kol Matematický model MSR se všesměrovými koly Šestikolové a vicekolové mobilní roboty Mobilní roboty s článkovými pojezdy Atypické konstrukce kol pro mobilní roboty Servisní roboty s pásovým podvozkem Koncepce pásového podvozku Aplikace mobilních robotů s pásovým podvozkem Řízeni pohybu do požadovaného směru Ukázky vybraných servisních mobilních robotů pro uplatněni v neprůmyslových oblastech Trendy aplikaci MSR mimo průmysl Laboratorní typy univerzitních konstrukcí Inspekční servisní mobilní roboty Policejní a vojenské využití Servisní roboty pro následné nasazeni po přírodních katastrofách (záchranářské) Servisní roboty pomáhající člověku Servisní roboty pro volný čas a zábavu Robotické systémy vyšších generaci Inteligentní roboty Inteligentní servisní roboty Roboty pohybující se po pevném podkladu Roboty pohybující se ve vodním prostředí Roboty pohybující se ve speciálním prostředí Montážní roboty Adaptivní montáž - systém oko - ruka" s příklady Úlohy řešené systémem oko - ruka"

8 11.2 Inteligentní teleoperátory Teleoperátory plnicí pozemské úkoly Teleoperátory pro úkoly ve vesmíru Teleoperátory pracující ve vodním prostředí Bezpilotní letouny na bázi teleoperátorů Humanoidni roboty Humanoidni kráčející roboty zkonstruované na Wasedské univerzitě v Tokiu Robot WL-5 - statická chůze Robot WABOT Robot WL Robot WL-12R-lII Ostatní humanoidni roboty zkonstruované na Wasedské univerzitě Robot WABOT-2 - Hráč na piáno" Piano player Robot WASUBOT-.,Hráč na piáno" Robot HADALY Humanoidni robot WHL-11 firmy Hitachi Humanoidni roboty řady P2 a P3 firmy Honda Motor Company Všeobecný popis Robot P Robot P Ostatní humanoidni roboty Japonské roboty H5 a H Švédský robot Elvis Francouzský robot BIP Biomechanické a protetické aplikace Umělé svaly Umělé svaly pneumatické Hydraulické umělé svaly Polymerické umělé svaly Bioprotézy Všeobecné principy Umělé ruce Prešovské biomechanické chapadlo SjF TU Košice - 2. verze Bioprotéza ÚVSSR FSI VUT v Brné Umělé nohy a bioprotézy Využití myoelektrických signálů při řízení biorobotických zařízení Myoelektrické signály Zpracování myoelektrických signálů Myoelektrické řízeni elektrických protéz paže a ruky Myoelektrická teleoperace robotických zařízeni Neuroprotézy pro pacienty s poškozením míchy Funkční elektrická stimulace FES Experimentální část v ÚVSSR FSI VUT v B rné Plošné snímáni EMG signálů

9 Parametry a průběh měřeni Vyhodnoceni hodnot pro rotaci v zápěstí u subjektu č Využitelné výsledky Futuristické aplikace robotů Roboty v zemědělství Kosmický průmysl Bizarní aplikace Robotizace výrobních systémů Robotizace výroby z pohledu technologie Složeni RTF a výrobních systémů Navrhováni uskupeni - složeni robotizovaných technologických pracovišť Základni charakteristické struktury RTF Řizeni robotizovaných technologických pracovišť (RTF) RTF a manipulace s materiálem Manipulační prostředky Periferní zařízeni RTF Modulární struktury a standardizace periferních zařízeni Uspořádáni strojů a zařízení v RTF Navrhováni RTF pro různé technologie Navrhováni a praktické aplikace RTF pro obráběni Navrhováni a praktické aplikace RTF pro svařování Navrhování a praktické aplikace RTF pro montáž Navrhováni a praktické aplikace RTF pro paletizaci Navrhování a praktické aplikace RTF pro tvářeni Robotické systémy FSI VUT v Brné Robotizovaný modelový systém CIM ER 104 Cell Přímá diskrétni montáž průmyslovým robotem ABB na FSI VUT v Brně Průmyslový robot PRKM Průmyslový robot PRM Paletizace, nezbytná podmínka robotizace hromadné výroby Manipulace v hromadné výrobě Palety - cesta к organizaci a robotizaci hromadné výroby Přiklad řešeni automatického zakládacího systému (AZS) Robotizovaná pracoviště s integrovanými průmyslovými roboty Robotizované výrobní pracoviště se speciálně upraveným strojem pro robotizaci Bezpečnost robotů, robotizovaných systémů a posouzení rizik Úvod Legislativní požadavky na bezpečnost robotických systémů Nebezpečí a rizika při vývoji robotických systémů Mechanická nebezpečí Elektrická nebezpečí Tepelná nebezpečí Nebezpečí vytvářená hlukem

10 Nebezpečí vytvářená vibracemi Nebezpečí vytvářená zářením Nebezpečí vytvářená materiály a látkami Ergonomická nebezpečí Nebezpečí spojené s prostředím, ve kterém je robot či robotický systém používán Kombinace nebezpečí Bezpečnostní normy pro robotické systémy Základní typy bezpečnostních norem Přehled všeobecných zásad Metodický přistup ke snižováni rizika Všeobecné základy managementu rizik Analýza rizik v konstrukci robotického systému Analýza funkční bezpečnosti robotického systému O autorech Anotace