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

Transkript

1 ZÁKLADY ROBOTIKY Motivační přednáška Ing. Josef Černohorský, Ph.D. TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/ Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

2 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Základní otázky pro tento blok: Jak robot vypadá? K čemu jsou dobří? Kde se s roboty můžeme setkat? Jak se robot ovládá a řídí? umělá inteligence?

3 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Je toto

4 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření A co tohle? t/ cze-cz/jcb 160 robot.jpg

5 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Opravdu je to

6 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Robot tanečník

7 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Ano?

8 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Robot zachránce?

9 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Průmyslový

10 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Robot sekačka?

11 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Šplhač zdí?

12 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Vnější robotická kostra?

13 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Svařovací

14 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Nabídka definic robota Mechanické za, které někdy napodobuje člověka a řeší složité a různé úlohy podle předpřipraveného programu a/nebo v interakci s prostředím Stroj nebo za které pracuje automaticky nebo na základě vzdáleného Stroj, za nebo osoba, která pracuje mechanicky, bezmyšlenkovitě, automaticky reaguje na příkazy z vnějšku, shora mladý Rossum měl nápad udělat z toho živé a inteligentní pracovní stroje (K. Čapek)

15 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Cíle vývojářů robotů Dokonalý pomocník Dokázal by totéž nebo více než my Spolehlivý Inteligentní Lehký ýae energeticky e nenáročný Nebyl člověku nebezpečný Odvěká snaha stvořit umělou lidskou bytost (legenda Golem 12. stol) (humanoidní roboti 20. stol)

16 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Asimovy tři zákony robotiky Robot nesmí ublížit člověku, nebo svou nečinnosti dopustit, aby bylo člověku ublíženo Robot musí uposlechnout příkazů člověka, při respektování bodu 1. Robot musí chránit sám sebe před zničením, kromě případů kdy je tato ochrana v rozporu s 1 nebo 2

17 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Oblasti robotiky Teoretická zkoumá principy, možnosti a omezení (biologie,,psychologie, matematika, fyzika) Experimentální ověřuje principy, staví hračky (kybernetika, AI, inženýrské disciplíny) Průmyslová aplikační (teorie a instrumentace, elektronika, strojírenství, automatizace, logistika)

18 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Čím se budeme zabývat? Skutečně pouze základy Popisem robotů s využitím jednoduché matematiky Základními konstrukčními prvky m, senzory a akčními členy

19 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Proč ta matematika? Jak určíte svoji polohu v prostoru? Jak popíšete svoji polohu v prostoru? Jkl Jak lze určit polohu robota? Jak popsat p kde je robot a kde je předmět? Jak určit a popsat trajektorii? A co popis rychlostí pohybu a síly? Řešení přímé a inverzní úlohy

20 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Provozy s velkou sériovostí Provozy s nepříznivým prostředím Provozy, kde je člověk příliš nedokonalý Nedokáže pracovat s požadovanou přesností Ve vysokém tempu apod.

21 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Průmyslová Technické důvody Snížení í vlivu lidského faktoru na kvalitu produktu Ekonomické důvody Zvýšení výrobní kapacity Zkrácení výrobního cyklu Úspora pracovní plochy Zvyšování produkce?x? produktivity práce Sociální důvody Odstranění fyzicky namáhavé práce Odstranění monotónní práce Práce ve škodlivém a zdraví nebezpečném č prostředí

22 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Průmyslová Sociální vliv Změna struktury zaměstnanců Změna počtu pracovních míst

23 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Robot jako mechatronický systém Praktická definice mechatroniky y( (Prof. Macha) Problém, ke kterému zavolají strojního a elektroinženýra a oba shodně tvrdí, že je to práce pro toho druhého Systém se synergickým efektem mechaniky, elektrotechniky a informatiky (Prof. Nosek)

24 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Robot jako mechatronický systém Pohybový systém Systém pohonů přeměna energie na mechanickou práci Výstupní subsystém zahrnující efektor, technologickou hlavici Kontrolní systém Odměřování poloh, kontrola rychlostí

25 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Robot jako mechatronický systém Řídicí systém Plánování trajektorie generování žádaných hodnot pro pohony Senzorický subsystém Vnímání a rozpoznávání okolního prostředí, zpracování v rámci řídicího systému Komplexnost a míra umělé inteligence určuje č možnosti robota

26 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Robot jako mechatronický systém Možné blokové schéma řídicího systému obecného robota Šolc F., Žalud L.: Robotika, FEKT VUT Brno 2002

27 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Robot jako mechatronický systém Zjednodušené blokové schéma průmyslového robota Šolc F., Žalud L.: Robotika, FEKT VUT Brno 2002

28 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Hierarchická úroveň Kognitivní vrstva rozpoznávání scény a rozhoduje o řešení dané situace Strategická Korekce programu, výběr podprogramu, postup volání procedur Taktická Rozdělení signálů pro jednotlivé osy Výkonová jednotlivých pohybových os a akčních íhčlenů

29 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření 1940 teleoperátory pro manipulaci s nebezpečnými č látkami (radioaktivní i materiály, jedy, těkavé látky) 1949 první CNC 1961 průmyslový robot GM Unimate 1968 strojové vidění 1977 angulární manipulátory 1979 Selective Compliant Articulated Robot Arm (Scara) 1980 první pokusy s AI

30 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření 1995 Robotický chirurgický systém pro minimálně invazivní chirurgii 1997 Robot na Marsu, Robotický fotbal FIRA, RoboCup (RoBohemia 01 a 02 Šampioni ME) 2000 Honda Asimo a Sony Aibo tis. robotů v Japonsku, 198tis. EU, 90tis. USA

31 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Uplatnění - manipulační za Teleoperátory manipulátor s ručním ovládáním Násobit sílu nebo přesnost, umožnit pracovat v nepříznivých podmínkách Obtížné řešení přenosu zpětných informací, force-feedback, kamerové systémy

32 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Uplatnění - manipulační za s pevným programem Typicky jednoúčelový stroj s jednoduchým PLC a logickým m Zakladače, jednoduché balící stroje apod.

33 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Uplatnění robotů Programovatelné univerzální manipulátory Technologické operace dle použité technologické hlavice (svařování, lakování, lisování, paletizace, operační manipulace (v rámci technologického pracoviště), montáž Adaptivní průmysloví roboti Autonomní kognitivní roboti budoucnost? Automaticky vedené vozíky Skladová a logistická centra Mezioperační manipulace a skladování

34 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Kognitivní roboti 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

35 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Dělení robotů dle kriterií Konfigurace robota Druh pohonu ů í a struktura řídicího íh systému Míra uživatelského Oblast použití Další možná kriteria

36 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Základní regulace dráhy Cílová zajímá mne pouze konečná poloha servomechanismu, trajektorie po jaké je cíle dosaženo je mi lhostejná Sledovací definovaná trajektorie po jaké má být cíle dosaženo

37 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Alternativa v robotice PTP point to point CP continuous path (definovaná dráha a rychlost) např. nanášení lepidla, svařování CCP controlled continuous path Není předem definová trajektorie, je vypočítávána na základě informací sensorického systému (Zachycení pohybujícího se předmětu, třídění v rámci pohybujícího se dopravníku apod.)

38 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření PTP Ramena přemístěno do nové polohy v co nejkratší době Snadné, rychlé pohyby Používat obezřetně, nepředvídaný pohyb (nutné počítat s nejhorším)

39 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření CP - Lineární interpolace Pohyb po přímce Koordinovaný pohyb více os Průběžně ě generovaný setpoint tpro všechny osy Pohyb definovanou rychlostí

40 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření CP Kruhová interpolace Tři body, nebo dva body a střed Jsou vypočteny body dráhy a generovány setpointy pro osy Pohyb definovanou rychlostí

41 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Programování robotů Přímé učení Obsluha vede přímo rameno Obsluha vede robota nepřímo prostřednictvím Fantoma Učení prostřednictvím terminálu, tlačítka, joystik, 6 osý joystik, přímo v prostředí Nepřímé offline Import trajektorie např. na základě výkresů modelů strojních částí Přímé plánování real time odezva na měnící se prostředí na základě senzorů

42 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Ruční (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 ů nezávisle na uživateli

43 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Děkuji Vám za pozornost Příště: Opakování souřadných Osvěžení znalostí kinematiky

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