ROBOTIKA HISTORIE, SOUČASNOST A BUDOUCNOST ROBOTIKY. (Stacionární roboty) Prof. František Šolc

Transkript

1 HISTORIE, SOUČASNOST A BUDOUCNOST ROBOTIKY (Stacionární roboty) Prof. František Šolc 1

2 OBSAH PŘEDNÁŠKY Úvod Historie robotiky Současnost Rozdělení robotů Stacionární roboty Základní charakteristiky Programování a řízení Statistiky vývoje Aplikace Budoucnost Směry výzkumu ve stacionární robotice Závěr 2

3 Úvod Průmyslové roboty stacionární roboty 3

4 Historie Androidy umělé napodobeniny člověka 18. století Pierre Jaquet Droz Jacques de Vaucanson Baron von Kempelen Obdivuji ty co se tolik namáhají vytvořit to co Bůh stvořil tak snadno Jean de la Varende 4

5 5

6 Historie 1920 ROBOT R.U.R. Rossum s Universal Robots Karel a Josef Čapkovi 6

7 Historie 1942 Zákony robotiky - Robot nesmí ublížit člověku, nebo svou nečinností dopustit, aby člověku bylo ublíženo - Robot musí uposlechnout příkazů člověka, kromě případů, kdy tyto příkazy jsou v rozporu s prvním zákonem - Robot musí chránit sám sebe před zničením, kromě případů, kdy tato chrana je v rozporu s prvním nebo druhým zákonem 7

8 Historie 1946 ENIAC (Univ. Pelsynvania) 1951 Mechanický telemanipulátor 1960 První průmyslové roboty Versatran Unimate 1964 Laboratoř U.I. na MIT (Minsky) 1968 Autonomní mobilní robot Shakey na MIT 1972 Japan Industrial Robot Association 1974 Robot Institute of America 1975 Robot ASEA IRb6 8

9 Historie Průmyslové roboty 1960 Unimate a Versatran První průmyslové roboty vyvinuté v U.S.A. George Devol Joseph Engelberger Hydraulické servomechanismy, elektromechanické řízení programovacím bubnem 9

10 Historie 1980 VUKOV Prešov PR16 P PR32 E 10

11 Rozdělení robotů ROBOTY aplikací MOBILNÍ STACIONÁRNÍ aplikací LÉTAJÍCÍ PLOVOUCÍ VESMÍRNÉ POZEMNÍ KOLOVÉ, PÁSOVÉ, KOMBINOVANÉ ANDROIDNÍ HUMANOIDNÍ 11

12 Stacionární roboty Základní charakteristiky Průmyslové roboty 2000 Robot ASEA IRb1400 Elektrické synchronní servopohony Řízení průmyslovým PC Váha cca 100 kg Nosnost: 5 kg Přesnost: 0,2mm Rychlost otáčení: 120 o /s Rychlost radiální: 1 m/s Typ řízení: PTP - CP Typ programování: Nepřímé učení - plánování Počet os: 6 12

13 Stacionární roboty Základní charakteristiky Kinematické koncepce, počet stupňů volnosti VERSATRAN UNIMATE 13

14 Stacionární roboty Základní charakteristiky Speciální kinematické koncepce zvětšující manipulační schopnosti 14

15 Stacionární roboty Základní charakteristiky Koncové členy Eulerovo zápěstí Chapadla a technologické hlavice 15

16 Stacionární roboty Základní charakteristiky Progresivní mechanické prvky použité u robota ASEA IRb6 Harmonická převodovka Kuličkový šroub 16

17 Stacionární roboty Programování a řízení PROGRAMOVÁNÍ ŘÍZENÍ NEPŘÍMÉ UČENÍ PTP PŘÍMÉ UČENÍ CP PLÁNOVÁNÍ MANUÁLNÍ 17

18 Stacionární roboty Programování a řízení Typ programování -nepřímé učení 18

19 Stacionární roboty Programování a řízení Typ řízení PTP Point To Point 19

20 Stacionární roboty Programování a řízení Typ programování -přímé učení Typ řízení CP Continuous Path 20

21 Stacionární roboty Programování a řízení Průmyslové roboty Programovací panel Robota ASEA IRb1400 umožňuje programování (plánování dráhy) v pracovním prostoru 21

22 Stacionární roboty Statistiky vývoje zdroj: United Nations Economic Commission for Europe,

23 Stacionární roboty Statistiky vývoje zdroj: United Nations Economic Commission for Europe,

24 Stacionární roboty Statistiky vývoje zdroj: United Nations Economic Commission for Europe,

25 Stacionární roboty Statistiky vývoje zdroj: United Nations Economic Commission for Europe,

26 Stacionární roboty Statistiky vývoje zdroj: United Nations Economic Commission for Europe,

27 Stacionární roboty Aplikace Stacionární roboty aplikace Roboty Konvenční Pokročilé Aplikace Klasické Průmyslové aplikace Montáže, demontáže Pokročilé Aplikace v potravinářství a zemědělství Chirurgické operace 27

28 Stacionární roboty Aplikace Klasické aplikace 28

29 Stacionární roboty Aplikace Pokročilé aplikace Milking robots ks, ks 29

30 Stacionární roboty Aplikace Pokročilé aplikace Automatické tankování vozidel (tankování automobilů na vodíkový pohon) ks ks 30

31 Pokročilé aplikace Stacionární roboty Aplikace Příklad použití soustavy stacionárních robotů pro provádění chirurgické operace Minimal Invasive surgery (soustava Zeus fy Computer Motion) Da Vinci fy Intuitive Surgical 31

32 Stacionární roboty Aplikace Pokročilé aplikace 32

33 Budoucnost Perspektivní směry výzkumu ve stac. robotice Problémy řízení rychlých a pružných robotických systémů Problémy řízení v pracovním prostoru s pomocí vnější vazby Konstrukce a řízení paralelních struktur Přímé plánování s pomocí výkresové dokumnetace CAD Netradční pohony Aplikace telepresence Zvyšování manipulačních schopností ruka (pomoc tělesně postiženým) 33

34 34 Řízení rychlých a pružných soustav (v prac. prostoru) s pomocí vnější zpětné vazby Jq q q f X X f q q f X T q c q q h q H q ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 1, T X c X X J h X X J H ) ( ) ( ) ( 1 1, Budoucnost

35 Budoucnost Konstrukce a řízení paralelních struktur Výhody -zrychlení dynamiky -zvýšení tuhosti Nevýhody -zmenšení pracovního prostoru -složitý způsob řízení 35

36 Budoucnost Přímé plánování s pomocí výkresové dokumentace CAD Roboty ASEA IRb6 vybavené optickou zpětnou vazbou a řidicím systémem s programováním v pracovním prostoru robota. Výsledek grantu GAČR

37 Budoucnost Netradiční pohony Lidské svaly -zkrácení 40% -mech. napětí 0,35 MPa Pneumatické svaly (McKibben) -zkrácení 10% -mech. napětí 0,5 MPa GAČR 102/02/0782 p 0 = 10 kpa p 1 = 500 kpa 37

38 Budoucnost Netradiční pohony SMA Shape Memory Alloy -dráty o průměru 0,025-0,4 mm -mech. napětí 600 Mpa (0.3-75N) -zkrácení 5% NITINOL Nickel Titannum Naval Ordnace Laboratory 38

39 Budoucnost 39

40 Budoucnost Aplikace telepresence Stacionární roboty mohou být k provádění citlivých manipulačních úkonů řízeny dálkově člověkem. Slouží k tomu např. speciální rukavice, ve kterých operátor cítí uchopovaný objekt. GAČR 102/02/

41 Budoucnost Zvyšování manipulačních schopností Pomoc tělesně postiženým 41

42 Závěr Mobilní roboty Stacionární - Průmyslové roboty 42

43 Závěr ASIMO P3 fy Honda váha 130 kg výška 160 cm nosnost 2x9 kg rychlost 2 km/h 14 let výzkumu Obdivuji ty co se tolik namáhají vytvořit to co Bůh stvořil tak snadno Jean de la Varende 43

44 Závěr 44

45 Závěr Roboty v automobilismu Roboty pro volný čas Servisní roboty Stacionární - Průmyslové roboty 45