Průmyslový robot je automatický stroj s využitím ve výrobním procesu. Nahrazuje fyzickou a rutinní práci v technologickém procesu.

Transkript

1 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.

2 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

3 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.

4 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 %.

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.

6 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:

7 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=( ,0.000, , ,0.000, ) P1=( , , , ,0.000, ) P2=( , , , ,0.000, ) P3=( , , , ,0.000,0.000) P4=( , , , ,0.000,0.000) P5=( ,5.000, , ,0.000,0.000) P6=( , , , ,0.000,0.000) P7=( , , , ,0.000,0.000) P8=( , , , ,0.000,0.000) - výchozí pozice - pozice nakládky - pozice nakládky - pozice vykládky - pozice vykládky - pozice vykládky - pozice vykládky - pozice nakládky - 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 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

9 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'