ZÁKLADY ROBOTIKY Kinematika a topologie robotů

Podobné dokumenty
Mechanika

Mechanika. Použité pojmy a zákony mohou být použity na jakékoliv mechanické stroje.

Výukové texty. pro předmět. Automatické řízení výrobní techniky (KKS/ARVT) na téma

Přímá a inverzní kinematika manipulátoru pro NDT (implementační poznámky) (varianta 2: RRPR manipulátor)

Roboty a manipulátory. Učební text VOŠ a SPŠ Kutná Hora

PRŮMYSLOVÉ ROBOTY A MANIPULÁTORY

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

ZÁKLADY ROBOTIKY Zajímavosti z průmyslové robotiky Příklady návrhu robotické buňky

24. Úvod do robotiky Vlastnosti robotů Oblasti použití průmyslových robotů Rozdělení průmyslových robotů. Definice: Robotika

Merkur perfekt Challenge Studijní materiály

24. Úvod do robotiky Vlastnosti robotů Oblasti použití průmyslových robotů Rozdělení průmyslových robotů. Definice: Robotika

Mechanismy - úvod. Aplikovaná mechanika, 8. přednáška

Robotické architektury pro účely NDT svarových spojů komplexních potrubních systémů jaderných elektráren

Vypracovat přehled paralelních kinematických struktur. Vytvořit model a provést analýzu zvolené PKS

úvod do teorie mechanismů, klasifikace mechanismů vazby, typy mechanismů,

Kinematika. Kinematika studuje geometrii pohybu robotu a trajektorie, po kterých se pohybují jednotlivé body. Klíčový pojem je poloha.

2. Kinematika bodu a tělesa

úvod do teorie mechanismů, klasifikace mechanismů vazby, typy mechanismů,

Mechanika. Použité pojmy a zákony mohou být použity na jakékoliv mechanické stroje.

Osnova přednášky. Univerzita Jana Evangelisty Purkyně Základy automatizace Robotika

CNC stroje. Definice souřadného systému, vztažných bodů, tvorba NC programu.

DIPLOMOVÁ PRÁCE OPTIMALIZACE MECHANICKÝCH

ZÁKLADY ROBOTIKY Pohony a věci s tím související

Dynamika robotických systémů

geometrická (trigonometrická, nebo goniometrická) metoda (podstata, vhodnost)

VÝROBNÍ STROJE. EduCom. doc. Dr. Ing. Elias TOMEH Technická univerzita v Liberci

Statika. fn,n+1 F = N n,n+1

Kinematika robotických systémů

Střední škola automobilní Ústí nad Orlicí

KLASICKÁ MECHANIKA. Předmětem mechaniky matematický popis mechanického pohybu v prostoru a v čase a jeho příčiny.

Úvod do průmyslové robotiky. Aleš Pochylý. Co je to robot? Robotizované pracoviště. Znalosti v robotice. Robotický systém

Michael Valášek Vedoucí práce: doc. Ing. Václav Bauma, CSc.

Dvojné a trojné integrály příklad 3. x 2 y dx dy,

Řízení asynchronních motorů

3. Obecný rovinný pohyb tělesa

Konstrukční zásady návrhu polohových servopohonů

ZÁKLADY ROBOTIKY Úvod do mobilní robotiky

Kinematika tuhého tělesa

Kinematika robotických systémů

Statika tuhého tělesa Statika soustav těles

Mechatronika a robotika jako vědní disciplína

Elementární křivky a plochy

Návrh kompaktní dvouosé hlavy

l, l 2, l 3, l 4, ω 21 = konst. Proved te kinematické řešení zadaného čtyřkloubového mechanismu, tj. analyticky

Dynamika vázaných soustav těles

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

Manipulátor se třemi stupni volnosti. Martin Laga

Přímá a inverzní kinematika otevřených kinematických řetězců. Robotika. Přímá a inverzní kinematika otevřených kinematických řetězců.

MATEMATIKA III. π π π. Program - Dvojný integrál. 1. Vypočtěte dvojrozměrné integrály v obdélníku D: ( ), (, ): 0,1, 0,3, (2 4 ), (, ) : 1,3, 1,1,

Transformace dat mezi různými datovými zdroji

NÁVRH SFÉRICKÉHO MECHANISMU HEXASPHERE Design of Spherical Mechanism HexaSphere

1 Topologie roviny a prostoru

MODIFIKOVANÝ KLIKOVÝ MECHANISMUS

BROB Základy robotiky. Ing. František Burian, Ph.D. Jan Macháček VUT ID: Martin Pavelka VUT ID:

Kinematika tuhého tělesa. Pohyb tělesa v rovině a v prostoru, posuvný a rotační pohyb

Určení hlavních geometrických, hmotnostních a tuhostních parametrů železničního vozu, přejezd vozu přes klíny

Obrábění robotem se zpětnovazební tuhostí

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

Tuhost mechanických částí. Předepnuté a nepředepnuté spojení. Celková tuhosti kinematické vazby motor-šroub-suport.

je omezena + =,,0 1 je omezena,0 2,0 2,0 je horní polovina koule + + je omezena + =1, + + =3, =0

FYZIKA I. Rovnoměrný, rovnoměrně zrychlený a nerovnoměrně zrychlený rotační pohyb

10. cvičení z Matematické analýzy 2

Rovinné přetvoření. Posunutí (translace) TEORIE K M2A+ULA

Kvaterniony, duální kvaterniony a jejich aplikace

3. Souřadnicové výpočty

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2018) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Matematika I 12a Euklidovská geometrie

Funkce - pro třídu 1EB

Úvod do předmětu Rozdělení robotů a manipulátorů (RaM) Struktura průmyslového RaM (PRaM)

Momenty setrvačnosti a deviační momenty

Geometrické transformace pomocí matic

Vypracovat přehled způsobů řízení paralelních kinematických struktur s nadbytečnými pohony

4 Spojovací a kloubové hřídele

b) Maximální velikost zrychlení automobilu, nemají-li kola prokluzovat, je a = f g. Automobil se bude rozjíždět po dobu t = v 0 fg = mfgv 0

PŘÍKLADY K MATEMATICE 3 - VÍCENÁSOBNÉ INTEGRÁLY. x 2. 3+y 2

Aplikované úlohy Solid Edge. SPŠSE a VOŠ Liberec. Ing. Aleš Najman [ÚLOHA 38 KONTROLA A POHONY]

6. Statika rovnováha vázaného tělesa

EMCO Sinumerik 810 M - frézování

MODELOVÁNí MECHATRONICKÝCH, o SYSTEMU

Kinematika robotických architektur

DERIVACE. ln 7. Urči, kdy funkce roste a klesá a dále kdy je konkávní a

Základní vlastnosti ploch

Požadavky ke zkoušce

SOUTĚŽNÍ PŘEHLÍDKA STUDENTSKÝCH PRACÍ FST 2007 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ KINEMATIKY VÝMĚNÍKU NÁSTROJŮ PRO VERTIKÁLNÍ OBRÁBĚCÍ CENTRO ŘADY MCV.

7 Transformace 2D. 7.1 Transformace objektů obecně. Studijní cíl. Doba nutná k nastudování. Průvodce studiem

Kinematika příklad. Robotika. Vladimír Smutný. Centrum strojového vnímání. České vysoké učení technické v Praze

pneumatiky a kola zavěšení kol odpružení řízení

Ing. Oldřich Šámal. Technická mechanika. kinematika

Transformujte diferenciální výraz x f x + y f do polárních souřadnic r a ϕ, které jsou definovány vztahy x = r cos ϕ a y = r sin ϕ.

GEOMETRICKÉ TOLERANCE GEOMETRICKÁ PŘESNOST

Rovnice rovnováhy: ++ =0 x : =0 y : =0 =0,83

Skalární řízení asynchronních motorů malých výkonů

Obsah. 2 Moment síly Dvojice sil Rozklad sil 4. 6 Rovnováha 5. 7 Kinetická energie tuhého tělesa 6. 8 Jednoduché stroje 8

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P03 MECHANIKA TUHÝCH TĚLES

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE DYNAMIKA VÁZANÝCH MECHANICKÝCH SYSTÉMŮ

Robotika. Kapitola května Robot a jeho hardware. 2 Vnímání robota. 3 Plánování pohybu robota. 4 Pohyb robota

Definice Tečna paraboly je přímka, která má s parabolou jediný společný bod,

spsks.cz Část druhá - Praxe Technologie řízení robotického ramena Zpracováno v rámci projektu CZ.1.07/3,2, 10/ financovaného z fondů EU

Užití systému Matlab při optimalizaci intenzity tepelného záření na povrchu formy

Obsah 1 Technologie obrábění na CNC obráběcím stroji... 2

Transkript:

ZÁKLADY ROBOTIKY Kinematika a topologie Ing. Josef Černohorský, Ph.D. TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření otázky pro tento blok? Jak určíte svoji polohu v prostoru? Jak popíšete svoji polohu v prostoru? Jak lze určit polohu robota? Jak popsat kde je robot a kde je předmět? Dostane se robot do kolize se mnou? Je v jeho možnostech dosáhnout na předmět? Co nám říká řešení přímé a inverzní úlohy

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Jak určíme svoji polohu? GPS signál Triangulace podle známých objektů Vidění Dotyk s definovanou překážkou Přírustek (integrace) polohy od výchozí (známé) polohy

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Jak popsat svoji polohu? Kde jsi? Nevím přesně, spíš nevím Co vidíš? Nic moc nějaké křoví... Kde jsi? Na kolejích (míněno studentských) Tak oď tamtuď zmiz, ať tě nepřejede vlak Souřadné používáme pro popis polohy a orientace objektu vůči počátku ho systému

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Osvěženíěžen souřadných systémů Kartézský (pravoúhlý) systém souřadnic P[x 1, y 1, z 1 ], [0, 0, 0, x 1, y 1, z 1 ] r = ϕ = θ = x 2 arctg + arccos y 2 y x z r + z 2 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/97/prostorova_kartezska_soustava_souradnic.svg

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Osvěženíěžen souřadných systémů Sférický (kulový) systém souřadnic x = y = r r sin θ cos sin θ sin ϕ ϕ z = r cos θ http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c0/spherical_with_grid.svg

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Osvěženíěžen souřadných systémů Cylindrický (válcový) systém souřadnic x = r cos ϕ y = r sin ϕ z = z http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/valcova_soustava_souradnic.svg

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Transformace souřadných systémů Cylindrické, sférické do kartézského systému x = r cos ϕ x = r sin θ cos ϕ y = r sin ϕ y = r sin θ sin ϕ z = z z = r cos θ Z kartézského do cylindrického a sférického sys 2 2 r = x + y 2 2 2 ϕ = arctg z = z y x r = x + y ϕ = arctg θ = ar cos y x z r + z

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Používané v WCS Word Coordinate System Systém vztažený k pracovnímu prostoru stanice GCS Global Coordinate System BCS Base Coordinate System Systém vztažený k patě robota TCS Taskframe Coordinate System Definovaný pro spolupráci s více roboty, nebo interakci s různými mechanismy LCS Local Coordinate System Definován uživatelsky, často vztažený k výchozí poloze robota před technologickou operací, nebo významnému objektu TCS Tool Coordinate System Souřadný systém vztažený ke koncovému bodu nástroje, efektoru apod. Určen při výměně nástroje TCP Tool Center Point coordinate system

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření WCS,BCS,TCP

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Používané v

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Přímá a inverzní kinematická úloha Přímá úloha Určuje polohu koncového členu robota v závislosti na poloze a úhlech natočení jednotlivých členů Inverzní úloha Z polohy koncového členu určit polohy a úhly natočení jednotlivých členů

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Problematika V případě angulárního robota máme 6 souřadných systémů, vzájemně posunutých a otočených Pro potřebujeme znát nejen polohu, ale i její dvě (tři) derivace Zátěž jednotlivých pohonů se mění v závislosti na poloze Moment setrvačnosti se mění v závislosti na poloze Veškeré v reálném čase a s vysokou dynamikou

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Reprezentace 6 úhlů natočení jednotlivých kloubů -jednoznačná poloha koncového členu (i ostatních členů) Posunutí a orientace koncového členu vůči základně -jednoznačně určená poloha koncového členu (ale dosažitelná více způsoby)

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Kinematika terminologie Základna, rám (base) pevná část řetezce Rameno (link) spojnice mezi kinematickou vazbou Kinematická dvojice element mezi dvěma rameny, tvořící jejich vzájemnou vazbu Chapadlo (effector), nástroj (tool) poslední člen robota, uchopování, technologická operace

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření řetezce Kinematický řetězec množina ramen s klouby, možno zobrazit jako graf Otevřený acyklický graf Smíšený graf obsahuje smyčku Paralelní manipulátor obsahuje ekvivalentní smyčky

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Ekvivalentní smyčky Ukázka paralelního manipulátoru a kinematických dvojic http://www.mmspektrum.com/multimedia/image/55/5550_big.jpg http://www.odbornecasopisy.cz/imagesold/a0106163.gif

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Kinematika terminologie Sériová kinematické struktury Obvyklá struktura (90% ) Nízká tuhost, kmitání, nízká přesnost 0,x mm Paralelní kinematické struktury Jednotlivé paralelní členy (tripod až hexapod) Vyšší tuhost přesnost Náročné, kolize jednotlivých paralelních členů

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Členění prostor ČSN EN ISO 8373 Maximální prostor - prostor, který mohou obsáhnout pohybující se části robotu jak je definuje výrobce a doplňkový prostor, který obsáhne koncový efektor a obrobek Mezní prostor část maximálního prostoru, ohraničená limitujícími zami vytvářející meze, které nebudou překročeny v případě jakékoliv předvídatelné poruchy robotického systému

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Členění prostor ČSN EN ISO 8373 Operační prostor část mezního prostoru, která se skutečně využívá při vykonávání všech pohybů zadaných uživatelským programem Pracovní prostor prostor, který může dosáhnout referenční bod zápěstí rozšířený o rozpětí rotace nebo posun každé pohyblivé v zápěstí Pozn. Pracovní prostor je typicky menší než operační

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Pracovní prostor IRB 140 http://www.abb.com/product/seitp327/3939903968123b1fc125726f0043b847.aspx?productlanguage=cz&country=0 0&tabKey=2

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření IRB 140, zátěžový ěžový diagram http://www.abb.com/product/seitp327/3939903968123b1fc125726f0043b847.aspx?productlanguage=cz&country=0 0&tabKey=2

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Pracovní prostor - příklady http://www.abb.com/product/seitp327/cf1b0a0847a71711c12573f40037d5cf.aspx?productlanguage=cz&country=00 &tabkey=2

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření, etězce Počet stupňů volnosti (min. počet nezávislých parametrů jednoznačně popisující systém) Bod v prostoru 3 DOF, 2 DOF v rovině. Tuhé těleso 6 DOF v prostoru, 3 DOF v rovině. Kinematická vazba redukuje počet stupňů volnosti v závislosti na jejím typu

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Více než 6 stupňů volnosti Úplnější pracovní prostor Možnost pracovat za překážkami Náročnější výroba Nižší nosnost Vyšší hmotnost Nižšípřesnost Složitější plánování trajektorií

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření dvojice Smutný V. Kinematikacz.pdf, CVUT http://cmp.felk.cvut.cz/cmp/courses/rob/roblec/

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Pohybové Zajistit dosažení libovolného bodu v pracovním prostoru Požadavky Opakovatelná přesnost Co největší prostor při co nejmenší zastavěném objemu/ploše Nízká vlastní hmotnost Vysoká nosnost Obvykle 3 osy polohovacího subsystému a 3 osy orientačního subsystému

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Kartézský manipulátor, portálový robot - PPP http://www.mmspektrum.com/multimedia/image/17/1733_big.jpg

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Kartézský manipulátor, portálový robot - PPP Nedochází k změně orientace Pracovní prostor hranol Problematické lineární vedení Velká prostorová zastavěnost Snadné Možnost 2D a 3D interpolace

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Cylindrická konstrukce - RPP http://www.logismarket.cz/ip/agri-fair-sro-sloupovab-ssk-ps-270-st-320251.jpg

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Cylindrická konstrukce - RPP Změna orientace objektu Pracovní prostor válec (část válcového prstence) Velký operační prostor

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Sférická konstrukce - RRP http://www.sandstastny.cz/images/tatra-bagr.jpg

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Sférická konstrukce - RRP Dochází ke změně orientace Pracovní prostor část kulového vrchlíku SCARA konstrukce RRP osy rotací jsou rovnoběžné nedochází ke změně orientace

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření SCARA robot - RRP http://news.thomasnet.com/images/large/466/466161.jpg

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Angulární robot - RRR http://www.theautochannel.com/news/2008/05/14/086943.1-lg.jpg

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Angulární robot - RRR Pouze rotační části ne lineární posuvy Dobrá dynamika Minimální zastavěná plocha Rozšíření pracovního prostoru portál, pojezd Opakovatelná přesnost klesá s délkou ramen a vyložením V praxi často nasazované

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Stewartova plošina http://www.mathworks.com/access/helpdesk/help/toolbox/physmod/smlink/ug/stewart_platform.gif http://synthetica.eng.uci.edu/~curtis/images/project2_1.jpg

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Speciální paralelní konstrukce http://estrategiaempresarial.files.wordpress.com/2008/03/abbflexpick11.jpg http://www.mitsubishi-automation.com/products/robots_rp.jpg

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Humanoidní roboti - ndof http://www.kyb.mpg.de/bs/people/gb/images/rob_imitation0.jpg http://www.kyb.mpg.de/bs/people/gb/images/teacher_imitation0.jpg

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Humanoidní roboti http://www.hansonrobotics.com/content/images/innovations.jpg http://i.dailymail.co.uk/i/pix/2008/11/12/article-1085059-02716cfa000005dc-732_468x312.jpg

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Humanoidní roboti, paže, ruka http://nus-hci.comp.nus.edu.sg/portal/images/stories/other/dlr_robotic_hand.jpg http://www.digimission.com/images/shadowrobot.jpg http://www.kyb.mpg.de/bs/people/gb/images/human_robot_relation.jpg

Kinematika a topologie Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření Poděkování Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.