Upload
others
View
11
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
OSNOVE ROBOTIKE
V. SEMESTAR
Tomislav Pavlic, mag.ing.mech.
Posebna zahvala gospodi Filip Lerga, mag.ing.mech. i mr.sc. Željko Goja (HSTECH D.O.O. Zadar)
Stručni studij MEHATRONIKA
OSNOVE ROBOTIKE - OSNOVNE INFORMACIJE
OSNOVE ROBOTIKE 5. SEMESTAR
Satnica: 2+2
ECTS: 5
Nositelj: Tomislav Pavlic, mag.ing.mech.
OSNOVE ROBOTIKE - OPIS KOLEGIJA
Literatura:
Obvezna: 1. T. Šurina, M. Crneković, „Industrijski roboti“, Školska knjiga, Zagreb, 1990.
Izborna: 2. G. Nikolić, B. Vranješ, Z. Kunica, B. Jerbić, „Projektiranje automatskih montažnih sustava“, Kigen, Zagreb 2009. 3. Z. Kovačić, V. Krajči, S. Bogdan, „Osnove robotike“, Grafis, Zagreb, 2000. 4. S.Y. Nof, Handbook of Industrial Robotics, John Wiley & Sons, 1985 5. L. Sciavicco, B. Siciliano, Modeling and Control of Robot Manipulators, Mc Graw-Hill, 1996 6. www.irf.org
Stručni studij MEHATRONIKE
Literatura:
Obvezna:
T. Šurina, M. Crneković,
„Industrijski roboti“,
Školska knjiga, Zagreb, 1990.
Stručni studij MEHATRONIKE
Literatura:
Dodatna:
G. Nikolić, B. Vranješ, Z. Kunica, B. Jerbić, „Projektiranje automatskih montažnih sustava“, Kigen, Zagreb 2009..
Stručni studij MEHATRONIKE
Sadržaj
1. Uvod – Roboti i Robotika
2. Podjela robotike – Industrijska i mobilna
robotika
3. Kinematika industrijskih robota i dinamika
robota
4. Upravljanje industrijskih robota
5. Programiranje i vođenje industrijskih robota
6. Primjena industrijskih robota u proizvodnji
Uvod: Roboti
• R2D2 ili C3P0 najpopularniji roboti na svijetu
• Riječ ROBOT dolazi od češke riječi ROBOTA što
znači prisilan rad,a prvi put se pojavljuje u drami
češkog autora Čapeka „Rosumovi roboti” iz 1920.g.
• Prema OXFORD riječniku 1. definicija robota je:
Stroj sposoban izvoditi automatski kompleksne nizove
zadataka, posebno ukoliko je upravljan računalom.
Uvod: Roboti
Roboti se primjenjuju u raznim industrijama najčešće da zamijene ljudski
rad kod: • teških poslova
• opasnih poslova
• monotonih poslova
• rad u nepristupačnim sredinama
• medicinskih i vojnih potreba
• uslužnih djelatnosti (banaka, ugostiteljstva i domaćinstva)
Uvod: Što je robotika?
• Robotika je multidiciplinarna i interdisciplinarna
nauka i tehnologija koja se bavi istraživanje, razvojem
i primjenom robota.
• Nova niša koja primjenjuje inžinjerske znanosti:
• Strojarstvo
• Proizvodno strojarstvo
• Elektrotehniku
• Elektroniku
• Kompjuterske znanosti
• Matematiku
• Mehaniku
Postoji čvrsta veza između razvoja civilizacije i tehnike!
Bez proizvodnje ne može opstati niti jedna druga aktivnost
čovjeka (znanost, umjetnost, sport itd.)!
Temelj vlasti i moći je mogućnost proizvodnje materijalnih
dobara!
Razvoj proizvodnje u modernom društvu
Vrijeme: 500 000 godina B.C. Mjesto: Afrika
Vrijeme: 5000 godina B.C. Mjesto: Mezopotamija
zamjena ljudskog fizičkog rada radom energetskih strojeva
era mehanizacije
James Watt 1776. usavršio parni stroj
1712. Newcomen konstruirao prvi parni stroj
razvoj ostalih energetskih strojeva
riješen problem pretvorbe, prijenosa i upotrebe energije
Prva industrijska revolucija
zamjena ljudskog umnog rada radom informacijskih strojeva
era automatizacije
pojam automata
riješen problem pretvorbe, prijenosa i upotrebe informacija
Druga industrijska revolucija
B r o j s t a n o v n i k a Z e m lj e
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000
7
6
5
4
3
2
1
0
mili
jard
e
godina
I
II
Lutka koja piše – robot?
Vrijeme: 18. stoljeće
“Roboti” kroz povijest
Čovjek na parni pogon - George Moore, 1893.
INDUSTRIJSKI ROBOTI U SUVREMENOJ PROIZVODNJI
U uvodu o jednom tehničkom području korisno je da se uvidom u prošli
razvoj sagleda trenutno značenje i budući trend razvoja područja koje se
naziva robotika
Zato ćemo u uvodu dati osvrt na nastanak robota
Zaključno ćemo govoriti o mjestu robota u razvoju novih tehnologija
R.U.R. (Rossumovi Univerzalni Roboti) – Karel Čapek
Podrijetlo riječi “Robot”
Podrijetlo riječi robot nema svoje korijene u tehničkim znanostima već
porijeklo vuče iz književnosti.
Češki spisatelj Karel Čapek (1890.-1938.) pisao je djela koja žanrovski
spadaju u znanstvenu fantastiku.
U siječnju 1921. godine praizveden je u Pragu njegov kazališni
komad s nazivom ˝R.U.R.˝(Rossumovi Univerzalni Roboti).
U toj drami opisuju se dramatični trenuci prevrata kada
čovjekolike tvorevine, izrađene prema tajnoj formuli doktora Rossuma
preuzimaju vlast na Zemlji i počinju svoju vladavinu nad ljudima.
Dan praizvedbe R.U.R.-a najviše povijesnih izvora navodi kao vrijeme
nastanka riječi robot.
Zanimljiv podatak je da su roboti iz R.U.R.-a po svojoj građi bliski
tvorevinama koje danas zovemo androidi, mješavina stroja i čovjeka.
Početak robotike
Iako je čovječji genije dao veličanstvene pronalaske, ipak je javnost
posebno fascinirana strojevima koji na neki način oponašaju svog tvorca.
Ideja i izvedba mehaničkih automata bilo je još u antičko doba, u
srednjem vijeku (Leonardo da Vinci).
U 20. stoljeću prvi se put susreće i naziv robot: uveo ga je češki
književnik K. Ćapek 1920. g. u svojoj drami »R.U.R.« (Rossumovi
univerzalni roboti).
Nastanak robota
Suvremeni roboti nastali su 1950-ih godina u SAD-u, potječu od
pronalazaka teleoperatora, s jedne strane te numerički upravljanih
alatnih strojeva, s druge strane
Teleoperatori - razvijeni za vrijeme rata radi potrebe daljinskog
rukovanja nuklearnim sirovinama, numerički upravljani alatni strojevi
pojavili su se nakon rata kao rješenje problema izrade složenih avionskih
dijelova
Nastanak robota
Kombinirajući te dvije različite tehnike, Amerikanac G. Devol je 1954. g.
patentirao uređaj koji bi se mogao smatrati pretečom današnjega
industrijskog robota
U suradnji sa J. Engelbergerom izradio je 1958. g. i prvi robot
To su ujedno i počeci prve i dugo vremena vodeće tvornice robota u
svijetu, Unimation Inc.
Kawasaki Heavy Industries, 1968.
Robot
Programmed Article Transfer
George C. Devol, Jr., 1961
Nastanak robota
Industrijski se robot od svojih roditelja razlikuje po tome što je, suprotno
manipulatoru, programski upravljan za razliku od NU-alatnog stroja,
ima mogućnost hvatanja
industrijski je robot utemeljen na poznatim znanstvenim i tehničkim
disciplinama:
kretanju mehanizama
energetskim prigonima
kompjutorskom upravljanju
senzorici
Tek kad su ta područja dosegla određeni stupanj razvoja, mogao se
pojaviti industrijski robot u sadašnjem obliku
Svrha robota
Analiza vremena koje se utroši za obradu na NU-alatnim strojevima:
Oko 1,5 % čini glavno vrijeme obrade kad se provodi
neposredna obrada
3,5 % je pomoćno vrijeme obrade za postavljanje, skidanje
obratka, mjerenje itd.
Čak 95 % vremena zauzima transport i čekanje.
Istraživanja u SAD pokazala su da 30-40 % svih proizvodnih troškova
pripada troškovima transporta (unutrašnji transport u tvornici i vanjski
transport, od dopreme materijala do otpreme izradaka)
Istraživanja u SAD pokazala su da 30-40 % svih proizvodnih troškova
pripada troškovima transporta (unutrašnji transport u tvornici i vanjski
transport, od dopreme materijala do otpreme izradaka)
Svrha robota
Industrijski se robot temelji na poznatim spoznajama; ipak se za nj
može reći (kao i za radar) da je suma poznatih znanja stvorila novu
kvalitetu
A da je to doista nova kvaliteta, dokazuje dalekosežnost robotizacije:
industrijski roboti rješavaju osnovnu proturječnost suvremene
industrijske proizvodnje:
osnovni obradni procesi i strojevi su uvelike automatizirani
za rukovanje i pokretanje predmeta nema općih i dobrih
rješenja
Definiranje robota
Naglasak ćemo staviti na industrijske robote jer on ima najveće
značenje i najširu primjenu u tehničkoj praksi.
Odmah se može uočiti njegova antropomorfnost: od tijela (postolja),
preko ruke i šake do prstiju (prihvatnica).
S tim se sličnostima ne smije pretjerivati: čovjekovi se npr. zglobovi ne
mogu zakretati na 3600 , a ne mogu se ni teleskopski izvlačiti.
Definiranje robota
Takvu mehaničku ruku pokreću motori u zglobovima, a njima
upravljaju programirana računala.
Dakle, robot je mehanička ruka kojom upravlja računalo, tj. automat jer
on samostalno obavlja korisnu radnju, ali prema uputama
čovjeka.
Japanci npr. u obitelj robota ubrajaju i čvrsto programirane
manipulatore, a Amerikanci su u tome mnogo stroži.
Od raznih definicija možda je najprihvatljivija ona koju daje
RIA (Robot Institute of America):
“Robot je mnogofunkcionalni manipulator s mogućnošću reprogramiranja, a predviđen je da prenosi materijale, dijelove, alatke ili posebne naprave kroz različite programirane pokrete u svrhu ispunjavanja različitih zadataka.”
Teleoperator
Lunohod 1, Mjesec 1970.
Viking 1, Mars 1976.
PROWLER – Programmable Robot Observer With Logical Enemy
Response
Automatizitano skladište
Koordinacija ruka - vid
“Šaka” robota
Mehanička šaka
Šišanje ovce
Mobilni robot s dvije ruke
Elementi lica
Aibo
Mini roboti
Robot i umjetnost
Isaac Asimov i “Zakoni robotike”
Robot ne smije povrijediti ljudsko biće niti svojom
neaktivnošću dopustiti da ljudsko biće bude povrijeđeno.
Robot mora izvršavati naredbe ljudi osim kada je to u
suprotnosti s Prvim zakonom.
Robot mora štititi vlastito postojanje osim ako je to u
suprotnosti s Prvim ili Drugim zakonom.
“I, ROBOT” by Isaac Asimov
“I, ROBOT” by Isaac Asimov
Ključne proizvodne tehnologije
IR
FMS CIM
NC i CNC
CAD/CAM
PROIZ
VODNJA
U k u p n i b r o j r a d n i h r o b o t a
81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
tisu
će
godina
Br o j p r o d a n i h r o b o t a
82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04
140
120
100
80
60
40
20
0
tisu
će
godina
Poboljšanje karakteristika robota 1990-2000
Cijena robota - 43 %
Broj isporučenih robota + 782 %
Broj varijanti robota + 400 %
Nosivost robota + 26 %
Točnost ponavljanja robota + 61 %
Brzina 6 osnog robota + 39 %
Maksimalni doseg robota + 36 %
Srednje vrijeme kvara robota + 137 %
Iznos RAM-a upravljačke jedinice + 416 %
Broj bitova procesora upravljačke jedinice + 117 %
Maksimalni broj upravljanih osi robota + 45 %
I n d e k s r o b o t i z a c i j e 2000
(broj robota na 10 000 zaposlenih u industriji)
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Sin
ga
pur
NJe
ma
čka
Danska
UK
Austr
alia
Norv
eška
Španjo
lska
US
A
Švic
ars
ka
Benelu
x
Au
str
ia
Ko
rea
Italij
a
Šve
dska
Fin
ska
Fra
ncuska
S e r v i s n i r o b o t i
Tip robota Broj 2000. Instalirano 2001-2004
Roboti za čišćenje (spremnici, prozori) 440 14 150
Roboti za nadzor (NE, mostovi,...) 120 200
Roboti za razminiranje 2 300 1 200
Podvodni roboti 3 000 3000
Medicinski roboti 1 600 4 800
Višenamjenske robotske platforme 260 230
Roboti za nadzor i osiguranje 60 1 800
Roboti na benziskim crpkama 50 1 100
Roboti u poljoprivredi i šumarstvu 600 1 300
Laboratorijski roboti 1000 320
Ukupno 10 415 30 015
Ukupna cijena (miliona $) 1 750 2 400
Ukupno 112 500 625 000
O s o b n i s e r v i s n i r o b o t i
Tip robota Broj 2000. Instalirano 2001-2004
Roboti za čišćenje (“usisavači”) 12 500 425 000
Roboti za zabavu i hobi 100 000 200 000
Ukupna cijena (miliona $) 100 550
United Nations Economics Commission for Europe (UNECE)
International Federation of Robotics (IFR)
SCARA- HSTEC
Literatura
1.T. Šurina, M. Crneković, Industrijski roboti, Školska knjiga, Zagreb, 1990. 2.M. Crneković, Industrijski i mobilni roboti, predavanja, FSB – Zagreb 3.B. Jerbić, Zavod za robotiku i automatizaciju proizvodnih sustava-Katedra za projektiranje izradbenih i montažnih sustava, projekti, FSB – Zagreb 4.B. Jerbić, Z. Kunica, Inteligentni montažni sustavi, predavanja, FSB – Zagreb 5.B. Jerbić, Projektiranje automatskih montažnih sustava, predavanja, FSB – Zagreb 6.Z. Kovačić, V. Krajči, S. Bogdan, Osnove robotike, Grafis, Zagreb, 2000. 7.G. Nikolić, B. Vranješ, Z. Kunica, B. Jerbić, „Projektiranje automatskih montažnih sustava“, Kigen, Zagreb 2009. 8.S.Y. Nof, Handbook of Industrial Robotics, John Wiley & Sons, 1985 9.L. Sciavicco, B. Siciliano, Modeling and Control of Robot Manipulators, Mc Graw-Hill, 1996 10. www.irf.org