Docsity
Docsity

Przygotuj się do egzaminów
Przygotuj się do egzaminów

Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity


Otrzymaj punkty, aby pobrać
Otrzymaj punkty, aby pobrać

Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium


Informacje i wskazówki
Informacje i wskazówki

Wprowadzenie do robotyki, Publikacje z Kinematyka

Wprowadzenie do robotyki. Pojęcia podstawowe. • Robotem nazywa się urządzenie techniczne przeznaczone do realizacji funkcji manipulacyjnych i lokomocyjnych ...

Typologia: Publikacje

2022/2023

Załadowany 24.02.2023

stokrotka80
stokrotka80 🇵🇱

4.5

(40)

247 dokumenty

Podgląd częściowego tekstu

Pobierz Wprowadzenie do robotyki i więcej Publikacje w PDF z Kinematyka tylko na Docsity! Wprowadzenie do robotyki • Robotyka to nauka i technologia projektowania, budowy i zastosowania sterowanych komputerowo urządzeń mechanicznych popularnie zwanych robotami. Robot – urządzenie mechaniczne, które może wykonywać rozmaite zadania manipulacyjne oraz lokomocyjne w sposób automatyczny. 1 • Robotyka może być zaklasyfikowana jako część szeroko rozumianej automatyki przemysłowej. „Robot” w porównaniu do „automatu” jest urządzeniem wysoce elastycznym pod kątem możliwości programowania oraz zakresu wykonywanych ruchów. Wprowadzenie do robotyki • Robotyka jest gałęzią nowoczesnej technologii łączącą różne dziedziny nauk technicznych i nie tylko: • automatykę, • elektronikę, elektrotechnikę, 2 • mechanikę, • inżynierię przemysłową, • informatykę, • matematykę. Wprowadzenie do robotyki • Robotyka jako dyscyplina naukowa zajmuje się przede wszystkim: • kinematyką robotów, • dynamiką robotów, • sterowaniem robotów, • architekturą komputerowych układów sterowania, 3 • językami programowania, • lokomocją, • wizją, • sensoryką, • sztuczną inteligencją. Wprowadzenie do robotyki Pojęcia podstawowe • Robotem nazywa się urządzenie techniczne przeznaczone do realizacji funkcji manipulacyjnych i lokomocyjnych (na podobieństwo człowieka), mające określony zasób energii, informacji i charakte- ryzujące się całkowitą lub częściową autonomią w działaniu. • Manipulator (ramię manipulacyjne) jest to urządzenie przeznaczone do realizacji niektórych funkcji kończyny górnej człowieka. Rozróżnia 4 się tutaj dwie funkcje: manipulacyjną i wysięgnikową. • Robot przemysłowy to wielofunkcyjny manipulator przeznaczony do przenoszenia materiałów, części lub wyspecjalizowanych urządzeń poprzez złożone programowane ruchy, w celu realizacji różnorodnych zadań. Wprowadzenie do robotyki 4. Układ sensoryczny robota potrzebny do zamknięcia sprzężenia zwrotnego dla celów sterowania oraz funkcji inspekcji otoczenia. 5. Otoczenie robota tj. przestrzeń, w której znajduje się i działa robot. 6. Zadanie rozumiane jako różnica dwóch stanów otoczenia – początkowego i końcowego (pożądanego). Zadanie opisane jest w odpowiednim języku (najlepiej naturalnym) i realizowane przez komputer sterujący. 9 Pierwsze cztery elementy są częściami składowymi każdego rodzaju robota Robot przemysłowy Zgodnie z podaną definicją robot przemysłowy stosowany jest głównie w zakładach produkcyjnych do zadań transportu materiałów i produktów, zadań manipulacyjnych oraz kontrolnych i pomiarowych. Zadania transportu materiałów i produktów: • paletyzacja (dedykowane manipulatory o 5 stopniach swobody), • składowanie materiałów w magazynach, 10 • sortowanie części, • pakowanie. Robot przemysłowy Aplikacje na taśmie produkcyjnej: • spawanie i zgrzewanie, • malowanie, • klejenie, • cięcie, np. laserem, wodą, • wiercenie i skręcanie, • składanie części mechanicznych i elektrycznych, • montaż układów i płytek elektronicznych. 11 Jako urządzenie pomiarowe: • inspekcja części i produktów (aplikacje z systemami wizyjnymi), • badanie konturów elementów, • pomiar niedokładności wytwarzania. Robot przemysłowy Struktury kinematyczne manipulatorów przemysłowych Łańcuch kinematyczny manipulatora składa się z ogniw (członów) i ruchomych połączeń między ogniwami, które nazywa się złączami (przegubami). Najczęściej ogniwem jest bryła sztywna (spotyka się też ogniwa elastyczne). Najważniejsze rodzaje połączeń ruchomych (nazwa, ruchy względne, liczba stopni swobody - DoF): 12 • Obrotowe oznaczane literą R (lub O) – 1 obrót, 0 postępów, 1 DoF, • Postępowe oznaczane literą P – 0 obrotów, 1 postęp, 1 DoF, • Śrubowe – 1 obrót, 1 postęp, 1 DoF, • Postępowo-obrotowe – 2 obroty, 2 postępy, 2 DoF Robot przemysłowy Struktury kinematyczne manipulatorów przemysłowych Do opisu ruchu manipulatorów wykorzystuje się tylko dwa rodzaje połączeń, obrotowe i postępowe, gdyż każde inne połączenie może być opisane za ich pomocą. Graficzna reprezentacja przegubów typu R (obrót) i P (przesuw) stosowana w diagramach (schematach kinematycznych): 13 Robot przemysłowy Elementy systemu robota przemysłowego: • szafa sterownika robota (układ zasilania, komputerowy system sterujący, sterowniki napędów i wzmacniacze mocy, układy wejść- wyjść binarnych i analogowych, moduły komunikacyjne), • ramię manipulacyjne (typowo sześć stopni swobody – 6 DoF), • pulpit (terminal) operatora-programisty. 14 Macierz rotacji • Orientacja osi układu A względem układu B Kinematyka manipulatora przemysłowego 19 Kąty Eulera • Macierz rotacji jest nadmiarową reprezentacją orientacji w przestrzeni 3D. • Minimalna reprezentacja składa się z trzech parametrów zwanych kątami Eulera odpowiadających złożeniu trzech elementarnych obrotów układu A względem wybranych osi w przestrzeni. Opis taki jest jednak niejednoznaczny. Istnieje dwanaście różnych zbiorów Kinematyka manipulatora przemysłowego 20 kątów Eulera odpowiadających możliwym sekwencjom rotacji elementarnych wokół osi układu bieżącego oraz dwanaście wokół osi układu ustalonego. • W robotyce najczęściej stosowane są dwie konwencje kątów Eulera. Kąty XYZ • Kąty XYZ (zwane kątami RPY z ang. Roll-Pitch-Yaw – kołysanie boczne, kołysanie wzdłużne, zbaczanie). Wyjściowa macierz rotacji wynika ze złożenia następującej sekwencji obrotów wokół osi ustalonego układu odniesienia: obrót o kąt wokół osi XB, obrót o kąt wokół osi YB i obrót o kąt wokół osi ZB. Kinematyka manipulatora przemysłowego 21 Kąty ZYZ • Kąty ZYZ (zwane kątami precesji, nutacji i obrotu własnego). Wyjściowa macierz rotacji wynika ze złożenia następującej sekwencji obrotów realizowanych wokół osi bieżącego układu odniesienia: obrót o kąt wokół osi ZA; obrót o kąt wokół osi YA’ i obrót o kąt wokół osi ZA’’ Kinematyka manipulatora przemysłowego 22 Opis ruchu manipulatora – kinematyka manipulatora • Kinematyka zajmuje się analizą ruchu (położeniem, prędkością i przyspieszeniem) bez uwzględniana sił wywołujących ten ruch. • Kinematyka pozycji i orientacji (kinematyka położenia) wynika jedynie z geometrycznych (statycznych) własności manipulatora – tzw. parametrów kinematycznych. Kinematyka manipulatora przemysłowego 23 Dwa zadania związane z kinematyką położenia dla manipulatora: • zadanie proste kinematyki położenia, • zadanie odwrotne kinematyki położenia. • Zadanie proste kinematyki – polega na określeniu pozycji i orientacji układu współrzędnych końcówki roboczej względem układu podstawowego na podstawie zadanych wartości współrzędnych konfiguracyjnych manipulatora. Rozwiązanie zadania kinematyki prostej daje zawsze jednoznaczne rozwiązanie. Kinematyka manipulatora przemysłowego 24 • Cztery możliwe rozwiązania zadania kinematyki odwrotnej dla manipulatora Stäubli Kinematyka manipulatora przemysłowego 29 Podstawowa metoda programowania robotów przemysłowych to metoda Teach and Repeat. Polega na ręcznym ustawieniu końcówki ramienia manipulatora w żądanych lokalizacjach i ich zapamiętaniu w systemie sterownika. Sekwencyjne odtwarzanie kolejnych lokalizacji daje program ruchowy manipulatora. Reprezentacje punktów lokalizacji w systemach robotów przemysłowych 6-DoF: Podstawy programowania robotów 30 • w przestrzeni konfiguracyjnej w postaci wektora sześciu liczb q1...q6 reprezentujących wartości poszczególnych kątów/przesunięć w przegubach manipulatora • reprezentacja w przestrzeni kartezjańskiej złożona z sześciu liczb X,Y,Z,α,β,γ reprezentujących pozycję (X,Y,Z) i orientację (trzy kąty Eulera α,β,γ) układu końcówki manipulatora względem układu globalnego (odniesienia). Realizacja ruchu końcówki roboczej manipulatora Automatyczny ruch między nauczonymi punktami w przestrzeni roboczej realizowany jest za pomocą komend ruchu. Rodzaj ruchu miedzy dwoma punktami wynika z przyjętej strategii zwanej interpolacją trajektorii. Podstawowe rodzaje interpolacji ruchu końcówki w przestrzeni zadania: • Ruch od punktu do punktu (Point to Point) – końcówka jest Podstawy programowania robotów 31 prowadzona wzdłuż najszybszej ścieżki łączącej oba punkty, • Ruch liniowy – końcówka jest prowadzona wzdłuż prostej łączącej oba punkty w przestrzeni zadania, • Interpolacja typu kołowego - końcówka jest prowadzona wzdłuż łuku okręgu łączącego oba punkty w przestrzeni zadania. Planowanie realizacji zadania Planowanie zadania wymagania określenia punktów w przestrzeni zadania umożliwiających: • Szybkie i bezkolizyjne przejście pomiędzy elementami otoczenia (ruchy z interpolacją PTP), • Prawidłowe pobranie, manipulację i odkładanie elementów (ruchy z interpolacją liniową), Podstawy programowania robotów 32 • Odtworzenie żądanej ścieżki narzędzia w przestrzeni zadania (kombinacje ruchów z interpolacją PTP, liniową i kołową, ruchy typu SPL, wykorzystanie pakietów technologicznych). • Ponadto należy uwzględnić prawidłową interakcję sterownika robota z otoczeniem (obsługa wejść/wyjść, komunikacja z PLC, itp.). Etapy przygotowania i testowania programu • Zebranie punktów w przestrzeni roboczej niezbędnych do realizacji zadania, • Przygotowanie programu sterującego z odpowiednimi ruchami pomiędzy punktami (wybór rodzaju interpolacji ruchu) i interakcją z otoczeniem, • Testowanie programu w pracy krokowej z ograniczoną prędkością, Podstawy programowania robotów 33 następnie powtórzenie testu w pracy ciągłej (powtórzyć zwiększając prędkości do wartości maksymalnych w trybie testowym), • Uruchomienie programu w trybie automatycznym ze zredukowaną prędkością ruchu a następnie powtórzenie z maksymalną. Planowanie chwytu przenoszonego ładunku do transportu • Wprowadzenie lokalizacji L związanej z ładunkiem, • Podjazd końcówki robota z pozycji początkowej P do punktu A położonego o odległość distance od lokalizacji L licząc wzdłuż osi Z narzędzia robota, • Otwarcie szczęk chwytaka, Podstawy programowania robotów 34 • Dojazd po linii prostej chwytakiem do lokalizacji L związanej z ładunkiem, • Zamknięcie szczęk chwytaka i uchwycenie ładunku, • Odjazd z ładunkiem po linii prostej od lokalizacji L do punktu bezpiecznie oddalonego od miejsca uchwycenie ładunku, • Transport ładunku do lokalizacji docelowej.