2 (27_ 43 Str) Robotika - Model Robota

JU UNIVERZITET U TUZLI

MAINSKI FAKULTET TUZLA

AUTOMATIKA I ROBOTIKAIZVOD IZ PREDAVANJA

Dr.sc. ari Bahrudin, docent

Dr.sc. ari Bahrudin

Autorizovana predavanja



Model robota - Osnovni pojmoviIndustrijski robot je ureaj koji se koristi za poslove manipulacije materijala na bazi upravljanja. Sama konstrukcija robota (slika 2.1.) sadri sljedee neophodne sisteme:

mehaniki sistem, energetski sistem, mjerni sistem, upravljaki sistem.

Slika 2.1. Prikaz industrijskog robota1Dr.sc. ari Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 27.



Kinematska odreenost robota podrazumjeva odreenost pozicije i orijentacije prihvatnice u odnosu na predmete u radnom prostoru robota (manipulatora), kao i u odnosu na neki nepomini referentni koordinatni sistem. S druge strane, poloaj robota je odreen relativnim uglovnim zakretanjem odnosno relativnim translatornim pomjeranjem u zglobovima robota. Da bi robot obavio ispravno radni zadatak, u svakom trenutku mora biti odreen pozicija i orijentacija hvataljke u prostoru. Kao to je poznato, poloaj tijela u prostoru odreen je sa est nezavisnih parametara, tri translacije i tri rotacije, dakle ima 6 stepeni slobode kretanja: f= 6. Drugim rijeima, ono se moe kretati na est razliitih, nezavisnih naina: translatorno za veliinu px, py, pz du osa x, y, z ime je mogue postii pozicioniranje take tijela u prostoru i rotaciono oko sve tri ose za vrijednost uglova x,y ,z, kako je prikazano na slici 2.2. Slika 2.2. Kretanje tijela u prostoru1Dr.sc. ari Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 28.



Ako se meusobno povezu dva tijela, od kojih je barem jedno pokretno, tad nastaje zglob, odnosno kinematski par. Nastajanjem zgloba dolazi do smanjenja mogunosti kretanja, pa je i stepen slobode kretanja manji tj. f< 6. Postoje razliite konstrukcije zglobova, a nekoliko prostijih je prikazano na slici 2.3.

a)

b)

c)

d)

e)

Slika 2.3. Vrste zglobova : a) rotacioni, b) translatorni, c) vijasti, d) valjkasti, e) kuglasti1Dr.sc. ari Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 29.



Na prethodnoj slici je dat primjer pasivnih zglobova (nemaju pokretake pogone) sa razliitim stepenima slobode kretanja i to: a) rotacioni zglob koji ima relativno obrtanje samo oko jedne ose i njegov stepen slobode kretanja je f=1 b) translatorni zglob ima relativno pomjeranje du jedne ose i kod njega je f=1

c) vijasti zglob ima vezano obrtanje oko ose i translaciju du iste ose, to znai daje kretanje zgloba helikoidalno (u obliku zavojnice) i da mu je f=1 d) valjkasti zglob, kod kojeg postoji obrtanje i translatorno pomjeranje cilindra unutar upljeg cilindra, pri emu je f=2,e) kuglasti zglob ima tri stepena slobode kretanja f=3, jer su mogua tri neovisna relativna obrtanja kugle unutar uplje kugle. Krutost odnosno otpor prema svakom nepoeljnom kretanju je osnovno mjerilo kvaliteta jednog zgloba. Iz ovog proizilazi daje dobro da zglobovi imaju to nii stepen slobode kretanja.1Dr.sc. ari Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 30.



Osnovnim zglobovima se smatraju rotacioni zglob i translatorni zglob, koji imaju f=l stepen slobode kretanja, dok se svi ostali zglobovi sa f >1 svode na ova dva zgloba. Rotacioni zglobovi obezbjeuju rotaciono kretanje jednog segmenta (lanka) u odnosu na drugi i mogu biti izvedeni u dvije varijante: stoastoj i arkastoj.

Translatorni zglobovi obezbjeuju translatorno pomjeranje jednog lanka u odnosu na prethodni lanak. Mogu biti izvedeni u poprenoj i teleskopskoj varijanti (slika 2.4.).

a) rotacijski zglob

b) translatorni zglob

Slika 2.4. Shematski prikaz osnovnih zglobova

1Dr.sc. ari Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 31.



Struktura industrijskih robotaMehaniki dio industrijskog robota se moe podijeliti na slijedee podsisteme (slika 2.10.): - postolje ili baza robota, - ruka i aka robota, - prihvatnica robota (engl. end effector), koja moe da bude u vidu hvataljke, senzora ili alata.

Slika 2.10. Prikaz mehanikih podsistema industrijskog robota1Dr.sc. ari Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 32.



Izvrni mehanizam industrijskog robota predstavlja sistem pokretno povezanih segmenata mehanikog sistema, namjenjenih za manipulisanje radnim objektom. Izvrni mehanizam koji osigurava transportna i orijentaciona kretanja naziva se rukom robota. Ako su segmenti izvrnog mehanizma industrijskog robota meusobno povezani samo rotacionim kinematskim parovima, u tom sluaju ti segmenti zajedno obrazuju ruku zglobnog tipa (zglobnu ruku).

Postolje robota je slino postolju alatnog ureaja, gdje osnovna ploa moe biti lijevana ili zavarena od profilnog eljeza. Postolje robota moe biti izvedeno portalno, konzolno i uvreno na pod, zid ili plafon (slika 2.11.).Kod odabira vrste postolja vanu ulogu ima specifinost zadatka koji robot treba da obavlja. U sluaju da je postolje pokretno, tad se govori o podvozu robota koji moe biti na inama ili na kolicima.

Na postolju je smjeten prvi rotacijski ili translacijski zglob, kao i motori, cilindri, uljni i ostali agregati.1Dr.sc. ari Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 33.



Slika 2.11. Tipovi postolja i podvoza: a) stojee, b) stropno, c) zidno, d) portalno postolje, e) podvoz u obliku tranica, f) podvoz u obliku kolica1Dr.sc. ari Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 34.



Za postolje robota je vezana ruka robota na koju se serijski nadovezuje korijen ake robota, koji s konstrukcionog stajalita ine jednu cjelinu. Njihov zadatak je da vode prihvatnicu na osnovu predvienog upravljakog algoritma. Zbog toga se jo nazivaju sistemom voenja prihvatnice. Prihvatnicu robota (zavrni ureaj) je samostalna jedinica koja se nadovezuje na korijen ake i u direktnoj je vezi izmeu predmeta nad kojim se vri odgovarajua operacija i kinematske strukture samog robota. Prihvatnica robota se svrstava u grupu izmjenjivih elemenata industrijskih robota. Industrijski roboti se opremaju odgovarajuom prihvatnicom u zavisnosti od konkretnog zadatka. Prihvatnica moe djelovati kao hvataljka u robotu za posluivanje i montau, moe biti alatka tehnolokog robota ili senzor mjernih robota. Najpoznatija njena primjena je u ulozi hvataljke i u toj funkciji se robot bitno razlikuje od ostalih strojeva. Jo uvijek ne postoji rjeenje hvataljke koja e imati opu namjenu, ve se projektiraju specifina rjeenja za posebne namjene.




Pri izradi i odabiru konstrukcije hvataljke moraju se definirati zahtjevi opeg karaktera i specijalni zahtjevi: - karakteristike robotske ruke s dozvoljenom teinom hvataljke i predmeta, - karakteristike manipuliranog predmeta, npr. teina, krutost, materijal, geometrija, te poloaj za vrijeme rada, - uvjeti rada hvataljke (mogunost brze zamjene, prilagodljivost promjenama predmeta manipulacije), - uvjeti okoline (temperatura, vlanost, smjetaj robota). Hvataljke se prema vrsti organa za hvatanje dijele na: a) mehanika klijeta, b) mehaniki prsti, c) pneumatska hvataljka, d) vakuumska hvataljka, e) magnetska hvataljka. Prema prihvatnom djelovanju hvataljke mogu biti: - jednostrane (magnetska, vakumska i pneumatska), - dvostrane (mehanika klijeta), - mnogostrane (mehaniki prsti).1Dr.sc. ari Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 36.



Najea izvedba hvataljke su mehanika klijeta. Ovakva hvataljka se sastoji od dvije eljusti koje se obino kreu simetrino, a pokree ih isti pogon. Postoji vie konstruktivnih rjeenja, ovisno o broju cilindara. Mehanika klijeta imaju jedan stepen slobode kretanja (ovaj stepen slobode kretanja se ne ubraja u ukupni stepen slobode kretanja robota).Mehaniki prsti predstavljaju hvataljku iji su lanci zglobno povezani i veinom su opremljeni sa tri do pet prstiju. Zbog svoje sloenosti ova vrsta hvataljke se malo primjenjuje za industrijske robote. Pneumatska hvataljka, prikazana na slici 2.12.d, ima dva prsta sastavljena od elastinog crijeva podjeljenog na komore (1), koje je privreno na elinu traku (2). Uz potisnuti tlak p0 crijevo se savija u smjeru prikazanom strelicama i na taj nain obuhvata eljeni predmet. Pneumatska hvataljka je popustljiva i prilagodljiva razliitim oblicima predmeta. Vakuumska hvataljka je jednostavne izvedbe i ne zahtijeva teke pogone, ali joj je potrebno odreeno vrijeme za postizanje vakuuma, te se pri samom otputanju mora povisiti pritisak. Povrine predmeta kojima se manipulira moraju biti suhe, glatke i iste. Magnetska hvataljka sastoji se od permanentnog magneta ili elektromagneta koji ostvaruje silu privlaenja magnetskih materijala (si.2.12.f). Ova hvataljka je jednostavne konstrukcije, a osnovni nedostatak joj je to pri nestanku elektrine energije nema privlane sile.1Dr.sc. ari Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 37.



Na slici 2.12. prikazane su najee izvedbe hvataljki.

Slika 2.12. Najee izvedbe hvataljki.1Dr.sc. ari Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 38.



Slika 2.12. Vrste hvataljki.1Dr.sc. ari Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 39.



Na osnovu naprijed reenog, moe se kazati daje namjena hvataljki prenoenje objekta iz poetne u krajnju poziciju i reorijentacija istog u manipulacijskom prostoru. Hvataljka robota mora da ima mogunost: - prihvatanja objekta, - kontroliranja orijentacije objekta tokom prenosa, - osjeaja" poloaja objekta u odnosu na hvataljku. Zavisno o namjeni robota ovisi i izbor same hvataljke. Ako se mijenja namjena robota, promijenie mu se samo zavrni ureaj (hvataljka), to je i potvrda fleksibilnosti robota kao elementa proizvodnog sistema. Na slici 2.13. su prikazane neke od izvedbi industrijskih robota.

Slika 2.13. Mogue vrste industrijskih robota1Dr.sc. ari Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 40.



Minimalna konfiguracija robota Da bi jedan robot bio u upotrebi, on mora imati barem mogunost pozicioniranja u prostoru. To znai da treba da se sastoji od tri zgloba, odnosno da ima tri stepena slobode kretanja. Takva struktura se naziva "minimalna konfiguracija robota". Na ovakvu minimalnu konfiguraciju se nadovezuje zavrni ureaj (prihvatnica). Robot sa est stepeni slobode kretanja moe se podijeliti na dva dijela: na ruku i aku. On u prostoru moe da postigne potpuno pozicioniranje pomou tri ose ruke i potpunu orijentaciju pomou tri ose ake kako je to prikazano na slici 2.14.

Slika 2.14. Minimalna konfiguracija ruka i aka robota1Dr.sc. ari Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 41.



Minimalna konfiguracija se esto definie kao mehanizam sa tri stepena slobode kretanja koji vri pozicioniranje tj. dovoenje ake na eljeno mjesto u radnom prostoru, pa se moe rei da minimalna konfiguracija definie poziciju korijena ake koji predstavlja mjesto njenog prikljuka. Normalno, ova minimalna konfiguracija robota moe se sastojati od bilo koje kombinacije zglobova (translatorni ili rotacioni). Broj moguih varijacija strukture robota se moe odrediti na osnovu izraza

V = nfgdje je: V - broj varijacija, n - broj zglobova, f - broj stepeni slobode kretanja.

Tako za tri stepena slobode kretanja i dva osnovna zgloba ruke (R i T) postoji

V=23=8 minimalnih konfiguracija robota(TTT, TTR, TRT, RTT, TRR, RTR, RRT, RRR).




Na slici 2.15. su prikazane mogue kinematske strukture minimalnih konfiguracija robota.

TTT

TTR

TRT

RTT

TRR

RTR

RRT

RRR

Slika 2.15. Mogue kinematske strukture minimalnih konfiguracija robota za f = 3 T-translatorni zglob, R-rotacioni zglobDefinicijom minimalne konfiguracije robota odreuje se njegov manipulacioni prostor u kojem on moe obavljati zadane zadatke, odnosno u kojem on moe da dovede efektor. Svaka od ovih struktura ima svoje dobre i loe strane, a rjeenja s rotacijskim zglobovima imaju jednostavniju mehaniku konstrukciju, sloenije programiranje kretanja i bri su od translacijskih. 1Dr.sc. ari Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 43.

2 (27_ 43 Str) Robotika - Model Robota

Documents