VRSTE I PRIMJENE ROBOTA
INDUSTRIJSKI ROBOTI su multifunkcionalni elektromehanički uređaji namijenjeni da manipuliraju materijalima, alatima, radnim predmetima, te da obavljaju različite proizvodne zadaće u svom fizičkom okružju. Industrijski robot se sastoji od mehaničkog sustava, upravljačkog modula sa softverom, mjernog sustava, a roboti sa hidrauličkim i pneumatskim pogonom (zastupljeni oko 10%) imaju i poseban agregat. Upravljanje robotima može biti sa čvrstim programom, programibilno, adaptivno i sa elementima inteligencije. Programiranje se izvodi pomoću viših standardnih jezika: Java, paskal, C++ i fortran, koji se uglavnom koristi za razvojno znanstvene aplikacije. Također više proizvođača razvilo je vlastite programske jezike sa ciljem da se poveća produktivnost i osvoji veći tržišni udjel, a evo nekih: AML, rapid, karel, V+, ACE, AS, KRL, VAL,...Industrijski roboti su namijenjeni za zavarivanje, strojnu obradu, kovanje, oblikovanje lima, manipulaciju komadima, montažu, poliranje, pjeskarenje, finu završnu obradu, lemljenje, jijepljenje, pakiranje, paletiziranje, za tlačni lijev, za precizni lijev, manipulaciju u ljevaonicama, za farmaceutsku industriju, industriju poluvodiča, obradu plastike, obradu drva, antikorozivnu zaštitu, mjerenje, testiranje, kontrolu,... Evo i osnovnih tehničkih karakteristika prema FANUC ROBOTICS. Fanuc nudi 20 tipova industrijskih robota. Raspon opterećenje je od 0,5 do 1350 kg, maksimalni moment do 14,7 kNm, doseg do 4,7 m. Fanuc nudi robote sa najvećom točnošću od 0,02mm, a Epson od 0,005mm. U svijetu je trenutno oko 1000000 industrijskih robota, a 400000 otpada na Japan, što svakako doprinosi njegovoj gospodarskoj uspješnosti. Svi segmenti robotskog sustava moraju biti optimalno dizajnirani, a posljedice su dugovječnost i sporo zastarjevanje.
Tehnička kultura preporuča da oni učenici koji pokazuju interes za mehatroniku posjete ne Internetu stranice iz robotike: Fanuc robotics, ABB robotics, Staubli robotics,Yaskawa robotics, OTC Daihen robotics (zavarivanje), Denso robotics (velike brzine), Epson robotics (velike brzine i točnost), Apolo-Seiko robotizirane stanice za lemljenje, Kuka robotics, Kawasaki robotics, Adept tehnology robotics, Comau robotics, ...
Nakon stanovitog zatišja u razvoju i primjeni robota prije osam godina pojavljuje se serija inovacija, a jedna su suradnički roboti čija je namjena da u proizvodnom procesu sudjeluju zajedno sa ljudima, bez opasnosti da ih ozlijede. Zbog 7 stupnjeva slobode svake ruke fleksibilnost je znatno povećana. Lako se programiraju, a jedna od mogućih namjena je završna montaža u elektronici.
ABB je predstavio Fridu dvoručni robot sa 15 stupnjeva slobode gibanja, Yaskawa - Motoman dvoručni robot sa 15 stupnjeva slobode gibanja DIA 10, Kuka jednoručne robote LWR 4 i 5 sa 7 stupnjeva slobode gibanja, Universal robots dvoručnog robota sa 12 stupnjeva slobode gibanja, Scara RF-400 četveroosni,...
Posebno izdvajamo dvoručni robot visoke inteligencije Baxter kojeg je razvila tvrtka Rethink robotics, a iskustvo je stjecano i na MIT-u.
INDUSTRIJSKI MOBILNI ROBOTI primjenjuju se u proizvodnim pogonima i skladištima za manipulaciju materijalom. Pošto je vrijeme za manipulaciju materijalom značajno mogu se postići i velike uštede. Gibanje može biti na šinama ili pomoću robotiziranih viličara, a u širem smislu ovdje možemo ubrojiti i visokoautomatizirana regalna skladišta.
MOBILNI ROBOTI ZA OCEANSKA ISTRAŽIVANJA obavljaju znanstvene, gospodarske i vojne zadaće u oceanskim dubinama. Zbog ograničenih mogućnosti komunikacije pomoću radiovalova koriste se upravljanja pomoću bakrenih vodiča, optičkih vlakana, te svjetlosnih ili zvučnih signala. Također postoje i potpuno autonomne sonde koje se kreću po zadanom programu koristeći energiju koja se može usporediti sa podvodnim jedrenjem. Poznate su robotizirane ronilice: Robotuna, Odisej IV, Talisman, Viktor 6000, Nereus, Pluton plus, Sea explorer, Blackghost, Bluefin-12, Echo ranger, te hodači po morskom dnu nalik na jastoga.
MOBILNI ROBOTI ZA PRIMJENU NA KOPNU koriste se za čišćenje javnih zgrada, gašenje požara, rudarstvu i istraživanja zaleđenih dijelova Zemlje i vulkana. Za vojne svrhe koriste se za polaganje mina i deminiranje, a poznati je robot Talon. Hrvatska tvrtka Doking proizvodi robote za deminiranje i gašenje požara.
MOBILNI ROBOTI ZA SVEMIRSKA ISTRAŽIVANJA. Krajem prošlog stoljeća lansirane su brojne sonde i moduli za istraživanje planeta i asteroida sunčevog sustava, te kometa. Velike investicije u novu tehnologiju dovele su do mnogih otkrića, a svako su poduprle i razvoj industrijske robotike. Evo značajnijih pothvata:
* Sonde Voyager 1 i 2 nakon uspješnog istraživanja Jupitera teleportirane su u međuzvjezdani prostor. Na sebi nose pozlaćene diskove sa zapisima o kulturi planete Zemlje.
* Mariner 10 i Messenger istraživali su Merkur.
* Sonde Epoxi, Giotto, Stardust, ICE, i Roseta istraživali su komete.
* Galileo i NEAR Soemaker istraživali su asteroide, e Soemaker se spustio na asteroid Eros.
* Viking, Spirit, Observer i Sojourner istraživali su Mars.
* Vega 1 i 2 spustile su se na Veneru i uspješno obavile ispitivanja.
* Letjelica Cassini opremljena sodom Huygens obavila je u trajanju od 11 godina misiju istraživanja Saturna i njegovog satelita Titana. Sonda je 4 puta ubrzana gravitacijskim djelovanjem planeta. (2 puta Venare, te Zemlje i Jupitera) Napravljeno je mnogo uspješnih fotografija Saturna i Titana, a Huygens se spustio na Titan.
LETJELICA PREDATOR prikuplja vojnoobavještajne podatke na Zemlji.
MEDICINSKI ROBOTI najvažniju primjenu imaju u endoskopskoj i telekirurgiji. Poznati su Puma 200, Pro-robot, Robodoc, da Vinci i Zeus. Zatim tu spadaju rehabilitacijski, telemanipulacijski i bioroboti. Velika sredstva se ulažu u razvoj nanorobota, pa tu možemo očekivati značajna postignuća.
MEDICINSKI MOBILNI ROBOTI su uglavnom bolnički asistenti, a poznati su Help-Mate, RP-7 i Riba.
MEHANIČKA STRUKTURA ROBOTA
Mehaničku strukturu robota čini kinematički lanac od zglobova (pasivnih i aktivnih), krutih članaka i prihvatnice. Pasivne zglobove čine rotacijski, translacijski, vijčasti, valjkasti i kuglasti. Aktivni zglob nastaje udruživanjem prijenosnika snage i energetskog prigona. U prijenosnike snage spadaju zupčani i lančani prijenosnik, prijenosnik sa zupčastim remenom, zupčasta letva sa zupčanikom, navojno vreteno sa maticom i zglobne poluge. Energetski prigoni su razni tipovi elektromotora, hidromotori, hidraulički i pneumatski aktuatori (aksijalna i rotacijska varijanta) i elektromehanički aktuatori.
Dodatno u mehaničku strukturu spadaju osovine i vratila, uležištenja i kompenzatori gravitacijskog djelovanja.
Kinematika je područje mehanike koja matematičkim modeliranjem proučava gibanje, orjentaciju, brzinu i ubrzanje kinematičkog lanca bez razmatranja sila. Kinematički lanac ima tri do šest stupnjeva slobode gibanja. Tri je minimalna opcija, a šest (tri rotacije i tri translacije) omogućuje potpuno pozicioniranje prihvatnice. U novije vrijeme pojavljuju se kinematički lanci sa sedam stupnjeva slobode gibanja (suradnički roboti). Pozicioniranje prihvatnice je potpuno, ali uz znatno veću fleksibilnost. Članci takvih struktura mogu se gibati i kad prihvatnica i rame miruju. Djeluje impresivno, međutim ljudska ruka ima 32 stupnja slobode gibanja. Geometrija radnog prostora prihvatnice definirana je vrstom zglobova pa imamo: a) Pravokutnu (TTT), b) Cilindričnu (RTT), c) Sfernu (RRT), d) Kvazicilindričnu (RTR), e) Rotacijsku (RRR), f) SCARA (RRRT), g) DELTA (paralelnu).
PRIJENOS GIBANJA ROBOTA
Gibanje kinematičkog lanca prenosi se od energetskih prigona preko prijenosnika gibanja i snage do krajnjeg izvršnika. Naprijed su navedeni prijenosnici koji se koriste za prijenos gibanja u kinematičkim lancima, a ovdje navodimo njihove osnovne kinematičke značajke. ZUPČANI PRIJENOS prenosi gibanje relativno blizu. Zupčanici se vrte u suprotnom smjeru, a mogu se prenositi relativno velike snage. Manji zupčanik se okreće brže od većeg proporcionalno prijenosnom odnosu (kvocjent broja zubi).
PUŽNI PRIJENOS je posebna vrsta zupčanog koji se odlikuje velikim prijenosnim odnosom. Pužni vijak je obično jednovojni. Za jedan okret zupčanika okrene se onoliko puta koliko zupčanik ima zubi, a toliki je i prijenosni odnos. Kod dvovojnog pužnog vijka prijenosni odnos je jednak polovici broja zubi zupčanika. LANČANI PRIJENOS koristimo kad gibanje trebamo prenjeti na veću udaljenost, a lančanici se vrte u istom smjeru. Za primjenu u robotici lančanici moraju biti kvalitetno strojno i toplinski obrađeni, a lanci kalibrirani. Za proračun prijenosnog odnosa vrijede iste kinematičke relacije kao i kod zupčanog prijenosa. PRIJENOS SA ZUPČASTIM REMENOM ima istu kinematiku kao i lančani. Remen je armiran čeličnim nitima. ZUBNU LETVU koristimo kad gibanje trnsformiramo iz rotacijskog u tanslacijsko. Ako dodirni opseg zupčanika (3,14d) pomnožimo sa brojem okretaja zupčanika dobićemo brzinu gibanja zubne letve. VIJČANO VRETENO također koristimo kod transformacije rotacije u translaciju. Ako broj okretaja vretena pomnožimo sa njegovim usponom dobićemo brzinu gibanja matice. Elementi prijenosnika gibanja okreću se sa vratilima ili oko osovina koji su uležišteni pomoću kliznih ili valjnih (kotrljajućih) ležajeva.
POGON ROBOTA
Pogon robota može biti elektromotorni (udjel oko 90%), hidraulički (udjel oko 5%) i pneumatski (udjel oko 5%). ELEKTROMOTORNE POGONE u robotici dijelimo na pogone servo motorima i koračnom motorima. Tehnološki napredni servo motori pogonjeni su sinhronim izmjeničnim motorima sa rotorom od permanentnog magneta. Najveću specifičnu snagu imaju motori sa magnetima na bazi primjesa neodimija (pripada u rijetke zemlje), a mogu podnijeti temperature do 140 st C. Opremljeni su elektromagnetskim kočnicama nove generacije, a pozicija se regulira pomoću enkodera (zatvorena regulacijska petlja). Koračni motori su upravljani digitalnim signalima iz upravljačkog modula tako da izvedu pomak od zadanog broja malih koraka (otvorena regulacijska petlja). Rotor koračnog motora može biti od stalnog magneta, mekog željeza, kada ima zupčasti oblik i kombinirano hibridna izvedba. Broj koraka po punom okretu ovisi o načinu rada. Kod načina punog koraka je do 500. Polukoračni način je do 1000, a mikrokoračni način do 50000. Koračni motori vrlo velikh snaga reguliraju se pomoću davača položaja (zatvorena regulacijska petlja). HIDRAULIČKI POGON se koristi kad su potrebne velike snage. Hidraulički agregat priprema hidrauličko ulje odgovarajuće količine i tlaka. Ulje se cjevovodima doprema u hidromotore, te aksijalne i radijalne aktuatore. Distribucijom ulja upravlja upravljački modul pomoću elektromagnetskih ventila i razvodnika. Nužan je povratni vod, a pošto se ulje grije ugrađuje se i hladnjak ulja. PNEUMATSKI POGON se upotrebljava u slučaju manjih sila i relativno velikih brzina. Tlačni medij je zrak i priprema se u kompresorskom agregatu, te nije potreban povratni vod.
Za upravljanje prihvatnicom robotske ruke, a i za druga kratka gidanja koriste se elektromagneti.
UPRAVLJAČKI SUSTAV ROBOTA
Njegova je zadaća da upravlja robotskim prigonima tako da osigura gibanje kinematičkog lanca robota uključivo sa prihvatnicom u skladu sa zadanim algoritmom. Prikuplja ulazne logičke signale, obrađuje ih prema programu i generira odgovarajuće izlazne upravljačke signale. Za jednostavnije upravljačke zadaće hardver upravljačkog sustava je PLC (programabilni logički kontroler), a u slučaju složenog upravljanja radi se o industrijskom računalu koje ima sve hardverske komponente, a programira se u višim standardnim ili internim programskim jezicima. Softver za upravljanje robotima nije standardiziran nego svaki od oko 35 proizvođača robota ima svoje rješenje. Uz upravljanje robotom upravljački sustav preko digitalnih ulaza i izlaza osigurava koordinaciju sa ostalim komponentama proizvodnog procesa, ima opciju za on-line dijagnostiku i servis, te virtualnu provjeru programa. Programiranje upravljačkog sustava robota izvodi se na slijedeće načine. a) Pomoću upravljačkog privjeska, b) Nezavisnim programiranjem (of-line), c) Programiranje pomoću 2D ili 3D robotskog vida, d) Programiranje pomoću 3D PLM softvera pri, projektiranju integralnog tehnološkog procesa, e) Pomoću softvera za automatsko programiranje. Programiranje pomoću UPRAVLJAČKOG PRIVJESKA ne zahtijeva posebno znanje o programiranju. Operator pomoću upravljačkih tipki vodi robotsku ruku po optimalnoj trajektoriji i sa optimalnom brzinom. Pomoću tipki se memoriraju bitne koordinate i radni parametri kinematičkog lanca, te ostali digitalni signali koji osiguravaju vezu sa drugim komponentama prizvodnog procesa. Mana ovog načina programiranja je nedovoljna preciznost pozicioniranja i orjentiranja, jer se sve bazira na vizuelnoj procjeni i nemogućnost programiranja složenih (zatvorenih) regulacijskih petlji. Također prilikom programiranja proizvodni proces mora biti prekinut. NEZAVISNO PROGRAMIRANJE izvodi se na za to namjenjenom računalu pa se ne prekida proizvodnji proces. Koriste se viši programski jezici (neki su navedeni na početku teksta) i zahtjeva se znanje računalnog programiranja. Trajektorije i ostali kinematičko-dinamički parametri programiraju se vrlo precizno uključujući i zatvorene regulacijske petlje. Pomoću grafičkog simulacijskog programa robot se pušta u virtualni rad, uočavaju se i otklanjaju eventualne greške. Programiranje pomoću 2D ili 3D ROBOTSKOG VIDA omogućuje robotizaciju one industrijske proizvodnje koja nije bila podesna za automatizaciju, a koristi se i kod robotske kirurgije. Algoritam za obradu digitalizirane slike omogućuje programiranje složene regulacijske petlje. (vizuelna povratana veza). Projektiranje proizvodnih procesa u kojim su uključeni i roboti u 3D specijalnim softverskim paketima omogućuje da se nakon simulacije i eventualne korekcije program za pokretanje robotskog upravljačkog modula jednostavno učita. Tvrtka DASSAULT razvila je softver DELMIA, tvrtka FESTO softver COSIMIR PROFESIONAL, a Siemens preuzimanjem i razvojom softverski paket PLM. Dio PLM-a RobotExpert namjenjen je za 3D projektiranje proizvodnih procesa sa uključenim robotima. Usput napominjemo da je dio PLM-a SOLID EDGE namjenjen za 2D projektiranje besplatno dostupan. Program zahtjeva windows 7 platformu. DELMIA software, COSIMIR PROFESIONAL software, te RobotExpert software imaju prezentirano na Internetu mnogo proizvodnih procesa sa robotima (opcija slike). PROGRAMI ZA AUTOMATSKO PROGRAMIRANJE zahtjevaaju da se na programu prepoznatljivom načinu unesu karakteristike proizvodnog procesa, a programiranje pojedinih operacija i gibanja program napravi sam. Poznati su IBM-ov AUTOPASS i LAMA (MIT).
|
