Robot házilag

Valljuk  be  a  robotok, nem intelligens gépek,  minden  csak  szenzorok  és  programok  függvénye. A robotokat általában speciális feladatok elvégzésére tervezik, de lehetőség van arra, hogy egy robot egy időben több feladatot lásson el. Az is lehetséges, hogy egy igen összetett feladat elvégzésén több robot dolgozik egyszerre. Robotok, és más intelligens gépek együttes alkalmazásával lehetőség nyílik komplett termékek előállítására, akár emberi beavatkozás nélkül is. A robot újraprogramozható, sokfunkciójú manipulátor, amely anyagokat, szerszámokat változó program szerint mozgat, technológiai feladatokat ellát, összeszerelést végez. A programozható ipari robotok a programozásukkal meghatározott ismétlődő mozgássorozatok elvégzésére alkalmasak, általában szerszámokat vagy munkadarabok mozgatnak szakaszosan vagy folyamatosan vezérlőegységük memóriájában tárolt programnak megfelelően. A munkaciklus befejezése után visszaállnak alaphelyzetükbe, és a következő indító jelre a programozott mozgássorozatokat megismétlik. A robotokat fokozatos fejlesztésüknek megfelelően generációba soroljuk.

Robotok osztályozása többféle szempont szerint történhet:

Szolgáltatásaik szerint lehetnek:

-egyszerű,-univerzális, alkalmazási területük szerint:,-mozgást (move funkciót) ellátó,-technológiai műveletek (make funkciót) végző,-ellenőrző feladatokat (teszt funkciót) ellátó robotok.

  Jellemzőik még, hogy milyen a-mechanikai felépítés, -mozgástér, -karrendszer, -koordináta rendszer

-szabadságfokok, -terhelhetőség, -ismétlési pontosság, -dinamikus pontosság

Egyszerű robotok

Pozícionálásuk ütközők segítségével, történik, általában pneumatikus működésűek, vezérlésük elektropneumatikus. Programozásuk többnyire a programhengeren történő beállítással valósul meg. Főleg munkadarabok, szerszámok mozgatására használják.

Univerzális robotok

Többnyire hidraulikus vagy villamos hajtásúak. Mágneses memóriájuk és mikroprocesszoros központi egységük van. Ponttól - pontig vezérléssel vagy pályavezérléssel működnek.

Alkalmazási területük elsősorban technológiai jellegű. pl.: hegesztés, felületkezelés, szerelőszalagok kiszolgálása

Mozgást végző robotok,Jellegzetes alkalmazási területük:,-fémforgácsoló szerszámgépek ,iszolgálása

-munkadarabok átrakása, átfordítása,-kovácsolóműhelyek kiszolgálása,-anyagmozgatás-stb.

Technológiai műveleteket végző robotok,Jellegzetes alkalmazási területük:,festékszórás

-pont és vonalhegesztés,-öntvénytisztítás,-revételenítés,-sorjázás,-köszörülés,-szerelést végzése

Ellenőrző robotok,Termékek automatikus vizsgálatát, mérését, osztályzását végzik. Ellenőrzik a gyártástechnológiai folyamatot, mind pedig saját működésüket (En-teszt).

PARAMÉTEREK:

Koordináta rendszer,Ez határozza meg a főmozgások lehetséges irányait.,Ennek megfelelően van:

-derékszögű,-henger,-gömb,-többcsuklós koordinátarendszer,Az ipari robotok koordináta rendszerei:

a)      derékszögű, b) henger, c) gömb, d) többcsuklós,T = tengely irányú, R = forgó (rotációs) elmozdulási lehetőségek jelölése.DERÉKSZÖGŰ: három egyirányú, mozgást végez,hENGER: két egyirányú, és egy forgómozgást végez

GÖMB: egy egyenes vonalú, és két

forgómozgást végez

TÖBBC S U KLÓ S: háromirányú forgómozgást végez (“humanoid” vagy más néven

„antropomorf” robotok)

Szabadsági fokok:

A mozgások lehetséges mozgásirányainak a száma. Az előbb felsorolt alaptípusoknál ez a szám 3, de ez több koordinátarendszer kombinációjával növelhető. (pl: henger, és gömb kombinációval a főmozgás lehet 4 szabadságfokú)

Terhelhetőség

Néhány tized „N” nagyságrendtől (mikro-robot) több ezer „N” nagyságrendig változtatható. Ezt rendszerint 2 adattal jellemzik:

-legnagyobb sebességű mozgáshoz tartozó terhelhetőség

-redukált (rendszerint 50%-os) sebséghez tartozó terhelhetőség

Ismétlési pontosság

Főleg a pontvezérlésű robotok jellemző statikus adata. Pályavezérlésű robotoknál ennek megfelelője a pályakövetési pontosság.

Dinamikus pontosság

A mozgásközben megtűrt eltérések értéke. (lengések mérete, stb.)

Műveleti sebesség

Az egyenes vonalú mozgás legnagyobb sebességével és a forgómozgások maximális szögsebességével jellemezhető. A robot termelékenységére jellemző adat.

A robotok üzeme szempontjából döntő a hajtások, a vezérlés, és az érzékelés megoldásának módja.

Hajtások

Lehetnek:

-pneumatikus

-hidraulikus

-villamos:

-léptetőmotoros

-egyenáramú, szervomotoros hajtások

Általában a rendszer minden egyes szabadságfokához külön-külön hajtást alkalmaznak.

Vezérlés

-pontvezérlés

-szakaszvezérlés (kötött útvonalú robot)

-pályavezérlés (útvezérlésű robot)

Pályavezérlés esetében a robotkar végpontja térben tetszőleges alakú, de meghatározott pályán mozog. A robot karja az előírt pályát elemi útszakaszok sorozatával közelíti meg. Megfelelő függvénykapcsolat van a különböző mozgásirányokban megtelt elmozdulások között.

A pályavezérlés programozható:

-betanítással

Közvetlenül a robotot, vagy nehezebben mozgatható típusok esetén ennek szimulátorát az ún. programozókat a kezelő végigvezeti a kívánt pályán Eközben a robotot karrendszer útmérő érzékelőinek jelzései alapján a bejárt pálya jellemző adatai (koordinátái) beíródnak a vezérlőegység memóriájába.

-megfelelő koordináták programozásával

Az egyes pályaszakaszokat (útszakaszokat) meghatározó pontok koordinátáinak programozásával, és - az ezen pontok közé eső pályaszakasz pontjainak interpolációval - történő meghatározásával történik.

A szakaszvezérlésnél, - amely átmenet a pont és pályavezérlés között - a mozgás mindig csak egy koordináta tengely irányában történik egyidejűen és nincs összefüggés a különböző tengelyirányokban megtelt elemi elmozdulások között.

Érzékelés

Egyszerűbb típusoknál általában csak helyzetérzékelőket alkalmaznak Digitális helyzetértékelésnél (útmérés) megkülönböztetünk:

-abszolút helyzetérzékelést

-növekményes (relatív) helyzetérzékelést

Abszolút: bármely pozícióban a karok helyzetének tényleges értékét jelzi.

Növekményes: az elemi utaknak megfelelő villamos impulzusokat egy-egy számláló méri.

Szabadságfokonként külön-külön mérik a karok helyzetét. Ebben az esetben a karok helyzetének abszolút értékét az összes növekmény eredője határozza meg.

Természetesen a korszerű robotoknál a helyzetérzékelésen túl még más érzékelőket is használnak, így pl.: erő ill. nyomaték, hőmérséklet, vizuális, akusztikus ill. többfunkciós érzékelőket.

Megfogó szerkezetek

Többnyire egyedi tervezésűek Azonos helyzetben álló tárgyak megfogásakor elegendő a robot pontosan ismétlődő mozgásciklusainak megvalósítása.

Alkalmazott főbb típusok

    Két, vagy több (merev, vagy rugalmas) ujjas megfogó szerkezetek.

    Vákuumos megfogók.

    Mágneses megfogók.

    Expandáló megfogók.

    Rugalmas megfogók. A beállási pontatlanság bizonyos fokú korrekcióját teszi lehetővé.

6. Beépített érzékelős megfogó szerkezetek. A robot mozgási lehetőségeinek megfelelő elemi korrekciós mozgásokat váltanak ki az adott pontosságú beállítás eléréséig. Így bizonyos alkalmazkodóképességgel biztosítanak.

7. Adaptív megfogó szerkezetek: A rendezetlen pozíciókban levő azonos tárgyak megfogásához, álló tárgyaknál a megfogó szerkezet megfelelő tájolását biztosítja. Mozgásban levő tárgyaknál a robotkar mozgását szinkronizálja a tárgy mozgásához.

          8, Magas intelligencia szintű megfogó szerkezetek:

Ha különböző tárgyakat kell a robotnak előírt sorrendben felvenni, akkor a robot alakfelismerő képességét is biztosítani kell. Ez megfelelő kapacitású számítógéppel biztosítható.

Robotok minősítése, vizsgálata

A robotok minőségi jellemzőinek meghatározására a legfontosabb vizsgálatok:

-mozgási tartomány ellenőrzése

-statikus pontosság, ismétlési ill. pályakövetési pontosság

-dinamikus pontosság

-sebesség, lépésidő, gyorsulások ellenőrzése

-erőhatások mérése (mozgató, szorító stb.)

-terhelhetőség ellenőrzése

-hajtások teljesítmény felvételének mérése

-robot működési zajszintjének mérése

-hőmérsékletváltozástól függő pozícionálási hiba

-vezérlés, programozás ellenőrzése.

-karbantartási igény meghatározása

 -biztonsági munkavédelmi előírások szerinti minősítés stb.

Robotmanipulátor felépítése

Fő részei:

-állványszerkezet

-karok

-forgó és egyenes vonalú mozgást létesítő egységek(hajtások)

-megfogó szerkezet

-vezérlés és útmérő rendszer

-szenzorok

Állványszerkezet:

A robot karrendszerét hordozó, annak forgását biztosító egység

Lehet:

-helyben maradó

-mozgó

Karrendszer:

            a megfogó szerkezet mozgatása, vezetése a munkatéren belül.

Hajtások:

            a robot egyes egységei-izületei mozgatását teszik lehetővé.

            A hajtás lehet:

                        -zárt hatásláncú

                        -nyitott hatásláncú

            Zárt hatásláncú: (szervo hajtás) gyakorlatilag korlátlan számú pályaponton történő

            megállást, áthaladást végre tud hajtani. (pályavezérlés) Az elmozdulás mérésére   különféle útmérő rendszerekkel jeladókat alkalmaznak.

            Nyitott hatásláncú: visszajelzésen alapuló szabályozás nem lehetséges.

            Megfogó szerkezet:

            A mozgatandó tárggyal közvetlen kapcsolatban van. Azt megfogja ‚biztosan tartja,         előírt helyzetbe hozza, majd leteszi.

Szenzorok:

 -A manipulátor belső állapotának érzékelése (helyzet, sebesség, erő, nyomaték stb.)

-A tárgy és környezete állapotának érzékelése

-Fizikai mennyiségek mérése

-Tárgyak felismerése és helyzet-meghatározása

- Környezetanalízis

Felépítési elvek.

A háromdimenziós térben egy merev test helyzetét helyvektorával, és irányával határozhatjuk meg. Ha a test teljesen szabadon mozog ‚akkor 6 szabadságfoka van és legfeljebb 3 forgással és 3 egyenes vonalú haladó mozgással hozható új helyzetbe.

Robot kinematikai alapstruktúrái

A robot típusát és tulajdonságait a tengelykombinációk jelentős mértékben meghatározzák. Kinematikai struktúrának nevezzük, hogy milyen elmozdulásokat tud végezni a robot. Erre a szabadságfokok adnak útmutatást. A kinematikai felépítést illetően a szabadságfokok számának növelésével a lehetséges struktúrák száma is nő.

Munkatér:

A mozgás leírásánál célszerű az effektor, ill. annak programozott ponthelyzetéből kiindulni.

Effektor minden olyan szerkezet a robot manipulátor kinematikai láncának végén, amelyen keresztül a robot, és a tárgy kölcsönhatása létrejön. (ilyen p1: a megfogók) A koordináta rendszerből adódik a munkatér. Pl.: hengeres munkatér, a henger koordináta rendszerből. Gömb munkatér stb.

Robot manipulátorok hajtásai

Lehet: pneumatikus hajtás, hidraulikus hajtás, elektromos hajtás, vagy vegyes hajtás

Hajtásláncok

A robot mozgató mechanizmusában a motor és a hajtott elem között általában valamilyen közvetítő gépészeti egység - a hajtáslánc - van. Ide sorolunk minden olyan szerkezetet, amely a forgó, és halandó motorok, és a forgó, és halandó hajtott elemek között van.

A hajtásláncra az alábbi okok miatt van szükség:

- illeszteni kell a motor fordulatszámát (sebességét) és nyomatékát (erőt) a hajtott elem követelményeihez, tehát megfelelő áttételt kell létrehozni.

- a hajtáslánc a forgó mozgásból halandó mozgást hoz létre és fordítva

- a hajtáslánc segítségével el lehet távolítani a motort a robot megfogó szerkezete közeléből,

(a hajtáslánc kisebb helyet foglal el,) általában a karba szokták beépíteni.

A hajtáslánc tehát összetett feladatot valósít meg.

Követelmények a hajtáslánccal szemben

- előírt kinematikai kapcsolatot valósítson meg. (hajtásegyenletesség, holtjáték-mentesség.)

- előírt teherbírása legyen, (a szilárdsági méretezést nehezíti az igénybevétel bonyolultsága.)

- kis anyagfelhasználásra, kis tömegű szerkezetre kell törekedni

- legyen merev

- jó hatásfokú legyen

A követelmények együttes teljesítése nehéz, ezért csak az optimálisra törekedhetünk.

Hajtásláncok osztályozása:

Mozgás átalakítás jellege alapján:

- halandó mozgást - halandó mozgássá alakít

- halandó mozgást - forgó mozgássá alakít

- forgó mozgást - halandó mozgássá alakít

- forgó mozgást - forgó mozgássá alakít

A felsorolt hajtásláncokat általában egymással összekapcsolva használják.

Robotprogramozás

Igen sokfajta robotprogramozási mód ismert., ezek két nagy csoportba oszthatók:

- ON-LINE

- 0FF - LINE rendszerre

Az ON - LINE programozás során magát a robotot programozzák.

A rendszer előnye, hogy a programozó számításba tudja venni a munkaterületen elhelyezkedő tárgyakat, és azonnal ellenőrizni tudja a működést.

Hátránya: a programozás idejére a robotot le kell állítani. (Ez különösen ipari szempontból hátrányos, mert a programozás ideje alatt a robot nem termel)

A programozás sokféle módon megvalósítható:

1. Kézi programozás leginkább kötött útvonalú robotokra jellemző A programozás az elektromos, mechanikus, illetve pneumatikus ‘memóriák’ beállításával történik.

A legegyszerűbb manuálisan programozható rendszer a forgódobos vezérlő.

A dobra adott távolságonként bütyköket erősítenek. A dob forgása során a bütykök kapcsolókat zárnak, amelyek aktivizálják a motorokat, és ezzel előidézik a robot mozgását. Ha ezeket a bütyköket (peckeket) elhelyeztük, és a dobot elindítottuk, már nincs mód a mozgások megváltoztatására.

A másik kézi vezérlő a pneumatikus vezérlő

A pneumatikus logikai elemeket a számítógép logikai áramköreihez hasonlóan lehet egymás után kapcsolni. A pneumatikus logikai szelepeket kézzel lehet programozni, méghozzá az egyes csövek megfelelő helyre történő csatlakoztatásával.

Hátránya, hogy igen bonyolult, és nehézkes az összeszerelés, valamint, hogy néhány szelep után a levegőt újra kell sűríteni.

2. Átvezető programozás (tanítás mozgatható kezelőpulttal) Ennek lényege, hogy a robotot a kezelő a vezérlőkonzol, vagy kézi vezérlőkészülék segítségével tanítja meg a szükséges mozgásokra. A tanítás során a kezelő lépésenként halad, és az egyes lépéseket külön - külön beírja a robot memóriájába.

A vezérlőkonzol a robotra, vagy mellé rögzített kezelőpult. A kézi vezérlőkészülék egy kisméretű, hordozható billentyűzet. Ez a programozási mód főleg a pontvezérlésű robotoknál használatos.

3. „Átsétáló” programozás (tanítás, kézen fogva)

A programozó kézzel végigvezeti a robot-manipulátort az elvégezendő feladat útvonalán. A mozgás paramétereit ennek során a robot vezérlőegysége önállóan rögzíti. Ehhez szükséges, hogy a programozó járatos tegyen az adott feladat elvégzésében. Ez a programozási mód útvezérlésű robotoknál alkalmazható és igen bonyolult működések is elérhetők. Igen nagy memóriakapacitásra van szükség az útvonal paramétereinek rögzítéséhez.

0FF - LINE rendszerű programozás

Ennek során a programozó egy számítógép terminálján - a robottól függetlenül - fejleszti ki a működést irányító programot. Ezt a programot a programozó helyett számítógépes alkatrész, -vagy gyártástervező - CAD-CAM - rendszerek is előállíthatják. Az elkészült programot rögzítik a robot memóriájában.

Előnye: a programozás illetve programfejlesztés alatt a robotot nem kell lekapcsolni.

Hátránya: igen nehéz feladat ilyen programot írni, ha a működési területen sok tiltott zóna van.

Első generációs robotok

Kötött program szerint működnek, pontvezérlésűek. E típusoknál a környezetből érkező jelek nem befolyásolják a robot mozgásprogramját.

Ezeknél az u.n. ‘vak ‘ robotoknál pl.: anyagmozgatás esetén külön gondoskodni kell a felveendő tárgy megfelelő pontosságú tájolásáról.

Második generációs robotok

Ezek már érzékelőkkel vannak ellátva, és az ezekből kapott jelek befolyásolják a mozgást. (Általában helyzet, erő, nyomaték, hőmérséklet, stb. érzékelőket alkalmaznak)

Az érzékelők által szolgáltatott jelek alapján az információk gyors feldolgozására képes - többnyire mikroprocesszros - vezérlőegység a mindenkori helyzet figyelembevételével célorientált utasításokat ad a végrehajtó szervek részére.

Ezek a robotok már alkalmazkodni képesek a környezetükben történő bizonyos változásokhoz. Vezérlésük pont, vagy pályavezérlés.

Harmadik generációs robotok

Komplex feladatok elvégzése (pl.: automatizált szerelés ellenőrzése stb.) alkalmasak. E robotok érzékelőikkel környezetükből sokféle, és információt gyűjtenek, ill. dolgoznak fel, amelyek segítségével önálló döntésekre, bonyolult folyamatokban való részvételre is alkalmasak.

Alak és helyzetfelismerő képességük, mesterséges intelligenciájuk magas fokú. Az egyes robotgenerációk között természetesen nem lehet éles határt vonni. Napjainkban is egyre többféle új robot-modell jelenik meg.