4 (57 _ 68 str) robotika - podsistemi
TRANSCRIPT
JU UNIVERZITET MAŠINSKI FAKULTET
U TUZLI TUZLA
AUTOMATIKA I ROBOTIKA
IZVOD IZ PREDAVANJA
Dr.sc. Šarić Bahrudin, docent
Dr.sc. Šarić Bahrudin Autorizovana predavanja
1
JU UNIVERZITET MAŠINSKI FAKULTET
U TUZLI TUZLA
Klasifikacija robota
Dr.sc. Šarić Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 57.
• Prema pogonu:
- električni (DC motori),
- pneumatski (kompresori i pneumatski cilindri, eksperimentalna faza razvoja),
- hidraulički (hidraulički motori, hidrauličke pumpe, hidraulički cilindri),
- SMA eng. Shape memory alloy (među molekularne sile) itd.
Roboti se mogu podijeliti:
Slika 3.1 Pogoni mobilnih robota a) električni, b) pneumatski, c) hidraulički, d) SMA
1
JU UNIVERZITET MAŠINSKI FAKULTET
U TUZLI TUZLA
Dr.sc. Šarić Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 58.
•Prema okolini u kojoj rade:
- kopneni ,
- vodeni,
- svemirski i
- zračni
Slika 3.2 Okoline rada mobilnih robota: a) kopneni, b) vodeni, c) svemirski i d) zračni
1
JU UNIVERZITET MAŠINSKI FAKULTET
U TUZLI TUZLA
Dr.sc. Šarić Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 59.
• Prema načinu kretanja:
- roboti na točkovima (dva,tri ili više točkova),
- nogama,
- krilima (robot insekti eksperimentalno područje robotike),
- perajama (imitacija kretanja riba).
Slika 3.3 Načini kretanja mobilnih robota a) točkovima, b) krilima, c) perajama i d) nogama
1
JU UNIVERZITET MAŠINSKI FAKULTET
U TUZLI TUZLA
Dr.sc. Šarić Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 60.
• Prema namjeni:
- autonomna vozila,
- edukacijski,
- vojni
- istraživački,
- uslužni,
Slika 3.4 Primjeri namjene mobilnih robota
a) AGV, b) edukacijski, c) vojni, d) istraživački, e) uslužni
• Prema načinu upravljanja: Autonomni i Teleoperacijski
1
JU UNIVERZITET MAŠINSKI FAKULTET
U TUZLI TUZLA
Dr.sc. Šarić Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 61.
Generalno, roboti se mogu podijeliti na industrijske i akademske robote, što su ujedno i
dva pravca razvoja robotike. Industrijski način razmišljanja i vođenja robota zasniva se
na skraćenici KISS (keep it simple, stupid).
Mnogi iz ove škole vjeruju da sistem vođenje zasnovana na praćenju neke fizičke
putanje radi veoma dobro i da nema potrebe da se rješavaju problemi navigacije
mobilnih robota pomoću naprednih sistema.
Praćenje putanje pomoću fizičke putanje je našlo veliku primjenu u industriji i postoji
nekoliko načina praćenja ili vođenja robota kao što su induktivno vođenje, optičko
vođenje, mehaničko vođenje itd.
Akademski princip vođenja robota zasniva se na ideji da se robot sam programira. Iako
su ljudi iz privrede protiv ovog principa jer istraživanja na ovom polju iziskuju značajna
sredstva, upravo akademski princip ima najviše značaja za razvoj robotike.
Veliki broj novina u polju robotike dolazi i iz industrije ali primat drže akademske
institucije. Akademski princip vođenja ima određen broj simpatizera među korisnicima i
u industriji. To su oni korisnici robota koji ne žele da razmišljaju kako da programiraju
robote. Takvi roboti imaju značajno veću cijenu od klasičnih robota sa fiksnom
putanjom.
1
JU UNIVERZITET MAŠINSKI FAKULTET
U TUZLI TUZLA
Dr.sc. Šarić Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 62.
Glavni podsistemi robota
Robot kao klasični predstavnik mehatroničkog proizvoda IV klase se sastoji iz istih
mehaničkih, električnih i informatičkih sistema kao i što se mehatronika sastoji od
spomenutih nauka. Ti podsistemi mogu se dalje klasificirati kao:
• Mehanički sistem:
- konstrukciju,
- pogon (hidraulički, pneumatski, SMA, SUS motori),
- mehanizam kretanja (višenožni, roboti na točkovima, vodeni, zračni).
• Elektronski sistem:
- energetsku elektroniku (akumulatori,tiristori, transformatori),
- upravljačku elektroniku (senzori, mikrokontroleri, PLC).
• Informatički sistem:
- upravljački sistem (upravljanje mehanizmom kretanja),
- senzorski sistem (prikupljane podataka),
- navigacioni sistem (GPS, virtualne mape).
U mehanički podsistem robota bi spadala konstrukcija koja ima zadatak da nosi ukupno
opterećenje, pogon zadužen za kretanje robota i pogon manipulatora ako ih ima, te
mehanizmi kretanja odnosno način kretanja robota kroz prostor.
1
JU UNIVERZITET MAŠINSKI FAKULTET
U TUZLI TUZLA
Dr.sc. Šarić Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 63.
U elektronski podsistem robota se ubraja sva energetska elektronika, zadužena za
prenos i pretvorbu električne energije, i sva upravljačka elektronika zadužena za
prikupljanje informacija o okolini kao i informacija o samom robotu.
U informacijski podsistem bi spadao sistem za prikupljanje podataka sa senzora,
upravljanje radom robota, kao i navigaciono sistem zadužen za interakciju robota sa
okolinom.Na slici 3.5 predstavljen je udio pojedinih
podsistema kod jednog robota. Sa slike se
vidi da udio mašinstva zauzima oko 31 %
cjelokupnog sistema mobilnog robota, ne
treba zaboravit da su roboti namijenjeni za
fizički rad pa i ne čudi toliko udio mašinstva
u robotskom sistemima.
Slika 3.5 Udio pojedinih sistema kod robota
Poslije mašinstva najveći udio uzima
elektronika sa 29 % posto.
Informatičke nauke zauzimaju procent od
19% i zadužene su za upravljanje sa
mehaničkim i elektroničkim komponentama.
Informatičke sisteme možemo poistovjetiti sa
procesima razmišljanja, zaključivanja,
upravljanja itd. koji se odvijaju u ljudskom
mozgu.
1
JU UNIVERZITET MAŠINSKI FAKULTET
U TUZLI TUZLA
Dr.sc. Šarić Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 64.
Na slici 3.6 predstavljen je dijagram koji pokazuje udio pojedinih poslova kod izgradnje
jednog robota.
Prvi korak jeste selekcija komponenti i
dizajn mehaničke konstrukcije i dizajn
softvera sa 35 % udjela u cijelom procesu.
Slika 3.6 Udio pojedinih vrsta poslova
pri izgradnji robota
Poslije odabira ide proizvodnja ili
sklapanje, odnosno montaža komponenti
sa 25% posto udjela.
Zadnji korak i najteži predstavlja faza
testiranja i otklanjana grešaka sa 40%
posto udjela.
Zadnja faza je ujedno i najteža faza jer
mnogo puta matematički model i
proračuni nisu tačni da bi mogli
vjerodostojno opisat ponašanje stvarnog
modela.
1
JU UNIVERZITET MAŠINSKI FAKULTET
U TUZLI TUZLA
Dr.sc. Šarić Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 65.
Na slici 3.7 je predstavljan
prošireni dijagram pod-
sistema robota. Sa dijagrama
je sasvim jasno da robotika
kao i mehatronika predstavlja
sinergiju znanja i da zahtjeva
multidisciplinarne timove,
odnosno multidisciplinarna
znanja iz nauka koje se
prepliću sa robotikom.
Slika 3.7 Mehatronički podsistemi mobilnog robota
Mehanička konstrukcija kod
mobilnih robota predstavlja
nosivi dio mobilnog robota,
odnosno oslonac za terete
koje mobilni robot prenosi,
također je zadužena da
zaštiti elektronske
komponente od mogućih
oštećenje. Mehanička
konstrukcija također diktira
dizajn mobilnog robota.
1
JU UNIVERZITET MAŠINSKI FAKULTET
U TUZLI TUZLA
Dr.sc. Šarić Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 66.
Aktuatori predstavljaju izvršne i pogonske organe robota. Aktuatori robota zavise od
namjene robota, te oni mogu biti električni, hidraulički, pneumatski, mehanički itd.
Električne aktuatore robota srećemo kod pogona pojedinih članova manipulatora na
robotima, također ako su roboti namijenjeni za rad u zatvorenom prostoru obavezno se
primjenjuje električni pogon.
Hidraulički i pneumatski aktuatori se susreću kod robota koji su namijenjeni za
prevoženje, podizanje i spuštanje tereta veće mase, npr AGV viljuškari.
Mehanički aktuatori kao što su SUS motori, opruge itd. češće se nalaze kod robota
namijenjenih za prevoženje teških tereta npr. kao što su projektili aviona, posebno
bombardera koji se danas obavezno pune pomoću robota jer rakete mogu težiti i do
jednu tonu.
Senzori robota predstavljaju njegovu vezu sa okolinom odnosno oči i uši robota, mogu
se jednostavno podijelit na unutrašnje i vanjske.
Unutrašnji senzori su namijenjeni za praćenje stanja robota, temperatura, položaj
aktuatora, stanje baterija itd.
Dok su vanjski senzori zaduženi za interakciju sa okolinom, određivanje položaja
mobilnog robota u prostoru itd.
Senzorika se uveliko razvila tokom prošlog stoljeća i veoma je zaslužna za napredak
robotike a i drugih nauka.
1
JU UNIVERZITET MAŠINSKI FAKULTET
U TUZLI TUZLA
Dr.sc. Šarić Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 67.
Računarska arhitektura je zadužena za upravljanje pojedinim elektronskim
komponentama odnosno svim akcijama robota. Računarska arhitektura daje u
kombinaciji sa inteligentnim sistemima svojstva inteligencije robotima i na taj način
povećava autonomnost robota.
Inteligentni sistemi bazirani na radu ljudskog mozga nastoje da osposobe robotske
sisteme sa atributima inteligencije kao što su: rasuđivanje, učenje, adaptivnost,
koordinacija, intuicija, kreativnost, samo organizacija itd.
Za dodavanje svojstava inteligencije robotima koristi se više alata kao što su: teorija
vjerojatnoće, jedno hipotezno uvjerenje, više hipoteznih uvjerenja, Markova
lokalizacija, Kelmanov filter, fuzzy logika itd.
Najčešći primjeri inteligentih sistema u robotici očituju se u primjeni fuzzy logike koja
proširuje izbor akcija robota sa standardnog 1 i 0 na cijeli spektar između 1 i 0.
Podsistem komunikacija čovjek-mašina ili HMI (eng. Human Machine interface)
zadužen je za pojednostavljene komunikacije između čovjeka i mašine. HMI
omogućava operatoru direktno ili preko host računara da vrši izmjene naredbi robota,
čime se značajno povećava fleksibilnost robota.
1
JU UNIVERZITET MAŠINSKI FAKULTET
U TUZLI TUZLA
Dr.sc. Šarić Bahrudin Autorizovana predavanja Strana 68.
Navigacija robota predstavlja jedan od najvećih problema mobilne robotike. Navigacija
robota zadužena je za određivanje položaja robota u toku njegovog rada. Kako je već
spomenuto da postoje dva pravca razvoja robota (industrijski i akademski) tako postoje
i dva načina navigacije robota.
Industrijski princip navigacije zasniva se na navođenju robota bilo preko neke putanje
ili laserskih sistema.
Akademski princip navigacija daje aspekte inteligencije robotima i pušta ih da sami
odluče gdje se nalaze u prostoru.
Programski jezici striktno su vezani za arhitekturu računarskih sistema i HMI, i zaduženi
se za definisanje rada robota.
Energetska elektronika podrazumijeva sve elektronske komponente zadužene za
pretvorbu i prenos električne energije i u energetsku elektroniku spadaju transformatori,
ispravljači, pretvarači, tiristori, tranzistori, diode itd.
Upravljačkom elektronikom upravljamo programskim jezicima i računarskom
arhitekturom a ona radom robota. Pod upravljačkom elektronikom podrazumijevaju se
mikro procesori, PLC-ovi, kontroleri itd.