Minimalna konfiguracija industrijskih robotaDa 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; eng. end effector).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 1.

Slika 1. Minimalna konfiguracija i aka robota

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:

Gdje 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. su prikazane mogue kinematske strukture minimalnih konfiguracija robota.

Slika 2. Mogue kinematske strukture minimalnih konfiguracija robota za f=3. T translatorni zglob, R rotacioni zglob

Definicijom 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.[footnoteRef:2] [2: Robotika, Vlatko Doleek, Isak Karabegovi, Biha 2002.]

Osnovne konfiguracije industrijskih robotaU mehanici postoji oblast koja se zove teorija mehanizama i maina i ona se bavi opisivanjem mehanikih sistema meu koje, naravno, spadaju i roboti. Ona robota opisuje kao otvoreni ili zatvoreni lanac sastavljen od odreenog broja zglobova, od kojih svaki omoguava po jednu rotaciju ili translaciju. Veoma esto su kriterijumi koji se koriste za sortiranje bazirani na njihovim tehnikim karakteristikama i vae u potpunosti samo u odreenom vremenskom periodu. Ovdje je usvojena podjela koja se bazira na tipu mehanike strukture minimalne konfiguracije robota s obzirom da to predstavlja jednu od veoma vanih karakteristika, a koja je relativno nepromjenjiva tokom vremena. U daljem tekstu bie prikazane osnovne konfiguracije industrijskih robota.

Robot antropomorfne konfiguracijeKod veine robotskih konfiguracija, pa i kod ove, prvi stepen slobode (raunato od podloge) je rotacioni i osa prvog zgloba je vertikalna. Ovaj zglob obezbjeuje rotaciju kompletnog robota oko vertikalne ose. Ose drugog i treeg zgloba su meusobno paralelne, horizontalne i upravne na osu prvog zgloba.

Kretanjem drugog i treeg zgloba se obezbjeuje da se vrh minimalne konfiguracije pozicionira u proizvoljnu taku u vertikalnoj ravni koja sadri osu prvog zgloba. Skica kinematske strukture i fotografija robota antropomorfne konfiguracije su prikazane naslici 3.

Slika 3. Robot antropomorfne konfiguracije

Mehanika struktura robota antropomorfne konfiguracije podsjea na strukturu ruke ovjeka pa se stoga za drugi segment minimalne konfiguracije esto koristi naziv nadlaktica, a za trei podlaktica. Osnovna karakteristika robota antropomorfne konfiguracije je da moe da prijee iznad prepreke koja mu se nae na putu. Ako pogledamo kinematsku emu ove konfiguracije jasno je da se pokretanjem npr. treeg zgloba utie na intenzitet momenta oko ose drugog zgloba ak i u sluaju da se ovaj zglob ne pomjera. Ovaj uticaj se naziva sprezanje. Stoga se kae da, ukoliko kretanje jednog zgloba utie znaajno na pogonske momente (ili pogonske sile ukoliko su zglobovi translatorni) drugih zglobova, posmatrana konfiguracija ima znaajno sprezanje meu zglobovima. Roboti antropomorfne konfiguracije su karakteristini po tome to imaju veliko sprezanje meu zglobovima

Robot sferne (polarne) konfiguracijeI kod sferne konfiguracije osa prvog zgloba je usmjerena vertikalno navie dok je osa drugog horizontalna i upravna na osu prvog zgloba. Trei zglob je translatorni. Prema tome, kod sferne konfiguracije vrsta i raspored prva dva zgloba su istovjetni kao kod antropomorfne. Kinematska ema sferne konfiguracije je prikazana na slici 4.

Slika 4. Robot sferne konfiguracijeKao i ranije, drugi i trei zglob omoguavaju pozicioniranje vrha minimalne konfiguracije u bilo kojoj taki vertikalne ravni, dok se rotacijom vertikalne ravni oko ose prvog zgloba vrh robota moe pozicionirati bilo gdje u okviru radnog prostora. Ova konfiguracija je nazvana sfernom po obliku radnog prostora koji predstavlja dio sfere, a polarnom s obzirom da ugao rotacije drugog zgloba i izduenje treeg zgloba odgovaraju polarnim koordinatama. Treba primetiti da, poto je trei zglob translatoran, prilaz radnom mestu treba da bude bez prepreka obzirom da ih robot ove konfiguracije ne moe zaobii.

Robot cilindrine konfiguracijeMinimalna konfiguracija robota cilindrine konfiguracije ima jedan rotacioni i dva translatorna zgloba. I kod ove, kao i kod prethodnih konfiguracija, prvi segment predstavlja obrtni stub oko vertikalne ose pa je prvi zglob rotacioni i postavljen na isti nain kao i u prethodnim konfiguracijama. Drugi i trei zglob su translatorni (linearni). Osa drugog zgloba je vertikalna. To znai da se njegovim kretanjem vri podizanje odnosno sputanje kompletne strukture koja se nalazi dalje od zgloba, prema vrhu robota. Osa treeg zgloba je horizontalna tako da se njegovim pokretanjem vri primicanje odnosno odmicanje hvataljke u odnosu na vertikalni stub robota. Ova konfiguracija se naziva cilindrinom prema obliku radnog prostora koji predstavlja dio cilindra. Roboti ove konfiguracije imaju veoma malo sprezanje meu zglobovima.

Slika 5. Robot cilindrine konfiguracije

Robot scara konfiguracijeRoboti SCARA konfiguracije (engl. Selective Compliance Assembly Robot Arm), imaju dva rotaciona i jedan translatorni zglob. Dva meusobno paralelna rotaciona zgloba sa vertikalnim osama obrtanja su postavljeni na stubnu osnovu tako da se oba segmenta kreu u horizontalnoj ravni. Na kraju drugog segmenta se nalazi translatorni zglob ija je osa vertikalna to se vidi i na slici.

Slika 6. Robot scara konfiguracijeZglob hvataljke ima najee samo jedan stepen slobode i to obrtanje oko vertikalne ose. Prema tome, roboti SCARA konfiguracije uobiajeno imaju samo etiri stepena slobode. Kretanjem rotacionih zglobova se vri pozicioniranje translatornog zgloba u eljenu taku horizontalne ravni, a zatim se sputanjem translatornog zgloba dovodi hvataljka do eljenog poloaja u okviru radnog prostora. SCARA konfiguracija ima veoma malo sprezanje meu zglobovima s obzirom da gravitaciono optereenje u potpunosti prima sama mehanika struktura rotacionih zglobova. Roboti SCARA konfiguracije su prvi put realizovani u Japanu 1972. godine, i uglavnom su namijenjeni za realizaciju montanih zadataka. Odlikuju se velikom tanou pozicioniranja i brzinom rada, kao i relativno velikom nosivou. Najvei nedostatak SCARA robota potie od njegove konstrukcije - postavljen je visoko i zauzima veliki dio prostora iznad prostora u kome se obavljaju radni zadaci, tako da taj prostor mora da bude slobodan.

Robot Dekartove (pravougle) konfiguracije

Slika 7. Robot Dekartove konfiguracijeMinimalnu konfiguraciju kod ovih robota, kao to se vidi sa slike, ine tri translatorna zgloba ije su ose paralelne osama Dekartovog pravouglog koordinatnog sistema. Odatle potie i naziv ovakve konfiguracije (moe se sresti jo nekoliko naziva: pravougla, kartezijanska (engl. Cartesian) ili portalna (engl. gantry) konfiguracija ukoliko se robot postavi na postolje kojim se nadnosi nad radni prostor kojem pristupa odozgo). S obzirom na vrstu i raspored zglobova kod robota ove konfiguracije jasan je doprinos kretanja u svakom od zglobova kretanju hvataljke, ime je programiranje, pa ak i runo voenje znatno olakano. Radni prostor predstavlja paralelopiped ije dimenzije zavise od obima kretanja svakog zgloba. Roboti ove konfiguracije imaju veoma malo sprezanje meu zglobovima. Radi smanjenja zauzetog prostora u pogonu roboti ovakve konfiguracije se veoma esto postavljaju na postolje kojim se izdiu iznad radne maine (portalni ili gantry robot). Naravno, u ovakvim sluajevima pristup radnom prostoru radne maine mora biti slobodan odozgo. Dimenzije postolja mogu biti takve da robot moe da opsluuje i po nekoliko maina.Paralelni robotiSve dosada opisane konfiguracije su imale osnovnu formu kinematskog lanca, a samo su se razlikovale vrsta i dispozicija zglobova. Paralelni roboti se u tom smislu konstukciono sutinski razlikuju. Oni predstavljaju dvije platforme (u nominalnom poloaju ove platforme su paralelne) koje su povezane segmentima promjenjive duine. Jedna platforma se smatra bazom ili osnovom (gornja platforma), a druga je radna ijim poloajem i orijentacijom se upravlja i na njoj se nalazi hvataljka. Promenom rastojanja izmeu odgovarajuih zglobova na baznoj i radnoj platformi mijenja se poloaj i orijentacija radne platforme na koju se postavlja hvataljka ili alat koji robot nosi. Slika 8. Paralelni robotPromjena rastojanja izmeu zglobova na baznoj i radnoj platformi se moe realizovati ili segmentima promjenjive duine (teleskopski segmenti sa translatornim zglobovima) ili kao dvosegmentnim elementima sa rotacionim zglobovima kao to je prikazano na slici. Roboti ove konfiguracije se odlikuju izuzetnom agilnou (brzinom kretanja pri prelasku iz jednog poloaja u drugi), velikom krutou dranja poloaja i relativno malom masom u odnosu na nosivost obzirom da svaki segment (ruka) nosi samo jednu treinu optereenja za razliku od robota tipa kinematskog lanca gdje svaki segmenttrpi cjelokupno optereenje.[footnoteRef:3] [3: Tekst preuzet iz knjige predmeta: Industrijska robotika, studijskog programa Mehatronika, Fakultet tehnikih nauka Novi Sad]

7