COLEGIUL TEHNIC “MIHAIL STURDZA”-Iasi

PROIECT

pentru examenul de certificare a competentelor profesionale-NIVELUL 4-

Calificare profesionala: Tehnician mecatronist

Indrumator: ing. Cozmescu Bogdan

Candidat: Aftanase Ionut Florin

Sesiunea Iunie 2015

TEMA PROIECTULUI

ROBOTI SI ROBOTICA

CUPRINS

1. Argument ……………………………………………………….pag. 3 2. Istorie …………………………………………………………..pag. 5 3. Ce este robotul ………………………………………………….pag.5 4. Tipuri de roboti ……………………………………………........pag. 6-8 5. Terminologie …………………………………………………………………………….pag.8 I. Structura robotului 1.1 Sistemul unui robot …………………………………………pag.9 1.2 Sistemul mecanic al robotului ………………………………..pag.10-11 1.3 Constructia modulara a robotului…………………………….pag.13-14 6. Tehnica de baza ………………………………………………..pag.14 7.Clasificarea robotilor…………………………………………….pag14

ARGUMENT

Primele cercetari in domeniul roboticii au fost initiate la inceputul anilor '60. Dupa un avant substantial al aplicatiilor roboticii in domeniul industrial, cu precadere in industria automobilelor, la inceputul anilor '90 s-au conturat multiple aplicatii in domeniile neindustriale (nemanufacturiere). Asupra acestor aplicatii dorim sa atragem atentia, cu atat mai mult cu cat s-a estimat ca robotica urmeaza sa joace un rol insemnat in restructurarea civilizatiei mileniului trei.Aceasta afirmatie poate fi usor sustinuta cu cateva date statistice continute in ultimul raport (pe 2001) al IFR (International Federation of Robotics).Astfel, in anul 2000 s-au pus in functiune 98700 unitati de roboti, numarul total ajungand la 749800 de unitati, iar valoarea totala a pietei corespunzatoare acestui domeniu a fost estimata la 5,7 mld. de dolari SUA. Statisticile privind tipurile de roboti arata sugestiv cresteri importante ale numarului robotilor care raspund unor aplicatii neindustriale. Daca in cursul anului 2000 numarul unitatilor instalate a ajuns la 112500, la sfarsitul anului 2004 se estimeaza ca numarul acestora va ajunge la aproape 625000.Aceasta dezvoltare, chiar spectaculoasa, in directia aplicatiilor neindustriale justifica trecerea in revista in randurile de mai jos a principalelor subdomenii in care robotii nemanufacturieri sau robotii de serviciu isi pot gasi aplicabilitate.Aceste domenii sunt constructiile, reabilitarea bolnavilor, comert, transport si circulatia marfurilor, administratia locala, protectia mediului inconjurator si agricultura; supraveghere, inspectie, protectia de radiatii si interventii in caz de catastrofe; hoteluri si restaurante; in medicina, gospodarie, hobby si petrecerea timpului liber. Pentru a sugera aplicatii concrete in aceste subdomenii, aplicatii abordabile in colective interdisciplinare de ingineri, sunt precizate mai departe directiile care pot fi avute in vedere. In medicina: sisteme robotizate pentru diagnoza prin ecografie, sisteme robotizate pentru interventii neurochirurgicale; telemanipulatoare pentru chirurgie laporoscopica; vehicule ghidate automat pentru transportul bolnavilor imobilizati la pat; vehicule ghidate automat pentru transportul medicamentelor, alimentelor, bauturilor si lenjeriei de schimb; vehicule ghidate automat pentru activitati de

curatenie si dezinsectie in spitale; sisteme robotizate pentru pregatirea prin simulare, inainte de operatie, a unor interventii chirurgicale etc.Pentru reabilitare se pot identifica urmatoarele aplicatii: scaun cu rotile pliant, imbarcabil in autoturisme; manipulator pentru deservirea persoanelor paralizate, vehicul pentru conducerea nevazatorilor etc. In constructii: vehicul ghidat automat pentru asfaltarea soselelor, sistem robotizat pentru stropirea betonului in constructia tunelurilor; robot mobil pentru cofraje glisante; excavatoare autonome, sistem robotizat pentru compactarea si nivelarea suprafetelor turnate din beton; sistem robotizat pentru inspectarea fatadelor cladirilor; sistem robotizat pentru montarea/demontarea schelelor metalice etc. In administratia locala: vehicul autonom pentru curatirea zapezii de pe autostrazi; vehicul autonom pentru mentinerea curateniei pe strazi; sistem robotizat pentru inspectia si intretinerea automata a canalelor etc.Pentru protejarea mediului inconjurator: sistem robotizat de sortare a gunoiului in vederea reciclarii, sistem automat de inspectare, curatare si reconditionare a cosurilor de fum inalte; platforme autonome mobile pentru decontaminarea persoanelor, cladirilor strazilor; vehicul ghidat automat pentru decontaminarea solului etc. In agricultura, dintre aplicatiile posibile amintim: sistem robotizat de plantare a rasadurilor; sistem robotizat de culegere a fructelor; sistem robotizat de culegere a florilor; sistem robotizat de tundere a oilor etc.In comert, transporturi, circulatie: vehicule ghidate automat pentru intretinerea curateniei pe suprafete mari (peroane de gari, autogari si aerogari); sistem robotizat de curatire automata a fuselajului si aripilor avioanelor; sistem automatizat de alimentare cu combustibil a autovehiculelor etc. Hotelurile si restaurantele pot fi prevazute cu: sisteme robotizate pentru pregatirea automata a salilor de restaurant, de conferinte; sistem de manipulare automata a veselei; minibar mobil pentru transportul bauturilor, ziarelor etc.Pentru siguranta si paza: robot mobil de paza pe timpul noptii in muzee; robot mobil pentru paza cladirilor si santierelor; vehicul autonom pentru stingerea incendiilor; robot mobil pentru detectarea si dezamorsarea minelor; sistem robotizat pentru interventii in spatii periculoase etc. In gospodarie, pentru hobby si petrecerea timpului liber se pot identifica urmatoarele aplicatii: robot de supraveghere copii pentru diverse intervale de varsta; robot de gestionare si supraveghere generala a locuintei, robot mobil pentru pentru tunderea automata a gazonului; instalatie robotizata pentru curatirea barcilor de agrement si sport etc.Aspectele prezentate vin sa sprijine intentiile de a demara activitati in domeniul roboticii, unele din acestea putand deveni chiar activitati de succes, care pot constitui adevarate provocari pentru specialistii in robotica sau in domeniile apropiate.

Aceste ultime precizari au o semnificatie aparte pentru zona Brasovului, unde exista un numar important de ingineri roboticieni, care au absolvit specializarea de Roboti industriali (ing. zi) si/sau specializarea de Robotica de la Studii aprofundate, ambele din cadrul Facultatii de Inginerie Tehnologica a Universitatii “Transilvania”.

Istorie

Bazele roboților de azi stau mult mai departe. Primele modele de mașini pot fi mai degrabă numite automate (provenind din grecescul automatos, care se mișcă singur). Acestea nu puteau executa decât câte un singur obiectiv, fiind constrânse de construcție. Matematicianul grec Archytas a construit, conform unor relatări, unul dintre aceste prime automate: un porumbel propulsat cu vapori, care putea zbura singur. Acest porumbel cavernos din lemn era umplut cu aer sub presiune. Acesta avea un ventil care permitea deschiderea și închiderea printr-o contragreutate. Au urmat multe modele dealungul secolelor. Unele înlesneau munca iar altele deserveau la amuzamentul oamenilor. Cu descoperirea ceasului mecanic din secolul XIV s-a deschis calea unor posibilități noi și complexe. Nu mult după aceea au apărut primele mașini, care semănau îndepărtat cu roboții de azi. Posibil era însă numai ca mișcările să urmeze una după alta, fără să fie nevoie de intervenția manuală în acel sistem. Dezvoltarea electrotehnicii din secolul XX a adus cu sine și o dezvoltare a roboticii. Printre primii roboți mobili se numără sistemul Elmer și Elsie construit de William Grey Walter în anul 1948. Aceste triciclete se puteau îndrepta spre o sursă de lumină și puteau să recunoască coliziuni în împrejurimi. Anul 1956 este considerat ca anul nașterii a robotului industrial. George Devol a depus candidatura în acest an în SUA pentru un patent pentru "transferul programat de articole". Câțiva ani după aceea a construit împreună cu Joseph Engelberger UNIMATE. Acest robot de cca. două tone a fost mai întâi introdus în montarea de iconoscoape pentru televizoare, găsindu-și apoi drumul în industria automobilă. Programele pentru acest robot au fost salvate sub formă de comenzi direcționate pentru motoare pe un cilindru magnetic. Din acest moment se introduc roboți industriali ca UNIMATE în multe domenii ale producției fiind permanent dezvoltați mai departe pentru a putea face față cererilor complexe care li se impun.

Definitia robotului (Ce este robotul)Un robot este este un operator mecanic sau virtual, artificial. Robotul este un sistem compus din mai multe elemente: mecanică, senzori și actuatori precum și un mecanism de direcționare. Mecanica stabilește înfățișarea robotului și

mișcările posibile pe timp de funcționare. Senzorii și actorii sunt întrebuințați la interacția cu mediul sistemului. Mecanismul de direcționare are grijă ca robotul să-și îndeplinească obiectivul cu succes, evaluând de exemplu informațiile senzorilor. Acest mecanism reglează motoarele și planifică mișcările care trebuiesc efectuate.Tot „robot”, prescurtat „bot”, pot fi numite programe (software) de calculator care îndeplinesc automat anumite funcții sau operațiuni. Astfel de roboți sunt virtuali, și nu mecanici.

Tipuri de robotiTermenul de robot descrie un domeniu destul de vast, cauză din care roboții sunt sortați în multe categorii. Iată câteva din acestea:-Robot autonom mobil este un robot de care efectuează comportamente sau sarcini, cu un grad ridicat de autonomie , care este deosebit de dorit în domenii cum ar fi explorarea spațiului , curățarea pardoselilor, peluze cosit, tratarea apelor uzate și bunuri livrarea și servicii. Unele moderne roboți fabrică sunt "autonome" în limitele stricte ale mediului lor directă.Ea nu poate fi ca fiecare grad de libertate există în mediul înconjurător, dar locul de muncă robot fabrică este o provocare și poate conține adesea variabile haotice, neprevazute.Exact Orientarea și poziția următoare obiectului de muncă și (în fabrici mai avansate), chiar tipul de obiect și sarcina necesară trebuie să fie determinată.Acest lucru poate varia imprevizibil (cel puțin din punctul de vedere al robotului). Un domeniu important de cercetare robotică este de a permite robotului pentru a face față cu mediul său dacă acest lucru să fie pe pământ, sub apă, în aer, în subteran, sau în spațiu. Un robot complet autonom poate:

Obține informații despre mediul (Regula # 1) Lucrează pentru o perioadă mai lungă, fără intervenție umană (Regula # 2) Mutați fie toate sau o parte din el însuși de-a lungul mediului de

funcționare, fără asistență umană (Regula # 3) Evitați situațiile care sunt dăunătoare pentru oameni , bunuri, sau se

excepția cazului în care fac parte din specificațiile sale de proiectare (Regula # 4

Un robot autonom poate învăta sau dobândi noi cunostinte ca ajustarea pentru noi metode de realizare sarcinile sau de adaptare la schimbare împrejurimile. Ca si alte masini, roboti autonomi necesită încă întreținere regulată.-Robot industrial reprezintă un sistem fizic, programabil ce este capabil să realizeze diferite operaţtii şi secvenţe de operaţii

de manipulare a unor scule, piese sau subansamble. În funcţie de operaţiunea pentru

care au fost creaţi, roboţii industriali se împart în: -1. roboţi SCARA - specifici pentru operaţii de ridicare şi aşezare a diferitelor obiecte; -2. roboţi cartezieni - aceştia permit

ridicarea şi plasarea obiectelor ce nu necesită orientare, sau pot fi preorientate. Oricare dintre aceşti roboţi poate fi redus la elementele constituente, si anume:* spaţiu de operare;* sursa de energie;* sursa de informaţie;* robotu -Robot exploratorsunt roboți care operează în locații greu accesibile și periculoase teleghidați sau parțial autonom. Aceștia pot lucra de exemplu într-o regiune aflată în conflict militar, pe Lună sau Marte. O navigare teleghidată de pe pământ în ultimele două cazuri este imposibilă din cauza

Semnalele de comunicatie ajung la destinatie in cateva ore , iar receptionarea lor dureaza la fel de mult. În astfel de situații roboții trebuie să fie programați cu mai multe tipuri de comportare, din care ei să aleagă pe cel mai adecvat și să-l execute. Acest tip de robot dotat cu senzori a fost folosit și la cercetarea puțurilor din piramide. Mai mulți cryoboți au fost deja testați de NASA în Antarctica. Acest tip de robot poate pătrunde până la 3.600 de m prin gheață. Cryoboți pot fi astfel folosiți în cercetarea capelor polare pe Marte și Europa în speranța descoperirii de viață extraterestră.

-Robot umanoid (sau android)Imaginea roboților umanoizi a luat formă în literatură, mai ales în romanele lui Isaac Asimov în anii 1940. Acești roboți au fost pentru un timp lung irealizabili. Pentru realizarea lor trebuiesc rezolvate multe probleme importante. Ei trebuie să acționeze și să

reacționeze autonom în mediu, mobilitatea lor fiind restrânsă la cele două picioare ca locomoție. Pe deasupra mai trebuie să fie capabili de a lucra cu brațele și mâinile. Din anul 2000 probleme de bază par să fie rezolvate (cu apariția lui ASIMO (Honda) de exemplu [1]). Între timp apar dezvoltări noi în acest domeniu.Roboții umanoizi pot fi descriși ca roboți pășitori. -Robot de jucarie -Robot militar -Robot pasitor -BEAM - Robot de servici - Altii Robotii se mai numesc și unități mobile. Aceste unitati pot depista și dezamorsa sau distruge bombe sau mine (de exemplu robotul TALON). Există și roboți care ajută la căutarea de oameni îngropați după cutremure. Între timp există și așa-numiții killer-roboți

STRUCTURA ROBOTULUI

Structura unui robot este, de fapt, un sistem compus din mai multe subsisteme. Sistem este un ansamblu de părţi componente, elemente, şi legăturile dintre acestea. Elementele care compun acest sistem se numesc subsisteme. La rândul lor subsistemele pot avea şi ele subsisteme, din acest motiv există o ierarhizare şi anume sistemul principal se numeşte sistem de rangul 1, subsistemele se numesc sisteme de rangul 2, etc.

Modul cum se compune un sistem din subsisteme şi legăturile dintre aceste subsisteme definesc structura unui sistem. Aceasta compunere a sistemelor din subsisteme se evidenţiază prin scheme bloc, iar legăturile dintre subsisteme, prin matrici de cuplare (care definesc legăturile dintre "intrările" şi "ieşirile") şi matrici de structură (care ne arată care subsisteme sunt în legătură).

Robotul este un sistem de rangul 1, şi se aseamănă, constructiv, cu sistemul unui om, la fel si subsistemele robotului.

Schema bloc al structuri unui robot este:

Sistemul unui robot comunică cu mediul şi este compus din următoarele:

o Sistemul mecanic al robotului care are rolul scheletului uman, astfel defineşte natura şi amplitudinea mişcărilor ce se pot realiza.o Sistemul de acţionare realizează mişcarea relativă a elementelor

mecanismelor din sistemul mecanic, şi are rolul sistemului muşchiular al omului.o Sistemul de comandă emite comenzi către sistemul de acţionare şi

prelucrează informaţii preluate de la sistemul mecanic, de acţionare şi de la mediu, are rolul sistemului nervos uman.o Traductorii şi aparatele de măsură preia informaţii despre starea internă a

robotului, adică deplasări, viteze, acceleraţii relative, debite, presiuni, temperaturi. o Senzorii preia informaţii despre starea „externă" a robotului, caracterizată

prin parametrii mediului (temperatură, presiune, compoziţie, etc.) şi acţiunea acestuia asupra robotului (forţe, cupluri, etc.).

Traductorii şi senzori au rolul organelor de simţ. o Platformei mobile are rolul de a realiza deplasarea roboţilor mobili şi face

parte din componenţa sistemului mecanic, cu rolul aparatului locomotor al omului.o Sistemul de conducere este un sistem de rang superior al sistemului

mecanic şi este compus din sistemul de comandă şi cel de acţionare. Roboţii acţionaţi hidraulic conţin un grup hidraulic pentru prepararea şi

realizarea circulaţiei fluidului purtător de energie (ulei). Acest grup joacă rolul aparatului digestiv şi a celui respirator / circulator al omului.

Se înţelege prin "mediu" al robotului spaţiul în care acesta evoluează, cu obiectele conţinute şi fenomenele care au loc în acest spaţiu. Totalitatea obiectelor cu care robotul interacţionează constituie "periferia" acestuia.

Legăturile dintre componentele robotului şi a componentelor care realizează legăturile cu mediu sunt :

o directe o inverse ("feed back").

Legături directe avem la sistemul de comandă atunci când transmite comenzi la sistemul de acţionare, iar acesta acţionează asupra cuplelor cinematice conducătoare, axele, sistemului mecanic, care la rândul său, acţionează asupra mediului cu efectorul final.

Legături inverse sunt informaţiile furnizate sistemului de comandă de către traductoare, senzori şi aparate de măsură.

Se mai consideră legături şi fluxul de energie dat de mediu sistemului de acţionare al robotului, şi fluxul de energie disipat de la robot la mediu

a. Sistemul mecanic al robotului

În cazul general un robot industrial trebuie să realizeze:- acţiuni asupra mediului înconjurător, cu efectori finali;- percepţie, pentru a culege informaţii din mediul de lucru, cu senzori şi

traductori;- comunicare, pentru schimb de informaţii;- decizie, în scopul realizării unor sarcini.Pentru realizarea acestor funcţii, structura unui robot este alcătuită din:- sistemul mecanic;- sistemul de acţionare;- sistemul de programare şi comandă;- sistemul senzorial.

Sistemul mecanic este constituit din mai multe elemente legate între ele prin cuple cinematice.

Sistemul de acţionare serveşte la transformarea unei anumite energii în energie mecanică şi transmiterea ei la cuplele cinematice conducătoare.

Sistemul de comandă şi programare este un ansamblu de echipamente şi de programe care realizează mişcarea robotului.

Sistemul senzorial reprezintă un ansamblu de elemente specializate transpunerea proprietăţilor ale diferitelor obiecte în informaţii.

Sistemul mecanic al robotului are rolul să asigure realizarea mişcărilor acestuia şi transmiterea energiei mecanice necesare interacţiunii cu mediul. Adică are sarcina de a deplasa un obiect. Partea din sistemul mecanic care realizează această deplasare se numeşte dispozitiv de ghidare sau manipulator.

Se înţelege prin manipulare modificarea situării în spaţiu a unui obiect. Utilizarea mâinii de către om a determinat formarea cuvântului de manipulare. Manipularea obiectului se realizează prin modificarea situării bazei efectorului final, cu care obiectul este solidarizat. În acest scop, baza efectorului final este solidarizată cu un element al dispozitivului de ghidare.

Dispozitivul de ghidare are rolul de a da efectorului final mişcările şi energia mecanică necesară mişcări în conformitate cu acţiunea necesitată asupra mediului.

Subsistemul din cadrul sistemului mecanic dedicat acestei interacţiuni este efectorul final.

Efectorul final al robotului care manipulează obiecte se numeşte dispozitiv de prehensiune. Din punct de vedere al teoriei mecanismelor, obiectul şi partea de bază a dispozitivului de prehensiune formează o cuplă cinematică de clasa a VI-a, închisă deobicei prin forţă.

Dispozitivele de ghidare pot fi cu:

- topologie serială,- paralelă - mixtă.-

Structura sistemului mecanic al unui robot este :

SISTEMMECANICSISTEM

MECANIC

EFECTORFINAL

EFECTORFINAL

DISPOZITIV DE PREHENSIUNE

SAU SCULĂ

DISPOZITIV DE PREHENSIUNE

SAU SCULĂ

DISPOZITIVDE GHIDAREDISPOZITIV

DE GHIDAREPLATFORMĂ

MOBILĂPLATFORMĂ

MOBILĂ

MECANISM DE

ORIENTARE

MECANISM DE

ORIENTARE

MECANISMGENERATOR

DE TRAIECTORIE

MECANISMGENERATOR

DE TRAIECTORIE

Situarea, adică poziţia – orientarea, unui corp în spaţiul tridimensional este definită cu ajutorul poziţiei punctului caracteristic, şi orientărilor dreptei caracteristice, respectiv a dreptei auxiliare.

Punctul caracteristic şi dreapta caracteristică / auxiliară la un obiect cilindric se reprezintă astfel :

Se înţelege prin:o "Punct caracteristic", un punct al obiectului, folosit pentru definirea

poziţiei acestuia. o "Dreapta caracteristică" este o dreaptă care trece prin punctul caracteristic.o "Dreapta auxiliară" o dreaptă perpendiculară în punctul caracteristic pe

dreapta caracteristică. Cu ajutorul dreptelor caracteristice şi auxiliare se defineşte orientarea obiectului, de care aparţin ambele drepte.

În modelul matematic al sistemului mecanic al robotului, punctul caracteristic este originea, iar dreptele caracteristică şi auxiliară reprezintă axe ale unui sistem de referinţă cartezian drept legat de obiect.

În variantele cu topologie serială, un mecanism component al acestuia, numit mecanism generator de traiectorie (mecanism de poziţionare), realizează modificarea poziţiei punctului caracteristic şi altul, numit mecanism de orientare, realizează orientarea dreptelor caracteristic şi auxiliar.Se poate defini:

o mecanismul generator de traiectorie ca fiind "braţul" al robotului;o mecanismul de orientare ca fiind "articulaţie carpiană", sau

"mecanismul carpian" ("wrist") al robotului.Efectorul final are mai multe variante constructive:

o Efectorul final al robotului care prelucrează obiecte este o sculă.o Efectorul final al robotului care mişcă obiecte este manipulatorul.

Punctcaracteristic

Dreaptă auxiliară

Dreaptăcaracteristică

O

z

y

x

Energia necesară pentru prelucrare este comunicată sculei prin intermediul robotului sau a unei surse suplimentare de energie, în acest caz efectorul final este un cap de forţă cu sculă. Capul de forţă conţine un motor şi eventual o transmisie mecanică.

Platforma mobilă este o parte componentă a sistemului mecanic care asigură modificarea situării întregului ansamblu în mediu.

Platforma mobilă defineşte tipul robotului: - Robot staţionar atunci când nu este înzestrat cu platformă mobilă;- Robot mobil când este înzestrat cu platformă mobilă, în acest caz

dispozitivul de ghidare modifică situarea obiectului în raport cu platforma mobilă.

b. Construcţia modulară a roboţilor

Construcţia modulară este caracterizată prin: Structură sistematică care este compusă dintr-un grup de sisteme şi

dispozitive care formează cuple cinematice conducătoare. Structura sistemică prezintă avantajul că furnizează informaţiile necesare pentru analiza cinematică şi dinamică a sistemelor de acţionare şi mecanic ale robotului. Ea prezintă dezavantajul, că nu reflectă decât parţial funcţiile sistemelor de rang inferior robotului şi particularităţile constructive ale acestora.

Structura funcţional-constructivă sau structură modulară este cu dispozitive de ghidare cu topologie serială pentru a evidenţia proprietăţile funcţionale şi constructive ale roboţilor (modul de robot). Modul al unui robot, este un subansamblu care este corelat cu una sau mai

multe cuple cinematice ale dispozitivului de ghidare şi cu efectorul final.Modulul de robot corelat cu cupla cinematică conducătoare are părţile

"fixe" ale sistemului de acţionare aferent cuplei cinematice conducătoare şi traductoarelor / senzorilor, solidarizate cu structura de rezistenţă a unuia dintre elemente (i sau i+1). Legătura dintre două module vecine se realizează prin

intermediul structurii de rezistenţă a elementului i. În acest mod, întregul robot cu dispozitivul de ghidare în topologie serială este de fapt constituit din "legarea în serie" a unui număr de module.

Modulul de robot corelat cu o singură cuplă cinematică poartă o denumire care este definită după funcţia lui în cadrul robotului.

Astfel, există module de: - translaţii de bază;- de pivotare de bază; - de ridicare a braţului; - de basculare a braţului; - de extensie a braţului; - de pronaţie – supinaţie;

- de flexie – extensie; - de aducţie - abducţie. Ele sunt reprezentabile schematic după normele ISO .Modulul de orientare al unui robot se corelează cu toate cuplele cinematice

ale mecanismului de orientare, conţinând de atâtea ori componentele enumerate pentru modulul corelat cu o singură cuplă cinematică conducătoare, câte cuple cinematice conducătoare are mecanismul de orientare.

În figura de mai jos se prezintă corelaţia dintre structura sistemică şi cea modulară (funcţional - constructivă) a unui robot având un dispozitiv de ghidare serial cu M = 3.

În care: T/S - Traductoare/Senzori; SSA - Subsistem de acţionare;

Structura

sistemică

Structura modulară

V

V

V

EF

A

B

C

1

2

Schema structurală sistemică a robotului

0

1

2

3

EF

B

C

A

SISTEMDE

COMANDĂ

SISTEMDE

COMANDĂ

SISTEMDE

ACŢIONARE

SISTEMDE

ACŢIONARE

SISTEMMECANICSISTEM

MECANIC

T/SA

T/SA

T/SB

T/SB

T/SC

T/SC

T/SEF

T/SEF

SSAA

SSAA

SSAB

SSAB

SSAC

SSAC

SSA

EF

SSA

EF

DIS

PO

ZIT

IVD

E G

HID

AR

ED

ISP

OZ

ITIV

DE

GH

IDA

RE

EF

EC

TO

RF

INA

LE

FE

CT

OR

FIN

AL

EL3

EL3

EL2

EL2

EL1

EL1

EL0

EL0

CCCA

CCCA

CCCB

CCCB

CCCC

CCCC

MODUL CMODUL CMODUL BMODUL BMODUL AMODUL A

EL 0

EL 0 STR

T/SA

T/SA

SSAA

SSAA

T/SB

T/SB

SSAB

SSAB

T/SC

T/SC

SSA

SSA

EL STR 3

EL STR 3

EL EL 2 2 EL EL 2 2

STR EL EL 1 1 EL EL 1 1

STR

CCCA

CCCA

CCCB

CCCB

CCCC

CCCC

MODUL EFMODUL EF

T/SEF

T/SEF

SSA

EF

SSA

EFEFECTOR

FINALEFECTOR

FINAL

Schema structurală modulară a robotului

CCC - Cuplă cinematică conducătoare; A/B/C - Modulul; EF - Efector final; ELi Elementul i (i = 0, 1, 2, 3)

Efectorul final se consideră de regulă un modul al robotului ca şi sistemul de comandă (cu excepţia traductoarelor / senzorilor înglobaţi în alte module).

În următoarele figuri (a,b,c,d) se prezintă desenele de subansamblu ale unor module de roboţi.

În cazul roboţilor având dispozitive de ghidare cu topologie paralelă sau mixtă, un modul al structurii funcţional - constructive este constituit din două platforme legate între ele prin conexiuni . în figura de mai jos se prezintă un modul de orientare cu două grade

de libertate acţionat electric, având pe axa de supinaţie o transmisie armonică

Structura funcţional - constructivă cu module tipizate a roboţilor constituie o dezvoltate mai departe a concepţiei constructive cu module tipice ale acestora.

Prin modul tipizat al unui robot se înţelege un modul din cadrul unei structuri constructiv - funcţionale, care constituie un subansamblu de sine stătător, interschimbabil cu alte module, făcând parte dintr-o serie de module tipizate şi care poate fi asamblat cu alte module tipizate, în conformitate cu cerinţele utilizatorului.

În următoarea figură se prezintă module tipizate din cadrul unor structuri funcţional-constructive de robot constituit din module. Ele pot fi asamblate în structuri diferite într-o concepţie "baukasten", formând o familie de roboţi compuşi din module tipizate.

1 - Lagărele şurubului 6 - Şurub cu bile2 - Batiu 7 - Traductor de poziţie3 - Sanie 8 - Ghidaje cu tancheţi4 - Motor hidraulic 9 - Sistem de blocare5 - Flanşe de cuplare 10 - Tahogenerator

a) Modul de translaţie de bază acţionat hidraulic

1 - Platou mobil 6 - Placă de bază2 - Ghidaj 7 - Coloane de ghidare3 - Carcasă ext. 8 - Burduf de protecţie4 - Lagăre 9 - Motor hidraulic5 - Carcasă int. 10 - Capac

b) Modul de ridicare braţ acţionat hidraulic

1 - Motor electric 12 - Portsatelit II2 - Element condus 14 - Roată centrală III3 - Arbore de intrare 13 - Portsatelit III8 - Portsatelit I 17 - Coroană dinţată9 - Roată centrală II 24 - Placă de bază

d) Modul de rotaţie de bază cu reductor planetar acţionat electric

1 - Tijă de ghidare 5 - Arbore cu pinion2 - Bucşă cu bile 6 - Sanie3 - Cremalieră 7 - Alezaj de centrare4 - Lagăr 8 - Suport

c) Modul de translaţie acţionat printr-o transmisie pinion-cremalieră

2 - Arbore de intrare la axa de aducţie – abducţie.

1 - Arbore de intrare la axa de supinaţie – pronaţie.

3, 4, 5, 6, 7, 8 - Elemente dinţate din transmisia pt. miş-carea de supinaţie – pronaţie.

10, 11, 12, 13 - Ele mente dinţate din transmisia pt. mişcarea de aducţie - abducţie

În care:

1 - Modul de translaţie de bază2 – Batiu3 - Modul de ridicare braţ4 - Modul de rotaţie de bază5 - Modul de basculare braţ6, 7 - Module de extensie braţ8, 9 - Module de orientare10 - Robot cu mecanism generator de TTT, obţinut prin combinarea modulelor 1+3+711 - Robot cu mecanism generator de traiectorie TRRT, obţinut prin combinarea modulelor 1+4+5+612 - Robot RTT obţinut din modulele 4+3+7

Ideea dezvoltării unor familii de roboţi construiţi din module interschimbabile a fost apreciată de constructorii de roboţi în deosebi la începutul anilor 1980. Datorită înmulţirii numărului aplicaţiilor industriale ale roboţilor şi a concentrării fabricaţiei de roboţi la un număr mai redus de firme care fabrică mai

mulţi roboţi pe an, s-a ajuns după 1990 la diminuării construcţiei roboţilor din module tipizate.

Tehnica de bază Roboţii sunt realizaţi mai ales prin combinaţia disciplinelor: mecanică, electrotehnică şi informatică. Între timp s-a creat din legătura acestora mecatronica. Pentru realizarea de sisteme autonome (care să găsească singure soluţii) este necesară legătura a cât mai multor discipline de robotică. Aici se pune accent pe legătura conceptelor de inteligenţă artificială sau neuroinformatică (parte a informaticii) precum şi idealul lor biologic biocibernetică (parte a biologiei). Din legătura între biologie şi tehnică s-a dezvoltat bionica. Cele mai importante componente ale roboţilor sunt senzorii, care permit mobilitatea acestora în mediu şi o dirijare cât mai precisă. Un robot nu trebuie neapărat să poată să acţioneze autonom, fapt pentru care se distinge între un robot autonom şi unul teleghidat.

Senzori cea mai solicitată şi importantă funcţie senzorială este cea vizuală, care asigură cantitatea preponderentă de informaţie, având şi cea mai mare viteză de transfer (cc.3.106 biţi/s). Vederea facilitează omului cvasi-totalitatea acţiunilor de investigare a mediului - identificarea obiectelor şi a configuraţiei, poziţiei şi orientării lor, aprecierea distanţelor.Senzorul cuprinde traductorul/traductoarele pentru transformarea mărimii de intrare într-un semnal electric util, dar şi circuite pentru adaptarea şi conversia semnalelor şi, eventual, pentru prelucrarea şi evaluarea informaţiilor. Senzorul care include şi unităţile micromecanice şi microelectronice de prelucrare, realizate prin integrare pe scară largă (LSI) sau foarte largă (VLSI), se întâlneşte în literatura de specialitate şi sub denumirile de "sistem senzorial" sau "senzor inteligent" (smart-sensor)Clasificarea senzorilor Există astăzi senzori pentru mai mult de 100 de mărimi fizice, iar dacă se iau în considerare şi senzorii pentru diferite substanţe chimice, numărul lor este de ordinul sutelor. Se pot pune în evidenţă circa 2000 de tipuri distincte de senzori, oferite în 100.000 de variante, pe plan mondial [ROD03]. În funcţie de tipul mărimii fizice de intrare senzorii pot fi clasificaţi în : -absoluţi, când semnalul electric de ieşire poate reprezenta toate valorile posibile ale mărimii fizice de intrare, raportate la o origine (referinţă) aleasă; - incrementali, când nu poate fi stabilită o origine pentru toate punctele din cadrul domeniului de măsurare, ci fiecare valoare măsurată reprezintă originea pentru cea următoareFoarte importantă este clasificarea în funcţie de tipul mărimii de ieşire, în: -senzori analogici, pentru care semnalul de ieşire este în permanenţă proporţional cu mărimea fizică de intrare -senzori analogici, pentru care semnalul de ieşire este în permanenţă proporţional cu mărimea fizică de intrare Clasificarea robotilor : •Din punctul de vedere al gradului de mobilitate se cunosc roboţi ficşi mobili; •Din punct de vedere al informaţiei de intrare şi a metodei de instruire există: -roboţi acţionaţi de om; -roboţi cu sistem de comandă cu relee (secvenţial);

-roboţi cu sistem secvenţial cuprogram modif icabil; -roboţi repetitori ( cu programare prin instruire ); -roboţi inteligenţi •Din punct de vedere al sistemului de coordonate roboţii sunt în sisteme de coordonate carteziene ( 1 8 % ) cilindrice ( 3 3 % )şi sferice (4 0 % ); •Din punct de vedere al sistemului de comandă: -comandă punct cu punct ( unde nu interesează traiectoria propriuzisă); -comandă pe contur ( implica coordonarea mişcării axelor); -comandă pe întreaga tr aiectorie ( implicăto ţiparametrii de mişcare ) •Din punct de vedere al sarcinii manipulate •Din punct de vedere al sistemului de acţionare : hidraulică (4 0 % ) e lectrică ( 3 0 % ) pneumatică(2 1 % ), mixtă •Din punct de vedere al prec iziei de poziţionare: sub 0,1m m (0 ,1 ÷0,5)m m (0 ,5 ÷1)mm (1 ÷ 3)mm, peste 3mm; • Din punctul de vedere al tipului de programare: - cu programare rigidă(fără posibilităţi de corecţie ); -cu program are flexibilă(există posibilitatea modif icăriili programului); -cu programare adaptivă(există posibilitate adaptării automate a programului în timpul funcţionării)

Dezvoltarea pe viitor În 2004 au fost 2 milioane de roboți în uz, pe când doar pentru anul 2008 se așteaptă 7 milioane de instalații noi. [4]Uniunea Europeană susține financiar lucrările din cercetare, care până în 2010 ar putea permite ca roboții să fie introduși în spitale în activități simple, ca de exemplu: transporturi de paturi în spital, livrarea mâncării, salubrizare. Până la sfârșitul lui 2008 va fi dezvoltat un robot, care să ajute la recoltarea livezilo

Terminologie Sensul cuvântului s-a schimbat de-alungul timpului. Termenul robot (din cehărobot) a fost utilizat de Josef Čapek și Karel Čapek în lucrările lor de science fiction la începutul secolului 20. Cuvântul robot este de origine slavă și se poate traduce prin: muncă, clacă sau muncă silnică. Karel Čapek a descris în piesa sa R.U.R. din anul 1921 muncitori de asemănare umană, care sunt crescuți în rezervoare. Čapek folosește în lucrarea sa motivele clasice de golem. Denumirea de astăzi a creaturilor lui Čapek este de android. Înaintea apariției termenului de robot s-au utilizat de expemplu în uzinele lui Stanisław Lem termenii automat și semiautomat.

Robotica este acea parte a ştiinţei care se ocupăcu studiul operaţiilor umanoide şi se situeazăla frontiera mecanicii cu informatica, electrotehnica, electronicaşiştiinţa sistemelorşi calculatoarelor, termotehnică, hidraulică. Operaţiile umanoide sunt operaţiile efectuate de către om cu ajutorul braţelor şi picioarelor coordonate de organele de simţ.