osnove robotike - vub.hr · suvremeni roboti nastali su 1950-ih godina u sad-u, potječu od...

OSNOVE ROBOTIKE

V. SEMESTAR

Tomislav Pavlic, mag.ing.mech.

Posebna zahvala gospodi Filip Lerga, mag.ing.mech. i mr.sc. Željko Goja (HSTECH D.O.O. Zadar)

Stručni studij MEHATRONIKA

OSNOVE ROBOTIKE - OSNOVNE INFORMACIJE

OSNOVE ROBOTIKE 5. SEMESTAR

Satnica: 2+2

ECTS: 5

Nositelj: Tomislav Pavlic, mag.ing.mech.

tpavlic@vtsbj.hr

OSNOVE ROBOTIKE - OPIS KOLEGIJA

Literatura:

Obvezna: 1. T. Šurina, M. Crneković, „Industrijski roboti“, Školska knjiga, Zagreb, 1990.

Izborna: 2. G. Nikolić, B. Vranješ, Z. Kunica, B. Jerbić, „Projektiranje automatskih montažnih sustava“, Kigen, Zagreb 2009. 3. Z. Kovačić, V. Krajči, S. Bogdan, „Osnove robotike“, Grafis, Zagreb, 2000. 4. S.Y. Nof, Handbook of Industrial Robotics, John Wiley & Sons, 1985 5. L. Sciavicco, B. Siciliano, Modeling and Control of Robot Manipulators, Mc Graw-Hill, 1996 6. www.irf.org

Stručni studij MEHATRONIKE

Literatura:

Obvezna:

T. Šurina, M. Crneković,

„Industrijski roboti“,

Školska knjiga, Zagreb, 1990.

Stručni studij MEHATRONIKE

Literatura:

Dodatna:

G. Nikolić, B. Vranješ, Z. Kunica, B. Jerbić, „Projektiranje automatskih montažnih sustava“, Kigen, Zagreb 2009..

Stručni studij MEHATRONIKE

Sadržaj

1. Uvod – Roboti i Robotika

2. Podjela robotike – Industrijska i mobilna

robotika

3. Kinematika industrijskih robota i dinamika

robota

4. Upravljanje industrijskih robota

5. Programiranje i vođenje industrijskih robota

6. Primjena industrijskih robota u proizvodnji

Uvod: Roboti

• R2D2 ili C3P0 najpopularniji roboti na svijetu

• Riječ ROBOT dolazi od češke riječi ROBOTA što

znači prisilan rad,a prvi put se pojavljuje u drami

češkog autora Čapeka „Rosumovi roboti” iz 1920.g.

• Prema OXFORD riječniku 1. definicija robota je:

Stroj sposoban izvoditi automatski kompleksne nizove

zadataka, posebno ukoliko je upravljan računalom.

Uvod: Roboti

Roboti se primjenjuju u raznim industrijama najčešće da zamijene ljudski

rad kod: • teških poslova

• opasnih poslova

• monotonih poslova

• rad u nepristupačnim sredinama

• medicinskih i vojnih potreba

• uslužnih djelatnosti (banaka, ugostiteljstva i domaćinstva)

Uvod: Što je robotika?

• Robotika je multidiciplinarna i interdisciplinarna

nauka i tehnologija koja se bavi istraživanje, razvojem

i primjenom robota.

• Nova niša koja primjenjuje inžinjerske znanosti:

• Strojarstvo

• Proizvodno strojarstvo

• Elektrotehniku

• Elektroniku

• Kompjuterske znanosti

• Matematiku

• Mehaniku

Postoji čvrsta veza između razvoja civilizacije i tehnike!

Bez proizvodnje ne može opstati niti jedna druga aktivnost

čovjeka (znanost, umjetnost, sport itd.)!

Temelj vlasti i moći je mogućnost proizvodnje materijalnih

dobara!

Razvoj proizvodnje u modernom društvu

Vrijeme: 500 000 godina B.C. Mjesto: Afrika

Vrijeme: 5000 godina B.C. Mjesto: Mezopotamija

zamjena ljudskog fizičkog rada radom energetskih strojeva

era mehanizacije

James Watt 1776. usavršio parni stroj

1712. Newcomen konstruirao prvi parni stroj

razvoj ostalih energetskih strojeva

riješen problem pretvorbe, prijenosa i upotrebe energije

Prva industrijska revolucija

zamjena ljudskog umnog rada radom informacijskih strojeva

era automatizacije

pojam automata

riješen problem pretvorbe, prijenosa i upotrebe informacija

Druga industrijska revolucija

B r o j s t a n o v n i k a Z e m lj e

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

7

6

5

4

3

2

1

0

mili

jard

e

godina

I

II

Lutka koja piše – robot?

Vrijeme: 18. stoljeće

“Roboti” kroz povijest

Čovjek na parni pogon - George Moore, 1893.

INDUSTRIJSKI ROBOTI U SUVREMENOJ PROIZVODNJI

U uvodu o jednom tehničkom području korisno je da se uvidom u prošli

razvoj sagleda trenutno značenje i budući trend razvoja područja koje se

naziva robotika

Zato ćemo u uvodu dati osvrt na nastanak robota

Zaključno ćemo govoriti o mjestu robota u razvoju novih tehnologija

R.U.R. (Rossumovi Univerzalni Roboti) – Karel Čapek

Podrijetlo riječi “Robot”

Podrijetlo riječi robot nema svoje korijene u tehničkim znanostima već

porijeklo vuče iz književnosti.

Češki spisatelj Karel Čapek (1890.-1938.) pisao je djela koja žanrovski

spadaju u znanstvenu fantastiku.

U siječnju 1921. godine praizveden je u Pragu njegov kazališni

komad s nazivom ˝R.U.R.˝(Rossumovi Univerzalni Roboti).

U toj drami opisuju se dramatični trenuci prevrata kada

čovjekolike tvorevine, izrađene prema tajnoj formuli doktora Rossuma

preuzimaju vlast na Zemlji i počinju svoju vladavinu nad ljudima.

Dan praizvedbe R.U.R.-a najviše povijesnih izvora navodi kao vrijeme

nastanka riječi robot.

Zanimljiv podatak je da su roboti iz R.U.R.-a po svojoj građi bliski

tvorevinama koje danas zovemo androidi, mješavina stroja i čovjeka.

Početak robotike

Iako je čovječji genije dao veličanstvene pronalaske, ipak je javnost

posebno fascinirana strojevima koji na neki način oponašaju svog tvorca.

Ideja i izvedba mehaničkih automata bilo je još u antičko doba, u

srednjem vijeku (Leonardo da Vinci).

U 20. stoljeću prvi se put susreće i naziv robot: uveo ga je češki

književnik K. Ćapek 1920. g. u svojoj drami »R.U.R.« (Rossumovi

univerzalni roboti).

Nastanak robota

Suvremeni roboti nastali su 1950-ih godina u SAD-u, potječu od

pronalazaka teleoperatora, s jedne strane te numerički upravljanih

alatnih strojeva, s druge strane

Teleoperatori - razvijeni za vrijeme rata radi potrebe daljinskog

rukovanja nuklearnim sirovinama, numerički upravljani alatni strojevi

pojavili su se nakon rata kao rješenje problema izrade složenih avionskih

dijelova

Nastanak robota

Kombinirajući te dvije različite tehnike, Amerikanac G. Devol je 1954. g.

patentirao uređaj koji bi se mogao smatrati pretečom današnjega

industrijskog robota

U suradnji sa J. Engelbergerom izradio je 1958. g. i prvi robot

To su ujedno i počeci prve i dugo vremena vodeće tvornice robota u

svijetu, Unimation Inc.

Kawasaki Heavy Industries, 1968.

Robot

Programmed Article Transfer

George C. Devol, Jr., 1961

Nastanak robota

Industrijski se robot od svojih roditelja razlikuje po tome što je, suprotno

manipulatoru, programski upravljan za razliku od NU-alatnog stroja,

ima mogućnost hvatanja

industrijski je robot utemeljen na poznatim znanstvenim i tehničkim

disciplinama:

kretanju mehanizama

energetskim prigonima

kompjutorskom upravljanju

senzorici

Tek kad su ta područja dosegla određeni stupanj razvoja, mogao se

pojaviti industrijski robot u sadašnjem obliku

Svrha robota

Analiza vremena koje se utroši za obradu na NU-alatnim strojevima:

Oko 1,5 % čini glavno vrijeme obrade kad se provodi

neposredna obrada

3,5 % je pomoćno vrijeme obrade za postavljanje, skidanje

obratka, mjerenje itd.

Čak 95 % vremena zauzima transport i čekanje.

Istraživanja u SAD pokazala su da 30-40 % svih proizvodnih troškova

pripada troškovima transporta (unutrašnji transport u tvornici i vanjski

transport, od dopreme materijala do otpreme izradaka)

Istraživanja u SAD pokazala su da 30-40 % svih proizvodnih troškova

pripada troškovima transporta (unutrašnji transport u tvornici i vanjski

transport, od dopreme materijala do otpreme izradaka)

Svrha robota

Industrijski se robot temelji na poznatim spoznajama; ipak se za nj

može reći (kao i za radar) da je suma poznatih znanja stvorila novu

kvalitetu

A da je to doista nova kvaliteta, dokazuje dalekosežnost robotizacije:

industrijski roboti rješavaju osnovnu proturječnost suvremene

industrijske proizvodnje:

osnovni obradni procesi i strojevi su uvelike automatizirani

za rukovanje i pokretanje predmeta nema općih i dobrih

rješenja

Definiranje robota

Naglasak ćemo staviti na industrijske robote jer on ima najveće

značenje i najširu primjenu u tehničkoj praksi.

Odmah se može uočiti njegova antropomorfnost: od tijela (postolja),

preko ruke i šake do prstiju (prihvatnica).

S tim se sličnostima ne smije pretjerivati: čovjekovi se npr. zglobovi ne

mogu zakretati na 3600 , a ne mogu se ni teleskopski izvlačiti.

Definiranje robota

Takvu mehaničku ruku pokreću motori u zglobovima, a njima

upravljaju programirana računala.

Dakle, robot je mehanička ruka kojom upravlja računalo, tj. automat jer

on samostalno obavlja korisnu radnju, ali prema uputama

čovjeka.

Japanci npr. u obitelj robota ubrajaju i čvrsto programirane

manipulatore, a Amerikanci su u tome mnogo stroži.

Od raznih definicija možda je najprihvatljivija ona koju daje

RIA (Robot Institute of America):

“Robot je mnogofunkcionalni manipulator s mogućnošću reprogramiranja, a predviđen je da prenosi materijale, dijelove, alatke ili posebne naprave kroz različite programirane pokrete u svrhu ispunjavanja različitih zadataka.”

Teleoperator

Lunohod 1, Mjesec 1970.

Viking 1, Mars 1976.

PROWLER – Programmable Robot Observer With Logical Enemy

Response

Automatizitano skladište

Koordinacija ruka - vid

“Šaka” robota

Mehanička šaka

Šišanje ovce

Mobilni robot s dvije ruke

Elementi lica

Aibo

Mini roboti

Robot i umjetnost

Isaac Asimov i “Zakoni robotike”

Robot ne smije povrijediti ljudsko biće niti svojom

neaktivnošću dopustiti da ljudsko biće bude povrijeđeno.

Robot mora izvršavati naredbe ljudi osim kada je to u

suprotnosti s Prvim zakonom.

Robot mora štititi vlastito postojanje osim ako je to u

suprotnosti s Prvim ili Drugim zakonom.

“I, ROBOT” by Isaac Asimov

“I, ROBOT” by Isaac Asimov

Ključne proizvodne tehnologije

IR

FMS CIM

NC i CNC

CAD/CAM

PROIZ

VODNJA

U k u p n i b r o j r a d n i h r o b o t a

81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

tisu

će

godina

Br o j p r o d a n i h r o b o t a

82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04

140

120

100

80

60

40

20

0

tisu

će

godina

Poboljšanje karakteristika robota 1990-2000

Cijena robota - 43 %

Broj isporučenih robota + 782 %

Broj varijanti robota + 400 %

Nosivost robota + 26 %

Točnost ponavljanja robota + 61 %

Brzina 6 osnog robota + 39 %

Maksimalni doseg robota + 36 %

Srednje vrijeme kvara robota + 137 %

Iznos RAM-a upravljačke jedinice + 416 %

Broj bitova procesora upravljačke jedinice + 117 %

Maksimalni broj upravljanih osi robota + 45 %

I n d e k s r o b o t i z a c i j e 2000

(broj robota na 10 000 zaposlenih u industriji)

160

140

120

100

80

60

40

20

0

Sin

ga

pur

NJe

ma

čka

Danska

UK

Austr

alia

Norv

eška

Španjo

lska

US

A

Švic

ars

ka

Benelu

x

Au

str

ia

Ko

rea

Italij

a

Šve

dska

Fin

ska

Fra

ncuska

S e r v i s n i r o b o t i

Tip robota Broj 2000. Instalirano 2001-2004

Roboti za čišćenje (spremnici, prozori) 440 14 150

Roboti za nadzor (NE, mostovi,...) 120 200

Roboti za razminiranje 2 300 1 200

Podvodni roboti 3 000 3000

Medicinski roboti 1 600 4 800

Višenamjenske robotske platforme 260 230

Roboti za nadzor i osiguranje 60 1 800

Roboti na benziskim crpkama 50 1 100

Roboti u poljoprivredi i šumarstvu 600 1 300

Laboratorijski roboti 1000 320

Ukupno 10 415 30 015

Ukupna cijena (miliona $) 1 750 2 400

Ukupno 112 500 625 000

O s o b n i s e r v i s n i r o b o t i

Tip robota Broj 2000. Instalirano 2001-2004

Roboti za čišćenje (“usisavači”) 12 500 425 000

Roboti za zabavu i hobi 100 000 200 000

Ukupna cijena (miliona $) 100 550

United Nations Economics Commission for Europe (UNECE)

International Federation of Robotics (IFR)

SCARA- HSTEC

Literatura

1.T. Šurina, M. Crneković, Industrijski roboti, Školska knjiga, Zagreb, 1990. 2.M. Crneković, Industrijski i mobilni roboti, predavanja, FSB – Zagreb 3.B. Jerbić, Zavod za robotiku i automatizaciju proizvodnih sustava-Katedra za projektiranje izradbenih i montažnih sustava, projekti, FSB – Zagreb 4.B. Jerbić, Z. Kunica, Inteligentni montažni sustavi, predavanja, FSB – Zagreb 5.B. Jerbić, Projektiranje automatskih montažnih sustava, predavanja, FSB – Zagreb 6.Z. Kovačić, V. Krajči, S. Bogdan, Osnove robotike, Grafis, Zagreb, 2000. 7.G. Nikolić, B. Vranješ, Z. Kunica, B. Jerbić, „Projektiranje automatskih montažnih sustava“, Kigen, Zagreb 2009. 8.S.Y. Nof, Handbook of Industrial Robotics, John Wiley & Sons, 1985 9.L. Sciavicco, B. Siciliano, Modeling and Control of Robot Manipulators, Mc Graw-Hill, 1996 10. www.irf.org