cap2 generalitati privind robotii
DESCRIPTION
scoalaTRANSCRIPT
2. Capitolul II – Generalităţi privind roboţii .
2.1. Ce este un robot?
2.1.1. Definitie.Particularitati.
2.1.2. Terminologie.Scurt istoric.
2.1.3. Legi ale roboticii.
2.1.4. Clasificare roboti.
2.2. Tipuri de roboti.Aplicatii.
2.3. Robot mobil.
2.3.1. Definitie.
2.3.2. Caracteristici.
2.3.3. Exemple de roboti mobile.
2.4. Robot mobil autonom.
2.4.1. Definiţie.
2.4.2. Caracteristici.
2.4.3. Probleme ale navigaţiei autonome
2.4.4. Exemple de roboţi mobili autonomi.
Generalitati privind robotii
2. Capitolul II – Generalităţi privind roboţii .
2.1.Ce este un robot?
2.1.1. Definiţie.Particularitati.
Robotul poate fii definit ca un sistem sau un echipament cu funcţionare automată,
adaptabilă prin programarea condiţiilor unui mediu complex şi variabil in care acţionează,
înlocuind sau amplificând una sau mai multe din funcţiunile umane in acţiunea acestuia
asupra mediului.
Robotul este un produs al mecatronicii care combină tehnologia mecanică cu cea
electronică fiind o componetă evaluată de automatizare care inglobează electronica de tip
calculator cu sistemele avansate de acţionare pentru a realiza un echipament independent de
mare flexibilitate.Mecanica stabileşte înfăţişarea robotului şi mişcările posibile pe timp de
funcţionare. Senzorii şi actorii sunt întrebuinţaţi la interacţia cu mediul sistemului.
Mecanismul de direcţionare are grijă ca robotul să-şi îndeplinească obiectivul cu succes,
evaluând informaţiile senzorilor. Acest mecanism reglează motoarele şi planifică mişcările
care trebuiesc effectuate.
Astăzi, roboţi sunt folosiţi pe scară largă în efectuarea de munci ieftine şi cu o mai
mare precizie şi fiabilitate decat cele executate de om. In general oamenii au o percepţie
pozitivă de roboţi fiind larg folositi în procesul de fabricaţie, montaj şi ambalare, de
transport, de explorare in spatiu, chirurgie, armament, laboratoare de cercetare, producţie de
masă şi de bunuri de consum sau industriale.
Particularitatile robotului ER-6.
Putem defini patru particularitati importante pe care le indeplineste ER-6 ca sa poata fi
incadrat in categoria robot mobil autonom:
1. Interactiunea.
ER-6 poate interactiona cu mediul, cu alti roboti sau cu oamenii, luand decizii pentru
a-si putea îndeplini obiectivul cu succes.
2. Autonomia.
ER-6 poate opera fara interventie umana pentru a efectua diferite activităţi într-o
varietate de situaţii specifice lumii reale.
3. Mobilitatea.
ER-6 se deplaseaza corect in spatiu.
4. Reprogramarea.
1
Generalitati privind robotii
ER-6 poate fi reprogramat prin intermediul software-ul IziLab pe baza de module si în
C folosind WINAVR.
Tinand cont de aceste particularitati putem intelege de ce ER-6 nu este o masina
automata ci un robot. Am subliniat acest aspect deoarece unii sunt adeptii definitiei simpliste
conform careia "un robot este o masina programata sa indeplineasca o anumita sarcina" deci o
masina de spalat poate fi considerata un robot. Aceasta definitie simplista produce confuzie
generala si nu poate fi luata serios in considerare.
2.1.2. Terminologie. Scurt istoric.
Cuvantul “robot” a apărut pentru prima dată in anul 1921 introdus in piesa R.U.R.
( Robotul Universal al lui Rossum) scrisă de scenaristul ceh Karel Capek in care autorul
parodia cuvantul “robota” (in traducere inseamna muncă in limba rusa şi corvoadă in limba
ceha) . Tema acestei scenete era despre dezumanizarea persoanei intr-o civilizatie bazata din
ce in ce mai mult pe tehnologie. In anul 1923 piesa fiind tradusă in limba engleză, cuvântul
robot a trecut neschimbat în toate limbile pentru a definii fiinţe umanoide protagoniste ale
povestirilor ştiintifico-fantastice. Čapek foloseşte în lucrarea sa motivele clasice de golem.
Denumirea de astăzi a creaturilor lui Čapek este de android. Înaintea apariţiei termenului de
robot s-au utilizat de expemplu în uzinele lui Stanisław Lem termenii automat şi semiautomat.
Termenul de robotica, “robotics” se refera la stiinta care se ocupa de studiul si
utilizarea robotilor.Acest termen a fost prima data folosit de scriitorul si omul de stiinta
american de origine rusa, Isaac Asimov, intr-o scurta povestioara numita “Runaround” in anul
1942.
Pentru a intelege aparitia robotilor si dezvoltarea in timp a roboticii voi prezenta
evolutia cronologica si etapele semnificative care au pus bazele progresului tehnologic din
acest domeniu.
2
Generalitati privind robotii
ANUL SEMNIFICATIA NUME
ROBOT
INVENTATOR
/ COMPANIE
Primul
secol
d.Hr
Descrieri a peste 100 de masini si automate,
incluzand motorul de foc, moara de vant,
masini de executat monezi precum si
motorul electric cu abur.
Ctesibius din
Alexandria,
Philo din
Byzantium,
Heron din
Alexandria
1206 Robot umanoid programabil O barca cu
patru roboti
muzicieni
Al-Jazari
1495 Design pentru un robot umanoid Mechanical
knight
Leonardo da
Vinci
1733 Rata artificiala confectionata din cupru
suflat cu aur.Rata intindea gatul, lua
grauntele din mana si apoi le
inghitea.Transparenta cavitatii ventrale,
permitea spectatorilor sa urmareasca
procesul de digestie.
Digesting
Duck
Jacques de
Vaucanson
1736 Muzicantul flautist ce interpreta 12 melodii
diferite.
Muzicantul
flautist
Jacques de
Vaucanson
1772 Omul-papusa scria unele cuvinte, propozitii
sidesena cu o deosebita precizie.
Androidul
Gramatic
Jacques-Pierre
Droz
1800 Jucarie mecanica japoneza care servea
ceaiul, picta.
Karakuri toys Hisashige
Tanaka
1801 Joseph Jacquard inventeaza o masina de
produs textile operata de cartele perforate.
Masina de
produs textile
Joseph Jacquard
1865 Omul cu aburi era o locomotiva cu chip de
om.
Omul cu aburi Johny Brainerd
1885 Robotul avea un proiector puternic iar din
ochi ieseau descarcari electrice.
Omul electric Frank Reade
1900 Un gigant cu o inaltime de 2 m din lemn Omul automat Luis Philip
3
Generalitati privind robotii
cauciuc si metal.
1921 Termenul de Robot a fost introdus pentru
prima data de Karel Capek in piesa
“R.U.R." sau "Rossum's Universal Robots".
Rossum's
Universal
Robot
Karel Capek
1938 Willard Pollard si Harold Roselund
realizeaza o masina de vopsit programabila.
Masina de
vopsit
programabila
Willard Pollard
si Harold
Roselund
1939 Primul robot construit a fost Electro si era
insotit de un ciine robot: Sparko. Ei au fost
prezentati la Expozitia Mondiala din New
York din 1939. Electro spunea 77 de
cuvinte si se putea misca inainte si inapoi.
Electro si
Sparko
Westinghouse
Electric
Corporation
1940 Realizarea manipulatoarelor sincrone pentru
manevrarea unor obiecte in medii
radioactive.
1942 Isaac Asimov a inceput sa scrie despre
roboti punand bazele stiintei pe care o
numim astazi robotica.Autorul a propus
legile roboticii sau mai bine zis ale
existentei unui robot .
Povestirea
„Pribeagul”
Isaac Asimov
1946 George Devol patenteaza "a playback
device for controlling machines "
George C.
Deval
1948 Norbert Wiener, profesor la M.I.T., publica
Cybernetic
Lucrarea
„Cybernetic”
Norbert Wiener
1951 Un brat dirijat de la distanta este facut de
Raymond Goertz pentru Atomic Energy
Commission.
Brat dirijat de
la distanta
Raymond
Goertz
1954 Kernward din Anglia a brevetat un
manipulator cu două braţe.
Manipulator
cu două braţe
Kernward
1954 Primul robot programabil este construit de
George C. Deval. Unimation, devine prima
companie de produs roboti. George C.
Deval a brevetat in anul 1954 un dispozitiv
de transfer automat, dezvoltat in anul 1958
Robot
programabil
George C.
Deval
4
Generalitati privind robotii
de firma americană Consolidated Control
Inc.
1959 Joseph Engelberger achiziţionează brevetul
lui Deval şi realizează in 1960 primul R.I.
Unimate in cadrul firmei Unimation Inc.
R.I. Unimate Joseph
Engelberger
1959 Planet Corporation devine prima companie
ce produce roboti pentru productie.
Roboti pentru
productie
Planet
Corporation
1962 General Motors instaleaza primul robot pe o
linie de asamblare a automobilelor.
Robot de
asamblare a
automobilelor
General Motors
1968 In uzina din Lordstown s-a instalat prima
linie de sudare a caroseriilor de automobile
dotată cu 38 de roboţi Unimate. A rezultat
ca robotul era cel mai bun automat de
sudură in puncte.
Roboţi
Unimate
1968 Prin asocierea cu firma Kawasaki N.I., în
Japonia a început fabricaţia de roboţi
Unimate, implementarea lor in industria
automobilelor având loc în 1971 la firma
Nissan-Motors.
Fabricaţia de
roboţi
Unimate
Kawasaki N.I
1971 Firma A.S.E.A. din Suedia realizează in
1971 robotul industrial cu acţionare
electrică Irb6 destinat operaţiilor de sudură
cu arc electric.
Robotul
industrial cu
acţionare
electrică Irb6
A.S.E.A.
1973 Primul robot controlat de un minicomputer
este realizat de Richard Hohn for Cincinnati
Milacron Corporation. Robotul este denumit
T3, The Tomorrow Tool.
Robotul T3 Richard Hohn
1975 Firma de maşini unelte Cincinatti Milacron
(S.U.A.) realizează o familie de roboţi
industriali actionaţi electric T3 ( The
Tommorow’s Tool).
Roboţi
industriali
actionaţi
electric T3
Cincinatti
Milacron
Brate atriculate robotice sint folosite de
5
Generalitati privind robotii
1976 probele spatiale Viking 1 si Viking 2.
1978 Companiile Unimation şi General Motors
lansează robotul PUMA(Programable
Universal Machine for Assembly).
Robotul
PUMA
Victor
Scheinman
1980 Incepe practic explozia industriala
robotica.In Romania in anul 1980 s-a
fabricat primul robot RIP63 la Automatica
Bucureşti după modelul A.S.E.A. iar prima
aplicaţie industrială cu acest robot de sudare
in arc electric a unei componente a şasiului
unui autobuz a fost realizată in anul 1982 la
Autobuzul Bucureşti. Un alt robot indigen
este REMT-1 utilizat intr-o celula de
fabricaţie flexibilă la Electromotor
Timişoara pentru prelucrarea prin aşchiere a
arborelor motoarelor electrice.
Robot RIP63
Robot indigen
REMT-1
Automatica
Bucureşti
Electromotor
Timişoara
1997 P3 – robot umanoid realizat de Honda
Motor Co.
Robot P3 Honda Motor
Co.
1999 AIBO un cine robot cantarind 1,6kg facut
de Sony.
AIBO Sony
2000 ASIMO – robot umanoid realizat de Honda. ASIMO Honda
2002 Expozitia de roboti Robodex la care a fost
prezent robotul destinat gospodariei SDR-
4X la firmei Sony care recunoaste dupa
glas, memoreaza cuvinte si comenzi
SDR-4X Sony
2003 Robotul dadaca are trasaturi omenesti si este
destinat pentru supravegherea copiilor
Wakamuru
2004 Robot android ce canta la trompeta Robot android Toyota
6
Generalitati privind robotii
2.1.3. Legi ale roboticii.
Scriitorul de literatura Science Fiction si omul de stiinta american de origine rusa,
Isaac Asimov, intr-o scurta povestioara numita “Runaround” publicata in anul 1942 a propus
trei legi ale roboticii sau ale existentei unui robot.Ulterior, Isaac Asimov a formulat si ceea ce
in robotica poarta numele de legea zero.Isaac Asimov este recunoscut ca fiind printre oamenii
care au pus bazele roboticii si care a influentat profund alti scriitori si ganditori in privinta
acestui subiect. Ca urmare a Legii 0, toate celelalte legi se modifica corespunzator, Legea 0
fiind legea suprema. Legile existentei unui robot sunt:
Legea 0.Un robot nu are voie sa provoace vreun rau umanitatii, sau prin inactivitate sa
permita vreun rau umanitatii.
Legea 1.Un robot nu are voie sa raneasca o persoana umana, sau sa permita ranirea
unei personae umane prin inactivitatea acestuia, cu exceptia cazului cand aceasta lege
contravene cu vreo lege anterioara.
Legea 2.Un robot trebuie sa respecte toate ordinele date de o persoana umana, cu
exceptia acelor reguli care intra in conflict cu vreo lege anterioara.
Legea 3.Un robot trebuie sa-si protejeze propria existenta atat timp cat aceasta
activitate nu intra in conflict cu legile anterioare.
Aceste legi au fost preluate mai tarziu de alti scriitori de Science Fiction cat si de
oameni de stiinta, ca si principii de baza pentru existenta unui robot.
7
Generalitati privind robotii
2.1.4. Clasificare roboti.
2.1.4.1. Din punctual de vedere al gradului de mobilitate se cunosc roboti ficsi
si mobile.
2.1.4.2. Din punct de vedere al informatiei de intrare si a metodei de instruire
exista:
2.1.4.2.1. Roboti actionati de om;
2.1.4.2.2. Roboti cu sistem de comanda cu relee (secvential);
2.1.4.2.3. Roboti cu sistem secvential cu program modificabil ;
2.1.4.2.4. Roboti repetitori (cu programare prin instruire);
2.1.4.2.5. Roboti inteligenti;
2.1.4.3. Din punct de vedere al sistemului de coordonate robotii sunt in sistem
de coordonate carteziene, cilindrice si sferice;
2.1.4.4. Din punct de vedere al sistemului de comanda:
2.1.4.4.1. Comanda punct cu punct (unde nu intereseaza traiectoria
propriuzisa);
2.1.4.4.2. Comanda pe contur (implica coordonarea miscarii axelor);
2.1.4.4.3. Comanda pe intreaga traiectorie (implica toti parametrii de
miscare);
2.1.4.5. Din punct de vedere al sistemului de actionare : hidraulica, electrica,
pneumatica, mixta;
2.1.4.6. Din punct de vedere al preciziei de pozitionare : sub 0,1mm,
(0,1÷0,5)mm, (0,5÷1)mm, (1÷3)mm, peste 3 mm;
2.1.4.7. Din punct de vedere al tipului de programare :
2.1.4.7.1. Cu programare rigida (fara posibilitati de corectie);
2.1.4.7.2. Cu programare flexibila (exista posibilitatea modificarii
programului);
2.1.4.7.3. Cu programare adaptiva (exista posibilitatea adaptarii automate
a programului in timpul functionarii)
8
Generalitati privind robotii
2.2. Tipuri de roboţi. Aplicatii.
Termenul de robot descrie un domeniu vast si din aceasta cauză roboţii sunt sortaţi pe
categorii. O clasificare a celor mai intalnite tipuri de roboti ar putea fi:
2.2.1. Roboti industriali.
Robotul industrial este un manipulator cu program de lucru
variabil, autonom si cu functionare automata, care reproduce anumite functii
motrice si intelectuale ale omului in realizarea unor operatii de productie auxiliare
sau de baza. El poate realiza cele mai variate succesiuni de operatii de
manipulare in cadrul unor procese de fabricate, aceasta flexibilitate fiind
asigurata pe de o parte prin disponibilitatea unui numar suficient de grade de
libertate(grade de miscare), iar pe de alta parte prin programabilitate.
Din punct de vedere al relatiei om-robot in timpul desfasurarii lucrului
robotilor, acestia se impart in trei mari categorii:
2.2.1.1. Roboti automati realizeaza functiile lor fara participarea directa a
omului in procesul de comanda. Avand in vedere adaptibilitatea lor la
conditiile(starea) mediului in care isi realizeaza functiile, robotii automati se
impar in trei generatii:
2.2.1.1.1. Robotii din generatia I, care se caracterizeaza prin program fix
de functionare, ei fiind capabili sa repete in mod strict operatiile
specificate in program, sub conditia invariabilitatii mediului in care
lucreaza, fara perturbatii externe.Ei nu se adapteaza la schimbarile
mediului, neavand, practic, nici o informatie despre mediul extern.
Programul acestor roboti se poate schimba intr-o oarecare masura si
sunt utilizati cel mai bine la aplicatii industriale pentru operatii ce se
repeta stereotip.
2.2.1.1.2. Generatia a II-a cuprinde robotii adaptivi, capabili sa lucreze in
conditii de mediu variabile sau partial necunoscute initial.Capacitatea
de adaptare robotului la actiunea perturbatiilor date de schimbarile de
mediu este determinate de senzorii cu care se doteaza acesti roboti, de
la care se obtin informatii asupra schimbarii conditiilor externe. Acesti
9
Generalitati privind robotii
roboti lucreaza dupa un ciclu de operatii definite in prealabil, dar pot
sa efectueze si operatii sub schimbarea conditiilor de operare.
2.2.1.1.3. Generatia a III-a cuprinde robotii inteligenti, posedand oarecari
caractere de inteligenta artificiala, gradul lor de inteligenta variind in
raport cu functiile care au fost dorite initial. Acesti roboti sunt capabili
sa-si defineasca actiunile instantanee luand in considerare informatiile
obtinute prin senzori tactili, vizuali sau de zgomot asupra mediului de
operare, sa rezolve probleme particulare si sa-si modifice modul de
actiune in concordanta cu variatiile mediului de operare.
2.2.1.2. Roboti biotehnici sunt robotii la care exista o permanenta participare a
operatorului uman in procesul de comanda. Sunt impartiti in trei subgrupe:
2.2.1.2.1. Roboti comandati pas cu pas, prin actionarea de catre
operatorul uman a unui buton sau maneta, este pus in functiune unul
din gradele de miscare ale robotului.
2.2.1.2.2. Roboti copiativi, denumiti si master-slave robots sunt constituiti
din doua lanturi cinematice deschise, primul lant (master) avand
miscarea comandata de operatorul uman, iar al doilea (slave) copiind
la scara aceasta miscare si efectuand operatiile de manipulare pentru
care este destinat robotul. In alte cazuri, legatura dintre master si slave
este indirecta, prin teletransmisie. In ambele cazuri, operatorul uman
trebuie sa vada tot timpul miscarea elementului manipulat de slave,
aceasta printr-o fereastra sau pe un ecran display.
2.2.1.2.3. Roboti semiautomati la care operatorul uman participa
nemijlocit in procesul de comanda, dar in acelasi timp cu el lucreaza si
un calculator universal sau specializat. Semnalul de comanda la aceste
sisteme este dat de operatorul uman, obisnuit printr-o maneta de
comanda ce poate avea 3-6 grade de miscare. Semnalul obtinut prin
apasarea manetei dupa un grad de miscare oarecare este preluat de
calculator, care efectueaza calcule si formeaza semnalele de comanda
pentru fiecare grad de miscare al organului de executie al robotului.
2.2.1.3. Robotii interactivi se caracterizeaza prin faptul ca operatorul uman are
numai o participare periodica in procesul de comanda, in restul timpului
robotul fiind comandat automat de calculatorul electronic. Acesti roboti pot
functiona in regim automatizat, cu alternarea permanenta a regimului
10
Generalitati privind robotii
biotehnic cu eel automat, cu comanda de supervizare sau cu comanda
dialog. Prin utilizarea acestor roboti se ating doua scopuri. Pe de o parte,
efectuandu-se automat toate operatiile robotului, se obtine productivitatea
maxima a lucrului acestuia. Pe de alta parte, infaptuind comanda la distanta
a robotului de catre om, se obtine posibilitatea efectuarii unor operatii
complexe in locuri in care omul nu poate actiona nemijlocit.Aplicatiile
robotilor interactivi sunt in cercetarea spatiului cosmic, a oceanului, in cazul
unor operatii complexe din mediul industrial, in exploatarea minelor cu
instalatii de teleoperare.
Figura 2.1 Roboti industriali tip manipulator.
2.2.2. Roboti mobili.
Robotii mobili difera in functionare fata de robotii industriali . Din aceasta cauza
problematica robotilor mobili este diferita de cea a robotilor industriali . Problemele unui
robot mobil sunt : stabilitatea vehiculului, propulsia, comanda si controlul.Daca robotul se
deplaseaza singur avem probleme cu software-ul(alegerea traseului si ocolirea obstacolelor) .
Daca robotul este telecomandat sau radioghidat sunt probleme legate de transmiterea si
primirea informatiilor de la robot .
Robotii mobili au intrebuintari multiple datorita diverselor functii pe care le
indeplinesc.
2.2.2.1. Robot mobil teleoperat
2.2.2.1.1. Aplicatii ale robotilor in medii ostile.
2.2.2.1.1.1. Detectarea minelor antipersonal.
11
Generalitati privind robotii
Distrugerea acestor mine este o peraţiune periculoasă şi costisitoare. Din acest motiv
există în prezent mai multe proiecte ce încearcă rezolvarea acestei probleme. Soluţiile alese
constau de obicei dintr-un robot mobil (ca unitate de execuţie) un algoritm de scanare a
suprafeţei ce trebuie eliberată, un element pentru detonarea sau dezamorsarea minelor
reperate. Reperarea se face în funcţie de tipul minelor folosite cu diferiţi senzori: detector de
metale, senzor infraroşu, electro-optic, multi spectral, cu dispozitive radar cu diferite lungimi
de undă, senzori cu unde acustice, detectarea particulelor cu sarcini, rezonanţă, senzori
chimic, biologici.
Figura2.2.Robot mobil detector de mine.
2.2.2.1.1.2. Inspecţia în zone contaminate nuclear.
Acest tip de robot trebuie să fie proiectat să facă faţă unei astfel de situaţii, să fie imun
la radiaţii ridicate, să poată depăşi obstacole de diferite forme (obstacole ce rezultă în urma
unei exploziei), să fie capabili să furnizeze date corecte în aceste situaţii personalului de
teleoperare.
Figura 2.3- Robot mobil folosit la inspecţii în urma dezastrelor nucleare
2.2.2.1.1.3. Intervenţiile în cazul ameninţărilor cu bombe şi a
muniţiei neexplodate.
Aceşti roboţi mobili au posibilitatea de a urca si coborî scări, deschide uşi, ridica
obiecte. În majoritatea cazurilor sunt echipate cu un dispozitiv folosit la detonarea voită a
explozibilului.
12
Generalitati privind robotii
Figura 2.4.a) Robot mobil folosit la detectarea dispozitivelor explozive capcană.
Figura 2.5.b) Robot mobil echipat cu dispozitiv de distrugere a bombelor (disruptor).
2.2.2.1.1.4. Roboţii mobili folosiţi în cercetarea spaţială.
NASA este unul dintre sponsorii principali ai Institutului de Robotică de la CMU;
unele din proiectele de cercetare explorează construcţia roboţilor care ar putea funcţiona pe
staţia spaţială, în lipsa gravitaţiei, şi care se pot deplasa pe structuri metalice de forma unor
schele.
Unul dintre cei mai cunoscuţi roboţi mobili teleoperaţi este Sojourner.
Sojourner a fost conceput de către JPL (Jet Propulsion Laboratory, laborator NASA) în
cadrul proiectului Mars Pathfinder. Sojourner este un robot cu 6 roţi motoare pe un şasiu
inovativ introdus de către NASA. Acest tip de şasiu ales de către NASA a fost special
conceput pentru a face faţă problemelor apărute datorită suprafeţei plenetei Marte. Aceasta
este cunoscută pentru multitudinea de obstacole de diferite dimensiuni întălnite.
13
Generalitati privind robotii
Figura 2.6. - Robot mobil Sojourner- depăşirea unui obstacol.
2.2.2.1.2. Teleoperarea în zone inaccesibile omului
2.2.2.1.2.1. Inspecţia conductelor
Sistemele de inspecţie a conductelor sunt formate uzual din mai multe părţi: robotul
mobil ce oferă platforma locomotorie, o cameră video uzual montată pe un dispozitiv ce
permite rotirea şi înclinarea acesteia şi unelte necesare efectuarea altor teste sau reparaţii.
Dintre testele ce pot fi efectuate amintim cele de natură nedistructivă, cum ar fi probe cu
lichide penetrante, scanări ultrasonice, cu raze x. Acestea se efectuează periodic pentru a
verifica parametrii conductei în cauză.
Figura 2.7. - Robot mobil folosit la inspecţia ţevilor.
2.2.2.1.3. Inspecţia în zone greu accesibile.
Pentru a putea pătrunde în zone greu accesibile este nevoie de roboţi mobili de
dimensiuni foarte reduse. Aceste dimensiuni reduse au însă un impact asupra calităţii
teleprezenţei. În special calitatea imaginilor video teletransmise este scăzută datorită distanţei
la sol foarte mici. Pentru a depăşi acest inconvenient au fost concepuţi roboţi mobili ce îşi
modifică forma în timpul operării.
14
Generalitati privind robotii
Printre aplicaţiile cele mai importante pentru acest tip de roboţi mobili enumerăm:
descoperirea de victime în cazul cutremurilor sau a unor explozii, inspecţia clădirilor (în
special inspecţia fundaţiilor).
Figura 2.8. - Robot mobil pentru zone greu accesibile. Modificarea formei în timpul
operării.
2.2.2.1.4. Roboţii subacvatici.
Aceştia operează uzual la adâncimi destul de mari, de până la 7000-8000 de metri
adâncime. Printre aplicaţiile uzuale numărăm: cartografiere, detectarea de epave, readucerea
la suprafaţă a diferitor obiecte (cum ar fi bucăţi de epavă, chiar elicoptere sau alte aparate de
zbor), inspecţia epavelor, salvarea scufundătorilor sau a altor naufragiaţi.
Figura 2.9. - Robot subacvatic de recunoaştere teleoperat.
2.2.2.1.5. Roboţii militari mobili.
În cadrul militar folosirea roboţilor mobili aduce numeroase avantaje. Se pot efectua
operaţiuni de recunoaştere, de spionaj fără riscul pierderilor de trupe (sau de divulgare a
15
Generalitati privind robotii
informaţiilor la capturarea acestora), suport logistic (transport de muniţie, medicamente,
combustibil), evacuare medicală a soldaţilor răniţi, operaţiuni de căutare şi salvare.
Figura 2.10. - Robot mobil militar multifuncţional.
2.2.3. Robot mobil autonom.
2.2.4. Robot mobil umanoid.
Roboţi umanoizi trebuie să acţioneze şi să reacţioneze autonom în mediu, mobilitatea
lor fiind restrânsă la cele două picioare ca locomoţie. Roboţii umanoizi pot fi clasificaţi ca
roboţi păşitori, abilitatea mersului biped, în poziţie dreaptă, este considerată ca o condiţie
esenţială.Acestia mai trebuie să fie capabili de a lucra cu braţele şi mâinile (manipularea şi
prinderea).
Figura 2.11. Robotul umanoid ASIMO produs de Honda.
16
Generalitati privind robotii
Figura 2.12. Robotul umanoid SUMO-Fujitsu
2.2.5. Robot casnic.
Robotul casnic lucrează autonom în gospodărie. Printre aplicatiile cunoscute se
numara: robot aspirator, robot de tuns gazonul, robot de spălat ferestrele.
2.2.6. Robot jucarie.
Nu se cunoaste exact unde este granita dintre un robot si o jucarie electronica
avansata.Orice jucarie cu un circuit integrat care executa cateva sarcini elementare este
denumita imediat robot pentru ca suna bine, dar cred ca se abuzeaza excesiv de acest termen.
Figura 2.13.-Robot jucarie Robosapien V2
Robosapien V2 este un robot jucarie, bazat pe stiinta aplicata a roboticii biomorfice,
ceea ce il face sa se miste si sa reactioneze asemeni unui organism viu.
Acesta face parte din penultima generatie de roboti, dotati cu functii care le ofera
autonomie (pot interactiona cu mediul inconjurator fara a avea nevoie de comenzi date de
utilizatorul uman prin intermediul telecomenzii) ; interactiunea cu mediul inconjurator se
bazeaza in special pe senzorii sonori (stereo-fonie distinge din ce parte ii vin sunetele - stanga
sau dreapta), senzorii de miscare, senzorii de atingere (maini, picioare), camera video
(recunoastere forme si culori).
17
Generalitati privind robotii
Privind tipurile de roboti ne putem da seama ca acestia raspund unor aplicatii
industriale sau neindustriale.
Aplicatiile neindustriale au o dezvoltare spectaculoasa si voi detalia aplicatii concrete
precum si aplicatii abordabile in colective de ingineri din diferite domenii.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.
In medicina: sisteme robotizate pentru diagnoza prin ecografie, sisteme
robotizate pentru interventii neurochirurgicale; vehicule ghidate automat pentru transportul
bolnavilor imobilizati la pat; vehicule ghidate automat pentru transportul medicamentelor,
alimentelor; vehicule ghidate automat pentru activitati de
curatenie si dezinsectie in spitale; sisteme robotizate pentru pregatirea prin
simulare, inainte de operatie, a unor interventii chirurgicale.
Pentru reabilitare se pot identifica urmatoarele aplicatii: scaun cu rotile
pliant, imbarcabil in autoturisme; manipulator pentru deservirea persoanelor
paralizate, vehicul pentru conducerea nevazatorilor .
In constructii: vehicul ghidat automat pentru asfaltarea soselelor; 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.
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.
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 cladirilor, strazilor; vehicul ghidat automat pentru
decontaminarea solului.
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
18
Generalitati privind robotii
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.
Aplicatiile industriale cuprind robotii ce actioneaza in medii industriale care au capatat
denumirea de roboti industriali. In general, acestia sunt roboti automati si in cazuri mai rare se
utilizeaza in industrie si roboti biotehnici sau interactivi. Sunt raspanditi, in special, robotii
programati si, mai putin, cei adaptivi. Robotii inteligenti se afla in faza de incercari in
laboratoare sau aplicatii la unele operatii de montaj automat.
Aplicabilitatile robotilor industriali sunt in fabricarea automobilelor (linie de
productie automatizata de sudat, lipit, vopsit si asamblare), in ambalare şi paletizare de bunuri
fabricate, in electronica la fabricarea de circuite sute de mii de componente pe oră, depasind
performantele un om în viteză, precizie şi fiabilitate.
Robotii industriali interactivi sunt utilizati in cercetarea spatiului cosmic, a oceanului,
in cazul unor operatii complexe din mediul industrial, in exploatarea minelor cu instalatii de
teleoperare.
2.3.Robot mobil.
2.3.1. Definitie.
Robotul mobil este un sistem complex care se deplaseaza intr-un anumit mediu fara
interventia umana si poate efectua diferite activităţi într-o varietate de situaţii specifice lumii
reale. El este o combinaţie de dispozitive echipate cu servomotoare şi senzori (aflate sub
19
Generalitati privind robotii
controlul unui sistem ierarhic de calcul) ce operează într-un spaţiu real, marcat de o serie de
proprietăţi fizice (de exemplu gravitaţia care influenţează mişcarea tuturor roboţilor care
funcţionează pe pământ) şi care trebuie să planifice mişcările astfel încât robotul să poată
realiza o sarcină în funcţie de starea iniţială a sistemului şi în funcţie de informaţia apriori
existentă, legată de mediul de lucru.
2.3.2. Caracteristici.
Principala lor caracteristica este mobilitatea.
Exista marii diversităţi de variante şi tipuri de roboţi mobili şi o ampla paleta
de utilizări. Există:
2.3.2.1. în funcţie de dimensiuni: macro-, micro- şi nano-roboţi.
2.3.2.2. în funcţie de mediul în care acţionează: roboţi tereşti – se deplasează
pe sol, roboţi subacvatici – în apă, roboţi zburători – în aer, roboţi
extratereştri – pe solul altor planete sau în spaţiul cosmic;
2.3.2.3. în funcţie de sistemul care le permite deplasarea în mediul în care
acţionează, există, de exemplu, pentru deplasarea pe sol: roboţi pe roţi sau
şenile; roboţi păşitori: bipezi, patrupezi, hexapozi, miriapozi; roboţi
căţărători: roboţi târâtori: care imită mişcarea unui şarpe, care imită
mişcarea unei râme etc; roboţi săritori, care imită deplasarea broaştelor,
cangurilor; roboţi de formă sferică (se deplasează prin rostogolire).
2.3.3. Exemple de roboti mobile.
Experienţa multor universităţi prestigioase din lume a confirmat faptul că roboţii
mobili şi, în special, roboţii programabili sunt sisteme mecatronice ideale, care pot fi utilizate
pentru a spori creativitatea studenţilor si interesul ştiinţific.
Robotul ER-6 care face scopul acestei lucrari, este un robot folosit in scopuri
educationale, programabil in software-ul IZIlab in functie de diferite tipuri de module.Din
acest motiv voi insista in acest subcapitol asupra unui singur tip de roboti mobili, si anume
robotii didactici folositi doar pentru cercetare in domeniul universitar.
ActivMedia Robotics LCC este recunoscuta ca fiind printre firmele din domeniul
tehnologiei cu o gama larga de roboti folositi in scopuri educationale pentru cercetare.Dintre
robotii educationali care s-au bucurat de un real success sunt robotii din seria Pioneer, precum
si robotul AmigoBot.
20
Generalitati privind robotii
2.3.3.1. Pioneer 3 DX
Robotul Pioneer 3 DX de dimensiune 44×38×22 cm suporta greutati de pana la 23 kg
datorita scheletului mecanic din aluminiu si a celor trei roti(doua de diametru 16.5cm si o a
treia mai mica pentru stabilitate) si poate atinge viteza de 1.6 metri/secunda.
Acest robot are opt senzori cu ultrasunete asezati intr-o configuratie de 180 grade care pot citi
date corect intre 15 cm si 7 m.
Figura 2.14.a)-Pioneer 3 DX, vedere frontala.
Gama de accesorii pentru robotul Pioneer 3 DX contine: acces la retea wireless
Ethernet, sistem de localizare si navigare bazat pe senzori laser, gripper, senzori pentru
evitarea coliziunilor (bumper sensors), camera video stereo, senzori bazati pe unde in spectru
infalrosu, siatem de localizare bazat pe GPS.
21
Generalitati privind robotii
Figura 2.14.b)-Pioner 3 DX, vederea din spate.
2.3.3.2. Pioneer 3 AT.
Dotarile standard ale acestui robot sunt : 16 senzori cu ultrasunete, camera cu vedere
de noapte, baze radio wireless Ethernet, GPS, patru roti ce pot fi folosite pe orice tip de teren,
cu precedere cel accidentat.
Figura 2.15-Pioneer 3 AT.
2.3.3.3. AmigoBot.
Amigobot este ideal pentru aplicatii didactice datorita dimensiunilor si pretului redus.
Acestra este echipat cu 8 senzori cu ultrasonice, sase dispuse in fata robotului si doua in
spatele acestuia.Exista doua versiuni de Amigobot:
2.3.3.3.1. Amigobot “Tethered”, versiunea cu fir a robotului ce permite
deplasarea pana la distante de maxim 5 m de calculatorul personal la
care este conectat.
Figura 2.16.a) Robotul Amigobot in versiunea tethered.
2.3.3.3.2. Amigobot “Wireless”, versiunea fara fir a robotului ce foloseste
o baza radio instalata pe robot pentru a comunica cu un
calculator.Distanta maxima pana la care comunicatie se poate
desfasura cu success este de 100m.
22
Generalitati privind robotii
Figura 2.16.b) Robotul Amigobot versiunea wireless.
2.4.Robot mobil autonom.
Testarea sistemelor robot mobile se bazeaza pe notiunea de autonomie, adica abilitatea
unui robot de a îndeplini în siguranta misiunea primita (fara interventia omului). Autonomia
robotului este implementata cu ajutorul tehnicilor de inteligenta artificial.
2.4.1. Definitie.
Un robot autonom este o combinatie de dispozitive echipate cu servomotoare si
senzori aflate sub controlul unui sistem ierarhic de calcul. El opereaza intr-un spatiu real,
populat cu obiecte fizice, si trebuie sa-si planifice miscarile astfel incit sa poata realiza o
sarcina in functie de starea initiala a sistemului si functie de informatia apriori existenta,
legata de mediul de lucru.Succesul in indeplinirea acestor sarcini depinde atit de cunostiintele
pe care acesta le are asupra configuratiei initiale a spatiului de lucru cit si de cele obtinute pe
parcursul evolutiei sale.
2.4.2. Caracteristici.
2.4.3. Probleme ale navigaţiei autonome.
2.4.4. Exemple de roboţi mobili autonomi.
Figura 2.17.Robotul Rovio
23
Generalitati privind robotii
Acest robot poate fi controlat de la distanta cu ajutorul unui dispozitiv capabil de
navigare pe internet, oferind posibilitatea de a monitoriza locuinta din orice loc din lume.
Sistemul audio si video de inalta rezolutie (640×480) foloseste formatul de codare MPEG4,
robotul putand captura si imagini statice pe care le trimite automat la o adresa email.
Microfonul si difuzoarele incorporate permit comunicarea in ambele sensuri.
Sasiul robotului se sprijina pe trei roti iar camera este amplasata pe un brat care se poate
extinde pentru a cupride o zona cat mai larga de observatie. Robotul poate fi programat sa
urmeze 10 cai personalizate de patrulare. Acesta va urma calea programata depistand si
ocolind obstacolele cu ajutorul unui senzor infrarosu.
Robotul are o autonomie de doua ore dupa care poate localiza singur dispozitivul de
reincarcare utilizand un senzor infrarosu. O reincarcare completa dureaza doua ore.
24