uvod - kelm.ftn.uns.ac.rs · ljuske; • zglobni, koji ima ... obzirom da se ovi zadaci svode na...

14
1 UVOD UVOD 1.1. ROBOTI 1.1. ROBOTI Robot se obi~no defini{e kao ra~unarski upravljan sistem koji: izvodi odre|ene radne operacije; mo`e da se kre}e u prostoru radi izvr{avanja radnog zadatka. Navedena definicija ne precizira obim osnovnih osobina, ali je bitno da podrazumeva manju ili ve}u samostalnost robota u kretanju i delovanju. Industrijski manipulacioni robot je preciznije odre|en u odnosu na op{tu definiciju. To je ra~unarski upravljan, repro- gramabilni vi{enamenski manipulator koji je projektovan tako da zamenjuje ~oveka u obavljanju odre|enih poslova. Industrijski robot omogu}ava pomeranje materijala, komada ili alata radi izvr{avanja raznovrsnih zadataka, uklju~uju}i inspekciju, merenje, verifikaciju i proizvednju delova, te njihovo sastavljanje u finalni proizvod. U skladu s tim, industrijski robot sastoji se od manipulatora kao mehani~kog dela koji se pokre}e i upravlja~kog sistema koji odre|uje i koordinira kretanje i delovanje robota. Manipulator je napravljen kao kinemati~ki lanac od ~vrstih segmenata spojenih pomo}u zglobova koji omogu}avaju rotaciono i translatorno pomeranje vrha robota. Jedan kraj robota pri~vr{}en je za nepokretnu osnovu, a drugi kraj je slobodan i na njemu se nalazi zavr{ni mehanizam, tj. hvataljka ili neki alat koji neposredno izvr{ava radni zadatak. Manipulator se mo`e podeliti u dva dela: minimalnu konfi- guraciju i zavr{ni mehanizam. Minimalna konfiguracija (robotska ruka) je mehanizam sa tri zgloba koji omogu}avaju pozicioniranje vrha zavr{nog mehanizma (robotske {ake) na `eljeno mesto u prostoru. U zavisnosti od kombinacije zglobova postoje razli~iti

Upload: phamcong

Post on 30-Jul-2018

214 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: UVOD - kelm.ftn.uns.ac.rs · ljuske; • zglobni, koji ima ... obzirom da se ovi zadaci svode na ta~no pozicioniranje, roboti prve generacije opremljeni su jedino senzorima unutra{njih

11UVODUVOD

1.1. ROBOTI1.1. ROBOTIRobot se obi~no defini{e kao ra~unarski upravljan sistem

koji:

• izvodi odre|ene radne operacije;

• mo`e da se kre}e u prostoru radi izvr{avanja radnog zadatka.

Navedena definicija ne precizira obim osnovnih osobina, ali jebitno da podrazumeva manju ili ve}u samostalnost robota ukretanju i delovanju.

Industrijski manipulacioni robot je preciznije odre|en uodnosu na op{tu definiciju. To je ra~unarski upravljan, repro−

gramabilni vi{enamenski manipulator koji je projektovan tako dazamenjuje ~oveka u obavljanju odre|enih poslova. Industrijski robotomogu}ava pomeranje materijala, komada ili alata radi izvr{avanjaraznovrsnih zadataka, uklju~uju}i inspekciju, merenje, verifikaciju iproizvednju delova, te njihovo sastavljanje u finalni proizvod. Uskladu s tim, industrijski robot sastoji se od manipulatora kaomehani~kog dela koji se pokre}e i upravlja~kog sistema kojiodre|uje i koordinira kretanje i delovanje robota. Manipulator jenapravljen kao kinemati~ki lanac od ~vrstih segmenata spojenihpomo}u zglobova koji omogu}avaju rotaciono i translatornopomeranje vrha robota. Jedan kraj robota pri~vr{}en je zanepokretnu osnovu, a drugi kraj je slobodan i na njemu se nalazizavr{ni mehanizam, tj. hvataljka ili neki alat koji neposrednoizvr{ava radni zadatak.

Manipulator se mo`e podeliti u dva dela: minimalnu konfi−guraciju i zavr{ni mehanizam. Minimalna konfiguracija (robotskaruka) je mehanizam sa tri zgloba koji omogu}avaju pozicioniranjevrha zavr{nog mehanizma (robotske {ake) na `eljeno mesto uprostoru. U zavisnosti od kombinacije zglobova postoje razli~iti

Page 2: UVOD - kelm.ftn.uns.ac.rs · ljuske; • zglobni, koji ima ... obzirom da se ovi zadaci svode na ta~no pozicioniranje, roboti prve generacije opremljeni su jedino senzorima unutra{njih

8 SENZORI U ROBOTICI

tipovi minimalne konfiguracije, sa karakteristi~nim na~inomkretanja i oblikom radnog prostora, (slika 1.1):

• pravougaoni, koji ima tri ose translacije (TTT), sa kreta−

njem segmenata du` tri me|usobno upravne ose i radnimpodru~jem u obliku kvadra;

• cilindri~ni, koji ima jednu osu rotacije i dve ose translacije(RTT), sa radnim prostorom u obliku cilindra ili dvakoncentri~na cilindra;

• sferni, koji ima dve ose rotacije i jednu osu translacije(RRT), sa radnim podru~jem u obliku dela sfere ili sferneljuske;

• zglobni, koji ima tri ose rotacije (RRR) i radno podru~je uobliku polulopte.

Slika 1.1. Osnovni tipovi minimalne konfiguracije

PRAVOUGLI

(TTT)

CILINDRI^NI

(RTT)

SFERNI

(RRT)

ARTIKULISANI

(RRR)

Page 3: UVOD - kelm.ftn.uns.ac.rs · ljuske; • zglobni, koji ima ... obzirom da se ovi zadaci svode na ta~no pozicioniranje, roboti prve generacije opremljeni su jedino senzorima unutra{njih

UVOD 9

Zavr{ni mehanizam manipulatora je ure|aj prilago|en zaneposredno obavljanje radnog zadatka (slika 1.2). Zavr{nimehanizam ima jedan, dva ili tri stepena slobode neophodna zadopunsko kretanje manipulatora. Industrijski manipulacioni robotinaj~e{}e imaju ~etiri do {est stepeni slobode, pri ~emu:

• tri stepena slobode minimalne konfiguracije slu`e zapozicioniranje zavr{nog mehanizma u odre|enu ta~kuprostora;

• ~etiri stepena neophodna su kada je pozicioniranjekombinovano sa jednostavnijim operacijama kod monta`e,preno{enja predmeta, ili opslu`ivanja prese;

• peti stepen slobode zahteva se kod pozicioniranja sadelimi~nom orijentacijom, tj. kod operacija gde je vrh {ake(alata) potrebno dovesti u `eljenu ta~ku uz istovremenopoklapanje ose {ake sa zadatim pravcem;

• {est stepeni slobode omogu}ava najslo`enije manipulativneoperacije nastale kombinacijom pozicioniranja i potpuneorijentacije, tj. svugde gde je potrebno vrh {ake dovesti uodre|enu ta~ku, njenu osu poklopiti sa zadatim pravcem i jo{zakrenuti {aku za neki ugao oko tog pravca.

Treba napomenuti da robot mo`e da ima i ve}i broj stepenislobode kretanja nego {to je dovoljno za realizaciju zadatka.Suvi{ni, redundantni stepeni slobode kretanja omogu}avaju robotuda izvr{i zadatak kre}u}i se na razli~ite na~ine, pa tada sistemupravljanja treba da odredi optimalno kretanje u skladu saodre|enim kriterijumom.

Primena. Roboti (manipulatori) primenjuju se danas uelektronskoj, metalskoj, metaloprera|iva~koj, prehrambenoj iautomobilskoj industriji, u rudarstvu, u vasionskim i podmorskimistra`ivanjima − odnosno u svim granama ljudske delatnosti gdese radi o zamornim, opasnim ili preciznim radnim operacijama.Sa robotima se posti`e ujedna~en kvalitet proizvoda, ve}aproduktivnost i manji tro{kovi proizvodnje i prevazilazinedostatak kvalifikovane radne snage.

Ilustrativni su podaci da je prvi industrijski robot bionamenjen za ta~kasto zavarivanje i da je bio instaliran 1961. uautomobilskom koncernu General Motors (GM), da je 1970. uSAD bilo ukupno 200 robota, a da je 1991. samo u GM bilo vi{eod 14 000. Najve}i broj robota instaliran je u visoko razvijenimindustrijskim zemljama. Smatra se da na Japan otpada oko jedne

Page 4: UVOD - kelm.ftn.uns.ac.rs · ljuske; • zglobni, koji ima ... obzirom da se ovi zadaci svode na ta~no pozicioniranje, roboti prve generacije opremljeni su jedino senzorima unutra{njih

10 SENZORI U ROBOTICI

tre}ine svih robota u svijetu. Prva nau~na konferencija o ro−

botima odr`ana je 1970. (The First National Symposium onIndustrial Robots, Illinois Institute of Technology in Chicago).

[AKA SA ^ETIRI PRSTA [AKA SA TRI PRSTA

HVATALJKA PRSKALICA

SISALJKA KLE[TA

Slika 1.2. Razli~iti oblici zavr{nog mehanizma

Page 5: UVOD - kelm.ftn.uns.ac.rs · ljuske; • zglobni, koji ima ... obzirom da se ovi zadaci svode na ta~no pozicioniranje, roboti prve generacije opremljeni su jedino senzorima unutra{njih

UVOD 11

Ograni~enja u primeni. Smatra se da je fabrikacijaproizvoda u srednjim i malim serijama idealna za industrijskerobote. Me|utim, dana{nji industrijski roboti mogu da ponavljajurelativno ograni~en broj operacija, pa su ve}inom zastupljeni naautomatizovanim linijama za velikoserijsku proizvodnju.

Drugim re~ima, industrijski roboti primenjuju se u dobrostrukturiranoj okolini, tj. za dobro poznate i ponovljive radnezadatke koji se mogu programirati unapred. U izvesnoj meriroboti mogu da se prilagode promenama radne okoline. To jeposebno izra`eno kod autonomnih (pokretnih) robota. Pokretniroboti kre}u se u prostoru pomo}u hodaju}eg mehanizma sa vi{enogu (hodaju}e ma{ine) ili pomo}u platforme sa to~kovima. Zarealizaciju radnih zadataka imaju ugra|en odgovaraju}i mani−pulator. Mobilni robot je veoma slo`ena ma{ina i zasada imaskromnu primenu u industriji. Mnogi problemi u vezi sanjihovim kretanjem, upravljanjem i tehnologijom izrade nisu jo{re{eni na zadovoljavaju}i na~in.

Ogromni istra`iva~ki napori ula`u se u razvoj robotike isigurno je da }e uzori iz sveta filma i ma{te postajati sve vi{erealnost. Na slici 1.3 prikazani su modeli pokretnih robota koji seupotrebljavaju kao univerzitetska u~ila. „Piper Mouse“ je robotupravljan zvu~nim signalima (slika 1.3.a), a „Space Invader“ je robotopremljen infracrvenim senzorima za detekciju prepreka (slika 1.3b).Na slici 1.4 su roboti iz filma „Rat zvezda“. Robot R2D2 jenamenski razvijen za univerzitetsku nastavu i istra`ivanja. U~asopisu „Radio Electronics“ tokom 1980. objavljene su detaljne{eme za njegovu konstrukciju.

Slika 1.3. Pokretni roboti - univerzitetska u~ila

a)

PIPER MOUSE

b)

SPACE INVADER

Page 6: UVOD - kelm.ftn.uns.ac.rs · ljuske; • zglobni, koji ima ... obzirom da se ovi zadaci svode na ta~no pozicioniranje, roboti prve generacije opremljeni su jedino senzorima unutra{njih

12 SENZORI U ROBOTICI

R2D2 3PO

Slika 1.4. Mobilni roboti iz filma „Rat zvezda“

1.2. SENZORI1.2. SENZORI 1.2.1. Senzor kao merno-informacioni ure|aj1.2.1. Senzor kao merno-informacioni ure|aj

Definicija senzora. Merenje ima posebno mesto u sistemusavremenih nauka jer daje kvantitativne informacije o objektuistra`ivanja. Merne informacije naj~e{}e imaju formu elektri~nogsignala. Razlog je {to su poja~anje, obrada, prenos i o~itanjeelektri~nog signala usavr{eni, a istovremeno se posti`e visokmetrolo{ki kvalitet stati~kih i dinami~kih karakteristika. Merenjemehani~kih, hemijskih, bilo{kih i procesnih veli~ina provodi sepomo}u raznih dava~a, transdjusera, transmitera i mernihpretvara~a. Za njih se u novije vreme ustalio termin senzor, {to jekoincidiralo sa razvojem materijala i tehnologija, integracijomkomponenti i primenom mikromehanike i mikroelektronike.

Page 7: UVOD - kelm.ftn.uns.ac.rs · ljuske; • zglobni, koji ima ... obzirom da se ovi zadaci svode na ta~no pozicioniranje, roboti prve generacije opremljeni su jedino senzorima unutra{njih

UVOD 13

Senzor je, dakle, ure|aj koji pretvara merenu fizi~ku veli~inuuglavnom u elektri~ni signal, odlikuje se malim dimenzijama,izuzetnim tehni~kim karakteristikama i sposobno{}u obrade signala.Navedena definicija unosi pomak u terminolo{ko zna~enje pojmasenzor, koji prema klasi~nom tuma~enju predstavlja samo primarniosetilni element u nizu pretvaranja merene fizi~ke veli~ine u mernisignal. Moderno shvatanje senzora do punog izra`aja dolazi upravou robotici.

Senzori i roboti. Da bi robot sa jednostavnim pokretimamogao da izvodi slo`ene operacije u promenljivoj okolini, neop−hodno je da ima odre|eni stepen inteligencije. Pod tim sepodrazumeva da je u stanju da interpretira informacije o varija−cijama u polo`aju radnih predmeta i o promenama u okolini i da imprilagodi svoje delovanje bez intervencije operatora. Na taj na~inrobot pro{iruje autonomiju i pove}ava preciznost manipulativnihoperacija.

Informacije se dobijaju pomo}u senzora koji se ugra|uju namanipulator ili njegovu periferiju. Neposredan zadatak je da seomogu}i hvataljci da bez obzira na redosled i polo`aj radnihpredmeta u radnoj oblasti izvr{i potrebnu manipulaciju nad ta~noodre|enim predmetom. Sistem automatskog upravljanja obra|ujeinformacije sa senzora i pomera hvataljku, pri ~emu se automatskikompenzuju efekti savitljivosti manipulatora i toleransi mehani~kekonstrukcije robota. Za uspe{an rad robotu su potrebne kompleksneinformacije o objektu: polo`aj, orijentacija, veli~ina, hrapavost, boja,temperatura, sila/moment i dr. Izdvajanje kompleksne informacije izmernih signala sa senzora provodi se primenom biokibernetskihprincipa, tj. na sli~an na~in kao kod ~oveka, pa se govori o ve{ta~kojili senzorskoj percepciji.

U tom smislu svi roboti pripadaju jednoj od tri generacije.Prvoj generaciji pripadaju programski roboti koji cikli~no ponavljajuzadati program, uvek na isti na~in i u istim radnim uslovima.Pogodni su za uzimanje predmeta sa trake, za obavljanje pomo}nihoperacija kod alatnih ma{ina, kod presovanja, zavarivanja i sl. Sobzirom da se ovi zadaci svode na ta~no pozicioniranje, roboti prvegeneracije opremljeni su jedino senzorima unutra{njih informacija,tj. informacija o polo`aju samog robota. Zbog toga su ovi robotinefleksibilni u pogledu promene zadatka, ali su jednostavni irelativno jeftini, te je zato ve}ina industrijskih robota ovog tipa.

Page 8: UVOD - kelm.ftn.uns.ac.rs · ljuske; • zglobni, koji ima ... obzirom da se ovi zadaci svode na ta~no pozicioniranje, roboti prve generacije opremljeni su jedino senzorima unutra{njih

14 SENZORI U ROBOTICI

Adaptivni roboti pripadaju drugoj generaciji. Pored senzoraunutra{njih informacija oni su opremljeni i senzorima spolja{njihinformacija koje se odnose na prostor i predmete u radnomokru`enju robota. Zahvaljuju}i tome adaptivni robot mo`e da se uve}oj ili manjoj meri orijenti{e u prostoru i da se prilagodi novimsituacijama koje se javljaju pri obila`enju prepreka, {avnomzavarivanju, bojenju, uzimanju predmeta sa trake koji su proizvoljnoraspore|eni i orijentisani i dr. Osnovna karakteristika adaptivnihrobota je da imaju definisan zadatak, ali mogu da menjaju svojekretanje pri njegovom ostvarivanju.

Inteligentni roboti pripadaju tre}oj generaciji. Njihova jeosobina da u neizvesnim situacijama mogu da odlu~uju i generi{uneprogramirane pokrete zahvaljuju}i obradi kompleksnih informa−cija dobijenih pomo}u senzora koji su i sami slo`eni. Prepozna−vanje situacije i prilago|avanje promenljivoj okolini baziraju se naelementima ve{ta~ke inteligencije. Ve}i stepen inteligencijepodrazumeva ve}u sposobnost prilago|avanja.

Treba napomenuti da tri navedene generacije robota nesmenjuju jedna drugu ve} postoje uporedo i primenjuju se u skladusa zahtevima konkretnog zadatka.

Senzorske funkcije.. Informacije sa senzora neophodne supre, za vreme i posle izvr{enja radnog zadatka. Pre izvr{enjazadatka, na primer, delovi mogu da se transportuju do robota iostavljaju na odre|enom mestu. Robot mora da zna kada dapreuzme deo, odnosno kada da zapo~ne izvr{enje zadatka. Ovo semo`e jednostavno re{iti postavljanjem infracrvenog ili optoelek−tronskog senzora koji }e detektovati prisustvo i poziciju objekta uradnom prostoru i tu informaciju proslediti do kontrolera. U tokuizvr{enja radnog zadatka robot pomo}u hvataljke ili vakuumskesisaljke dr`i objekat i prenosi ga na drugo mesto radi dalje obrade.Bez obzira koji tip {ake ili alata je upotrebljen, moraju se ugraditisenzori koji „ose}aju“ ili „vide“ {ta se de{ava na objektu, tj.detektuju njegovo prisustvo, poziciju, oblik, defekte i dr. Kada seradni zadatak obavi, objekat se transportuje na slede}u etapuobrade ili se odstranjuje kao defektan. Senzori ovde treba da dajuinformaciju da je hvataljka slobodna, gde je trenutno pozicionirana ikoliki je broj ispravnih/neispravnih delova.

Iz ove jednostavne analize zaklju~uje se da je generisanjeinformacije pomo}u senzora u uskoj vezi sa funkcijom kojuobavljaju. Razlikuju se slede}e senzorske funkcije:

Page 9: UVOD - kelm.ftn.uns.ac.rs · ljuske; • zglobni, koji ima ... obzirom da se ovi zadaci svode na ta~no pozicioniranje, roboti prve generacije opremljeni su jedino senzorima unutra{njih

UVOD 15

• Detekcija prisustva objekta u radnom prostoru. Senzori saovom jednostavnom funkcijom imaju izlazni signal tipaon/off i obi~no su na svakom robotu najvi{e zastupljeni upore|enju sa svim drugim senzorima.

• Lociranje, tj. odre|ivanje pozicije objekta. Ova senzorskafunkcija je slo`enija od prethodne, jer osim prisustva objektasenzor treba da sa odre|enom metrolo{kom ta~no{}u utvrdigde se objekat nalazi.

• Inspekcija je senzorska funkcija koja osim detekcije prisustvai odre|ivanja lokacije uklju~uje i verifikaciju karakteristikaobjekta kao {to su orijentacija, oblik, veli~ina ili boja. Zaovakvu funkciju slu`e senzori koji mogu da generi{uodre|enu sliku (viziju) objekta. Takvi senzori imaju bazupodataka o karakteristikama objekta. Baza se formira u faziobu~avanja senzora i dopunjava se kasnije samostalnimu~enjem pomo}u posebnih softverskih programa. Ovi senzorinazivaju se inteligentnim, a primenjuju se u kontroliproizvoda na traci.

• Identifikacija je najslo`enija senzorska funkcija. Realizuje seistim tipom senzora kao i inspekcija, ali je smisao da seodre|eni objekat sledi tokom ~itavog procesa obrade, a nesamo unutar jedne faze kao kod inspekcije. Tipi~an slu~aj jepra}enje delova po~ev od sortiranja i zatim na svim etapamaasembliranja kako bi se nad tim delovima na svakoj etapiobavila potrebna operacija.

• Monitoring i predikcija radnih uslova podrazumevajudetekciju stanja okoline, performansi robota i svih sistemakoji su na njemu ugra|eni radi za{tite od otkaza. Ako seustanovi da neki deo sistema ne sme otkazati u toku radneoperacije jer bi to dovelo do isklju~ivanja cele proizvodnelinije, celishodno je da se zamena tog dela obavi {to kasnije,ali pre kriti~nog trenutka. Zato se taj deo mora nadzirati dase na vreme ustanove elementi ranog upozorenja otkaza. Naprimer, za bu{ilicu je kriti~ni deo burgija. Jednostavansenzor bi mogao samo da indicira da je burgija slomljena, alis obzirom na postavljeni cilj ovde je bolje ugraditi senzorpreoptere}enja burgije: senzor struje u motoru, senzortemperature ili senzor zvuka. Kada se informacije sa senzoraprepoznaju kao nastupanje otkaza, preduzima se za{titnaakcija: uspostavlja se bezbedan na~in rada i zamena burgije.

Page 10: UVOD - kelm.ftn.uns.ac.rs · ljuske; • zglobni, koji ima ... obzirom da se ovi zadaci svode na ta~no pozicioniranje, roboti prve generacije opremljeni su jedino senzorima unutra{njih

16 SENZORI U ROBOTICI

Ovo je tzv. prediktivno odr`avanje koje je slo`enije odpreventivnog i obi~nog odr`avanja. Senzori sa funkcijommonitoringa i predikcije stanja sistema spadaju uinteligentne senzore.

• Sigurnost i za{tita. Senzori sa ovom funkcijom namenjeni suza za{titu ljudi i okoline od robota. Robot kao vi{ena−

menska ma{ina mo`e da izvodi brze i neo~ekivane pokrete ida razvija punu snagu u bilo kojoj ta~ki radne oblasti, koja jemnogo ve}a u odnosu na osnovu robota. Da se spre~e povrede ljudi iokoline neophodni su senzori sa funkcijom sigurnosti iza{tite (slika 1.5). Posebni programi za bezbednostanaliziraju informacije sa ovih senzora, ali i sa svih ostalih −bez obzira na njihovu osnovnu funkciju, tako da upravlja~kisistem reaguje adekvatno opasnim situacijama koje nastajuzbog ulaska ~oveka u radnu zonu ili zbog izletanja komadaizvan te zone u okolinu.

Treba napomenuti da se nazivi senzorskih funkcija poduda−

raju sa istoimenim robotskim funkcijama. Za realizaciju odre|enefunkcije robotu su potrebni odgovaraju}i senzori. Na primer, robotusu za inspekciju neophodni senzori za detekciju prisustva, senzori zadetekciju lokacije i orijentacije, te senzori za inspekciju.

Slika 1.5. Za{tita radne okoline robota

SPOLJNASENZORSKASTAZA

OGRADA

UNUTRA[NJA SENZORSKASTAZA

SVETLOSNAZAVESA

OGRADA

PRILAZ ZA ODR@AVANJE

Page 11: UVOD - kelm.ftn.uns.ac.rs · ljuske; • zglobni, koji ima ... obzirom da se ovi zadaci svode na ta~no pozicioniranje, roboti prve generacije opremljeni su jedino senzorima unutra{njih

UVOD 17

Povezivanje izme|u robota i senzora omogu}ava komu−

nikaciju robota sa okolinom, pra}enje radnih funkcija i stanjesistema instaliranih na robotu. Informacije sa senzora imajuanalogni ili digitalni oblik.

Primarnu obradu (pretprocesiranje) informacija obavljalokalni kontroler, a zavr{nu obradu kontroler robota, koji donosiodluke {ta treba da se radi, preduzima akcije u saglasnosti sodlukama i nadgleda provo|enje akcija. Na primer, iz informacijeo poziciji radnog komada kontroler formira upravlja~ki signal zapokretanje manipulatora u `eljenu poziciju i signal za {aku/alatza izvr{enje radnog zadatka, a na osnovu daljih informacija pratirealizaciju zadatka. Da bi se postigla `eljena brzina i efikasnostrada, kontroler se projektuje za specifi~ne namene.

Tipi~ni kontroler je mikrora~unar sa arhitekturom koju~ine: mikroprocesor (centralna procesna jedinica − CPU),memorija, ulazno−izlazni moduli (I/O) i spoljne magistrale zaelektri~no povezivanje. Program sme{ten u memoriji izvr{ava sezahvaljuju}i interakciji CPU i I/O putem magistrale adresa,magistrale podataka i upravlja~ke magistrale. Promenom progra−

ma isti kontroler mo`e se upotrebiti za razli~ite aplikacije.

Kada je broj senzora i izvr{nih ure|aja veliki, kontrolerrobota, i pored velike brzine rada koju mu omogu}avamikroprocesorski bazirana CPU, ne mo`e da stigne da obradi sveinformacije, pa se tada dodaje eksterni kontroler za pretpro−

cesiranje. Eksterni kontroler mo`e u celosti biti sme{ten najednoj plo~i. Zbog male cene ovaj tip kontrolera mnogo seupotrebljava u razli~itim oblastima tehnike. Nedostaci su muograni~en broj periferala koje kontroli{e i ote`ano programiranjeu vi{im programskim jezicima. U novije vreme ovi nedostaci svesu manje izra`eni. Eksterni kontroler mo`e biti izgra|en na baziPC ra~unara, ~ije su osnovne prednosti u pove}anoj memoriji, umogu}nosti povezivanja sa raznovrsnim periferalima i uraspolo`ivom softveru. Naj~e{}e PC slu`i za nadgledanje rada vi{ekontrolera izgra|enih na jednoj plo~i, za ve}e i slo`enije obradepodataka, za grafi~ki displej i dr.

Tre}i tip robotskog kontrolera ozna~ava se kao programa−

bilni logi~ki kontroler (PLC). Tipi~ni PLC prima diskretnesenzorske informacije i direktno daje odgovaraju}e upravlja~keizlaze generisane primenom logi~kih operacija. Prvi PLC kontro−

Page 12: UVOD - kelm.ftn.uns.ac.rs · ljuske; • zglobni, koji ima ... obzirom da se ovi zadaci svode na ta~no pozicioniranje, roboti prve generacije opremljeni su jedino senzorima unutra{njih

18 SENZORI U ROBOTICI

leri napravljeni su da zamene releje. Zato je u njima tradicionalnozastupljena sekvencijalna logika, koja je danas pro{irenamatemati~kim funkcijama. Nedostatak PLC je te`e programiranje uodnosu na prethodna dva tipa robotskih kontrolera.

Povezivanje robotskog kontrolera sa senzorima i drugimperiferalima ostvaruje se pomo}u ulazno−izlaznih modula.Naj~e{}e su to kontroleri kojima upravlja robotski kontroler, aizme|u njih su linije za prenos digitalnih signala ili standardnikomunikacioni interfejs (RS−232C, RS−422 ili RS−488).

1.2.2. Podela senzora u robotici1.2.2. Podela senzora u robotici

Klasifikacija senzora u robotici mo`e se ostvariti premarazli~itim kriterijima. Podela na kontaktne i beskontaktne senzorejedna je od najranijih − odr`ala se i do danas. Najpotpunija podelatemelji se na kompleksnosti senzorske informacije, na osnovu ~egase razlikuju tri osnovne grupe senzora:

• proksimiti senzori;

• merni senzori;

• senzori vizije: taktilne, zvu~ne, termi~ke i opti~ke.

Senzori blizine imaju informacioni kapacitet od jednog bitajer je njihov izlazni signal dvonivoski. Vrednost izlaza zavisi od togada li je udaljenost radnog predmeta manja ili ve}a od zadane.Proksimiti senzori i pored jednostavnosti imaju veliku primenu ukontroli referentnih faza manipulativnih procesa.

Merni senzori imaju elektri~ni izlazni signal koji je ustacionarnom stanju proporcionalan merenoj fizi~koj veli~ini.Odlikuju se visokim metrolo{kim pokazateljima. Naj~e{}e se pravekao otporni~ki, kapacitivni, elektromagnetski, pijezoelektri~ni ilioptoelektronski. U robotici slu`e za merenje:

• geometrijsko−prostornih koordinata (udaljenost radnihpredmeta od manipulatora, me|usobna udaljenost predmeta,pozicija predmeta u radnoj oblasti, relativni polo`aj segmenatamanipulatora, veli~ina predmeta;

• kinematskih veli~ina (translatorna i ugaona brzina, ubrzanje);

Page 13: UVOD - kelm.ftn.uns.ac.rs · ljuske; • zglobni, koji ima ... obzirom da se ovi zadaci svode na ta~no pozicioniranje, roboti prve generacije opremljeni su jedino senzorima unutra{njih

UVOD 19

• sile (sila, moment i pritisak izme|u dva robota, masaradnog predmeta, kontaktna sila izme|u hvataljke iradnog predmeta);

• ostalih veli~ina (termi~ka, elektri~na, magnetska ili opti~kasvojstva predmeta).

Senzori slike daju informaciju u obliku slike koja se odnosina strukturu, oblik ili topologiju radnih predmeta. Za takvuinformaciju ta~nost ima manji zna~aj nego kod mernih senzora, alije kompleksnost znatno ve}a. Slika se dobija kao projekcijatrodimenzionalne scene na jednodimenzionalni niz ilidvodimenzionalnu matricu sastavljenih od n, odnosno n×n mernihsenzora. Elektronskim skaniranjem niza/matrice nastaje serijskisignal koji reprezentuje datu sliku. Skaniranje mo`e biti imehani~ko, ali je ono mnogo sporije. Takvo skaniranje dobija sepomo}u ure|aja koji pomera senzorski niz ili senzorsku matricu,tako da se za jedan polo`aj dobija odre|eni segment slike.

Prema fizi~kom principu na kojem se dobija slika, razlikujuse taktilna (dodirna), zvu~na (ultrazvu~na) i opti~ka vizija.Termi~ka vizija je specijalan slu~aj taktilne kada postoji kontaktsa radnim predmetom i kada toplota sa predmeta na senzorprelazi kondukcijom, odnosno specijalan je slu~aj opti~ke vizijekada se prelaz toplote od predmeta do senzora odvija radijacijom.Razvoj opti~ke vizije najdalje je odmakao u pogledu primene.Posebno je pogodna za beskontaktnu detekciju pozicije, orijenta−

cije i oblika radnih predmeta, za analizu scene, za navigacijupokretnih robota i za inspekciju proizvoda. Ultrazvu~na vizija imasli~nu namenu kao i opti~ka. U uslovima smanjene vidljivostidaje bolje rezultate od opti~ke, ali je od nje inferiornija zbog ni`erezolucije i problema sa kontrolom ultrazvu~nih signala. Taktilnavizija trenutno ima najmanju primenu, ali se od nje mnogoo~ekuje po{to pored detekcije pozicije, orijentacije i oblika omogu−

}ava pra}enje karakteristika povr{ine predmeta kao {to suhrapavost ili tekstura.

LITERATURA

1. M.Popovi}, E.Humo: „Senzori budu}nosti“, Jurema, 1987.

2. M. Popovi}: „Senzori i merenja“, Vi{a elektrotehni~ka {kola, Beograd,1994.

Page 14: UVOD - kelm.ftn.uns.ac.rs · ljuske; • zglobni, koji ima ... obzirom da se ovi zadaci svode na ta~no pozicioniranje, roboti prve generacije opremljeni su jedino senzorima unutra{njih

20 SENZORI U ROBOTICI

3. I.Plander: „Trends in the development of sensor systems and their usein some technological areas“, Robotics, No. 3 (157−165), 1987.

4. P.P.L.Regtien: „Sensors for applications in robotics“, Sensor and Actu-ators, Vol. 10, No. 3&4 (195−218), 1986.

5. K.Sugimoto: „Present state and trends in robot technology“, Robotics,Vol. 3, No. 1 (81−86), 1987.

6. P.P.L.Regtien: „Sensors systems for robot control“, Sensors and Ac-tuators A, Vol. 17, Nos. 1&2 (91−101), 1989.

7. J.A.Gupton, Jr.: „Computer-controlled industrial machines, processesand robots“, Prentice−Hall, Englewood Clifffs, New Jersey, 1986.

8. V.Potkonjak: „Savremeni roboti. Uvod u teoriju i primenu“, Nau~naknjiga, Beograd, 1986.

9. M.Vukobratovi}, D.Stoki}, N.Kir}anski, D.Hristi}, B.Karan, D.Vuji},M.\urovi}: „Uvod u robotiku“, Institut „Mihajlo Pupin“, Beograd 1986.

10. R.A.Grupen, R.J.Popplestone: „Sensor-based automated manufacturing“,Robotics Today, Vol.1, No. 2 (1−5), 1988.

11. R.Dorf: „International Robotics Encyclopedia“, John Wiley & Sons, NewYork, 1988.

12. E.J.Kehoe: „Practical robot safety“, Robotics Today, 38−41, april 1985.