Teza de Licenta Robot Biped

download Teza de Licenta Robot Biped

of 14

  • date post

    24-Nov-2015
  • Category

    Documents

  • view

    68
  • download

    2

Embed Size (px)

description

licenta

Transcript of Teza de Licenta Robot Biped

1

1. IntroducereRobotul reprezint n momentul de fa punctul de intersecie al rezultatelor de vrf ntr-o serie de domenii: mecanic, automatic, calculatoare i sisteme de acionare. Aceast congruent a unor ramuri tiinifice i tehnologice att de diferite se explic prin complexitatea deosebit a robotului, att sub raportul arhitecturii mecanice, ct i n ceea ce privete sistemul de conducere.

Propriu-zis, robotul este rezultatul firesc al evoluiei de la mainile unelte automatizate, mainile cu comand program, liniile automate de fabricaie etc. n momentul n care rigiditatea i inflexibilitatea acestora nu a mai corespuns cerinelor actuale de productivitate i calitate, iar omul a ncercat s execute aciuni directe, nemijlocite asupra proceselor cptnd un rol de supraveghere i control.

Deci robotul, ca rezultat al acestor dezvoltri tehnico - tiinifice, poate fi definit ca un sistem tehnologic capabil s nlocuiasc sau s asiste omul n exercitarea unor aciuni diverse asupra mainilor sau liniilor de producie.

n acest context, apare evident complexitatea problemelor privind att

construcia i acionarea roboilor ct i, n special, conducerea lor.

1.1. Componentele fundamentale ale sistemului robotPrivit n toat complexitatea sa, un sistem robotic cuprinde urmtoarele

componente (figura 1.1):

a) spaiul de operare;

b) sursa de energie

c) sursa de informaie

d) robotul.

Figura 1.1

Spaiul de operare al unui robot este strns legat de domeniul de lucru al acestuia, de gama aplicaiilor la care particip. Acest spaiu este definit direct de parametrii arhitecturii mecanice a robotului i este restricionat pe de o parte de anumite caracteristici ale elementelor interne, mecanice, i pe de alt parte de caracteristicile obiectelor implicate n procesul tehnologic.

Sursa de energie constituie suportul energetic necesar pentru punerea n micare att a elementelor mobile ale robotului ct i pentru asigurarea alimentrii electrice a sistemului de acionare i a celui de conducere. Sursa de informaie definete modul de operare al robotului, caracteristicile de baz ale funcionrii acestuia, structura algoritmilor de conducere n funcie de specificul operaiei, de modul de prelucrare a informaiei de baz (n timp real sau nu) i de relaia robot - operator existent n procesul de operare. Aceast relaie poate determina funcionarea automat, independent, a robotului sau n asociere

cu operatorul (de exemplu sistemele de teleoperare).

Robotul, componenta de baz a acestui sistem, este format din dou pri: unitatea de prelucrare a informaiei i unitatea operaional.

Unitatea de prelucrare a informaiei este un complex hardware-software ce primete date privind instruciunile ce definesc operaiile executate, msurtori privind starea unitii operaionale, observaii asupra spaiului de operare al robotului, date pe baza crora determin n conformitate cu algoritmii de conducere stabilii, deciziile privind modalitatea de acionare a unitii operaionale etc.

Unitatea operaional corespunde robotului propriu-zis cuprinznd structura

mecanic a acestuia i sistemul de acionare asociat. Aceast unitate acioneaz asupra spaiului de operare utiliznd i transformnd energia furnizat de surs i reacionnd adecvat la semnalele primite din exterior. n componena robotului distingem: elementele care interacioneaz direct cu spaiul de operare (elementele efectoare, gripere sau mini), componente de structur (articulaii, segmente), modulatoare de energie (amplificatoare), convertoare de energie (motoare), sisteme de transmisie a energiei mecanice i senzori interni.

Figura 1.2

Robotul acioneaz asupra spaiului su de operare sub diverse forme:

deplasarea unor piese n anumite poziii (manipulare), prelucrarea i transformarea unor produse, asamblarea unor componente, dezasamblarea unor piese n componentele lor, sudarea pieselor, msurarea unor parametrii specifici ai produselor sau chiar a spaiului de operare etc. n figura 1.2 sunt prezentate cteva din aceste operaii, operaia de manipulare a unor piese pentru o prelucrare ulterioar la o main unealt (figura 1.2, a), operaia de vopsire (figura 1.2, b) i operaii de asamblare (figura 1.2, c).

Numeroasele aplicaii i funciuni exercitate de un robot pun n eviden dou caracteristici eseniale ale acestor sisteme: versatilitatea i autoadaptarea la mediu.

Versatilitatea definete capacitatea fizic a robotului de a realiza diverse funcii i de a produce diverse aciuni n cadrul unei aplicaii tehnologice date. Aceast proprietate este strns legat de structura i capacitatea mecanic a robotului, ea implicnd configuraii mecanice cu geometrie variabil a cror

flexibilitate s acopere cerinele de operare.

Autoadaptarea constituie, de asemenea, o proprietate deosebit de important a roboilor ce confirm gradul de inteligen al acestor sisteme. Ea definete capacitatea acestora de a lua iniiativa n realizarea unor operaii incomplete specificate prin programul de conducere, proprietatea de a sesiza anumite modificri ale mediului de operare, posibilitatea de a stabili un plan complet de operaii avnd jalonate numai anumite faze semnificative etc.

1.2. Componentele fundamentale ale structurii mecaniceRoboii industriali utilizai n momentul de fa prezint soluii constructive i conceptuale neunitare datorit, n special, diversitii sarcinilor cerute, parametrilor tehnici impui i aplicaiilor specifice pentru care au fost proiectai. Cu toat aceast aparent neunitate, robotul prin structura sa mecanic poate fi considerat ca un sistem omogen format din elemente cu funcii bine precizate care asigur interaciunea nemijlocit ntre robot i obiectul aciunii sale din spaiul de operare.

Principalele componente ale structurii mecanice sunt: elementul efector, braul i baza robotului.

Elementul efector denumit uneori i griper, element de prehensiune, mn sau pur i simplu element terminal asigur contactul direct, nemijlocit dintre robot i obiectul din spaiul de operare asupra cruia acioneaz. Acest element difer constructiv dup gama aplicaiilor i dup natura funciei realizate. Astfel, elementele efectoare utilizate n sudur difer de cele folosite n operaiile de manipulare sau de vopsire.Un astfel de element cuprinde:

corpul propriu-zis, cu o structur mecanic adecvat funciei realizate;

unul sau mai multe dispozitive de acionare;

unul sau mai muli senzori pentru determinarea regimurilor critice ale

operaiei realizate.

Trebuie remarcat faptul c soluiile constructive adoptate tind spre realizarea fie a unui element multifuncional cu o gam larg de aplicaii, fie spre un element efector monofuncional cu o destinaie precis.

Braul robotului servete pentru poziionarea corect a elementului efector. n acest scop, braul reprezint o structur mecanic cu o geometrie variabil obinut prin legarea n cascad a unor segmente conectate prin articulaii de rotaie sau translaie. Sistemele de acionare corespunztoare asigur micrile independente ale fiecrui segment n raport cu segmentul precedent. Aceste micri

sunt n general restricionate de anumite caracteristici ale arhitecturii mecanice.

Toate aceste elemente i subansamble se monteaz pe un cadru special ce formeaz baza robotului. Aceast baz se aeaz fie pe un postament fix sau mobil (n funcie de tipul robotului), fie se suspend pe o cale de ghidare cu in.

Elementele enumerate formeaz structura de baz a oricrui robot industrial. n afar de aceast structur clasic, n construcia roboilor pot apare sisteme de locomoie, sisteme cu 2-3 brae, sisteme cu 2-3 elemente efectoare etc.1.3. Robotul obiect de conducere

Roboii, prin structura i funciile lor reprezint o clas de sisteme ce sintetizeaz elemente de vrf dintr-o serie de domenii tehnico - tiinifice. De fapt, prin atribuiile sale robotul imit sau substituie funciile de locomoie, manipulare i de intelect ale omului. Este evident, deci, c robotul reprezint un sistem extreme de complex, descris prin modele matematice sofisticate definite prin sisteme de ecuaii difereniale neliniare, cu parametrii variabili, deterministe sau stohastice, cuprinznd un numr mare de variabile de intrare i ieire.

Funcia de baz a robotului este reprezentat de micarea acestuia n spaiu, deci regimurile statice i dinamice ale structurii mecanice vor reprezenta punctul de plecare n definirea robotului ca obiect de conducere.

Pentru exemplificare, s considerm un robot cu trei articulaii de rotaie (figura 1.3). Micarea, evoluia robotului, este determinat de cele trei moment M1, M2, M3 aplicate n articulaii, acestea determinnd rotirea segmentelor corespunztoare i deci obinerea unei noi poziii a braului, poziie definit prin

noile valori ale unghiurilor q1, q2, q3.

Figura 1.3Considerat, deci, ca obiect orientat de conducere, robotul primete un vector de intrare definit de forele generalizate aplicate n articulaii i genereaz un vector de ieire format din unghiurile (sau deplasrile) articulaiilor.

Analiza ca obiect condus impune, totodat, definirea vectorului de stare al robotului. n general, acest vector este determinat de coordonatele generalizate stabilite n articulaii (unghiuri sau deplasri) i de derivatele acestora (vitezele generalizate ale micrii). Relaiile intrare stare ieire specifice robotului sunt date prin ecuaii difereniale, neliniare, obinute pe baza regimurilor dinamice ale acestuia. Deducerea acestor ecuaii i analiza cantitativ i calitativ a micrii vor constitui obiectul capitolelor urmtoare ale lucrrii.

Reprezentarea din figura 1.3 corespunde unei descrieri formale a robotului ca obiect condus fr a preciza implicaiile tehnologice ale structurii de conducere.

Figura 1.4

n figura 1.4 sunt prezentate soluii constructive privind principalele blocuri ale unui astfel de sistem. Se observ c variabilele principale ce interv