Modelarea și Strategii de Conducere a Manipulatoarelor Robotice

CAPITOLUL 1

Modelare si strategii de conducere a manipulatoarelor robotice

1.1. Introducere în problematica robotilor industriali

Notiunea de “robot” a fost introdusa pentru prima data de scriitorul ceh Karel Capek în celebra sa piesa de anticipatie stiintifica “R.U.R.” (Rossum’s Universal Robot), scrisa în anul 1922, pentru a denumi fiintele umanoide – personajele principale ale comediei. Constituind vreme îndelungata tema unei ample literaturi stiintifico-fantastice, robotii au fost realizati ca sisteme tehnice de data relativ recenta , determinând aparitia unei noi orientari tehnico-stiintifice, si anume tehnica robotilor. Domeniile de aplicare a tehnicii robotilor se largesc mereu, ei putând fi utilizati în industrie, transporturi si agricultura , în sfera serviciilor, în cunoasterea oceanului si a spatiului cosmic, în cercetarea stiintifica etc.

În general, robotii constituie o clasa de sisteme tehnice care imita sau substituie functii motrice sau intelectuale umane. Aceasta se realizeaza prin asocierea diferitelor tipuri de sisteme de manipulare sau locomotoare, determinând caracterul antropomorfic al robotului, cu diferite tipuri de echipamente de calcul sau logice, care determin functiile intelectuale ale acestuia. Robotii îsi desfasoara activitatea într-un mediu concret, ale carui caracteristici pot ramâne constante sau sunt variabile în timp.

Din punct de vedere al relatiei om-robot în timpul desfasurarii lucrului robotilor, acestia se împart în trei mari categorii:

- roboti automati;

- roboti biotehnici;

- roboti interactivi.

Robotii automati realizeaza functiile lor fara participarea directa a omului în procesul de comanda . Având în vedere adaptibilitatea lor la conditiile (starea) mediului în care îsi realizeaza functiile, robotii automati se împart în trei generatii:

1. Robotii din generatia I, care se caracterizeaza prin program fix de functionare, ei fiind capabili sa repete în mod strict operatiile specificate în program, sub conditia invariabilitatii mediului în care lucreaza , fara perturbatii externe. Ei nu se adapteaza la schimbarile mediului, neavând practic nici o informatie despre mediul extern. Programul acestor roboti se poate schimba într-o oarecare masura si sunt utilizati cel mai bine la aplicatii industriale pentru operatii care se repeta stereotip.

2. Generatia a II-a cuprinde robotii adaptivi, capabili sa lucreze în conditii de mediu variabile sau partial necunoscute initial. Capacitatea de adaptare a robotului la actiunea perturbatiilor date de schimbarile de mediu este determinata de senzorii cu care se doteaza acesti roboti, de la care se obtin informatii asupra schimbarilor externe. Acesti roboti lucreaza dupa un ciclu de operatii definite în prealabil, dar pot sa efectueze si operatii sub schimbarea conditiilor de operare.

3. Generatia a III-a cuprinde robotii inteligenti, posedând unele caractere de inteligenta artificiala , gradul lor de inteligenta variind în raport cu functiile care au fost dorite initial. Acesti roboti sunt capabili sa-si defineasca actiunile instantanee luând în consideratie informatiile obtinute prin senzori tactili, vizuali sau de zgomot asupra mediului de operare, sa rezolve probleme particulare si sa-si modifice modul de actiune în concordanta cu variatiile mediului de operare.

Robotii biotehnici sunt acei roboti la care exista o permanenta participare a operatorului uman în procesul de comanda . Sunt împartiti în trei subgrupe:

- roboti comandati pas cu pas;

- roboti copiativi, denumiti si master-slave robots;

- roboti semiautomati,

În cadrul robotilor comandati pas cu pas, prin actionarea de catre operatorul uman a unui buton sau maneta , este pus în functiune unul din gradele de miscare ale robotului.

Robotii master-slave sunt constituiti din doua lanturi cinematice deschise, primul lant(master) având miscarea comandata de catre operatorul uman, iar al doilea (slave) copiind la scara aceasta miscare si efectuând operatiile de manipulare pentru care este destinat robotul. În alte cazuri, legatura dintre master si slave este indirecta , prin teletransmisie. În ambele cazuri însa , operatorul uman trebuie sa vada tot timpul miscarea elementului manipulat de slave, aceasta printr-o fereastra sau pe un ecran.

În cazul robotilor biotehnici semiautomati operatorul uman participa nemijlocit in procesul de comanda, dar în acelasi timp cu el lucreaza si un calculator universal sau specializat. Semnalul de comanda la aceste sisteme este dat de operatorul uman, de obicei prin intermediul unei manete 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.

Robotii interactivi se caracterizeaza prin faptul ca operatorul uman are numai o participare periodica în procesul de comanda , în restul timpului robotul fiind comandat automat catre de calculatorul electronic. Acesti roboti pot functiona în regim automatizat, cu alternarea permanenta a regimului biotehnic cu cel automat, cu comanda de supervizare sau cu comanda dialog. Prin utilizarea acestor roboti se ating doua scopuri. Pe de o parte, efectuându-se automat toate operatiile robotului, se obtine productivitatea maxima a lucrului acestuia. Pe de alta parte, înfaptuind comanda la distanta a robotului de catre om, se obtine posibilitatea efectuarii unor operatii complexe în locuri în care omul nu poate actiona nemijlocit. Ca urmare, acesti roboti sunt utilizati în cercetarea spatiului cosmic, a oceanului, în cazul unor operatii complexe din mediul industrial, în exploatarea minelor cu instalatii de teleoperare. Robotii ce actioneaza în medii industriale au capatat denumirea de roboti industriali. În general, acestia sunt roboti automati si în cazuri mai rare se utilizeaza în industrie si roboti biotehnici sau interactivi. Sunt raspânditi, în special robotii programati, si mai putin, cei adaptivi. Robotii inteligenti se afla în faza de încercari în laboratoare sau aplicatii la unele operatii de montaj automat.

Asadar, robotul industrial este un manipulator cu program de lucru variabil, autonom, care reproduce anumite functii motrice si intelectuale ale omului în realizarea unor operatii de productie auxiliare sau de baza . El poate realiza cele mai variate succesiuni de operatii de manipulare în cadrul unor procese de fabricatie, 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.